BACTERIOCINAS PRODUCIDAS POR BACTERIAS ÁCIDO LÁCTICAS Y SU APLICACIÓN EN LA INDUSTRIA DE ALIMENTOS

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BACTERIOCINAS PRODUCIDAS POR BACTERIAS ÁCIDO

LÁCTICAS Y SU APLICACIÓN EN LA INDUSTRIA DE ALIMENTOS

Natalia Agudelo Londoño1,2, Mabel M. Torres-Taborda1,3, Catalina Alvarez-López1,2,

Lina M. Vélez-Acosta1,2*

1Grupo de Investigaciones Agroindustriales, 2Facultad de Ingeniería Agroindustrial 3Facultad de Ingeniería Química

Universidad Pontificia Bolivariana. Circular 1 # 70-01. Medellín. Colombia. *lina.velez@upb.edu.co

RESUMEN

La preocupación creciente por la inocuidad de los alimentos a nivel mundial ha conllevado al estudio de diferentes alternativas para la obtención de compuestos que favorezcan la conservación de éstos. El estudio y aplicación de microorganismos como bioconservantes de alimentos ha venido cobrando relevancia en los últimos tiempos, debido a las problemáticas asociadas con la resistencia de microorganismos a compuestos químicos y a las tendencias de mercado en el consumo de productos con ingredientes naturales. En esta revisión se trata el tema de las bacteriocinas producidas a partir de bacterias ácido lácticas y su aplicación en la industria de alimentos, teniendo en cuenta su clasificación y los procesos de producción y purificación.

Palabras clave: Bactericina, bacterias ácido lácticas, nisina.

ABTRACT

The growing concern about food safety worldwide has led to the study of different alternatives for the preparation of compounds that promote their conservation. The study and application of biomolecules from microorganisms for food preservation has been gaining importance due to the problems associated with the resistance of microorganisms to chemicals, and trends in world consumption of products with natural ingredients. In this review is discussed the issue of bacteriocins produced by lactic acid bacteria and their application in the food industry, taking in to account its classification, production processes, and purification.

Keywords: Bacteriocins, lactic acid bacteria, nisin.

I. INTRODUCCIÓN

Las bacterias ácido lácticas han sido utilizadas por muchos años como conservantes en la industria de alimentos, ya que promueven la producción de sustancias antimicrobianas como el ácido

láctico, el etanol, el dióxido de carbono, el benzoato y sustancias proteicas denominadas bacteriocinas. Estas últimas se han utilizado como bioconservantes en alimentos desde la década de los 80´s, ya que contribuyen favorablemente en la preservación de éstos por su capacidad

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para inhibir el desarrollo de microorganismos patógenos o alterantes presentes en las materias primas, y que podrían convertirse en la flora predominante de algunos productos fermentados (Casaus, 1998). El desarrollo de estos microorganismos ácido lácticos, y la ausencia de patógenos o alterantes, contribuyen favorablemente en la preservación de los alimentos permitiendo reducir el uso de conservantes químicos y suavizar los tratamientos a los que se someten los alimentos procesados, sin que esto afecte su calidad y seguridad.

En los últimos 30 años, tanto la comunidad científica como el sector industrial, han presentado un creciente interés en las bacteriocinas. Se han desarrollado diversas investigaciones en torno a su detección, producción, purificación, forma de acción, caracterización bioquímica, propiedades bactericidas, microorganismos inhibidos o sensibles y aplicación con éxito en la bioconservación de alimentos (Vásquez y otros, 2009).

En esta revisión se trata el tema de las bacteriocinas producidas a partir de bacterias ácido lácticas y su aplicación en la industria de alimentos, teniendo en cuenta los procesos de producción y purificación, así como la identificación de las que presentan mayor aplicación en la industria de alimentos como bioconservante.

