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Recibido 23/06/2015, Aceptado 02/07/2015, Disponible online 24/12/2015
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*
1
Grupo de Investigaciones Agroindustriales, 2Facultad de Ingeniería Agroindustrial
3
Facultad de Ingeniería Química
Universidad Pontificia Bolivariana. Circular 1 # 70-01. Medellín. Colombia.
*
[email protected]
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,
Enterococcus, Globicatella, Lactobacillus,
Lactococcus, Lactosphaera, Leuconostoc,
Oenococcus, Pediococcus, Streptococcus,
Tetragenococcus, Vagococcus y Weissella
(Monroy, 2009). Las especies más usadas
para retardar el deterioro y preservar los
alimentos en forma natural son las de los
géneros
Lactococcus,
Streptococcus,
Pediococcus, Leuconostoc, Lactobacillus y
Carnobacterium, las cuales se han aislado
a partir de granos, plantas verdes,
productos lácteos y productos cárnicos,
fermentación de verduras y del tracto
digestivo de los animales y humanos (Jami
y otros, 2013). Estos microorganismos
producen diferentes sustancias con
características antimicrobianas, dentro de
las cuales se destacan el ácido acético y el
ácido láctico, que resultan luego de la
fermentación
de
los
carbohidratos
presentes en los medios de cultivo,
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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
posttraduccionales, 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).
Estos péptidos son producidos por
varias especies bacterianas, donde son de
particular interés para la industria
alimentaria las que provienen de BAL que
tienen el estatus de QPS (Qualified
Presumption of Safety), ya que estos
microorganismos son considerados como
seguros para la salud, gracias a que sus
metabolitos han sido consumidos en
alimentos fermentados por innumerables
generaciones sin que se detectaran efectos
adversos en la población (Joerger, 2003).
Dentro de este grupo, se ha estudiado
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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 óxidoreducción, 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
Las bacteriocinas pueden agruparse en
cuatro clases diferenciables. La clase I está
conformada por lantibióticos de amplio
espectro, de bajo peso molecular y con
modificaciones post-traduccionales; de
éstos el más representativo es la nisina. La
clase II incluye péptidos termoestables de
bajo peso molecular sin modificaciones,
cuya principal característica es la actividad
antilisterial (Naghmouchia y otros, 2007).
La clase III agrupa a péptidos de mayor
tamaño, termolábiles como la helveticina
(Hill 1995). La clase IV está conformada por
moléculas complejas con fracciones de
lípidos y carbohidratos (Papagianni y
Anastasiadou, 2009). En la Tabla 1 se
presentan
algunas
bacteriocinas
pertenecientes a estas clases.
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Tabla 1. Bacteriocinas representativas producidas por BAL (Adaptada de Hill 1995)
Bacteriocina
Productor
Espectro de
inhibición
Clase I: Lantibióticos
Lactococcus
Amplio
lactis
Lactococcus
Amplio
lactis
Lactobacillus
Amplio
sake
Carnobacterium
Amplio
piscicola
Nisina (A y Z)
Lacticina 481
Lactocina S
Carnocina U149
Tamaño
(Número de
aminoácidos)
34
27
37
35-37
Clase II: No lantibióticos. Termoestables
Lactococcina A
Lactococcina B
Lactacin F
Plantaricina*
Sakacina P
Pediocina AcH
Divergicina M35*
Enterocina P*
Lactococcus
lactis
Lactococcus
lactis
Lactobacillus
johsonii
Estrecho
54
Estrecho
47
Estrecho
57-48
Amplio
34
Amplio
41
Amplio
44
Carnobacterium
divergens
Amplio
43
Enterococcus
faecium
Estrecho
44
Lactobacillus
planctarum
Lactobacillus
sake
Pediococcus
acidilactici
Clase III: Mayor tamaño, termolábiles
Helveticina J
Lactobacillus
helveticus
Estrecho
333
Clase IV: Moléculas complejas
Geobacillus
kaustophilus
*Tomado de: Hammami y otros s.f.
Cicularina A*
-
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BACTERIOCINAS
RELEVANCIA
DE
MAYOR
máximo 7 mg/kg (Codex Alimentarius,
2014).
A continuación se describen las
características de algunas de las
bacteriocinas de mayor relevancia en la
industria alimentaria.
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).
