C ULTIVOS LÁCTICOS FUNCIONALES

En 1908, Metchnikoff expuso la teoría de que los productos lácteos fermentados eran beneficiosos para la salud y podían aumentar la esperanza de vida [37]. Dentro de este grupo, los alimentos probióticos son aquellos que poseen microorganismos vivos que mejoran el equilibrio microbiano en el intestino de las personas o animales que los consumen. Se define microorganismo probiótico como “microorganismos vivos que al

ser consumidos en cantidades adecuadas pueden conferir beneficios para la salud del consumidor” [38]. Existen numerosos estudios referidos a las condiciones necesarias

para desarrollar alimentos que tengan un verdadero efecto probiótico, para ello es necesario tener en cuenta la cantidad de microorganismos consumidos, su tolerancia a bilis y acidez [39], la frecuencia de administración del probiótico y la capacidad del mismo de producir los metabolitos estudiados (bacteriocinas, ácidos orgánicos, etc.) en el tracto intestinal [40, 41]. Existe abundante evidencia científica que demuestra que ciertos microorganismos proveen no sólo beneficios sobre la salud del tracto gastrointestinal sino que también ejercen un efecto positivo sobre el sistema respiratorio y urogenital. Los probióticos además, demostraron tener un efecto positivo en pacientes que sufren intolerancia a la lactosa, colitis ulcerosa, inmunodepresión, cáncer e infecciones urogenitales [42, 43].

Productos fermentados que no contienen microorganismos probióticos son también considerados alimentos funcionales debido a que durante la fermentación las BAL generan metabolitos (ácidos orgánicos, péptidos, vitaminas, etc.) y eliminan o disminuyen la concentración de compuestos tóxicos, resultando en un efecto benéfico sobre la salud del consumidor. Leroy y De Vuyst [44] definieron a los cultivos iniciadores o adjuntos funcionales como aquellos que presentan al menos una propiedad funcional inherente que contribuya con la seguridad alimentaria, confiera ventajas tecnológicas, organolépticas y/o nutricionales u otorgue beneficios para la salud. Durante el desarrollo de un alimento usando un cultivo iniciador o adjunto funcional se debe asegurar que la bacteria ejerza el efecto deseado (producción de bacteriocinas, síntesis de vitaminas, eliminación de compuestos tóxicos, etc.) en el alimento y evitar también efectos secundarios que puedan afectar la seguridad o calidad del alimento [45].

Dentro de los alimentos funcionales se encuentran productos tales como bebidas energizantes para deportistas y productos lácteos, especialmente yogures y leches fermentadas. En estos últimos, las BAL pueden hidrolizar las proteínas lácteas liberando péptidos con actividad biológica o aminoácidos esenciales, además, de contribuir con la hidrólisis de proteínas alergénicas.

4.1.USO INDUSTRIAL DE BACTERIAS LÁCTICAS

Numerosos alimentos tales como leches fermentadas, quesos, encurtidos, embutidos, etc., deben su producción y sus características al proceso de fermentación. En la

actualidad, los procesos tecnológicos relacionados a la industria láctea progresaron hacia una mayor mecanización, un aumento en el tamaño de las fábricas, disminución en los tiempos de elaboración y el procesamiento de mayores volúmenes de leche. Este avance repercutió en una enorme demanda de cultivos iniciadores con cualidades estables, alta actividad y resistencia a bacteriofagos. Un cultivo iniciador puede ser definido como “una mezcla de microorganismos que al ser agregado a una materia

prima para producir un alimento fermentado es capaz de conducir y acelerar el proceso de fermentación”. Las BAL cumplen un papel central en este proceso y han sido

utilizadas durante siglos en la elaboración de diversos alimentos y bebidas fermentadas permitiendo obtener resultados seguros tanto desde el punto de vista del consumidor como del productor [46]. En general, los microorganismos que son utilizados en la elaboración de productos lácteos fermentados son seleccionados por su buen desarrollo en leche y por su elevada producción de ácido. Los cultivos iniciadores deben ser capaces de originar un producto con buenas cualidades organolépticas e inhibir el desarrollo de microorganismos deteriorantes y patógenos. Estos cultivos incluyen siempre bacterias que convierten rápidamente los azúcares en ácido láctico. Por otro lado, el agregado de bacterias de origen intestinal (Lb. acidophilus y bifidobacterias) en productos lácteos es cada vez más frecuente ya que se les han atribuido efectos positivos sobre la salud de quienes los consumen [38].

5.SISTEMA PROTEOLÍTICO DE BACTERIAS LÁCTICAS

Las BAL son microorganismos nutricionalmente exigentes ya que para crecer necesitan fuentes de carbono y nitrógeno, bases nitrogenadas, vitaminas y minerales [47, 48]. La leche contiene escasas concentraciones de aminoácidos libres, por lo tanto el crecimiento en este medio depende de la presencia de un sistema proteolítico completo capaz de utilizar las proteínas lácteas como fuente de nitrógeno. El sistema proteolítico de las BAL (Figura 3) está constituido por una proteinasa asociada a la pared celular, sistemas de transporte de aminoácidos y péptidos, además de diversas peptidasas intracelulares. La proteinasa es la enzima clave de este sistema y es la responsable de la degradación inicial de la caseína, principal proteína presente en leche bovina. Además de su función vital para el crecimiento celular en leche, esta proteína contribuye al desarrollo de las propiedades reológicas y organolépticas de los productos fermentados.