BACTERIAS ÁCIDO LÁCTICAS

Las bacterias ácido lácticas (BAL) son un grupo filogenéticamente diverso de bacterias Gram positivas diferenciado por algunos rasgos comunes, tanto morfológicos como metabólicos y

fisiológicos (Suárez,1997). Se caracterizan por la producción de ácido láctico como resultado metabólico final de la fermentación de carbohidratos (Monroy y otros, 2009). Tienen forma de cocos o bacilos, la mayoría son aerotolerantes anaerobios, catalasa y oxidasa negativas y sintetizan ATP en la fermentación láctica de los glúcidos, carecen de citocromos y no forman esporas. Según sus características bioquímicas, se clasifican en homofermentativas, cuyo único producto final de fermentación es el ácido láctico y en heterofermentativas, aquellas que producen además del ácido láctico, etanol, acetato y CO2.

El grupo de las BAL es probablemente el más abundante y difundido en la naturaleza, debido a la capacidad que poseen de crecer en varios sustratos y a diversas condiciones biológicas (Moreira, 1993). Pertenecen a los géneros

Aerococcus, Alloiococcus,

Carnobacterium, Dolosigranulun,

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provocando una caída del pH (Martínez, 1996), y por ende el efecto protector.

Así mismo, otros productos del metabolismo de algunas BAL, como el peróxido de hidrógeno, el diacetilo producido por bacterias fermentadoras del citrato, y péptidos antimicrobianos (bacteriocinas) pueden contribuir también a la conservación de los alimentos. La acción bactericida del peróxido de hidrógeno se atribuye a su efecto altamente oxidante, mediante peroxidación de los lípidos de la membrana celular y la destrucción de la estructura molecular básica de proteínas celulares. El diacetilo actúa desactivando enzimas microbianas por bloqueo o por modificación del sitio catalítico (Martín, 2002). Estos efectos antagonistas e inhibitorios de dichas sustancias son muy importantes ya que los hábitats de las BAL, en especial los alimentos crudos, poseen alta actividad de agua y son ricos en nutrientes, lo que los hace susceptibles de una proliferación bacteriana no deseada (Martínez, 1996).

BACTERIOCINAS

Las bacteriocinas son péptidos antimicrobianos producidos por un gran número de bacterias, incluyendo las del grupo BAL. Normalmente actúan contra microorganismos no deseados, estrechamente relacionados o responsables del deterioro de alimentos y causantes de enfermedades. Por esta razón, se utilizan en varias aplicaciones, como la biopreservación, la extensión de la vida útil, la acción antimicrobiana clínica y para el control de fermentaciones (Marcos y otros, 2013).

El término “bacteriocinas” fue propuesto por primera vez por Jacob y colaboradores

en 1953 para referirse a las sustancias proteicas con actividad antimicrobiana de origen bacteriano; luego, en 1976, Tagg y colaboradores las definieron como un grupo de sustancias antimicrobianas de origen bacteriano, caracterizadas por poseer un componente proteico biológicamente activo y por ejercer un modo de acción bactericida (Cristóbal, 2008). No obstante, se tienen reportes que la primera bacteriocina fue identificada por Gratia en 1925, como una proteína antimicrobiana producida por Escherichia coli (Marcos y otros, 2013).

Las bacteriocinas comprenden un grupo grande y diverso de proteínas o péptidos antimicrobianos sintetizados ribosómicamente, algunos de los cuales presentan modificaciones post-traduccionales, que tienen un efecto bacteriocida o bacteriostático en otras bacterias, ya sean de la misma especie (espectro estrecho) o de otros géneros (espectro amplio) (Marcos y otros, 2013). La célula productora sintetiza una molécula que la inmuniza contra la propia bacteriocina. La producción ocurre de forma natural durante la fase logarítmica del desarrollo bacteriano o al final de la misma, guardando relación directa con la biomasa producida (Vázquez y otros 2009).

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especialmente el género Lactobacillus, por su capacidad para la bioconservación de los alimentos.

La síntesis de las bacteriocinas se produce, generalmente, cuando las bacterias que las sintetizan se encuentran en situaciones de estrés. Como es habitual en las rutas metabólicas de los microorganismos, la síntesis de las bacteriocinas también depende del ecosistema, pH, potencial de óxido-reducción, cantidad de nutrientes, fase de crecimiento, temperatura y oxígeno disponible. Así mismo, son inactivadas por enzimas como la tripsina y la pepsina, las cuales al encontrarse en el tracto digestivo no permiten que las bacteriocinas alteren la microbiota existente en él (Marcos y otros, 2013).

