Encapsulación de bacterias ácido lácticas y su efecto en las
características fisicoquímicas y microbiológicas de yogur
Mom. Cien. 2014. 11 (1). pp: 23-27 ISSN 1692-5491
Artículo de Investigacíon
1
Ricardo Adolfo Parra-Huertas * Resumen
En el presente trabajo se elaboraron cápsulas de Alginato de calcio con microorganismos ácido lácticos y añadidas en yogur determinandose su comportamiento durante el almacenamiento en condiciones de refrigeración. El experimento se realizó en la Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia. Los resultados mostraron que la adición de cápsulas en el yogur influyen significativamente en las características finales del yogur. Durante el almacenamiento, el pH para el yogur con cápsulas tuvo un valor de 4,03 y para la misma bebida sin cápsulas de 3,9; la acidez en el yogur fue 0,98% para la muestra sin cápsulas y 1,26% de ácido láctico con ellas; el recuento microbiológico de bacterias ácido lácticas
7 6
indicó que hubo liberación de ellas reportándose 1,45 X10 UFC/g para el yogur con cápsulas y 3,6X10 sin las ellas. La encapsulación de microorganismos utilizando Alginato de calcio en concentración de 4% fue una técnica viable en la tecnología de yogur durante el tiempo de almacenamiento.
Palabras clave: Yogur, encapsulación, bacterias, almacenamiento.
Abstract
In this paper we developed Alginate calcium capsules with added microorganisms and lactic acid in yogurt determining its behavior during storage under refrigeration. The experiment was conducted at the Pedagogical and Technological University of Colombia. The results showed that addition of capsules in yogurt significantly influence the final characteristics of yogurt. During storage, the pH for yogurt capsules had a value of 4.03 and for the same drink without capsules was 3.9, the acidity of the yogurt was 0.98% for the sample without capsules and 1.26% lactic acid with capsules; microbiological
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count of lactic acid bacteria was indicated that release of them being reported 1.45 X10 UFC/g for 6 6
yogurt with capsules and 3.6X10 capsules without them. The encapsulation of microorganisms using Alginate calcium concentration of 4% was a viable technique in the technology of yogurt during storage time.
Key words:Yogur, encapsulation, bacteria, storage. Recibido 05 de marzo de 2014.
Aceptado 25 de junio 2014.
Autor para Correspondencia*:
1
Docente, Grupo de Investigación en Química y Tecnología de los Alimentos. Química de Alimentos. Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, Tunja-Boyacá, Colombia.
AMAZONIA
DE CIENCIA
Introducción
Aunque no existen registros conables disponibles para localizar el origen de yogur, se cree que la fermentación fue la primera técnica empleada por humanos para preservar alimentos (Shah 2003); sin embargo, registros históricos arman que el origen del yogur fue en el Medio Este y fue primero producido por Turcos (de acuerdo a la leyenda, el primer yogur fue elaborado por gente anciana de Turquía en Asia) cuando ellos estuvieron en Asia y este fue llamado “yogurt”, que se deriva de la palabra turca “Jugurt” (Hussain et al. 2009). A comienzos del siglo pasado, el Nobel Laureado, Elie Metchnikooff en el Instituto Pasteur, observó que la salud estaba relacionado con la longevidad y a su vez a la ingestión de bacterias presentes en alimentos fermentados como yogur. Esta observación proporcionó un importante impulso a la elaboración y consumo de yogur y otros productos lácteos fermentados (Shah 2003).
Yogur es una leche fermentada consumida alrededor del mundo y uno de los más populares y distribuidos productos lácteos; el Codex Alimentarious lo dene como leche coagulada que resulta de la fermentación ácido láctica de leche entera o descremada. Además de ser un producto fermentado semisólido de apariencia viscosa, textura suave y un sabor placentero suavemente ácido, el yogur es mezclado con una combinación simbiótica de Streptococcus thermophilus y Lactobacillus delbruekii sub. bulgaricus (Noni et al. 2004; Mahmood et al. 2008; Campo et al. 2005) o suplementado con bacterias opcionales no
patógenas (Hui 1993).
Las bacterias ácido lácticas (BAL) desempeñan un papel importante en los procesos de fermentación, son utilizadas en la industria alimentaria, por su habilidad de acidicar y preservar alimentos, y su implicación en la textura, sabor, olor y desarrollo de aroma de alimentos fermentados como el yogur (Parra 2010a).
