Biotecnología tradicional y alimentación
La biotecnología comprende una amplia variedad de técnicas que utilizan sistemas biológicos, organismos vivos o sus componentes, para la obtención de productos y servicios para usos específicos. En su sentido más amplio, la biotecnología es aplicada por el hombre hace ya miles de años en la obtención de alimentos. El pan, la cerveza, el queso y el vino, resultantes de procesos de fermentación por la acción de bacterias y hongos (ver Cuaderno Nº 53), eran parte esencial de la dieta en las civilizaciones ancestrales como lo son actualmente. Sin embargo, en aquella época no se conocía acerca de los microorganismos ni de los procesos metabólicos que realizan. No fue sino hasta la segunda mitad del siglo XIX cuando Luis Pasteur demuestra que estos procesos son consecuencia de la actividad microbiana. Entonces, se incluye a los procesos de fermentación dentro de la biotecnología tradicional. También se incluye dentro de la denominación de biotecnología tradicional otras técnicas como la selección artificial y los cruzamientos selectivos (hibridación) y la mutagénesis, que intervienen en los procesos productivos, y en la transformación genética de especies que se utilizan en la industria alimenticia (ver Cuaderno Nº 5).
Evidencias históricas de la fermentación aplicada a la alimentación
Existen evidencias arqueológicas y botánicas a partir de restos de semillas, prácticas y herramientas agrícolas que revelan habilidades rudimentarias en el arte de la fermentación microbiana en la Mesopotamia, alrededor del año 6000 a.C. La preparación de unas 38 comidas y bebidas alcohólicas tradicionales de los indígenas de Asia, África y América Latina involucraban la utilización de un sustrato rico en almidón para la producción de azúcares fermentables por levaduras y bacterias.
Incluso, en tumbas de miembros de la corte del rey egipcio Nyuserre Ini (2453-2422 a.C.) se encontraron fórmulas para la producción de cerveza, descriptas por el alquimista Zosimus en el siglo III d.C. Desde entonces hasta la actualidad, gran parte de la alimentación humana está relacionada con el proceso de fermentación microbiana.
La siguiente tabla describe algunos alimentos fermentados tradicionales y aporta datos acerca de su elaboración y del contexto socio-cultural en que surgen:
Fuente: Adaptado de Da Silva, E. Electronic Journal of Biotechnology (2004). Artículo en inglés.
* Cultivos empleados para iniciar un proceso de fermentación.
¿Qué es la fermentación?
Se estima que los alimentos fermentados contribuyen aproximadamente con la tercera parte de la dieta mundial. El proceso de fermentación se encuadra dentro de la biotecnología tradicional, que también incluye el mejoramiento por cruzamiento sexual de distintas variedades de plantas y animales, y la mutagénesis (ver cuaderno Nº5).
El término fermentación, en su acepción estricta, se refiere a la obtención de energía en ausencia de oxígeno. Pasteur denominó a la fermentación "la vie sans l'air" o "la vida sin aire". En otras palabras, es el proceso de transformación de sustancias orgánicas por los microorganismos (bacterias, levaduras y otros hongos) en condiciones anaeróbicas, o por complejos enzimáticos de origen animal, vegetal o microbiano.
Existen diferentes tipos de procesos de fermentación que se denominan según el nombre del producto final que se obtiene. Entre ellos:
Fermentación láctica: Se produce en muchas bacterias (bacterias lácticas), también en algunos protozoos y en el músculo esquelético humano. El producto de la reacción es el ácido láctico responsable de la obtención de productos lácteos acidificados como yogurt, quesos, cuajada, crema ácida, etc. El ácido láctico tiene excelentes propiedades conservantes de los alimentos. En las células musculares humanas, la acumulación de ácido láctico produce los dolorosos “calambres”.