Existen numerosas bacteriocinas producidas por las BAL, cada una tiene espectros de inhibición particulares, característica que es aprovechada en la industria de los alimentos para utilizarlas en diversas aplicaciones. Algunas se utilizan en procesos que requieren la inhibición del crecimiento de bacterias indeseables específicas, estrechamente relacionadas al productor de la bacteriocina, y en otros casos se aplican para inhibir el crecimiento

de microorganismos degradadores de alimentos o de patógenos como Staphylococcus y Listeria, respectivamente (González y otros, 2003). Las bacteriocinas pueden ser empleadas en alimentos mediante la adición del microorganismo productor, o una preparación de éstas, como una barrera adicional cuando se pretende la preservación por métodos combinados (Hill, 1995).

CLASES DE BACTERIOCINAS

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Tabla 1. Bacteriocinas representativas producidas por BAL (Adaptada de Hill 1995)

Bacteriocina Productor Espectro de

inhibición

Tamaño (Número de aminoácidos) Clase I: Lantibióticos

Nisina (A y Z) Lactococcus

lactis Amplio 34

Lacticina 481 Lactococcus

lactis Amplio 27

Lactocina S Lactobacillus

sake Amplio 37

Carnocina U149 Carnobacterium

piscicola Amplio 35-37

Clase II: No lantibióticos. Termoestables

Lactococcina A Lactococcus

lactis Estrecho 54

Lactococcina B Lactococcus

lactis Estrecho 47

Lactacin F Lactobacillus

johsonii Estrecho 57-48

Plantaricina* Lactobacillus

planctarum Amplio 34

Sakacina P Lactobacillus

sake Amplio 41

Pediocina AcH Pediococcus

acidilactici Amplio 44

Divergicina M35* Carnobacterium

divergens Amplio 43

Enterocina P* Enterococcus

faecium Estrecho 44

Clase III: Mayor tamaño, termolábiles

Helveticina J Lactobacillus

helveticus Estrecho 333

Clase IV: Moléculas complejas

Cicularina A* Geobacillus

kaustophilus - 76

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BACTERIOCINAS DE MAYOR RELEVANCIA

A continuación se describen las características de algunas de las bacteriocinas de mayor relevancia en la industria alimentaria.

Nisina.Es producida por diversas cepas de Lactococcus lactis subsp. Lactis. Fue la primera bacteriocina aislada a partir de esta cepa y fue descubierta por Rogers en 1928, quien observó que durante la maduración de unos quesos, determinadas cepas de Lactococcus lactis inhibían el crecimiento de otras bacterias lácticas patógenas y que ésta además no era perjudicial para la salud (Suárez, 1997).

Pese al reporte de aplicación de la nisina como bioconservante para alimentos, fue hasta 1968 que una comisión conjunta de la Organización de la Naciones Unidas para la Alimentación - FAO y la Organización Mundial de la Salud – OMS, aceptó su empleo, indicando que la dosis aceptable podría ser superior a los 0,125 mg/Kg (FAO/WHO, 1969). En 1983 se añadió a la lista positiva de aditivos del Consejo de la Unión Europea - CEE con el número E234, y la Agencia de Drogas y Alimentos de los estados unidos - FDA, le confirió el estatus de sustancia GRAS (Generally Regarded as Safe) para su empleo en la elaboración de quesos fundidos pasteurizados (Martínez, 1996). Es la única bacteriocina incluida en la lista positiva de aditivos alimentarios, Codex Alimentarius; en su norma estándar para quesos, la nisina puede ser usada a una concentración de 12,5 mg/Kg (Codex Stan 283 ,1978) (Sierra, 2012), en tanto que para productos cárnicos, aves de corral y de caza, en productos tratados térmicamente enteros o en piezas, se permite hasta 25 mg/kg, y para embutidos se tiene establecido un

máximo 7 mg/kg (Codex Alimentarius, 2014).

