Polisacáridos Bacterianos

Los polisacáridos en el jugo, especialmente de dextranos y levanos, afectan el proceso de producción de azúcar bloqueando lo equipos

El primer reporte de producción de polisacáridos bacterianos en líquidos ricos en azúcar por parte de microorganismos en forma de cocos data de 1861 y en 1878 se sugirió especies de Leuconostoc sp. como el principal responsable de la producción de polisacáridos en las fábricas de azúcar. El dextrano es el polisacárido más estudiado y algunas investigaciones incluyen también el levano, ambos causantes de problemas en la fabricación, pues generan pérdidas de sacarosa, obstruyen tuberías, coladores y bombas, afectan la polarización de la sacarosa resultando en lecturas falsas de pureza, aumentan la viscosidad de los licores causando una mala cristalización, generan alargamiento de los cristales, reducen su crecimiento y aumentan la formación de grano falso, y forman biopelículas que se convierten en reservorio de gran diversidad de microorganismos que se agrupan en comunidades sinérgicas. (Cuddihy et al.,1996; Honig, 1969; Hollaus, 1978; Trost et al., 2002;

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Van der Poel, 1998). En menor proporción se producen también otros polisacáridos compuestos de moléculas de glucosa, galactosa, fucosa y manosa como monosacáridos estructurales (Tallgren et al., 1999).

2.2.5.1 Dextranos

“Dextrano” es el nombre genérico para los polisacáridos que son polímeros de glucosa; químicamente, son polímeros homólogos de D-glucopiranosa (glucanos) y, a pesar de que cada bacteria produce un único glucano, éstos contienen predominantemente enlaces α 1,6 glucosídicos (>95%) con menor proporción de enlaces α1,2, α 1,3 o α1,4. Se forman extracelularmente por la acción de la enzima dextrano-sucrasa, una glucosiltransferasa que cataliza la transferencia de residuos glucosídicos obtenidos de la hidrólisis de la sacarosa a un polímero de dextrano, liberando D-fructosa. Esta es una enzima inducible por su propio sustrato, capaz de catalizar la formación de muchos tipos de enlaces permitiendo la formación de polímeros ramificados (Figura 1)(Dols et al., 1998).

Fig 1. Estructura del dextrano.

Fuente: www.offer21.com/.../ 20050701152600855451.jpg

La estructura y propiedades del dextrano varían según el microorganismo, las condiciones de cultivo, la concentración de sacarosa, pH, temperatura y aireación (Cuddihy et al., 1996; Duarte et al., 1982; Trost et al., 2002). Son producidos por

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bacterias ácido lácticas entre las que se encuentran Lactobacillus sp., Leuconostoc sp.

y Streptococcus sp., dentro de los cuales Leuconostoc mesenteroides y L. dextranicum son los más conocidos; en este género se agrupan microorganismos anaerobios facultativos que tienen su hábitat natural en el cañaveral y que, al producirse cualquier fisura en la superficie externa de la caña, la invaden y se reproducen rápidamente formando fácilmente polisacáridos bajo las condiciones de temperatura (20°C - 40°C), pH (5 - 6) y concentración de sacarosa (10% - 15%) encontrada en la caña de azúcar cosechada (Van der Poel, 1998; Zhennai, 2000).

2.2.5.2 Levanos

Los levanos son polifructosanos unidos por enlaces β (2,6) de alto peso molecular, solubles en agua con rotación óptica negativa, formados por la acción de la enzima levano-sacarasa que hidroliza la sacarosa y transfiere la D-fructosa a cadenas crecientes de fructanos para formar levanos producidos por microorganismos como

Pseudomonas fluorecens, Corynebacterium beticola y especies de Bacillus sp. (B. subtilis, B. mesentericus, B. vulgatus),entre otros. Son polímeros que se originan en fábrica más que en campo, a diferencia de los dextranos que se originan en ambos ambientes (Figura 2),(Honig, 1969; Tallgren, 1999; Zhennai, 2000).

Figura 2: Estructura del levano.

35 2.3 Control de la actividad microbiológica

La formación de polisacáridos es fácilmente encontrada en molinos de caña donde se da poca atención a la limpieza, pues es este un factor fundamental para controlar las pérdidas de azúcar en los tándem de molinos, que deben lavarse con vapor a intervalos regulares y ser totalmente sanitizados cuando la molienda se detenga para evitar la acumulación de bagazo que permita la proliferación de los microorganismos (Van der Poel, 1998).

La limpieza frecuente y minuciosa del equipo de molienda permite reducir la fuente de inóculo de microorganismos por medio de limpiezas con vapor, que ayuda a controlar las poblaciones mientras está en contacto con ellos; sin embargo, el jugo permanece desprotegido durante el proceso de molienda (Pulido et al., 1977). Por esta razón, se han llevado a cabo numerosos estudios con el fin de encontrar compuestos que puedan emplearse en ingenios azucareros y que posean actividad bacteriostática o bactericida ante los grupos microbiológicos con mayor incidencia en el proceso de extracción, teniendo en cuenta la relación costo-efectividad.

Chen y Rauh en 1996, encontraron el mayor potencial de recuperación de sacarosa aplicando apropiadamente un programa de sanitización del molino utilizando limpieza física y agentes biocidas como tratamiento preventivo a la pérdida de sacarosa, que mejoran el proceso mediante la reducción de coloides y otros no azúcares que pueden causar ineficiencias en el proceso de clarificación, evaporación y calentamiento (Day et al., 1995; Van der Poel, 1998). En teoría, mediante la implementación de un programa adecuado de limpieza y desinfección en el área de molinos, es posible recuperar entre 1 y 8 Kg. de azúcar por tonelada de caña molida, lo que significa que para niveles de molienda cercanos a 6000 Ton diarias, puede representar una recuperación económica mínima (para 1 Kg. recuperado) de US 76.800 mensuales.

