UNIVERSIDAD VERACRUZANA
INSTITUTO DE CIENCIAS BÁSICAS
ENRIQUECIMIENTO DE UNA PASTA DE ACEITUNA
CON BACTERIAS POTENCIALMENTE PROBIÓTICAS
ENCAPSULADAS CON ALGINATO Y PREBIÓTICOS
Tesis para obtener el grado de
Maestro en Ciencias Alimentarias
PRESENTA:
Q. I. Audry Gustavo Peredo Lovillo
DIRECTOR:
Dra. Maribel Jiménez Fernández
CO-DIRECTOR:
Dr. Ebner Azuara Nieto
AGRADECIMIENTOS
A Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt): Por el apoyo brindado para la realización de este proyecto, a través de su programa de becas hacia los posgrados de calidad a nivel nacional.
A la Doctora Maribel Jiménez Fernández:Gracias doctora por todo lo que me ha dado, su apoyo, sus enseñanzas en todos los aspectos y la confianza para seguir adelante. Gracias por haberme ayudado a ver el mundo de una forma diferente y gracias también, por ayudarme a crecer como estudiante y como una mejor persona. Gracias doctora por todo.
Al Doctor Adrián Hernández Mendoza: Gracias por ayudarme tanto en la realización de este proyecto, por la oportunidad y las facilidades que me ofreció para llevar a cabo mi estancia en Portugal. Gracias por sus consejos, por su tiempo y más que nada por su amistad.
Al doctor Ebner Azuara Nieto: Por ser parte de este proyecto y por todas facilidades y atenciones prestadas durante mi estancia en la maestría.
A mis sinodales: Al doctor Cesar Ignacio Beristain Guevara y al doctor Oscar García Barradas por sus tiempo, disposición y dedicación en la revisión y corrección de trabajo escrito de este proyecto.
Al equipo de trabajo del Laboratorio de Tecnología Microbiana de Alimentos perteneciente al ITQB: Especialmente a Catia Peres, Marta Alves, y Liliana Ferraz Moreira por todas las atenciones prestadas, así como su ayuda y colaboración con este proyecto. Gracias de igual manera por su amistad y su compañerismo en todo momento. Así como también un agradecimiento especial a las personas con las que compartí un lugar dentro de la estancia en Portugal, en especial a Tariq y Lima, gracias por su amistad y todos los momentos que compartimos. Grandes personas que espero volver a ver.
A la Q. I. Haydee Eliza Romero Luna: Por todo tu apoyo, compresión, cariño y amor. Por ayudarme a ser mejor como estudiante, como persona, como amigo, como compañero y como novio. Gracias por todo el tiempo que hemos pasado juntos cosechando frutos y por todo el tiempo que hemos compartido. Este proyecto no estuviera aquí sino fuera por toda la fortaleza y ánimos que me das, gracias por estar conmigo y por toda tu ayuda. Te amo.
A mi familia: A mi papa Tavo, a mi hermano Paul y a mi mama Eva principalmente. Así como a todos mis tíos y tías, sé todo lo que han hecho por
apoyarme y por alentarme a seguir adelante. A mis primos y primas, gracias por estar conmigo en todo momento, por ayudarme de alguna u otra manera. Y a mi amigo Eric, porque lo considero parte de familia y porque siempre ha estado ahí para apoyarme.
Dedicatorias
ÍNDICE GENERAL
RESUMEN ... 1
SUMMARY ... 2
1. INTRODUCCIÓN ... 3
2. MARCO TEÓRICO ... 5
2.1 Probióticos ... 5
2.2 Bacterias ácido lácticas ... 7
2.3 Efectos benéficos de las bacterias probióticas ... 9
2.3.1 Producción de antioxidantes... 10
2.3.2 Actividad antimicrobiana... 10
2.3.3 Inmunomodulación... 11
2.3.4 Exclusión de bacterias patógenas... 12
2.3.5 Mejora de la digestión de la lactosa... 13
2.3.6 Actividad anticarcinogénica... 13
2.3.7 Reducción de los niveles de colesterol e hipertensión... 14
2.4 Aplicación de los probióticos en alimentos ... 15
2.4.1 Probióticos como alimentos funcionales... 15
2.4.2 Problemática de la viabilidad de los probióticos en los alimentos... 15
2.5 Encapsulación... 17
2.5.1 Materiales de recubrimiento... 19
2.5.3.1 Coacervación ... 22
2.5.4 Aplicación de la encapsulación... 26
2.6 Prebióticos ... 28
2.6.1 Inulina... 29
2.6.1.1 Efecto prebiótico de la inulina... 30
2.6.2 Plantago psyllium... 31
2.6.2.1 Efecto prebiótico del Plantago psyllium ... 32
2.7 Aceituna de mesa ... 32
2.8 Situación actual ... 35
3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ... 37
4. OBJETIVOS E HIPÓTESIS ... 39
4.1 Objetivo general ... 39
4.2 Objetivos específicos ... 39
4.3 Hipótesis... 40
4.4 Esquema general ... 40
5. MATERIALES Y MÉTODOS ... 43
5.1 Aspectos generales ... 43
5.2 Equipo... 43
5.3 Reactivos ... 44
5.3.1 Estandarización del inóculo... 44
5.3.2 Evaluación del aprovechamiento de los prebióticos... 45
5.3.3 Elaboración de las microcápsulas cargadas con las bacterias... 45
5.3.4 Medición de área y perímetro de las microcápsulas elaboradas... 46
5.3.5 Eficiencia de encapsulación... 47
5.3.6 Evaluación de la pérdida de humedad en las microcápsulas y su efecto en la viabilidad de las bacterias encapsuladas... 47
5.3.7 Contenido de humedad de las tres diferentes microcápsulas elaboradas ... 48
5.3.8 Análisis de viabilidad durante el almacenamiento... 48
5.3.9 Elaboración y caracterización de la pasta de aceituna... 48
5.3.9.1 Humedad ... 49
5.3.9.2 Acidez titulable ... 49
5.3.9.3 Análisis de color ... 49
5.3.9.4 Actividad de agua ... 50
5.3.9.5 pH... 50
5.3.9.6 Contenido de grasa en la pasta... 50
5.3.9.7 Contenido de sal... 51
5.3.10 Adición de las microcápsulas elaboradas dentro de la pasta de aceituna... 51
5.3.11 Análisis de viabilidad de las microcápsulas dentro de las pasta durante el almacenamiento 51 5.3.12 Análisis estadístico... 52
6. RESULTADOS Y DISCUSIÓN ... 53
6.1 Evaluación del aprovechamiento de los prebióticos... 53
6.3 Pérdida de humedad de las microcápsulas y su efecto en la viabilidad
de las bacterias encapsuladas ... 59
6.4 Contenido de humedad de las tres diferentes microcápsulas elaboradas... 64
6.5 Análisis de viabilidad bacteriana durante el almacenamiento de las microcápsulas ... 66
6.5 Elaboración de la pasta de aceituna ... 71
6.6 Almacenamiento de la pasta adicionada con las microcápsulas bacterianas... 75
7. CONCLUSIONES ... 81
8. BIBLIOGRAFÍA ... 83
Índice de Figuras
Figura 1. Efecto antimicrobiano de los probióticos a nivel intestinal. Se muestran las bacterias benéficas (izquierda), los factores segregados, los agentes patógenos y la mucosa intestinal...11
Figura 2.Mecanismo de protección de los microorganismos encapsulados. ..18
Figura 3.Encapsulación por coacervación. ... 23
Figura 4.Elaboración de una emulsión múltiple...24
Figura 5. Esquema general de elaboración de cápsulas por coacervación compleja. ...25
Figura 6.Estructura química de la inulina. ... 30
Figura 7. Elaboración de la emulsión y de las microcápsulas con los microorganismo encapsulados...41
Figura 8. Elaboración y caracterización de la pasta de aceituna y adición de las microcápsulas elaboradas...42
Figura 9. Curva de crecimiento de las bacterias probióticas en medio de cultivo basal adicionado con diferentes prebióticos, condiciones de incubaión 24 h, 37 °C, sin agitación. ...53
Figura 10.Microcápsula elaborada por coacervación compleja... 55
Figura 12. Pérdida de humedad (%) en microcápsulas elaboradas con Plantago psyllium...61
Figura 13. Pérdida de humedad (%) en microcápsulas elaboradas con inulina. ...61