La encapsulación es denida como una técnica por la cual gotas líquidas, partículas sólidas o gaseosas, son cubiertas con una película polimérica porosa que contiene una sustancia activa que permite mantener su estabilidad y viabilidad. Las cápsulas ayudan a que los materiales alimenticios utilizados resistan las condiciones de procesamiento empacado y características de sabor, aroma, estabilidad, valor nutritivo y apariencia de productos (Parra 2010b).
La encapsulación de bacterias ha llamado la atención por ser un método que mejora la estabilidad de ellas en productos alimenticios funcionales. De acuerdo a Ding y Shah (2009) la encapsulación puede mejorar la sobrevivencia de estos microorganismos durante el procesamiento, almacenamiento de alimentos y también durante el paso a través de tracto gastro-intestinal humano (Fritzen et al. 2012).
método simple y económico que no causa daño a las células dando una alta viabilidad, esta tecnología no implica disolventes nocivos y pueden realizarse bajo condiciones aeróbicas y anaeróbicas; una de las desventajas de este método es la dicultad de utilizar en gran escala debido a la lenta formación de las microesferas (Burgain et al. 2011); este método constituye el segundo proceso más utilizado después del secado por aspersión (Parra 2010b).
El Alginato es un polisacáridos natural extraído a partir de varias especies de algas y compuestos por sustancias como Ácido α-L-gulurónico y Ácido β-D-manurónico. La composición de cadenas de polímero varia en cantidades y en distribución secuencial de acuerdo a la fuente del Alginato y su inuencia en las propiedades funcionales como material soporte. Los hidrogeles de Alginato son ampliamente utilizados en la encapsulación celular, siendo el Alginato de calcio el preferido para encapsular p r o b i ó t i c o s p o r s u s i m p l i c i d a d , n o t o x i c i d a d , biocompatibilidad y bajo costo (Burgain et al. 2011). Las principales ventajas de la encapsulación son:
La encapsulación puede proteger el material activo de la degradación producida por el medio ambiente (calor, aire, luz, humedad), etc.
El compuesto encapsulado se libera gradualmente del compuesto que lo ha englobado o atrapado en un punto determinado.
Las características físicas del material original pueden ser modicadas y hacer más fácil su manejo (un material líquido convertido a polvo), la higroscopia puede ser reducida, la densidad se modica y el material contenido puede ser distribuido más uniformemente en una muestra.
Puede ser empleado para separar componentes, con el n de que estos no reaccionen.
Estabilización de principios activos inestables.
Transformación de líquidos en sólidos (Astray et al. 2009). Teniendo en cuenta lo anterior el objetivo de este trabajo fue evaluar el comportamiento sicoquímico y microbiológico de un yogur con cápsulas conteniendo Lactobacillus delbrueckii, Streptococcus thermophilus y bidobacterium lactis.
Materiales y métodos
Esta investigación se realizó en el laboratorio de investigación de Química de Alimentos de la Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, sede Tunja.
Encapsulación de microorganismos
Las BAL se encapsularon empleando la técnica por extrusión y utilizando Alginato de sodio al 4% como agente encapsulante (Caicedo 2010).
Para la elaboración de yogur se tuvo en cuenta la metodología de Kailasapathy (2006); para ello se utilizó leche líquida entera marca Alpina, sacarosa marca Manuelita, el cultivo iniciador liolizado que contenía Lactobacillus delbrueckii, Streptococcus thermophilus y bidobacterium lactis fue de marca Vivolac. (Figura 1)
El experimento tuvo duración de 13 días siguiendo la metodología de El-Dieb et al. (2012) quienes trabajaron con yogur adicionado con microorganismos encapsulados.