Fermentación alcohólica: Esta fermentación la realizan, por ejemplo, las levaduras del género Saccharomyces. Se obtiene como producto alcohol etílico o etanol, y dióxido de carbono (CO2). Se trata de un proceso de gran importancia industrial que, según el tipo de levadura empleada, da lugar a una variedad de bebidas alcohólicas: cerveza, vino, sidra, etc. También en la fabricación del pan se añade a la masa una cierta cantidad de levadura que, al realizar la fermentación a partir del almidón de la harina, hará que el pan sea más esponjoso por las burbujas de CO2 que se desprenden e inflan la masa. En este último caso el alcohol producido desaparece durante la cocción.
Durante el proceso de fermentación, el metabolismo microbiano resulta en la producción de una diversidad de metabolitos (productos intermedios de las reacciones del metabolismo). Entre ellos, enzimas capaces de degradar carbohidratos, proteínas y lípidos, también se producen suplementos y aditivos (vitaminas, conservantes, aromatizantes y colorantes naturales, compuestos antimicrobianos, agentes que aportan textura, aminoácidos y ácidos orgánicos, entre otros). Muchos de estos compuestos son producidos a nivel industrial para utilizarlos en el procesamiento de alimentos (ver Cuaderno Nº 75). Por ejemplo, en la preservación de un amplio rango de materiales crudos (cereales, raíces, tubérculos, frutas y vegetales, leche carne, pescado, etc.), en la producción de alimentos fermentados (queso, yogurt, leches fermentadas, salchichas y salsa de soja, entre otros). Es por ello que muchos grupos de investigación, públicos y estatales, están interesados en la biotecnología aplicada al mejoramiento de la producción, calidad y rendimiento de metabolitos microbianos.
Biotecnología tradicional en el mejoramiento de los alimentos
Los cultivos microbianos, que tienen una larga tradición de utilización en la industria alimentaria, pueden ser mejorados utilizando métodos tradicionales o por ingeniería genética. Estas modificaciones pueden introducir, a su vez, cambios deseados en los productos de consumo. ¿Qué parámetros se pueden mejorar? Entre otros, la calidad sensorial (aroma, apariencia visual, textura y consistencia), la resistencia a virus, la capacidad para producir compuestos antimicrobianos, la degradación o inactivación de toxinas naturales, de micotoxinas y de factores antinutricionales.
Los métodos tradicionales para el mejoramiento genético tales como la mutagénesis (también aplicada al mejoramiento de plantas) y la conjugación bacteriana han sido las bases de la industria de desarrollo de inóculos bacterianos (cultivos empleados para iniciar un proceso de fermentación), mientras que la hibridización ha sido usada en el mejoramiento de cepas de levadura utilizadas ampliamente en la industria de la panificación y fabricación de cerveza. Estos métodos se describen a continuación:
a) Mutagénesis clásica: Esta metodología involucra la producción de mutantes por la exposición de cepas microbianas a sustancias mutagénicas químicas o rayos ultravioletas que inducen cambios azarosos en sus genomas. Las cepas así producidas son seleccionadas en base a propiedades específicas deseadas, tales como la resistencia a virus. Sin embargo, la mutagénesis puede originar cambios secundarios, no buscados, que podrían influenciar el comportamiento del cultivo durante la fermentación, u otros procesos metabólicos.
b) Conjugación: Es un proceso natural donde se transfiere material genético entre especies microbianas emparentadas, como resultado de un contacto físico entre un microorganismo dador y otro aceptor. El intercambio de genes por conjugación permite la transferencia de genes situados en el cromosoma o en plásmidos (molécula de ADN circular extra cromosómica que se encuentra presente en muchas bacterias, y que puede transferirse de una bacteria a otra).
c) Hibridización (o reproducción sexual): Las levaduras son hongos unicelulares (eucariotas) que usualmente se reproducen asexualmente por división de sus células, pero también pueden hacerlo “sexualmente” por la fusión de dos células que forman un nuevo organismo unicelular que continúa dividiéndose por mitosis. La reproducción sexual, con el consiguiente fenómeno de recombinación genética, ha llevado a mejoramientos en este tipo de microorganismos.