Figura 14.Porcentajes de humedad dentro de las microcápsulas elaboradas 64
Figura 15Viabilidad de las bacterias encapsuladas con almidón de papa nativo ...66
Figura 16.Viabilidad de las bacterias encapsuladas con almidón de papa nativo yPlantago psyllium...67
Figura 17.Viabilidad de las bacterias encapsuladas con almidón de papa nativo e inulina ...67
Figura 18.Parámetros de color. Guía para Entender la Comunicación del Color, www.x-rite.com ... 73
Figura 19.Pasta elaborada con aceituna comercial en salmuera... 74
Figura 20. Análisis de viabilidad de las microcápsulas elaboradas con Plantago psylliumdentro de la pasta de aceituna ...75
Índice de Cuadros
Cuadro 1. Principales especies de microrganismos considerados como
probióticos (FAO/WHO, 2006)...8
Cuadro 2.Mecanismos de acción propuestos de los probióticos... 9
Cuadro 3. Factores que afectan la estabilidad de los probióticos durante su procesamiento (Soccolet al.,2012) ... 16
Cuadro 4.Tipos de materiales utilizados como recubrimientos. ... 20
Cuadro 5.Principales aditivos encapsulados en alimentos. ... 27
Cuadro 6.Clasificación de la aceituna de mesa (CODEX STAN 66)... 34
Cuadro 7.Concentraciones iniciales de bacterias LCS, Lp33 y Lp17, inoculadas en la emulsión y su concentración dentro de las microcápsulas elaboradas recién elaboradas...57
Cuadro 8. Rendimientos de encapsulación de las bacterias durante la elaboración de las microcápsulas ... 58
Cuadro 9. Viabilidad de bacterias microencapsuladas con almidón de papa a 7 y 15 días de almacenamiento en humedades relativas... 62
Cuadro 10. Viabilidad de bacterias microencapsuladas con Plantago psylliuma 7 y 15 días de almacenamiento en humedades relativas... 63
Cuadro 12. Porcentaje de humedad de las gotas elaboradas con los diferentes probióticos (LCS, Lp33 y Lp17) y prebióticos (Plantago psyllium e inulina).
...65
Cuadro 13. Análisis de viabilidad durante los 30 días de almacenamiento a 4 y 22 °C. ...70
Cuadro 14.Caracterización de la pasta de aceituna recién elaborada ... 72
Cuadro 15. Efecto del tiempo de almacenamiento a 4 °C sobre las características fisicoquímicas de la pasta de aceituna elaborada ...77
Índice de Ecuaciones Ecuación 1.Eficiencia de encapsulación (%) ... 47
Ecuación 2.Porcentaje de humedad (%) ... 47
Ecuación 3.Porcentaje de acidez (%) ... 49
Ecuación 4.Ángulo matíz (°H)...50
Ecuación 5.Cromaticidad (Chroma)... 50
Ecuación 6.Cambio de color (ΔE)...50
RESUMEN
Los probióticos son microorganismos vivos que confieren diversos efectos benéficos a la salud cuando son consumidos en cantidades mínimas adecuadas (106 -107ufc/mL o g). Sin embargo, cuando éstos son incorporados a los alimentos, se debe considerar que existen varios factores que podrían influir en su capacidad para sobrevivir en el producto. Debido a esto, sea han desarrollado diferentes estrategias que permiten incrementar su resistencia y estabilidad en el producto, incluyendo técnicas de encapsulación, las cuales a su vez, permiten el desarrollo de nuevos productos alimentarios. Por lo tanto, el objetivo del presente trabajo fue elaborar una pasta de aceituna enriquecida con cepas potencialmente probióticas del género
Lactobacillus (L. case Shirota (LCS) y Lactobacillus plantarum (Lp33 y Lp17)) microencapsuladas por coacervación compleja, con dos tipos de prebióticos, Plantago psyllium e inulina. Las microcápsulas obtenidas presentaron ca. 2.5 mm2de área y un perímetro de 1.5 mm. De acuerdo a los rendimientos de encapsulación, contenido y pérdida de humedad, viabilidad bacteriana en almacenamiento a dos temperaturas (4 y 22 °C), y capacidad de protección de los microorganismos en diferentes humedades relativas, las microcápsulas elaboradas con Plantago psyllium fueron seleccionadas para ser adicionadas a la pasta de aceituna. La pasta fue almacenada a 4 °C durante 30 días, evaluando la viabilidad bacteriana cada tercer día. La concentración de sal (NaCl) fue de aproximadamente 1.65% y no tuvo cambios significativos durante el almacenamiento, al igual que el pH (4.08), actividad de agua (0.992), acidez (0.256% ác. láctico) y contenido graso (20.52%). Los parámetros de color (L*, a*, b*, Croma y °Hue) no sufrieron cambios. La incorporación de las bacterias probióticas microencapsuladas enriquecidas con prebióticos, en la pasta de aceituna, permitió obtener un producto funcional con una carga microbiana por arriba de los valores mínimos recomendados, y con características fisicoquímicas iguales a la del testigo por un lapso de almacenamiento de 30 días a 4 °C.
SUMMARY
Probiotics are live microorganisms that confer different beneficial effects when they are consumed in minimum adequate amounts (106-107cfu/mL or g); however, when incorporate them into the food, should be considered there are many factors that influence their capacity to survive in the product. Due to this, different strategies had been developed; allowing increased their resistance and stability inside of the product, including the microencapsulation techniques, which, enable development of new food products. The aim of this work was the elaboration of an enriched olive paste with different potential probiotics strains, fromLactobacillusgenre (L.caseiShirota (LCS) and
Lactobacillus plantarum (Lp33 and Lp17)), microencapsulated by complex coacervation with two kinds of prebiotics, Plantago psyllium and inulin. Microcapsules obtained presented ca. 2.5 mm2 of area and 1.5 mm of perimeter. According to their encapsulation yields, content and loss of moisture, viability in storage at two temperatures (4 and 22 °C), and protective capacity of microorganisms in different relative humidities, microcapsules made with Plantago psyllium were selected to be added into the olive paste. Olive paste was stored 30 days at 4 °C; their bacterial viability evaluated every third day. Salt (NaCl) concentration was 1.65% and didn’t show significant changes during its storage, as well as, the pH value (4.08), water activity (0.992), acidity (0.256% lactic acid) and fat content (20.52%). The color parameters (L*, a*, b*, Chroma and °Hue), were both unaltered. The microencapsulated probiotic bacterial addition into the olive past, allowed to obtain a functional product with a microbial charge above those recommended minimum values, with the same physicochemical characteristics to the control paste, for a period of 30 days storage at 4 °C.
1. INTRODUCCIÓN
El interés hacia el consumo de alimentos funcionales ha aumentado considerablemente en las últimas décadas, debido a los efectos positivos en la salud (mas allá de las nutrimentales), que éstos proveen gracias a su consumo, ya sea combatiendo los efectos del estrés, problemas gastrointestinales o mejorando el aprovechamiento de nutrientes. Es entonces que, gracias al aumento en el consumo de estos alimentos funcionales, recientes investigaciones se han enfocado en mejorar la producción y la diversidad de éstos alimentos. Encontrado, dentro de estos alimentos funcionales, a aquellos con características probióticas (Lopez-Varelaet al.2002).