36 2.3.1 Agentes biocida

Los agentes biocidas aplicados en ingenios azucareros en el mundo deben cumplir con 3 especificaciones:

- Estar aprobados por la normatividad vigente de regulación en alimentos.

- Ser relativamente económicos y de fácil aplicación

- No deben ser volátiles y funcionar a las temperaturas que se presenten en el proceso (Ravnö, 2001).

La aplicación debe ser adaptada a las condiciones de la fábrica, para que tenga impacto sobre los grupos de microorganismos que muestren tendencia a desarrollarse en lugares específicos del proceso; para la aplicación de un agente biocida económicamente viable es necesario determinar el punto más apropiado de aplicación y la dosis más apropiada con el fin de optimizar la actividad (Antier, 1996; Hollaus, 1978), así como tener en cuenta la forma de aplicación, temperaturas del proceso y diseño de la planta de extracción (Van der Poel et al., 1998).

El más clásico y probablemente el más efectivo de los agentes biocida que afectan la actividad microbiológica es la formalina, aplicada en una solución de 30% a 50% con metanol formando formaldehído. Este compuesto es el más simple de los aldehídos y altamente reactivo ya que se combina fácilmente con compuestos orgánicos reduciendo ciertos grupos básicos como los amino e imidazol de las enzimas y ácidos nucleicos, esenciales para su actividad (Van der Poel et al., 1998; Rincón et al., 1996). Sin embargo, su uso se ve limitado porque forma uniones irreversibles con los aminoácidos presentes en el jugo, se evapora como metanol durante la purificación del jugo y se precipita como formato en las melazas, aumentando la proporción de no azúcares en las mismas. Además, se cree que la formalina gaseosa tiene efecto carcinogénico (Van der Poel et al., 1998; Saye, 1993).

Un compuesto evaluado en la industria Tucumana (Provincia Argentina) es el hipoclorito de calcio, aprovechando las propiedades del cloro utilizado como

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sanitizante químico en la industria alimenticia (Cerutti et al., 1999). Se cree que el cloro es capaz de producir reacciones letales en o cerca de la membrana celular microbiana, causando mutaciones en las células vivas, remueve proteínas y altera la permeabilidad de la cubierta de las esporas, ocasionando pérdidas de iones calcio, ácido dipicolínico, RNA y DNA (Cerutti et al., 1999).

Entre otros compuestos utilizados en la industria azucarera se encuentran el dióxido de azufre, compuestos de amonio cuaternario, sustancias catiónicas, tiocarbamatos, anfóteros, iodóforos, glutaraldehido y peróxido de hidrógeno, sólo este último con resultados similares a los obtenidos con formalina.

2.3.1.1 Busan 881 ® (Buckman Labs)

En 1957 en Cuba se introdujo un nuevo bactericida, Busan 881®, para reducir la inversión de sacarosa en los jugos; luego se introdujo en grandes ingenios en los Estados Unidos y más tarde se implementó en México, Perú y Brasil (Appling y Ugarte, 1959). Es un bactericida de amplio espectro compuesto por cianoditiocarbamato disodio y N-metilditiocarbamato de potasio, corrosivo a los ojos y la piel por lo que debe manejarse con precaución (Anónimo, 1993).

En los ensayos realizados por Appling y Ugarte en agosto1959 en el ingenio de Pucalá (Perú), aplicaron por gravedad 10ppm al jugo al salir del último molino y 5ppm al jugo mixto inicialmente, pero luego se aplicaron las 15ppm al jugo del último molino. Las determinaciones de pureza y azúcares reductores en jugos primarios y mixtos en muestras continuas durante la primera semana de tratamiento presentaron un importante rendimiento del azúcar, disminución en la formación de exopolisacáridos y compensación del costo del bactericida. La dosis recomendada de aplicación se determina con base a las toneladas de caña molidas en el ingenio, generalmente cercanas a 20ppm (base caña molida) (Anónimo, 1993).

38 2.3.1.2 Lipesa 106C® (Glutaraldehído)

El glutaraldehido (1,5-pentadial) ha sido empleado exitosamente como desinfectante o agente esterilizante en aplicaciones industriales, clínicas y en agricultura (Anónimo, 1992). Las propiedades antimicrobianas de este compuesto están bien establecidas por sus reacciones de oxidación, reducción y condensación; en condiciones normales, el glutaraldehido reacciona con grupos amino y residuos de lisina de las proteínas, haciendo un entrecruzamiento de las proteínas localizadas en la superficie de las bacterias, desnaturalizándolas y ocasionando la muerte celular. Es un producto estable a altas temperaturas y bajos pH, condiciones que fácilmente se pueden encontrar en las fábricas de azúcar. Se ha utilizado en industrias azucareras de remolacha a concentraciones de 250ppm de ingrediente activo, con base en las toneladas de materia prima molidas por unidad de tiempo (Saye, 1993).

2.3.1.3 Nalco 5581® (Ditiocarbamato)

Los tiocarbamatos son compuestos pertenecientes al grupo de los organosulfurados, soluble en agua y solventes polares, y su mecanismo de acción se basa en la sustitución y/o copulación de grupos enzimáticos claves del metabolismo microbiano; son considerados compuestos de baja toxicidad, bactericidas y fungicidas de amplio espectro (Widmer et al., 1993 citado por Cerutti et al., 2000). El componente activo de este biocida es el etileno ditiocarbamato de sodio (8%) y sus dosis pueden variar de acuerdo a la severidad de la contaminación entre 10 y 30 ppm, aplicado en forma continua y en lugares donde se homogenice fácilmente.