Probióticos y prebióticos: otra aplicación de la biotecnología tradicional
Actualmente, es habitual escuchar acerca de los productos “bio”, “probio” y “prebio”, que se promocionan como beneficiosos para la salud. De hecho, existen actualmente en el mercado productos probióticos y prebióticos (ver Cuaderno Nº 25).
¿Qué son los probióticos? Una de las definiciones más aceptadas es la de “microorganismos vivos que administrados confieren beneficios a la salud del huésped” (FAO, WHO. 2002). Actualmente existe un gran número de probióticos disponibles en los alimentos fermentados, especialmente en los yogures donde las bacterias ácido-lácticas funcionan como habitantes naturales del tracto gastrointestinal y ejercen allí una función de defensa ante potenciales agentes patógenos. Algunas especies de bacterias ácido-lácticas son administradas vivas a los humanos como suplementos dietarios para mejorar la composición de la microbiota intestinal. Se incluyen cepas seleccionadas de Lactobacillus,Bifidobacterium, Lactococcus y Saccharomyces.
¿Qué son los prebióticos? Son ingredientes alimenticios no digeribles o de baja digestión que benefician al organismo huésped estimulando selectivamente la acción de una bacteria benéfica –o de un grupo de ellas- presentes en su intestino. Algunos hidratos de carbono fermentables no digeridos en el intestino delgado cumplen esta función, ya que estimulan el crecimiento de bifidobacterias entre otras.
Algunos microorganismos asociados a los alimentos fermentados, en particular distintas cepas de Lactobacilos, son prebióticos, es decir, utilizados como suplementos dietarios microbianos vivos o como ingredientes en la alimentación que tienen efecto beneficioso en el huésped al influenciar la composición y/o actividad metabólica de la flora del tracto gastrointestinal.
Otras aplicaciones de la biotecnología tradicional a la alimentación
La biotecnología tradicional también interviene en el mejoramiento de cultivos y de especies animales que forman parte de la alimentación. De hecho, la gran mayoría de los cultivos que utiliza el agricultor en la actualidad han sido generados desde hace miles de años por métodos convencionales, como la selección artificial y la hibridación (cruzamientos selectivos) que aprovechan la diversidad y promueven la reproducción y la supervivencia de determinadas especies o variedades que resultan favorables. También en la actividad ganadera se seleccionan artificialmente y se cruzan determinados ejemplares que resultan más productivos o que ofrecen productos de mejor calidad.
A los métodos tradicionales de modificación genética, se suma en la actualidad la biotecnología moderna como una herramienta más que emplea técnicas de ingeniería genética para el mejoramiento de especies y la obtención de productos con múltiples aplicaciones en la agricultura, la salud, el ambiente y en diferentes industrias (ver Cuadernos Nº 11, 21, 58, 69, 71, 73, 75).
La biotecnología comprende una amplia variedad de técnicas que utilizan sistemas biológicos, organismos vivos o sus componentes, para la obtención de productos y servicios para usos específicos. En su sentido más amplio, la biotecnología es aplicada por el hombre hace ya miles de años en la obtención de alimentos. El pan, la cerveza, el queso y el vino, resultantes de procesos de fermentación por la acción de bacterias y hongos (ver Cuaderno Nº 53), eran parte esencial de la dieta en las civilizaciones ancestrales como lo son actualmente. Sin embargo, en aquella época no se conocía acerca de los microorganismos ni de los procesos metabólicos que realizan. No fue sino hasta la segunda mitad del siglo XIX cuando Luis Pasteur demuestra que estos procesos son consecuencia de la actividad microbiana. Entonces, se incluye a los procesos de fermentación dentro de la biotecnología tradicional. También se incluye dentro de la denominación de biotecnología tradicional otras técnicas como la selección artificial y los cruzamientos selectivos (hibridación) y la mutagénesis, que intervienen en los procesos productivos, y en la transformación genética de especies que se utilizan en la industria alimenticia (ver Cuaderno Nº 5).