Dentro de los alimentos funcionales más populares y estudiados se encuentran aquellos adicionados con bacterias probióticas, “microorganismos vivos” que al ser ingeridos en cantidades adecuadas, confieren beneficios a la salud del anfitrión” (FAO/WHO, 2002). Cuando los probióticos son incorporados a los alimentos, se debe considerar que existen varios factores que podrían influir en su capacidad para sobrevivir en el producto y/o durante su paso a través del sistema digestivo mucho antes de que sean aprovechados, evitando así, su llegada a los sitios de acción. Gracias a los nuevos avances tecnológicos, se han desarrollado diferentes métodos de protección de probióticos, los más utilizados son los métodos de encapsulación, donde es posible recubrir individualmente partículas, en este caso microrganismos, protegiéndolos contra factores ambientales perjudiciales; utilizando materiales de pared con base en carbohidratos, gomas, celulosas, lípidos, materiales inorgánicos o proteínas. Dichos materiales de pared deben proteger al centro activo, garantizando su máximo aprovechamiento y su correcta liberación. Entre los métodos destacan la coacervación, el secado por aspersión y la encapsulación por extrusión, técnicas utilizadas por industrias alimentarias, cosmética y agrícola (Lozano, 2009).
el Plantago psyllium y la inulina. Dichos compuestos son fuente de fibra soluble natural y favorecen el crecimiento de bacterias a nivel intestinal; demostrando un comportamiento prebiótico, definiéndose a los prebióticos como todos aquellos ingredientes alimentarios que ofrecen un efecto benéfico al consumidor gracias a la estimulación del crecimiento y/o actividad de uno o un limitado grupo de bacterias en el colon, garantizando así, sus efectos probióticos (Gibson y Roberfroid, 1995; Lotfipouret al.,2012).
A pesar de que el uso de los probióticos y prebióticos (simbióticos), ha sido hasta ahora restringido casi exclusivamente a los productos lácteos, el uso de éstos tiene un potencial prometedor para la explotación de diversos alimentos funcionales. De hecho, los alimentos fermentados de origen vegetal se han considerado cada vez más como vectores para la incorporación de cultivos probióticos (Hamayouni et al., 2008; Onwulata, 2012). Además, considerando que las frutas ya contienen altos niveles de sustancias benéficas (e. g., antioxidantes, vitaminas, fibras y minerales), la adición de bacterias probióticas puede proveer características funcionales adicionales que promuevan la salud (Lavermicoccaet al.,2005).
2. MARCO TEÓRICO
2.1 Probióticos
Los primeros reportes acerca de los beneficios ocasionados por el consumo de probióticos se le atribuyen al científico francés y ganador del Premio Nobel, Élie Metchnikoff, quien a inicios del siglo pasado, mediante su libro titulado “La Prolongación de la Vida”, reportó los beneficios a la salud causados por el consumo de leche fermentada. A este científico francés se le atribuye ser el pionero en la descripción de los probióticos, aun cuando el término todavía no se había planteado (Metchnikoff, 2004; Vasiljevic y Shah, 2008; Zonis, 2008; Sayrfa y Mohammed, 2010).
El término probiótico proviene del antiguo lenguaje griego que significa “a favor de la vida”. A partir de esta muy simple definición, durante el paso de los años se ha intentado definir de una manera más específica a los probióticos. Lilly y Stillwell (1965), definieron a los probióticos como todas aquellas sustancias secretadas por un microorganismo que propician el crecimiento y desarrollo de algún otro, relacionándolo consecuentemente con el termino antibiótico, sustancia que impide el crecimiento y desarrollo de algún otro tipo de organismo viviente. Sin embargo, han aparecido nuevas definiciones o modificaciones, tales como la de Fuller (1989), quien definió a los probióticos como un suplemento alimenticio microbiano que beneficia al consumidor mejorando y equilibrando su contenido microbiano original. Dicha definición incluye por primera vez los requerimientos de vida para los probióticos y los beneficios que produce el consumo de éstos (de Vrese y Schrezenmeir, 2009).
consumidos en una cantidad adecuada, considerando cantidades adecuadas, concentraciones de 106 a 107 unidades formadoras de colonias (UFC) por gramo o mililitro de muestra.
La definición anterior hace referencia a los efectos producidos por los microrganismos vivos, sin embargo, este tipo de efectos son independientes a la vía de administración y al sitio de acción del probiótico. Por lo que la definición puede incluir sitios como la cavidad oral, el intestino, la cavidad vaginal y la piel. Para el caso de los probióticos, los efectos en la salud son ocasionados por la alteración de la microflora intestinal, basándose en la viabilidad y resistencia de los microrganismos durante el tránsito intestinal (FAO/WHO, 2002).
2.2 Bacterias ácido lácticas
Existen ciertos parámetros que un microorganismo debe cumplir para ser considerado probiótico. Deben demostrar tolerancia a los jugos gástricos y a las sales biliares del sistema gastrointestinal. Además, las bacterias consideradas probióticas deben mantenerse viables y conservar su eficacia durante el periodo en que dure el producto dentro del sistema, enumerando aún más características tales como (FAO/WHO, 2002):
Tolerancia a las enzimas y al oxígeno.
Tener la capacidad de adherirse a las células epiteliales del huésped.
Poder colonizar el tracto gastrointestinal.
Excluir a los patógenos, debido a la capacidad de segregar sustancias antimicrobianas.
Facilitar y contribuir al equilibrio del ecosistema microbiano intestinal.
Las bacterias probióticas pertenecen principalmente al grupo de las bacterias ácido lácticas (BAL), siendo las más importantes y las más utilizadas en el área de alimentos pertenecen los géneros de Lactobacillus, Bifidobacterium, Streptococcus, Lactococcus,
aunque ciertas especies de levaduras (Saccharomyces boulardii) y Escherichia coli también han sido descritas (Cuadro 1). Dichas bacterias ofrecen grandes beneficios, algunos como población del tracto intestinal y algunos otros como bacterias fermentadoras utilizadas en la industria alimentaria. Aun teniendo diferentes campos de aplicación, la mayoría de los microrganismos probióticos son administrados a la dieta con el propósito suplementar a la microflora intestinal y mejorar la salud del consumidor (Grajeket al.,2005).
necesaria la presencia de vitaminas del grupo B, así como también, un alto número de aminoácidos, bases púricas y pirimídicas (Stiles y Hozapef, 1997).
Cuadro 1. Principales especies de microrganismos considerados como probióticos (FAO/WHO, 2006).
Lactobacillus spp. Bifidobacterium spp. Otros
L. acidophilus B. adolescentes Enterococcus faecalis
L. brevis B. animalis Enterococcus faecium
L. casei B. breve Escherichia coliNissle
L. crispatus B. bifidum Saccharomyces boulardii L. curvatus B. infantis Streptococcus cremoris L. delbrueckii subsp.
Bulgaricus B. lactis Streptococcus diacetylactis L. fermetum B. longum Strptococcus intermedius L. gassei B. thermophilum Streptococcus salivarius
L. johnsonii Streptococcus thermophilus
L. lactis L. paracasei
L. plantarum L. reuteri L. rhamnosus
sistema gastrointestinal. Sumando a esto la creación de sustancias antimicrobianas que afectan la colonización, adherencia y la acción patógena de agentes enteropatógenos específicos, mediante el uso de mecanismos que aún no han sido esclarecido totalmente (Amores et al., 2004). Las BAL también se encargan de la generación de ácidos orgánicos de cadena corta, los cuales confieren la correcta acidez al tracto digestivo (Ljungh y Wadstrӧm, 2006; De Belliset al.,2010).
2.3 Efectos benéficos de las bacterias probióticas
Desde la última década hasta nuestros días, se han utilizado probióticos como un medio no solo para ofrecer efectos saludables sino también para combatir y tratar enfermedades infecciosas, evitando, de esta manera, el uso excesivo de antibióticos (Cuadro 2). Además de que gracias a los adelantos en la tecnología alimentaria, actualmente se han desarrollados productos de mejor calidad y con efecto probiótico, los cuales sirven de base para el tratamiento de diversas enfermedades relacionadas con el tracto gastrointestinal, tales como la diarrea, el síndrome del intestino irritable, inclusive algunos son utilizados en el combate de la gastroenteritis, gracias a la influencia que ejercen sobre ciertos agentes patógenos responsables de este enfermedad. Y es gracias a la aparición de agentes patógenos cada vez más resistentes, que se ha generado un gran interés en lo que respecta a los probióticos.