En Colombia el uso de la nisina en alimentos se ha regulado de forma general mediante la Resolución 4125 de 1991 (Ministerio de Salud, 1991), la cual estableció como dosis máxima 125 mg/kg, sin embargo, y de manera particular, ya la Resolución 2310 de 1986 había establecido una dosis máxima de 12,5 mg/kg en la elaboración de quesos madurados y semimadurados (Ministerio de Salud, 1986). En un documento en estudio titulado “Lista Positiva de Aditivos”, publicada en Colombia en 2012, se establece que la dosis máxima de nisina es de 0,825 mg/kg en crema cuajada / fermentada y en quesos madurados (Ministerio de Salud y Protección Social, 2012).

El espectro de acción de la nisina incluye a potenciales patógenos y alterantes asociados a los alimentos como son Bacillus cereus, Staphylococcus aureus, Listeria monocytogenes, Clostridium spp.,

Escherichia coli, entre otros. Sus

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de la membrana externa, y permiten el acceso de la bacteriocina a la membrana citoplasmática (de Arauz y otros, 2009).

Este conservante natural se emplea principalmente para prolongar la vida útil de diversos productos lácteos pasteurizados, evitar la alteración de las conservas por microorganismos termófilos, y disminuir la intensidad del tratamiento térmico de alimentos enlatados. Además podría contribuir a la sustitución de los nitritos como agente antibotulínico e inhibir la Listeria sp, puede controlar la alteración de bebidas alcohólicas, participar en la conservación de alimentos de pH bajo, en productos de panadería con humedad elevada e inhibir el crecimiento de Clostridium sp. en quesos (Martínez, 1996).

Pediocina. Es producida por cepas de las especies Pediococcus acidilactici, P. parvulus, P. pentosaceus, P. damnosus 1, y

una cepa de Lactobacillus plantarum aislada de queso. Es activa frente a un rango estrecho de bacterias Gram positivas como algunas especies de los géneros Lactococcus, Lactobacillus y Enterococcus. También posee actividad frente a otras bacterias Gram positivas más lejanas filogenéticamente, entre las que se encuentran las responsables de algunas toxinfecciones alimentarias como Bacillus, Brochotrix, Listeria y Staphylococcus. Con respecto a las bacterias Gram negativas, sus cubiertas celulares impiden el acceso de las bacteriocinas a la membrana plasmática, sin embargo, tal como ocurre con la nisina, es suficiente alterar la permeabilidad de sus membranas externas para permitir la acción antimicrobiana de estas bacteriocinas (Díez, 2011).

Su mecanismo de acción en los microorganismos sensibles es similar al reportado para la nisina; sin embargo, se

cree que deben unirse a un receptor quiral en las membranas celulares para después crear un poro que puede despolarizar la célula objetivo (Papagianni y Anastasiadou, 2009).

La pediocina es utilizada como conservador en productos vegetales y cárnicos, y por su elevada actividad contra especies de Listeria tiene un alto potencial para ser utilizada como conservante en alimentos lácteos (González y otros, 2003). Por ejemplo, la compañía Danisco formuló un cultivo liofilizado de P. acidilactici, denominado CHOOZIT ®, el cual es sugerido como adjunto para queso cheddar y quesos semiblandos (Papagianni y Anastasiadou, 2009).

Plantaricinas. Son bacteriocinas producidas pordiferentes cepas de

Lactobacillus plantarum (Chen y otros,

2014; Doulgeraki y otros, 2013) pertenecientes a las clases I y II. Su actividad depende de la acción sinérgica de dos péptidos de plantaricina diferentes que actúan en cantidades iguales, tales como plantaricina E con plantaricina F y plantaricina J con Plantaricina K, lo que conduce a un incremento de su acción (Atrihy otros 2001; Soliman y otros, 2011). Estas bacteriocinas muestran espectros de inhibición relativamente estrechos, siendo en su mayoría activas frente a especies de Lactobacillus (por ejemplo, L. plantarum, L. casei, L. sakei, L. curvatus), Listeria monocytogenes (Zhang y otros, 2013; Tiwari y Srivastava, 2008; Chen y otros 2014) y otras bacterias Gram-positivas estrechamente relacionadas con el productor L. plantarum (P. pentosaceus y P. acidilactici) (Diep y otros, 2009).