Evidencias históricas de la fermentación aplicada a la alimentación
Existen evidencias arqueológicas y botánicas a partir de restos de semillas, prácticas y herramientas agrícolas que revelan habilidades rudimentarias en el arte de la fermentación microbiana en la Mesopotamia, alrededor del año 6000 a.C. La preparación de unas 38 comidas y bebidas alcohólicas tradicionales de los indígenas de Asia, África y América Latina involucraban la utilización de un sustrato rico en almidón para la producción de azúcares fermentables por levaduras y bacterias.
Incluso, en tumbas de miembros de la corte del rey egipcio Nyuserre Ini (2453-2422 a.C.) se encontraron fórmulas para la producción de cerveza, descriptas por el alquimista Zosimus en el siglo III d.C. Desde entonces hasta la actualidad, gran parte de la alimentación humana está relacionada con el proceso de fermentación microbiana.
La siguiente tabla describe algunos alimentos fermentados tradicionales y aporta datos acerca de su elaboración y del contexto socio-cultural en que surgen:
Inóculo* natural
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Producto
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Sustrato
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Uso
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Factor
socio-cultural |
Europa
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Levadura
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Cerveza
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Cebada y otros sustratos de almidón
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Segunda bebida después del té
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La receta más antigua conocida para fabricar cerveza está
escrita en una tabla de 4000 años en un himno a la diosa sumeria de la
cerveza Ninkasi. Se cree que los sumerios fueron la primera civilización en
fabricar cerveza.
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Mezcla de lactobacilos y levaduras
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Kefir
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Leche fresca
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Bebida alimenticia
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Originario de las montañas caucásicas y relacionado a la
longevidad de pobladores de Armenia, Azerbaijan y Georgia
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Levaduras
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Kvass
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Centeno o cebada fermentados, o pan oscuro de centeno
remojado fermentado
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Bebida de bajo contenido alcohólico
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Bebida nacional rusa
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Lactobacilos
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chukrut
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repollo
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alimento
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“Sahuerkohl”, preparado en los hogares alemanes como
comida de invierno, era conocido en China como el alimento de las tropas de
Genghis Khan
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América Latina y el Caribe
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Mezcla de lactobacilos y levadura
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Chicha
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Maíz, batata o plátanos maduros
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Bebida alcohólica
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Característica de la región de los Andes (Bolivia,
Colombia, Ecuador, Perú). Esta bebida es consumida actualmente en eventos
agrícolas, familiares, sociales y religiosos. Era considerada por los incas
como el vehículo que unía al hombre con sus dioses a través de la fecundidad
de la tierra
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Especies de Leuconostoc
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Pulque
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Cactus (aka agave)
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Bebida alcohólica
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Bebida nacional mexicana heredada de los aztecas que la
usaban como ofrenda a la diosa Mayahuel
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Lactobacilos
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Queso chaqueño
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leche
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alimento
|
El proceso actual para su producción se basa en el que
usaran los jesuitas en el siglo XVI en Moxos Pampas, Bolivia.
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Fuente: Adaptado de Da Silva, E. Electronic Journal of Biotechnology (2004). Artículo en inglés.
* Cultivos empleados para iniciar un proceso de fermentación.
¿Qué es la fermentación?
Se estima que los alimentos fermentados contribuyen aproximadamente con la tercera parte de la dieta mundial. El proceso de fermentación se encuadra dentro de la biotecnología tradicional, que también incluye el mejoramiento por cruzamiento sexual de distintas variedades de plantas y animales, y la mutagénesis (ver cuaderno Nº5).
El término fermentación, en su acepción estricta, se refiere a la obtención de energía en ausencia de oxígeno. Pasteur denominó a la fermentación "la vie sans l'air" o "la vida sin aire". En otras palabras, es el proceso de transformación de sustancias orgánicas por los microorganismos (bacterias, levaduras y otros hongos) en condiciones anaeróbicas, o por complejos enzimáticos de origen animal, vegetal o microbiano.