Cuadro 2.Mecanismos de acción propuestos de los probióticos.
Acción Mecanismo Ejemplo
Prevención de la colonización por microorganismos patógenos
Bloqueo de receptores específicos (adherencia) y competencia por nutrientes
L. rhamnosusGG,
L. plantarum, S. boulardii
Actividad antimicrobiana
Producción de sustancias con acción antimicrobiana (e.g., H2O2, bacteriocinas, ácidos orgánicos…)
L. rhamnosusGG,
S. boulardi
inmunitaria humoral y celular L. acidophilus,
Bifidobacteriumspp.,
L. reuteri
Actividad enzimática
Disminución en la actividad de enzimas asociadas con la síntesis de lactosa, procarcinogénicos, etc.
S. thermophyllus, Lactobacillusspp.
Bifidobacterium spp.
2.3.1 Producción de antioxidantes
Durante el paso de nutrientes a través del tracto gastrointestinal, existe cierta producción de moléculas de oxígeno reactivo, disminuyendo de esta manera la cantidad de antioxidantes producidos de forma natural. Provocando de esta manera un daño oxidativo, sirviendo de base para la aparición de enfermedades tales como el cáncer, la cirrosis, la aterosclerosis y otras enfermedades crónicas. Algunas bacterias ácido lácticas, tales como el Bifidobacterium longum y el Lactobacillus acidophilus inhiben la peroxidación de ácido linoléico y el barrido de los radicales libres. Algunos otros producen antioxidantes después de las 18 horas de crecimiento correspondiente a 100 μg de vitamina C. En estudios recientes, el género Lactobacillus, especialmente los homofermetativos, desempeñan una alta actividad antioxidante, dependiendo directamente de la cepa (Ljungh y Wadstrӧm, 2006).
2.3.2 Actividad antimicrobiana
El efecto antimicrobiano es quizás el efecto más importante de los probióticos dentro del organismo del consumidor. Las bacterias ácido lácticas producen una serie de compuestos con actividad bacteriocida y/o bacteriostática abarcando desde ácidos orgánicos, peróxido de hidrógeno, CO2, diacetilo reuterina, enzimas hasta péptidos biactivos con actividad antimicrobiana (Ljungh y Wadstrӧm, 2006; Britton y Versalovic, 2008).
las secreciones generadas por los probióticos evitan el desarrollo de bacterias patógenas y su adherencia a las mucosidades intestinal, sin necesitar un impacto de pH ácido (Ljungh y Wadstrӧm, 2006). Lo que significa que el agente microbiano, generado por los probióticos, es liberado en la cantidad necesaria y en el lugar adecuando asegurando su acción sobre los patógeno presentes (Britton y Versalovic, 2008).
Para que el microorganismo ejerza su poder antimicrobiano y se garantice su presencia en el tracto gastrointestinal (Figura 1), se necesita una concentración mínima de 107 UFC por gramo de producto, de acuerdo a lo señalado por la Federación Dietética Internacional (IDF) (Picot y Lacroix, 2004).
2.3.3 Inmunomodulación
El interés del efecto que tienen las bacterias ácido lácticas en el sistema inmunológico ha sido estudiado desde la década de 1990. Algunas cepas reportaron un aumento en la fagocitosis, en la secreción de enzimas lisosomales y en la reactivación
Figura 1.Efecto antimicrobiano de los probióticos a nivel intestinal. Se muestran las bacterias benéficas (izquierda), los factores segregados, los agentes patógenos y la mucosa intestinal.
Células epiteliales Patógeno
Funciones antipatógenas
Factores promoviendo función de barrera
Efectos inmunomodulatorios
Epitelio intestinal
Macrófagos Humanos
Efecto antidiarreico
de especies de oxígeno. Además mejoran la inducción de pro y/o citoquinas antinflamatorias, aumenta la maduración de las células dendríticas, fortalecen la respuesta de anticuerpos ingeridos por vía oral y de antígenos administrados por vía sistémica. Incluso mejoran la inmunoreactividad de las células del bazo y mejoran la tolerancia a la lactosa, induciendo la producción de la lactoglobulina y de la β-galactosidasa. Es por eso que, basados en las investigaciones clínicas y sus efectos estimulantes de antígenos en animales, principalmente a nivel gastrointestinal, el término “inmunobióticos” fue propuesto para aquellos probióticos que muestren este tipo de resultados (Ljungh y Wadstrӧm, 2006).
2.3.4 Exclusión de bacterias patógenas
En este caso, los probióticos no atacan directamente al agente patógeno, sino que pueden competir contra él por un nicho ecológico dentro del sistema intestinal, o pueden generar condiciones no aptas para el desarrollo del agente patógeno. Existen mecanismos que describen cómo el agente patógeno puede ser excluido del sistema. El primer mecanismo generado por el probiótico se basa en no permitir la adherencia del patógeno a las mucosas intestinales. El segundo mecanismo se manifiesta como un “secuestro” de nutrientes esenciales para el agente patógeno por parte del probiótico, obstaculizando de esta manera la capacidad de colonización del organismo indeseado. En tercer lugar, algunos probióticos pueden alterar la expresión genética del agente patógeno, afectando el programa de virulencia. Por último, los probióticos pueden modificar las condiciones del ambiente, ya sea cambiando el pH o cambiando las características de la capa de mucosidad intestinal (Britton y Versalovic, 2008).
Adicionalmente existen otros mecanismos de acción, uno de ellos está basado en la capacidad de las células probióticas de reforzar las defensas intestinales mediante el aumento de producción de defensinas (Rivas-Santiago et al., 2006; Birtton y Versalovic, 2008).
parte de la proteólisis, la carencia de MMP-7 o la baja disponibilidad de esta misma hace más vulnerable al organismo contra agentes patógenos, principalmente a
Salmonella(Britton y Versalovic, 2008).
2.3.5 Mejora de la digestión de la lactosa
Entre las bacterias probióticas utilizadas, el S. themophylus, una bacteria perteneciente al grupo de Streptococcus salivarius, ha sido la mas utilizada en el combate contra la intolerancia a la lactosa, debido a su alta capacidad de fermentar a éste disacárido. El efecto se debe a la β-galactosidasa generada por las bacterias probióticas. Esta enzima transforma la lactosa de los productos lácteos en unidades más pequeñas (glucosa y galactosa), ofrece efectos positivos sobre el intestino y sobre la microflora del colon y reduce los síntomas de la intolerancia a la lactosa (de Vreseet al.,2001; Amoreset al.,2004).
Existe, sin embargo, otra bacteria probiótica (Lactobacillus delbruekii), que al igual que el Streptococcus thermophylus, ofrecen beneficios contra la intolerancia a la lactosa siempre y cuando sean adicionados en concentraciones apropiadas para alimentos lácteos fermentados (≥108/g). Algunos autores suponen que este efecto es potencializado por acción de las sales biliares del intestino sobre la pared celular de la bacteria, la cual crea una mayor permeabilidad, creando una mayor superficie de contacto entre la lactosa digerida y la lactasa. Por lo que, la resistencia a la acidez y a las sales biliares, permeabilidad de la pared celular, segregación de la β-galactosidasa y estabilidad de ellos durante el almacenamiento y paso a través del sistema digestivo, son factores determinantes para aumentar la digestibilidad de la lactosa (Sanders, 2000).
2.3.6 Actividad anticarcinogénica
tumorales (Liong, 2008). Sin embargo, existen estudios en los cuales se ha demostrado que el suministro de cultivos liofilizados de Bifidobacterium longum inhibía el desarrollo de un tumor mamario y de colon. Asociándose con una disminución en la proliferación de las células en la mucosa del colon (Reddy, 1998).