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fermentación de las aceitunas para la extracción de aceite de oliva (Doulgeraki y otros, 2013), producción de vinos (Yanagida y otros 2008), fermentación de cereales y legumbres (Jama y Varadaraj, 1999), entre otros.

Divergicina. Es producida por Caernobacterium divergens. Se caracteriza por estar asociada a un sistema de secreción en la célula productora que involucra la presencia de un péptido señal, pequeño, de naturaleza hidrofóbica y termoestable (González y otros, 2003; Iwatani y otros, 2011).

La divergicina A pertenece a la subclase IId y aunque su mecanismo de acción no está completamente establecido (Naghmouchi y otros, 2008), podría ser comparable al de otras bacteriocinas asociadas a un sistema de secreción, tal como la lactococcina 972; para esta última bacteriocina se ha encontrado que tiene la capacidad de inhibir el crecimiento de las células objetivo interfiriendo con la formación del septo durante la división celular (Iwatani y otros, 2011). Es de naturaleza débilmente ácida, lo que beneficiaría su potencial uso en alimentos, ya que su efecto sobre las características sensoriales y organolépticas pueden ser mínimos (Tahiri y otros, 2004).

Su aplicación se ha realizado por introducción de C.divergens en alimentos, o por la adición de la divergicina aislada o en solución la primera alternativa tiene como ventaja que el microorganismo puede desarrollarse y producir bacteriocinas a bajas temperaturas y a altas concentraciones de cloruro de sodio. Una de sus principales aplicaciones es como agente antilisterial por lo que se ha empleado como bioconservante para mariscos y salmón, alimentos en los que la

Listeria podría ser un problema grave, ya que tolera condiciones de refrigeración, incluso en presencia de altas concentraciones de cloruro de sodio (Tahiri y otros, 2009).

Helveticina J. Esta bacteriocina es producida por Lactobacillus helveticus, un microorganismo que se encuentra de manera natural en quesos madurados y en algunos alimentos fermentados (González y otros, 2003). Pertenece a la clase III de las bacteriocinas denominadas bacteriolisinas, esta clase es una de las menos investigadas con solo 5 miembros caracterizados completamente, entre ellos la Helveticina J. Presenta actividad antibacterial contra cepas de la misma especie y frente a especies relacionadas como L. jugurti, L. bulgaricus y Lactococcus lactis (Zhang y otros, 2013b).

PRODUCCIÓN DE BACTERIOCINAS

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embargo, otros autores encontraron comportamientos en su producción consistentes con metabolitos secundarios (Guerra y Pastrana, 2002).

Dichas discrepancias están relacionadas con fenómenos dependientes del pH, tales como la adsorción de las bacteriocinas en la superficie celular, procesamiento post-traduccionales de unos pre-péptidos a formas activas (Guerra y Pastrana, 2002) o a la degradación por proteasas (Alquicira, 2006).

La mayoría de las bacteriocinas se han producido en sistemas por lotes (Leal-Sánchez y otros, 2002; Khay y otros, 2013; Gui y Li, 2013). Algunas de ellas también se han producido en sistemas semi-batch (Miserendino y otros, 2008; Pongtharangkul y Demirci, 2006) y continuos buscando prolongar la fase exponencial (Simsek y otros, 2009), tales como la nisina (Carvajal-Zarrabaly otros, 2009; Simsek y otros, 2009; Liu y otros, 2005), lactococcina 972 (de-Rojas y otros, 2004), enterocina 1146 (Parente y otros, 1997) y pediocina (Papagianni y Anastasiadou, 2009), entre otras.

Las principales variables que afectan la producción de bacteriocinas son la temperatura, el pH, la composición del medio de cultivo y la presencia de inductores (Guerra y Pastrana, 2002; Khay y otros, 2013). La temperatura tiene un efecto importante en la producción de bacteriocinas, existen reportes para valores de temperaturas de incubación entre 20 a 50 °C (Kim y otros, 2006; Khay y otros, 2013; Mahrousy otros. 2013), en la mayoría de los casos se encuentra una coincidencia entre la temperatura óptima de crecimiento y de producción de bacteriocinas (Kim y otros, 2006; Khay y otros, 2013; Leroy y de Vuyst, 1999); no obstante, algunos autores

también han demostrado que la producción de bacteriocinas puede darse en una temperatura alejada de la temperatura óptima de crecimiento (Faye y otros, 2002).