Existen diferentes tipos de procesos de fermentación que se denominan según el nombre del producto final que se obtiene. Entre ellos:
Fermentación láctica: Se produce en muchas bacterias (bacterias lácticas), también en algunos protozoos y en el músculo esquelético humano. El producto de la reacción es el ácido láctico responsable de la obtención de productos lácteos acidificados como yogurt, quesos, cuajada, crema ácida, etc. El ácido láctico tiene excelentes propiedades conservantes de los alimentos. En las células musculares humanas, la acumulación de ácido láctico produce los dolorosos “calambres”.
Fermentación alcohólica: Esta fermentación la realizan, por ejemplo, las levaduras del género Saccharomyces. Se obtiene como producto alcohol etílico o etanol, y dióxido de carbono (CO2). Se trata de un proceso de gran importancia industrial que, según el tipo de levadura empleada, da lugar a una variedad de bebidas alcohólicas: cerveza, vino, sidra, etc. También en la fabricación del pan se añade a la masa una cierta cantidad de levadura que, al realizar la fermentación a partir del almidón de la harina, hará que el pan sea más esponjoso por las burbujas de CO2 que se desprenden e inflan la masa. En este último caso el alcohol producido desaparece durante la cocción.
Durante el proceso de fermentación, el metabolismo microbiano resulta en la producción de una diversidad de metabolitos (productos intermedios de las reacciones del metabolismo). Entre ellos, enzimas capaces de degradar carbohidratos, proteínas y lípidos, también se producen suplementos y aditivos (vitaminas, conservantes, aromatizantes y colorantes naturales, compuestos antimicrobianos, agentes que aportan textura, aminoácidos y ácidos orgánicos, entre otros). Muchos de estos compuestos son producidos a nivel industrial para utilizarlos en el procesamiento de alimentos (ver Cuaderno Nº 75). Por ejemplo, en la preservación de un amplio rango de materiales crudos (cereales, raíces, tubérculos, frutas y vegetales, leche carne, pescado, etc.), en la producción de alimentos fermentados (queso, yogurt, leches fermentadas, salchichas y salsa de soja, entre otros). Es por ello que muchos grupos de investigación, públicos y estatales, están interesados en la biotecnología aplicada al mejoramiento de la producción, calidad y rendimiento de metabolitos microbianos.
Biotecnología tradicional en el mejoramiento de los alimentos
Los cultivos microbianos, que tienen una larga tradición de utilización en la industria alimentaria, pueden ser mejorados utilizando métodos tradicionales o por ingeniería genética. Estas modificaciones pueden introducir, a su vez, cambios deseados en los productos de consumo. ¿Qué parámetros se pueden mejorar? Entre otros, la calidad sensorial (aroma, apariencia visual, textura y consistencia), la resistencia a virus, la capacidad para producir compuestos antimicrobianos, la degradación o inactivación de toxinas naturales, de micotoxinas y de factores antinutricionales.
Los métodos tradicionales para el mejoramiento genético tales como la mutagénesis (también aplicada al mejoramiento de plantas) y la conjugación bacteriana han sido las bases de la industria de desarrollo de inóculos bacterianos (cultivos empleados para iniciar un proceso de fermentación), mientras que la hibridización ha sido usada en el mejoramiento de cepas de levadura utilizadas ampliamente en la industria de la panificación y fabricación de cerveza. Estos métodos se describen a continuación:
a) Mutagénesis clásica: Esta metodología involucra la producción de mutantes por la exposición de cepas microbianas a sustancias mutagénicas químicas o rayos ultravioletas que inducen cambios azarosos en sus genomas. Las cepas así producidas son seleccionadas en base a propiedades específicas deseadas, tales como la resistencia a virus. Sin embargo, la mutagénesis puede originar cambios secundarios, no buscados, que podrían influenciar el comportamiento del cultivo durante la fermentación, u otros procesos metabólicos.