2.3.7 Reducción de los niveles de colesterol e hipertensión
Solo una pequeña parte de la población conoce los efectos del consumo de bacterias probióticas y su relación con el tratamiento en contra del aumento de los niveles de colesterol y la hipertensión. La presencia de niveles elevados de ciertos lípidos en la sangre son un riesgo de problemas cardiovasculares. Los efectos del consumo de bacterias probióticas sobre la disminución del colesterol en la sangre suponen que algunas bacterias, como Lactobacillus acidophilus o Lactobacillus reuteri,
pueden asimilar las moléculas de colesterol, dando como resultado la disminución de los triglicéridos hasta en un 40% y aumentando el coeficiente lipoproteína de baja densidad (LDL)/lipoproteína de alta densidad (HDL) en un 20%, sin modificar la composición normal del bazo y el hígado (Sanders, 2000; Amoreset al.,2004).
2.4 Aplicación de los probióticos en alimentos
2.4.1 Probióticos como alimentos funcionales
La idea de que la comida fuese considerada como medicina proviene desde hace miles de años, cuando el filósofo griego y padre de la medicina Hipócrates afirmara: “que la comida sea tu medicina y que la medicina sea tu alimento”. Desde ese entonces, se ha venido transformando hasta llegar a lo que hoy conocemos como alimentos funcionales, dentro de los cuales encontramos a los probióticos. La definición de alimentos funcionales engloba a todos aquellos productos alimenticios que ofrecen un beneficio a la salud, más allá de su aporte nutrimental básico. No constituye un grupo alimenticio como tal, sino que resultan de la adición, sustitución o eliminación de ciertos componentes a los alimentos habituales (Lopez-Varelaet al.,2002).
Con respecto a los alimentos funcionales se conocen algunos tales como los alimentos medicinales, los alimentos nutracéuticos, alimentos terapéuticos y los súper alimentos. La principal característica de estos productos radica en que han sido modificados de alguna manera para convertirlos en “funcionales”, de hecho, alguna de las formas en las que un alimento se puede modificar es con la adición de probióticos (Soccolet al., 2010).
2.4.2 Problemática de la viabilidad de los probióticos en los alimentos
Cuando los probióticos son incorporados a los alimentos, se debe considerar que existen varios factores que pueden influir en la capacidad de los probióticos para sobrevivir en el producto y/o durante su paso gastrointestinal. Estos factores incluyen (Heidebachet al.,2012):
1. El estado fisiológico de los organismos probióticos añadidos.
2. Las condiciones físicas del almacenamiento del producto (temperatura).
3. La composición química de la matriz (acidez, contenido de carbohidratos disponibles, fuentes de nitrógeno, contenido de minerales, actividad de agua y el contenido de oxígeno).
Por lo consiguiente, lo más importante en el desarrollo de probióticos, es garantizar la viabilidad y sobrevivencia de los microrganismos durante su consumo (Soccolet al.,2010).
La viabilidad de un probiótico y la capacidad que estos tienen para resistir los factores que se resumen en el Cuadro 3, hacen que la cepa mejor adaptada sea la más demandada para ser utilizada, gracias a las propiedades de resistencia que demuestra.
Se han propuesto diferentes enfoques que permiten aumentar la resistencia de microorganismos, tales como la selectividad de cepas capaces de tolerar la acidez y las sales biliares, el desarrollo de contenderos impermeables al oxígeno, la incorporación de micronutrientes tales como péptidos y aminoácidos, además de la adaptación al estrés (Cuadro 3) (Soccolet al.,2010).
Cuadro 3. Factores que afectan la estabilidad de los probióticos durante su procesamiento (Soccolet al.,2012)
Etapa de Procesamiento Factores
Fermentación
Composición del medio.
Condiciones hidrodinámicas.
Condiciones físicas.
Toxicidad de productos.
Oxígeno disuelto.
Operación.
Procesamiento de Lavado
Altas temperaturas.
Estrés ocasionado por oxígeno.
Condiciones de secado y/o congelado.
Almacenamiento
Temperatura.
Contenido de humedad.
Estrés ocasionado por oxígeno.
Sin embargo, el principal problema que se presenta al utilizar estas tecnologías es su alto costo, por lo cual, su utilización en la industria eleva el precio de los productos elaborados. Para evitar este problema, se ha desarrollado una nueva técnica para proteger a los microorganismos probióticos en un alimento, dicha tecnología se denomina encapsulación.
2.5 Encapsulación
La fabricación de alimentos es un proceso que incluye diferentes etapas, independientemente del producto que se desee elaborar, existen operaciones como la granulación, extrusión y demás procesos complementarios que utilizan altas temperaturas y presiones, las cuales pueden afectar directamente la viabilidad de los microorganismos (Kosin y Rakshit, 2006).
La encapsulación es una técnica que se emplea para proteger los aditivos utilizados en la industria alimentaria, tales como los ácidos orgánicos, los colorantes, sabores artificiales, especies grasas, vitaminas, minerales, sales, edulcorantes, gases y agentes leudantes (Sandoval et al., 2004). La encapsulación permite cubrir a los probióticos activos con un material adecuado, controlando de esta manera el movimiento dentro y fuera de la cápsula (Syarfa y Mohammed, 2010). La encapsulación comprende un recubrimiento individual que se aplica a partículas sólidas pequeñas, gotas de líquido o gases, con el solo fin de protegerlas de factores ambientales perjudiciales y liberarlas en el sitio activo. La liberación del centro activo se logra eliminando la pared de la cápsula, que puede ser por ruptura mecánica, disolución de la pared, fusión de la pared o por difusión a través de la misma.
Tracto Gastrointestinal
Condiciones de acidez del estómago.
Actividad de enzimas.
Composición del ambiente intestinal.
La estructura formada por el material encapsulante se denomina pared, la cual es básicamente un recubrimiento semipermeable, que protege al centro activo, en este caso, a los probióticos, controlando el flujo de sustancias (Figura 2), (Kailasapathy, 2002; Vihyalakshmiet al.,2009).
El material protegido se denomina corazón, centro activo, relleno o fase interna. El material protector se llama cápsula, recubrimiento, pared, membrana o matriz; y puede ser simple o de múltiples centros, de forma regular esférica, pared irregular, estructura multicompuesta del mismo material o de diferentes materiales (Kailasapathy, 2002, Sandovalet al.,2004; Vidhyalakshmiet al., 2009).
La investigación acerca de la encapsulación comenzó en la década de 1930, y fue E. K. Green quien, utilizando materiales coloidales encapsulados, desarrolló las primeras copias sin papel carbón. Después en 1950, Swisher patentó el método de extrusión con el cual logró encapsular aceites esenciales. De igual forma, contemporáneamente a este suceso, D. E. Wuster desarrolló la primera microencapsulacion, mediante la técnica de lecho fluidizado, con la cual logró desarrollar recubrimientos para drogas y así permitir su liberación dosificada, mejorando la estabilidad y enmascarando el sabor. La tecnología de la encapsulación es ahora
Figura 2.Mecanismo de protección de los microorganismos encapsulados.
Productos Sustratos Células
bien aceptada y desarrollada por las industria farmacéutica, química, cosmética, de alimentos y de pinturas (Lozano, 2009). Dentro del área de alimentos los principales compuestos encapsulados son bacterias probióticas, grasas y aceites, compuestos aromáticos, oleorresinas, vitaminas, minerales, colorantes y enzimas (Madene et al.,
2006).
La industria alimentaria comenzó a utilizar la encapsulación debido a que ofrecía diversos beneficios tales como (Sandovalet al.,2004):
Disminuir la velocidad de evaporación de transferencia del material central hacia el medio ambiente externo.
Permitir controlar la liberación del centro activo bajo condiciones determinadas de pH, humedad, estímulos térmicos o físicos.
Debido a la sensibilidad de algunos ingredientes, la encapsulación permite la reducción de la interacción entre el material central y el ambiente exterior.
Facilitar la manipulación del material central, ofreciendo uniformidad al momento de la liberación además de favorecer el proceso de mezclado.
La encapsulación posee la característica de enmascarar el sabor de material central.
2.5.1 Materiales de recubrimiento
Uno de los pasos más importantes en la encapsulación es la correcta elección del material destinado al recubrimiento del centro activo. Esta selección del material de recubrimiento se basa en las características químicas del centro activo, en su aplicación, en las condiciones de almacenamiento y el proceso de encapsulación. Las características de un recubrimiento ideal para encapsular son (Kailasapathy, 2002; Sandovalet al.,2004):
Baja viscosidad a altas concentraciones.