Tratamiento 1 (T1)
Sin adición de cápsulas
Calentamiento de leche pasterizada (45ºC)
Inoculación con cultivo láctico (1%)
Adición de leche en polvo 3% y sacarosa 8%
Homogenización
Incubación 45ºC hasta acidez 0,9% de ácido láctico
Envasado en frascos de plástico de 300 mL
Refrigeración 4ºC
Tratamiento 2 (T2)
Adición de cápsulas (3%)
Análisis físico-químicos
Para el pHse utilizó un pH-metro previamente calibrado teniendo en cuenta el método de la A.O.A.C. 31.231/84 adaptado, se tomó los días 1,5,9 y 13 de almacenamiento en refrigeración. En la sinéresis se utilizó una centrífuga marca Rotina, para ello se pesaron 20 gr de cada tratamientos de yogur y se sometió a centrifugación por un tiempo de 20 minutos a una velocidad de 4.000 rpm. Luego de centrifugar se obtuvo el sobrenadante (lactosuero) y se calculó el grado de sinéresis mediante la relación entre el volumen del sobrenadante y el volumen de la muestra (Charoenrein, Tatirat & Muadklay 2008). El porcentaje de sinéresis se determinó los días 1, 5, 9 y 13 bajo condiciones de refrigeración. La densidad se realizó con picnómetro de 25 ml teniendo en cuenta la metodología propuesta por Mendoza et al. (2007) se realizó los días 1,5,9 y 13; Los sólidos solubles (°Brix) se calcularon según el método 932.12 de la A.O.A.C (1990) se calculó los días 1,5, 9, y13. Análisis microbiológico de bacterias ácido lácticas
Se utilizó la metodología empleada por Kailsapathy utilizando agar MRS. Las cajas de petri fueron incubadas anaeróbicamente por 48 horas a 37°C, sin la utilización de Cisteína como suplemento como si lo realizó Kailasapathy (2006), este análisis se realizó al nal del experimento. Análisis estadístico
El análisis estadístico para las muestras se realizó mediante análisis de varianza ANOVA en Excel; se consideró Pr< 0,05 como estadísticamente signicativo.
Resultados y discusión
Comportamiento de acidez
El comportamiento de la acidez, al inicio del experimento el valor fue para ambos tratamientos 0,92% expresada en ácido láctico (gura 2). Durante el almacenamiento en refrigeración, la acidez para ambos tratamientos aumentó; sin embargo, para el tratamiento que contenía los
microorganismos encapsulados la acidez nal fue 1,26% Ácido láctico, para el tratamiento sin encapsular microorganismos la acidez nal fue 0,98% Ácido láctico. La r a z ó n p o r l a c u a l e l t r a t a m i e n t o q u e c o n t e n í a microorganismos encapsulados tuvo mayor acidez, se atribuye a que durante el almacenamiento del yogur, las cápsulas liberaron los microorganismos ácidolácticos vivos aumentando así la población celular, su metabolismo y por lo tanto la acidez.
Autores como Briceño et al. (2001) mencionaban que la acidez continúa aumentando lentamente por la actividad residual de las bacterias ácidolácticas, igualmente Lubbers et al. (2004) mencionaban que estos cambios observados se atribuye a que durante el almacenamiento en condiciones de refrigeración ocurría una actividad microbiana residual. El-Dieb et al. (2012) quienes trabajaron en la elaboración y observación de yogur y su comportamiento durante el almacenamiento de 15 días (duración del experimento) encontraron que al inicio la acidez fue 0,7% de ácido láctico y al nal del experimento fue 0,98% ácido láctico.
Para los valores de acidez titulable no se encontraron diferencias signicativas (P>0,05) entre los tratamientos. Comportamiento de pH
Los valores de pH disminuyeron durante el tiempo de almacenamiento (gura 3), al inicio del experimento el tratamiento que contenía cápsulas con microorganismos tuvo un valor de 4,2 y el tratamiento que no contenía cápsulas el pH fue 4,5. Al nalizar el experimento las muestras de yogur con cápsulas tuvo un pH de 4 y 3,9 para las muestras de yogur sin cápsulas; este comportamiento fue similar al observado por otros autores como Kailasapathy (2006) que elaboraron yogur adicionado con bacterias ácido lácticas (Streptococcus thermophilus y Lactobacillus delbrueckii) encápsuladas en Alginato quien señaló que el pH característico de un yogur está entre 3,95 y 4,49 para un yogur control y 4,25 y 4,48 para un yogur con cápsulas añadidas.
Al respecto en estudios realizados por Sahan et al. (2008);
0,85 1 1,15
1,3
1 5 9 13
Acidez (% ácido láctico)
Tiempo (días)
Yogurt sin microorganismos encapsulados
Yogurt con microorganismos encapsulados
Ruíz & Ramírez, 2009; Olson & Aryana, 2008, reportaron que el pH de yogur disminuía durante el almacenamiento en condiciones de refrigeración entre 3,8 y 4,5.
Para los valores de pH no se encontraron diferencias signicativas (P>0,05) entre los tratamientos.