b) Conjugación: Es un proceso natural donde se transfiere material genético entre especies microbianas emparentadas, como resultado de un contacto físico entre un microorganismo dador y otro aceptor. El intercambio de genes por conjugación permite la transferencia de genes situados en el cromosoma o en plásmidos (molécula de ADN circular extra cromosómica que se encuentra presente en muchas bacterias, y que puede transferirse de una bacteria a otra).
c) Hibridización (o reproducción sexual): Las levaduras son hongos unicelulares (eucariotas) que usualmente se reproducen asexualmente por división de sus células, pero también pueden hacerlo “sexualmente” por la fusión de dos células que forman un nuevo organismo unicelular que continúa dividiéndose por mitosis. La reproducción sexual, con el consiguiente fenómeno de recombinación genética, ha llevado a mejoramientos en este tipo de microorganismos.
Probióticos y prebióticos: otra aplicación de la biotecnología tradicional
Actualmente, es habitual escuchar acerca de los productos “bio”, “probio” y “prebio”, que se promocionan como beneficiosos para la salud. De hecho, existen actualmente en el mercado productos probióticos y prebióticos (ver Cuaderno Nº 25).
¿Qué son los probióticos? Una de las definiciones más aceptadas es la de “microorganismos vivos que administrados confieren beneficios a la salud del huésped” (FAO, WHO. 2002). Actualmente existe un gran número de probióticos disponibles en los alimentos fermentados, especialmente en los yogures donde las bacterias ácido-lácticas funcionan como habitantes naturales del tracto gastrointestinal y ejercen allí una función de defensa ante potenciales agentes patógenos. Algunas especies de bacterias ácido-lácticas son administradas vivas a los humanos como suplementos dietarios para mejorar la composición de la microbiota intestinal. Se incluyen cepas seleccionadas de Lactobacillus,Bifidobacterium, Lactococcus y Saccharomyces.
¿Qué son los prebióticos? Son ingredientes alimenticios no digeribles o de baja digestión que benefician al organismo huésped estimulando selectivamente la acción de una bacteria benéfica –o de un grupo de ellas- presentes en su intestino. Algunos hidratos de carbono fermentables no digeridos en el intestino delgado cumplen esta función, ya que estimulan el crecimiento de bifidobacterias entre otras.
Algunos microorganismos asociados a los alimentos fermentados, en particular distintas cepas de Lactobacilos, son prebióticos, es decir, utilizados como suplementos dietarios microbianos vivos o como ingredientes en la alimentación que tienen efecto beneficioso en el huésped al influenciar la composición y/o actividad metabólica de la flora del tracto gastrointestinal.
Otras aplicaciones de la biotecnología tradicional a la alimentación
La biotecnología tradicional también interviene en el mejoramiento de cultivos y de especies animales que forman parte de la alimentación. De hecho, la gran mayoría de los cultivos que utiliza el agricultor en la actualidad han sido generados desde hace miles de años por métodos convencionales, como la selección artificial y la hibridación (cruzamientos selectivos) que aprovechan la diversidad y promueven la reproducción y la supervivencia de determinadas especies o variedades que resultan favorables. También en la actividad ganadera se seleccionan artificialmente y se cruzan determinados ejemplares que resultan más productivos o que ofrecen productos de mejor calidad.
A los métodos tradicionales de modificación genética, se suma en la actualidad la biotecnología moderna como una herramienta más que emplea técnicas de ingeniería genética para el mejoramiento de especies y la obtención de productos con múltiples aplicaciones en la agricultura, la salud, el ambiente y en diferentes industrias (ver Cuadernos Nº 11, 21, 58, 69, 71, 73, 75).
Material obtenido en: http://porquebiotecnologia.com.ar/index.php?action=cuaderno&opt=5&tipo=1¬e=7
Fuente:
http://www.porquebiotecnologia.com.ar/
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