Baja higroscopicidad, facilitando su manipulación y evitando la aglomeración.
Presentar la capacidad de emulsificar, permitiendo estabilizar el material central.
Ofrecer la máxima protección a diversos factores como la luz, pH, oxígeno, humedad y otros ingredientes reactivos.
Permitir la liberación completa del material central.
No contar con algún sabor particular y ser un material económico.
Para ofrecer un buen efecto de recubrimiento, las especies de polímeros tanto naturales como sintéticos (Cuadro 4), se pueden combinar, adicionando de igual manera sustancias antioxidantes o surfactantes, ya sea para obtener propiedades de barrera o mecanismos de liberación específica.
Cuadro 4.Tipos de materiales utilizados como recubrimientos.
Material de Recubrimiento Tipos Específicos
Gomas Goma arábiga, agar, alginato de sodio, carregenina
Carbohidratos Almidón, maltodextrinas, sacarosa, jarabe de maíz, ciclodextrinas
Celusosas Carboximetil celulosa, metil celulosa, etil celulosa, nitrocelulosa, acetil celulosa
Lípidos
Cera, parafina, triestarina, ácido estéarico, monoglicéridos, diglicéridos, cera de abejas, aceites, grasas
Materiales Inorgánicos Sulfato de calcio, silicatos
Proteínas Glutenina, caseína, gelatina, albúmina
2.5.2 Encapsulación con alginato
características que contribuyen a mejorar las propiedades de los alimentos, por ejemplo en el yogurt, aumenta su viscosidad mejorando su textura, además, los probióticos encapsulados con este compuesto mejoran su viabilidad y crecimiento dentro de los sistemas digestivos (Sayrfa y Mohammed, 2010).
Las ventajas de la utilización del alginato como agente encapsulante son diversas, no presenta toxicidad alguna y forma matrices estables cuando se pone en contacto con sustancias cálcicas, tales como el cloruro de calcio (CaCl2). Sin embargo, gran parte de su éxito se basa en la correcta elección de materiales y de óptima metodología de elaboración. Los alginatos con alto contenido de ácido gulurónico son los más utilizados en la encapsulación, ya que presentan mejor resistencia mecánica, alta porosidad y tolerancia a ciertas sales y agentes quelantes en el proceso de extrusión (Kailasapathy, 2002).
2.5.3 Métodos de encapsulación
La selección del método para llevar a cabo le encapsulación depende de los costos, el tamaño de la capsula, las propiedades físicas y químicas de los materiales, la aplicación y el mecanismo de liberación deseado. A pesar de la enorme cantidad de metodologías e investigaciones acerca de la encapsulación, algunas empresas han patentado ciertos métodos haciendo que su conocimiento y utilización sean limitados. Los métodos más utilizados actualmente en la industria pueden clasificarse en dos grandes grupos: métodos físicos y métodos químicos (Kailasapathy, 2002; Madene et al.,2006).
Para efectos del presente trabajo, la elaboración de las microcápsulas con contenido probiótico se realizó mediante un método químico, la coacervación compleja, la elaboración de las cápsulas por éste método permite agregar dos o más ingredientes dentro de la misma cápsula elaborada (Sandovalet al., 2004).
2.5.3.1 Coacervación
La coacervación es un fenómeno químico característico de las sustancias coloidales. Consiste en la separación de la solución en partículas que se aglomeran en una fase llamada coacervado. En general, el material del núcleo utilizado para esta técnica deber ser compatible con el polímero receptor e insoluble (o poco soluble) en el medio de coacervación. La técnica cosiste en la disolución de una proteína gelificante y la formación de una emulsión con el material central (Sandoval et al., 2004; Madene et al.,2006).
Tolstuguzov y Rivier (1997), describieron el método como un proceso para encapsular partículas sólidas dentro de un aceite. El proceso consta de adicionar el material central en una solución gelificante, la cual es mezclada con un polisacárido y mantenida a un pH mayor al del punto isoeléctrico de la proteína. De esta manera se han formado dos fases, una de las cuales es más pesada y contiene el material central que es encapsulado, formando así una emulsión (Sandoval et al., 2004; Madene et al.,
2006).
La coacervación se inicia de diferentes formas, ya sea como un cambio de temperatura, pH o adición de sustancias, como por ejemplo, sales iónicas. El primer paso consiste en la formación de una emulsión agua/aceite (W/O), comprendiendo que la fase oleosa contiene al centro activo. En el siguiente paso, la sustancia gelificante se aglomera adhiriéndose al aceite, lo que ocasiona la formación de pequeñas partículas (cápsulas), las cuales comienzan a precipitar. Por último, las cápsulas son estabilizadas mediantes sistemas térmicos, desolvatación o reticulación. Recuperándose ya sea por filtración o centrifugación (Sandoval et al., 2004; Madene et al., 2006; Martins et al.,
Agitación n
Formación de Cápsulas
Incremento de Estabilidad
Reticulación Coacervación
Emulsión
Alginato Almidón Aceite
Dentro del mecanismo por el cual se lleva la coacervación, el paso más importante consiste en la elaboración de la emulsión (Figura 3). En el área de alimentos, esta técnica consiste en la adición de un pequeño volumen de suspensión célula-polímero (fase discontinua), dentro de un volumen mayor de aceite vegetal (fase continua), tal aceite puede ser extraído de soya, girasol, canola o maíz. Una vez que se ha realizado el primer sistema de emulsión, es necesaria la adición de dos sistemas emulsificadores, para asegurar la formación de una emulsión múltiple (Krasaekoopt et al.,2003; Moulai-Mostefa y Boumier, 2011).
El primer tipo de emulsificador debe tener un bajo balance hidrofílico-lipofílico (low-HLB), el cual se encarga de estabilizar la emulsión agua/aceite (W/O), mientras que el segundo emulsificador se encarga de estabilizar la emulsión aceite/agua (O/W), debido a su alto balance hidrofílico-lipofílico (high-HBL). El emulsificador más común utilizado en la elaboración de emulsiones es el Tween 80, ya sea utilizado en una concentración del 2% o en solución con 0.5% de sulfato láurico de sodio, el cual tiene la capacidad de producir cápsulas de hasta 25-35 µm. El tamaño de las cápsulas está dado principalmente por la velocidad de agitación cuando se realiza la disolución de los
25 µm hasta los 2 mm dependiendo la velocidad de emulsificación. Por lo que, entre más pequeñas sean las partículas formadas en la emulsión, menores serán las cápsulas obtenidas (Krasaekooptet al.,2003).
Existen dos tipos de mecanismos por los cuales se puede obtener una emulsión múltiple. El uso indirecto es el más común y el de mayor aplicación, sin embargo, últimamente se ha reconocido la utilización de métodos directos debido a la inestabilidad y dificultad de la obtención de la emulsión múltiple. Y es gracias a que los emulsificadores estabilizan a la emulsión, mediante la reducción de la tensión interfacial o por la formación de la barrera eléctrica interfacial, que se obtienen cápsulas más pequeñas. Aunque el uso de los emulsificadores se ha aumentado, su mecanismo de acción aún no se ha esclarecido por completo; lo cierto es que el rango de concentración de los emulsificadores es vital para obtener una emulsión W/O/W estable (Figura 4).
Para la primera fase, donde la fase acuosa se encuentra dentro de una matriz oleosa, se utiliza un emulsificador de bajo-HBL. Mientras que para la siguiente fase (W/O/W), se utilizan tanto los emulsificadores de bajo-HBL, así como los emulsificadores de alto-HBL. Por lo que la estabilidad de la emulsión depende
directamente de la concentración de estos dos tipos de emulsificadores (Moulai-Mostefa y Boumenir, 2011).
Una vez realizada la emulsión, esta es estabilizada ya sea por desolvatación, algún proceso térmico como el secado o por reticulación. La reticulación se lleva acabo, en su gran mayoría en presencia de una solución reactiva, ya sea lactato o cloruro de calcio. En este caso, el más utilizado es el cloruro de calcio, debido a su alta afinidad de reaccionar con el alginato de sodio presente en la pared de la cápsula (Figura 5).