Los principales estudios bioquímicos y genéticos sobre la actividad proteolítica de BAL se realizaron con la bacteria mesófila Lactococcus lactis [49, 50]. La degradación de la caseína por las BAL comienza por acción de la proteinasa asociada a pared. Esta enzima está asociada a la célula por su extremo C terminal y se cree que una lipoproteína unida a pared está involucrada en la activación de la proteinasa; la presencia de Ca2+ parece estar involucrada también en su activación y estabilidad. Las proteinasas asociadas a pared (CEP, por cell envelope proteinase) degradan la caseína

tripéptidos, los cuales son incorporados a la célula por medio de sistemas de transporte específicos y posteriormente hidrolizados por diversas peptidasas intracelulares. La presencia de un sistema de transporte de oligopéptidos funcional y una CEP activa son esenciales para el crecimiento del microorganismo en leche, mientras que la inactivación de peptidasas individuales o de los transportadores de di- y tripéptidos no modifican el comportamiento de las BAL en este sustrato [51].

Figura 3. Sistema proteolítico de

Bacterias Lácticas (Gentileza Dra. Elvira M. Hébert).

Dentro de las BAL, se caracterizaron genéticamente y clonaron cinco CEP diferentes: PrtP de cepas de Lact. lactis y Lb. paracasei, PrtH de Lb. helveticus, PrtR de

Lb. rhamnosus, PrtS a partir de S. thermophilus y PrtB a partir de Lb. delbrueckii subsp. bulgaricus [52-58]. Se encontró que los genes prtP en lactococos pueden estar

codificados a nivel plasmídico o cromosómico mientras que en lactobacilos están localizados en el cromosoma. Las BAL generalmente poseen sólo una CEP; sin embargo, se encontraron dos CEP en cepas de Lb. helveticus y Lb. delbrueckii subsp.

bulgaricus [55, 59].

La regulación del sistema proteolítico de BAL ha sido estudiada principalmente en

Lact. lactis; la síntesis de PrtP depende del contenido de péptidos presentes en el medio

de cultivo. Estudios genéticos realizados por Marugg y col. [60] determinaron que el efecto negativo de los péptidos extracelulares estaría mediado por dipéptidos, los que controlarían la expresión de promotores divergentes. Posteriormente, se observó que la expresión de 6 unidades transcripcionales del sistema proteolítico de Lact. lactis, incluyendo prtP, está reprimida en presencia de fuentes nitrogenadas ricas en péptidos tales como hidrolizados de caseína, demostrando que el regulador transcripcional pleiotrópico CodY es el responsable de la represión de los componentes del sistema proteolítico [61, 62].

A pesar del uso generalizado de los lactobacilos en la producción de alimentos lácteos fermentados, no existe información disponible acerca de la regulación de sus sistemas proteolíticos, a excepción de PrtH de Lb. helveticus [47, 63], PrtR de Lb.

rhamnosus [58] y la proteinasa de Lb. delbrueckii subsp. lactis [64, 65]. En estos

microorganismos, la síntesis de la proteinasa es controlada por el contenido de péptidos y el pH del medio de cultivo. Los mayores niveles de PrtH en Lb. helveticus CRL 1062 se encontraron durante el crecimiento en un medio químicamente definido, mientras que la adición de hidrolizados de caseína (Casitona o Casaminoácidos) o el dipéptido leucilprolina inhibieron su síntesis [47]. Recientemente, se identificaron mediante ensayos de microarray genes que codifican para CEP, transportadores de oligopéptidos y endopeptidasas de Lb. helveticus CNRZ 32 que fueron sobre-expresados durante el crecimiento en leche respecto a medios complejos ricos en péptidos como caldo MRS [63].

Los aminoácidos liberados no utilizados para el metabolismo de las BAL se acumulan en el medio en el que crecen los microorganismos, modificando el potencial nutritivo del producto fermentado. El perfil de aminoácidos presente en las leches fermentadas depende del tipo de leche empleada, la composición del cultivo iniciador, la preparación y el almacenamiento. La especificidad de la proteinasa de los microorganismos que forman el cultivo iniciador es determinante en la composición de aminoácidos de las leches fermentadas [66]. El perfil de aminoácidos y su concentración pueden ser modificados mediante una selección racional de las BAL incluidas en el fermento. En general, en los cultivos tipo yogur las cepas de Lb. delbrueckii subsp.

bulgaricus son más proteolíticas que las de S. thermophilus y se ha demostrado que los

aminoácidos liberados por los lactobacilos son consumidos por las cepas de S.

thermophilus presentes en el fermento [11, 67]. El contenido final de aminoácidos en el yogur o alimento fermentado refleja el balance entre la liberación y el consumo de aminoácidos por las BAL presentes en el producto.