El pH es generalmente mantenido constante para la producción de bacteriocinas, mediante la neutralización de los ácidos producidos durante el proceso de fermentación, esto es realizado utilizando soluciones buffer en el medio de cultivo o adicionando de forma constante una base. Este mantenimiento de las condiciones de pH ha demostrado tener un efecto en la estabilidad, solubilidad y en la adsorción de las bacteriocinas en la membrana citoplasmática y en la superficie de los sistemas de cultivo (Liu y otros, 2010), por ejemplo para el caso de la nisina se ha reportado que un pH de 6.8 más del 80% de la nisina sintetizada permaneció adherida a las células, mientras que a pH por debajo de 6.0 más del 80% de la nisina fue liberada al medio de cultivo (Yang y otros, 1992). Por otro lado, Hout y otros (1996) encontraron a un pH de 6.4 pérdidas de actividad de la nisina del 1% del 23% para preparaciones almacenadas durante 3 horas a 4 y 20 °C, respectivamente; concluyeron que a mayor pH mayor es la pérdida de actividad de la bacteriocina.

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sp GO5 se presenta mayor producción empleando como fuentes de carbono lactosa o sacarosa, en vez de glucosa (Kim y otros, 2006).

En algunas ocasiones se ha reportado un posible efecto de inhibición por sustrato en sistemas en batch sobre la producción de bacteriocinas (Khay y otros, 2013), por ejemplo Parente y otros (1997) evaluaron la producción de la enterocina 1146 a partir de Enterococcus faecium DPC1146 para concentraciones iniciales de glucosa entre 5 y 30 g/L encontrando un máximo de producción con 20 g/L de glucosa y una disminución en el crecimiento y en la producción de la bacteriocina para una concentración de 30 g/L. En cuanto a la fuente de nitrógeno, se ha mostrado que el incremento en las concentraciones de fuentes no definidas como el extracto de levadura, extracto de carne o peptona puede aumentar la producción de bacteriocinas (Khay y otros, 2013).

La aireación es un factor que también puede afectar la producción de bacteriocinas. En el caso de la nisina que es producida por bacterias acido lácticas, la presencia de oxígeno puede activar diferentes rutas metabólicas que pueden dar origen a diferentes rendimientos. Es por esto que se encuentran investigaciones en las que se sugiere utilizar condiciones anaeróbicas y otras en las que propone emplear una atmósfera enriquecida con oxígeno (60% O2) para incrementar la

producción de nisina (Cabo y otros, 2001). Este efecto varía entre otras bacteriocinas; por ejemplo para la amilovorina, un péptido producido por Lactobacillus amylovorus y con actividad bactericida sobre ciertas cepas de Lactobacillus (Foulquié y otros, 2008), la producción incrementa a medida que se aumenta el porcentaje de saturación de oxígeno de 40 a 80% (Cabo

y otros, 2001); aunque esta producción generalmente es inferior a la alcanzada en condiciones anaerobias (Neysens y De Vuyst, 2005).

La producción de bacteriocinas también puede verse afectada por la facilidad con que estas son excretadas al medio de cultivo, para favorecer este aspecto se ha empleado la adición de surfactantes tales como Tween 80 que estimula la secreción de péptidos al influenciar la fluidez de la membrana celular (Khay y otros, 2013; Monroy y otros, 2009; Taheri y otros, 2012)

SEPARACIÓN DE BACTERIOCINAS

Diferentes investigaciones han demostrado que las bacteriocinas pueden ser adsorbidas por la célula productora (Taheri y otros, 2012; Yıldırım y otros, 2002). Es por esto que se hace importante la liberación de estas moléculas para obtener una mayor cantidad de bacteriocinas purificadas. En este sentido, se han venido utilizando técnicas como extracción ácida (Yang y otros, 1992), tratamientos con etanol y Tween durante la fermentación (Taheri y otros, 2012; Venema y otros, 1997), y combinaciones de modificaciones de pH (Bello y Desamparados, 2012), tratamientos térmicos y ultrasonido después de la fermentación (Taheri y otros, 2012).