Como ya se mencionó, el método de coacervación contempla diferentes operaciones, pero la más importante es la formulación y la elaboración de la emulsión. Y es por este mecanismo de emulsificación, que la coacervación se puede dividir en dos tipos, la simple y la compleja, la primera contempla la adición de un agente fuertemente hidrofílico a un solo tipo de polímero. Mientras que para la coacervación compleja dos o más polímeros son utilizados. Los dos polímeros utilizados en este trabajo para la elaboración de la emulsión, fueron el alginato de sodio y el almidón de papa (Lozano, 2009).
Alimentación (Materiales de
Matriz)
Mezclado/Disolución Dispersión/Mezclado
Solución Gelificante Ajuste de pH
Enfriamiento lento
Lavado
Cápsulas Aisladas Solución
Gelificante Aceite
El alginato es adicionado previo a la formación de la emulsión, la adición de un ácido soluble en aceite como el ácido acético, disminuye el pH del alginato, desde un 7.5 hasta un 6.5, lo cual inicia la formación de un gel con los iones calcio. Además, el alginato es comercialmente aceptado como un aditivo alimentario, ya que no presenta ninguna toxicidad, y como un buen agente encapsulante, en productos como el yogurt, confiere una mayor viscosidad, lo que se traduce en una mejor textura. Su utilización en la encapsulación de probióticos se debe a que aumenta la viabilidad y crecimiento de los microorganismos encapsulados, aún dentro de los sistemas digestivos (Kailasapathy, 2002; Krasaekooptet al.,2003, Jiménez, 2011).
En cuanto al almidón y algunos productos basados en éste polímero, tales como las maltodextrinas, β-ciclodextrinas o almidones modificados, son utilizados en la industria de los alimentos por su alta capacidad de proteger compuestos volátiles, además de que pueden actuar como acarreadores de aromas, reemplazos de grasas o estabilizadores de emulsiones (Madeneet al.,2006).
La aplicación de este tipo de encapsulación se puede observar mediante resultados de encapsulación de dos especies de cultivo, Lactobacillus y de
Bifidobacterium spp.Este tipo de cultivos fueron adicionados a un yogurt, cuantificando la sobrevivencia por un periodo de 8 semanas, durante las cuales, los probióticos que fueron adicionados libremente, es decir, sin encapsular, mostraron un descenso de 1 ciclo logarítmico en su viabilidad, mientras que las bacterias adicionadas al yogurt encapsuladas solo disminuyeron 0.5 ciclos logarítmicos (Sultana et al., citados por Vidhyalakshimi, 2009).
2.5.4 Aplicación de la encapsulación
Como se mencionó anteriormente, la encapsulación en la industria de los alimentos es utilizada para mejorar y conservar los productos alimenticios, gracias a la extensa gama de aditivos que la encapsulación permite adicionar (Sandoval et al.,
Cuadro 5.Principales aditivos encapsulados en alimentos.
Aditivo Ventajas de la Encapsulación
Ácidos
Limita la oxidación, disminuye la higroscopicidad y regula la liberación controlada del ácido en el producto.
Colorantes y Saborizantes
Incrementa la solubilidad y evita la oxidación, ya que hace a los aditivos menos susceptibles a la acción del oxígeno.
Vitaminas y Minerales
Reduce sabores desagradables, permite una liberación controlada de nutrientes, aumenta la estabilidad a condiciones extremas de temperatura, humedad y elimina la interacción de los aditivos con otros ingredientes del alimento.
Grasas y Aceites
Facilita la manipulación y mezclado, dando estabilidad durante almacenamiento y transporte. Evita la oxidación durante el procesamiento y almacenamiento de lípidos líquidos. Además de hacer posible la utilización de las cápsulas de lípidos como agentes emulsificantes.
Enzimas Protege la enzima contra factores externos como el pH y de las fuerzas iónicas.
Microorganismos
Protege al microorganismo de la humedad y la acidez, previniendo que el probiótico no sea destruido por los jugos gástricos y se libere en el intestino.
Edulcorantes
Es de suma importancia entender qué tipo de aditivos están siendo encapsulados y cuáles son sus principales aportes, ya sea mejorando las características propias del alimento, o aportando algún efecto benéfico al consumidor. Tal es el caso de la fibra soluble natural, la cual, a pesar de influir en el combate contra las enfermedades circulatorias, sirve de sustrato para las bacterias intestinales, desempeñando un efecto prebiótico, aumentando así, su efecto benéfico contra las enfermedades propias del sistema gastrointestinal (Wärnberget al.,2009).
2.6 Prebióticos
Los prebióticos son definidos como ingredientes alimenticios no digeribles que ofrecen beneficios al consumidor, debido a que favorecen la proliferación de cierto número de bacterias (bacterias ácido lácticas principalmente), aumentando su impacto benéfico a la salud. Algunos de los alimentos más reconocidos por su efecto prebiótico son los oligosacáridos y polisacáridos, incluyendo la fibra soluble. Sin embargo, no todos los carbohidratos son considerados como prebióticos (Lotfipour et al., 2012). Por lo tanto, es necesario establecer ciertos criterios para poder definir a un alimento como prebiótico, por lo que debe demostrar (Gibsonet al.,2004):
Resistencia a la acidez estomacal, soportar la hidrólisis enzimática de los mamíferos y poder ser absorbidos a nivel gastrointestinal.
Poder ser fermentados por la microflora intestinal.
Estimular el crecimiento y/o actividad de cierto tipo de bacterias intestinales asociadas con la salud y el bienestar.
importancia son los fructanos de inulina, incluyendo a la inulina nativa, los hidrolizados enzimáticos de inulina (oligofructosa), y los fructo-oligosacáridos sintéticos. Sin embargo, actualmente se han evaluados los beneficios del consumo de fibra soluble, ya que ofrece ayuda en el combate contra problemas gastrointestinal, mejora la absorción de nutrientes y lo más importante, puede llegar a ser fermentada por cierto tipo de microorganismos presentes en la flora intestinal (Roberfroid, 2000). Siendo un claro ejemplo de este tipo de fibra, elPlantago psyllium, el cual será utilizado en este trabajo gracias a su potencial comportamiento como prebiótico.
2.6.1 Inulina
La inulina es obtenida comúnmente de la raíces de la achicoria (Cichorium intybus) europea, la cual es un tipo de fructo-oligosacárido, estando compuesta por la combinación de cadenas de β-D-fructanos con diferentes grados de polimerización, los cuales son fibras solubles y fermentables, que suelen llegar al intestino prácticamente intactas, siendo en ese sitio fermentadas por las bacterias presentes en las paredes intestinales y en el colon, especialmente aquellas del género Bifidobacterium, las cuales aprovechan de mejor manera la ingesta de inulina por parte del consumidor (de Wieleet al., 2004) (Figura 6). Reconocida como un ingrediente alimenticio, la inulina es aceptada en todos los países de la Unión Europea, así como en, Estados Unidos, Canadá y Japón, sin limitar su uso (Roberfroid et al., 1998; Kolida et al., 2002; Oliveira
et al.,2011).
2.6.1.1 Efecto prebiótico de la inulina
Se ha reportado que la adición de inulina a leche descremada mejora el crecimiento deLactobacillus acidophillus, Lactobacillus rhamnosusy delBifidobacterium lactis aun cuando se adiciona a bajas concentraciones, lo cual indica que la inulina puede sustituir a las grasas en los alimentos lácteos, confiriendo las mismas propiedades sensoriales. Incluso, la adición de inulina puede mejorar la viabilidad de algunos microorganismos durante el almacenamiento a bajas temperaturas, tales como los Lactobacillus acidophillus y Lactobacillus casei (Oliveira et al., 2001; Oliveira et al.,
2009).