Densidad, sólidos solubles y sinéresis
Densidad
Las muestras de yogur en sus dos tratamientos mostraron una disminución en las densidades durante el almacenamiento, este comportamiento es similar al reportado por Mendoza et al. (2007) quienes almacenaron yogur durante 30 días. En la tabla 1 se observa que las muestras de yogur que contenían cápsulas presentaron una densidad inicial de 1,06 g/ml y para la muestra sin cápsulas 1,1012 g/ml, al nal del almacenamiento las densidades para la muestra de yogur con cápsulas y sin ellas fue 1,032 g/ml y 1,07 g/ml respectivamente. Según el análisis ANOVA, no existieron diferencias signicativas en cuanto a la densidad presentada en los tratamientos de yogur.
Sólidos solubles (S.S).
Los S.S disminuyeron en el tratamiento de yogur (Tabla 1), que contenían las cápsulas, esto se debe probablemente a
que durante la liberación de los microorganismos, estos degradaron parte de los azúcares y demás sustancias solubles en el yogur como indica Lara et al. (2007); para el tratamiento que no contenía cápsulas los valores de S.S no variaron.
Para los sólidos soluble no se encontraron diferencias signicativas (P>0,05) entre los tratamientos.
Sinéresis
Los porcentajes de sinéresis fueron menores (Tabla 1), para el tratamiento que contenía cápsulas con microorganismos en comparación con el tratamiento que no contenía cápsulas; lo anterior se debe probablemente a que el polímero encapsulante (Alginato de calcio) tuvo características para retener el lactosuero; sin embargo, se observa que para ambos tratamientos, los valores de sinéresis aumentaron durante el almacenamiento, estos resultados son similares a los reportados por Achanta et al. (2007) donde la sinéresis aumentó durante el tiempo de almacenamiento para un yogur control (leche en polvo, sacarosa y cultivo iniciador). Esto puede ser explicado por la disminución en el pH durante el almacenamiento, lo cual puede tener efecto de contracción en la matriz de la micela de caseína causando más eliminación de lactosuero (Achanta et al. 2007). Para la sinéresis se encontró diferencias signicativas (P>0,05) entre los tratamientos. Recuento microbiológico de bacterias ácido lácticas
El resultado del análisis microbiológico realizado a los dos tratamientos (Tabla 2), se observa que la muestra de yogur que contenía las cápsulas tuvo incremento en la población celular en comparación con el yogur sin las cápsulas, lo anterior es debido probablemente a que durante el almacenamiento hubo liberación de los microorganismos por parte de la cápsula, estos resultados son similares a los
3,8 4 4,2 4,4 4,6
1 5 9 13
pH
Tiempo (días)
Yogurt con microorganismos encapsulados Yogurt sin encapsular microorganismos
Figura 3. Comportamiento pH de yogur con y sin microorganismos encapsulados.
Parámetro
1 5 9 13 Densidad (g/mL) Y.C.M.E 1,06 1,05 1,04 1,03
Y.S.M.E 1,10 1,10 1,09 1,07
°Brix Y.C.M.E 19,00 15,50 15,50 15,60
Y.S.M.E 15,00 15,00 16,00 16,00
Sinéresis (%) Y.C.M.E 27,00 25,00 38,00 40,00
Y.S.M.E 40,00 43,00 45,00 49,00
Tratamiento
Tabla 1. Comportamiento densidad, °Brix y sinéresis de yogur con cápsulas y sin ellas.
Y.C.M.E= Yogur con microorganismos encapsulados. YS.M.E= Yogur sin microorganismos encapsulados.
Y.C.M.E(UFC/ml) Y.S.M.E (UFC(/ml) 7
1,45X10 6
3,6X10
reportados por Semyonov et al. (2010) quienes determinaron la sobrevivencia de las células encapsuladas en una matriz de maltodextrina, al nal de experimento
8
reportaron un valor de 5,0x10 (UFC/mL). La Norma Técnica Colombiana 805 para bebidas fermentadas estipula que el requisito de bacterias ácido lácticas totales
7
es de 10 UFC/mL.
Los recuentos de BAL fueron más altos para las muestras de yogur que contenían cápsulas debido a la liberación de estos microorganismos aumentando así la acidez y disminución de pH; lo anterior indicaría que la encapsulación favoreció la sobrevivencia de las bacterias; la sinéresis disminuyó probablemente por la presencia del polímero encapsulante, el cual retendría el lactosuero; la encapsulación de microorganismos fue una opcion viable para el almacenamiento de yogur en condiciones de refrigeración.
Agradecimientos
El autor expresa su agradecimiento a la Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, programa de Química de Alimentos.
Literatura citada
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