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adsorbente, entre otros. Jozala y otros (2008) presentan como alternativa para la extracción de nisina un sistema acuoso micelar de dos fases formadas usando Triton X-114, un surfactante no iónico.

Para la separación de bacteriocinas luego de su producción se han empleado con frecuencia la precipitación por salado con sulfato de amonio (Rojas y Vargas, 2008; Prasad y otros, 2005), NaCl (Tulini y De Martinis, 2010); la purificación por intercambio iónico, cromatografía en fase reversa, partición en fases inmiscibles (Olejnik-Schmidt y otros 2014) y adsorción en lecho expandido (Foulquié y otros, 2001), entre otras.

BACTERIOCINAS DE ORIGEN LÁCTICO EN LA INDUSTRIA DE ALIMENTOS

Actualmente hay una demanda creciente de alimentos mínimamente procesados o de cuarta generación, que utilicen aditivos naturales o que tengan reducido la adición de sustancias artificiales. Esto ha llevado a la industria alimentaria a reconsiderar el uso de las bacteriocinas producidas por BAL y su potencial antimicrobiano, ya que pueden ser tenidas en cuenta como conservadores naturales (Alquicira, 2006) o biopreservadores (Yost, 2014). De todas las sustancias antimicrobianas producidas por las bacterias lácticas, las bacteriocinas aparecen como las más adecuadas desde un punto de vista tecnológico para ser utilizadas como conservantes de grado alimentario (Martínez, 1996), debido, como se mencionó anteriormente, a que estas bacterias son se encuentran en la lista GRAS.

La aceptación de bacteriocinas como una alternativa natural para la preservación

de alimentos ha despertado interés en productores cuyos mercados les presentan exigencias estrictas de calidad microbiana (Concha y otros, 1999), ya que a la industria de alimentos requiere contar con productos que tengan una reducida carga microbiana, libres de patógenos de importancia sanitaria y que no posean ingredientes y aditivos que constituyan un riesgo para la salud de los consumidores. Entre las ventajas de las bacteriocinas es que éstas poseen una naturaleza peptídica que permite su degradación por las enzimas digestivas, resultando así presuntivamente inocuas para el consumidor y su microbiota intestinal de ocupación. Por último, sus propiedades físicoquímicas las hacen resistentes a los tratamientos térmicos y cambios de pH que sufren los alimentos durante su fabricación y almacenamiento y, además, su pequeño tamaño permite la difusión en sistemas semisólidos, propios de la mayoría de los productos alimentarios (Martínez, 1996).

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Los métodos para la aplicación de bacteriocinas en la preservación de alimentos son básicamente tres: 1) la inoculación del alimento con cultivos iniciadores que producen bacteriocinas en el producto, 2) la adición de bacteriocinas purificadas o semipurificadas como preservativo alimenticio y 3) mediante el uso de un producto previamente fermentado con un cultivo productor de bacteriocina, como ingrediente dentro del procesamiento de un alimento (Castro y Valbuena, 2009) (Alquicira, 2006).

En el método de inoculación del alimento con cultivos iniciadores o protectores (producción in situ), las BAL ofrecen la posibilidad de producir las bacteriocinas in situ durante el proceso de fabricación. De hecho, se ha demostrado que muchos de los cultivos iniciadores utilizados en sistemas alimentarios producen bacteriocinas. Por lo tanto, se podría evitar la adición directa de una preparación pura de esta sustancia (Díez, 2011). El éxito del método depende de la habilidad del cultivo para crecer y producir la bacteriocina en el alimento bajo condiciones ambientales y tecnológicas (temperatura, pH, aditivos, entre otros). Los cultivos iniciadores deben ser capaces de competir con la microflora natural, no debe tener impacto en las propiedades fisicoquímicas y organolépticas del alimento, tampoco producir gas ni exopolisacáridos para evitar el inflamiento en el empaque y la formación de viscosidades en las superficies de los productos (Vázquez y otros, 2009). La producción in situ de bacteriocinas ofrece varias ventajas en comparación con los métodos ex situ, en relación con los aspectos legales y económicos. En este método, la reducción de los costos de los procesos de biopreservación puede ser muy atractivo, y la legislación para el uso de BAL es más amplia (Marcos y otros, 2013).