La inulina y algunos otros fructo-oligosacáridos son utilizados como prebióticos debido a su resistencia a la digestión de enzimas gástricas y pancreáticas, así como por su alta fermentabilidad dentro del sistema intestinal (Cummingset al., 2001). Por lo que, gracias a los beneficios aportados por la inulina a los alimentos, se puede definir como un ingrediente alimenticio que puede ser adicionado para elaborar alimentos funcionales. Con respecto a la salud humana, la inulina colabora con la digestión de la lactosa, para aquellas personas intolerantes a este carbohidrato, reduce la constipación
que provoca el síndrome del intestino irritado y sirve como una pequeña reserva de sustitutos de azúcares o grasas (Kolida et al.,2002).
2.6.2 Plantago psyllium
Existen diferentes nomenclaturas que hacen referencias a este tipo de fibra; sin embargo, se puede definir como toda aquella fibra soluble en agua derivada de todas aquellas semillas maduras y enteras, además de cáscara y epitelios de diferentes tipos de especies del género Plantago, tales como: Plantago arenaria, Plantago ovatae, Plantago Ixpaghula Roxb. y Plantago psyllium. Obtenidas mediante mecanismos de secado y molido para separar la semilla de todos sus componentes (Wärnberg et al.,
2009).
Las plantas pertenecientes al género Plantago, han sido un suplemento alimenticio de suma importancia durante décadas, ya que ayudan a mantener los niveles de colesterol bajos en la sangre, así como también, garantizar la homeostasis de la glucosa en la sangre, con lo cual previenen la aparición de enfermedades cardiovasculares y la diabetes. Sin embargo, su principal función es en el combate contra enfermedades intestinales, tales como el síndrome del intestino irritable y la diverticulosis, incluso, ayudan en la prevención del cáncer del colon. Debido a que puede formar una masa suave laxante, la cual sirve para regular las funciones del intestino grueso (Wärnberget al.,2009; Lotfipouret al.,2012).
2.6.2.1 Efecto prebiótico del Plantago psyllium
Existe cierto impacto del consumo de este tipo de fibra en el crecimiento de bacterias, tales como el Bifidobacterium. Sin embargo, su aprovechamiento a nivel microbiológico solo puede ser observado en aquellas personas que poseen bajas concentraciones de estas bacterias dentro de sus sistemas digestivos; sumando a esto, el Plantago psyllium solo puede ser consumido por las bacterias cuando es parcialmente hidrolizado. A pesar de estos inconvenientes, investigaciones recientes lo catalogan como un producto con un efecto prebiótico (Damaskos y Kolios, 2008; Wärnberget al.,2009; Lotfipouret al.2012).
Aunque todos lo prebióticos son fibras del tipo soluble, no todas las fibras solubles son prebióticas; por lo que, para que las fibras sean consideradas como prebióticas deben soportar la acidez gástrica y la acción de las enzimas, además deben fermentarse por la flora intestinal (dando como resultado ácidos grasos de cadena corta como butiratos, acetatos y propionatos), los cuales pueden estimular el crecimiento o actividad de las bacterias benéficas del intestino. La interacción de la fibra como prebiótico y los probióticos se puede resumir como una sinergia, en la cual, la fibra actúa como un facilitador del proceso digestivo y fuente de alimento para los probióticos, creando de esta manera, el ambiente adecuado dentro del tracto gastrointestinal (Schley y Field, 2002).
Lo anteriormente descrito en el presente trabajo, sirvió de base para la realización de una pasta a base de aceituna de mesa comercial, la cual fue enriquecida con la adición de bacterias probióticas y prebióticos naturales utilizando para esto, el método de coacervación compleja.
2.7 Aceituna de mesa
una forma ya preparada o en conserva. El consumo global de aceitunas de mesa se puede clasificar de acuerdo al color de dicha aceituna, teniendo así un consumo del 45% para la aceituna verde, mientras que las aceitunas negras y las de color cambiante tienen un 36% y un 22% respectivamente (Schwartzet al.,2009).
Actualmente se conoce a la aceituna de mesa, según el CODEX STAN 66 (2013), como el producto preparado a partir de frutos sanos de variedades de olivo cultivado (Olea europeae L.), que han alcanzado un grado de maduración apropiado para su procesamiento y que han sido elegidas por producir frutos cuyo volumen, forma, proporción de pulpa respecto al hueso, delicadeza de pulpa, sabor, firmeza y facilidad para separarse del hueso los hacen particularmente aptos para la elaboración. Incluso la aceituna de mesa es considerada como un alimento sano y natural y aunque es característico de las regiones mediterráneas, donde se produce aproximadamente el 85% del total mundial, su alcance se ha extendido a todos los continentes, siendo los principales productores del mundo España, Italia y Grecia (Ruiz-Moyanoet al.,2009).
Cuadro 6.Clasificación de la aceituna de mesa (CODEX STAN 66)
Tipos de aceituna Preparaciones comerciales Formas de presentación
Verdes Aceitunas aderezadas Enteras: partidas o seccionadas
De color cambiante Al natural
Deshuseadas: mitades, en
cuartos, gajos, lonjas o rodajas, troceadas o rotas
Negras Deshidratadas y/o arrugadas Rellenas, para ensalada o en
mezcla con alcaparras Ennegrecidas por oxidación
Especialidad
La mayor parte de la producción es dedicada a la elaboración de aceituna verdes, comercializada tradicionalmente a granel, aunque en los últimos años este tipo de comercialización ha ido cediendo terreno al comercio mediante pequeñas porciones en envases pequeños pero de mayor valor añadido (Ruiz-Moyanoet al.,2009).
Los beneficios para la salud del consumo de aceitunas se debe principalmente a la presencia del ácido oleico (C 18:1), y otras sustancias naturales como tocoferoles, polifenoles y fitoesteroles, los cuales poseen características antioxidantes (evitando la aterogénesis) y antiinflamatorias (Schwartz et al., 2009). Además contiene altos niveles de vitaminas A, B y E, minerales como potasio, magnesio, manganeso, calcio, vanadio hierro y cobre. Sin olvidar la fracción de aceite monoinsaturado (14 al 30%), el cual es reconocido por aumentar los niveles de HDL. Además, la cantidad de fibra dentro de la aceituna produce (Lambermicoccaet al.,2005):
Un efecto protector en las células al bajar el riesgo de inflamación.
Una reducción en la severidad del asma, osteoartritis y artritis reumatoide.
Prevención en la aparición de problemas cardiovasculares.
Prevención en la aparición de cáncer de colon.
2.8 Situación actual
A nivel nacional, la industria de la fermentación láctea ocupa el segundo lugar en importancia, apenas un lugar atrás de la industria de fermentación alcohólica, gracias a la obtención de productos duraderos y con una alta estabilidad, tales como el yogurt y el queso. Sin embargo, la industria alimentaria se ha encaminado al desarrollo de nuevos productos con un origen diferente a aquellos derivados de la leche, con el fin de abrir el mercado y ofrecer nuevas alternativas de productos. Hoy en día es posible encontrar alimentos con contenido probiótico, que si bien no ofrecen una excelente viabilidad en comparación con los de origen lácteo, si son capaces de poseer los beneficios de las bacterias presentes en su formulación. Sirviendo de base para el desarrollo de nuevas tecnologías de protección de las bacterias como la encapsulación y la formulación de alimentos con nuevos ingredientes, alcanzando un mayor mercado de consumidores.
A pesar de lo mencionado anteriormente, en México, el 39% de la población desconoce la relación entre los hábitos alimenticios y los riesgos de contraer enfermedades crónicas tales como la diarrea y el estreñimiento (Sanders et al., 2008). Dentro de los principales beneficios que ofrecen los probióticos debido a su consumo, encontramos su colaboración con el sistema inmunológico frente a ciertos patógenos, mejoran la absorción de nutrientes en tracto gastrointestinal, evitan la aparición de ciertas infecciones en las vías urinarias, mejoran el estado de la piel y previenen la aparición de caries (Sanders, 2008; Revista del Consumidor, 2009).
Actualmente se están empleando tecnologías de encapsulación para ofrecer una mayor gama de productos con contenido probiótico, particularmente aquellos productos a base de aceituna de mesa (www.eumed.net “Situación actual y tendencias del mercado del olivo”).