El método por adición de bacteriocinas purificadas o semipurificadas como preservativo alimenticio (producción ex situ) permite usar dosis más precisas de bactericionas, ofreciendo una mejor herramienta de control para los productos. Sin embargo, la aplicación se limita de acuerdo a la legislación de cada país concerniente a aditivos en los alimentos (Vázquez y otros, 2009). Con este método se puede alcanzar una mejor distribución y se evitan los cambios físicos, químicos y organolépticos que conllevan los procesos fermentativos, adicionalmente, el costo hace que esta técnica sea poco atractiva (Castro y Valbuena, 2009).

La adición de un cultivo productor de bacteriocina como ingrediente (producción ex situ) consiste en añadir preparaciones de bacteriocina cruda (extracto crudo), licor fermentado o concentrados obtenidos por el crecimiento de BAL productoras de bacteriocina en un sustrato complejo de calidad alimentaria (leche o suero de leche) (Vázquez y otros, 2009). Las preparaciones resultantes pueden ser consideradas como aditivos alimentarios o ingredientes, dependiendo de la legislación de cada país. Este método evita el uso de compuestos purificados que pueden tener regulación legal más estricta y ahorra costos en la purificación de cada compuesto (Marcos y otros, 2013).

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composición de las películas (Guiga y otros, 2009). También se ha experimentado en el empaquetado de carne refrigerada dando una importante reducción global de los recuentos viables de las bacterias Gram positivas patógenas (Escorlinia y otros, 2010)

La utilización de estos sistemas de biopreservación requiere en cualquier caso estudios preliminares para determinar el comportamiento de las bacterias en el medio de cultivo en que se desarrolla (curvas de crecimiento), y la estandarización de las técnicas para lograr producirlas en cantidades suficientes (Vázquez y otros, 2009).

II. CONCLUSIÓN

La detección de cepas productoras de bacteriocinas permite hacer estudios posteriores que puedan establecer su potencial en el manejo y control de los procesos en la industria alimenticia, sin embargo, se requiere de varios pasos metodológicos para identificar, producir y purificar dichas sustancias.

Por otro lado, las bacteriocinas producidas por BAL son importantes en la industria de alimentos ya que producen, a parte las bacteriocinas, otras sustancias metabólicas durante las fermentaciones lácticas que son deseables no solo por sus efectos en las características organolépticas de los alimentos, sino también porque ayudan a inhibir el crecimiento de microorganismos patógenos que se encuentran dentro de su espectro (microflora indeseable), lo cual extiende la vida útil del producto alimenticio preservando su valor nutritivo y su salubridad. Estas características han permitido que las bacteriocinas se

conviertan en una alternativa de bioconservación que va ganando espacio en la tendencia en el consumo de alimentos más naturales.

III. AGRADECIMIENTOS

Los autores agradecen al Centro de Investigaciones para el Desarrollo y la Innovación-CIDI, de la Universidad Pontificia Bolivariana por la financiación del proyecto “Optimización de la producción de nisina y su aplicación en alimentos” con número de radicado 726A-12/10-25.

IV. REFERENCIAS

Alquicira, L. (2006). Determinación del mecanismo de resistencia a la acción inhibitoria de la bacteriocina producida por Pediococcus parvulus MXVK 133 [Tesis MSc]. Iztapalapa, México: Universidad Autónoma Metropolitana. Disponible en: lareferencia.info

Atrih, A., Rekhif, N., Moir, A., Lebrihi, A., Lefebvre, G. (2001). Mode of action, purification and amino acid sequence of plantaricin C19, an anti-Listeria bacteriocin produced by Lactobacillus plantarum C19. International Journal of Food Microbiology,

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