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
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
propiedades físico-químicas la hacen
resistente a los tratamientos térmicos y
cambios de pH que sufren los alimentos
durante su fabricación y almacenamiento y,
además, su pequeño tamaño le permite la
difusión en sistemas semisólidos, propios
de la mayoría de los alimentos (Martínez,
1996). La acción de la nisina en las
bacterias sensibles se realiza en la
membrana citoplasmática. Ésta forma
poros que afectan la fuerza motriz de
protones y el equilibrio de pH ocasionando
la pérdida de iones y la hidrólisis del ATP,
resultando en la muerte celular. También se
ha encontrado que bacterias Gram
negativas, que usualmente son insensibles
a la acción de la nisina, pueden ser
sensibilizadas mediante la adición de
agentes quelantes que afectan la integridad
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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).
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).
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).
Plantaricinas.
Son
bacteriocinas
producidas por diferentes 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).
Su mecanismo de acción en los
microorganismos sensibles es similar al
reportado para la nisina; sin embargo, se
Las plantaricinas se presentan en
fermentaciones en las que se utiliza
Lactobacillus plantarum, tales como la
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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
La producción de bacteriocinas depende
del crecimiento y la actividad fisiológica de
la cepa productora. En este sentido,
aunque la producción de estos péptidos
está generalmente asociada a la
producción de biomasa, su clasificación
como metabolitos primarios o secundarios
no es clara (Guerra y Pastrana, 2002). Por
ejemplo, en algunos estudios se ha
considerado que la pediocina AcH o
propionicina son metabolitos secundarios,
mostrando perfiles de producción que
comienzan al final de la fase exponencial y
que continúan durante la fase estacionaria
(Cabo y otros 2001); otras investigaciones
la consideran como metabolito primario
(Guerra y Pastrana, 2002). Para el caso de
la nisina se ha reportado que su producción
cesa al final de la fase exponencial, y en
algunas ocasiones antes de que termine el
crecimiento (Alquicira y otros, 2009). Sin
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embargo, otros autores encontraron
comportamientos en su producción
consistentes con metabolitos secundarios
(Guerra y Pastrana, 2002).
también han demostrado que la producción
de bacteriocinas puede darse en una
temperatura alejada de la temperatura
óptima de crecimiento (Faye y otros, 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).
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.
La mayoría de las bacteriocinas se han
producido en sistemas por lotes (LealSánchez 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
La composición del medio de cultivo, en
particular el tipo y las concentraciones de
las fuentes de carbono y nitrógeno tienen
un efecto marcado en la producción de
bacteriocinas. En diferentes estudios se ha
concluido que la glucosa es mejor fuente de
carbono que la sacarosa o la fructosa para
la producción de bacteriocinas como la
nisina y pediocina AcH, ya que con estas
dos últimas se puede presentar una
disminución de hasta 2 veces la producción
de la misma bacteriocina (Alquicira, 2006).
Sin embargo, para la producción de
micrococcina GO5 a partir de Micrococcus
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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).
y otros, 2001); aunque esta producción
generalmente es inferior a la alcanzada en
condiciones anaerobias (Neysens y De
Vuyst, 2005).
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 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)
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
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).
Otros autores han empleado técnicas de
separación en línea para evitar el efecto de
adsorción en la cepa productora. Liu y
otros (2010) propusieron el uso de
separación por espumado en línea y
mencionan algunas de las técnicas que se
reportan en la literatura, tales como uso de
los adsorbentes resina Amberlite XAD-4 y
ácido silícico, adición de aceite de fenilmetil silicona como una segunda fase
Vol 23, No 36 (2015), Revista Alimentos Hoy -195
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.
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).
Desde un punto de vista aplicado, las
bacteriocinas pueden ser usadas como
ingredientes bioactivos en polvo para
alimentos, como péptidos purificados,
semipurificados o a través de cultivos
lácticos productores de bacteriocinas. En
cualquier caso, el uso de las bacteriocinas
para la conservación de alimentos requiere
de una tecnología en la cual actuarían
diferentes
factores
antimicrobianos
tradicionales.
Por
ejemplo,
la
pasteurización, el manejo del pH, y el uso
de preservantes, sinergísticamente con
nuevas tecnologías tales como atmósfera
modificada, envasado, altas presiones;
pueden inducir una acción letal sobre la
bacteria que se quiere inhibir (Martin,
2002).
La aceptación de bacteriocinas como
una alternativa natural para la preservación
Vol 23, No 36 (2015), Revista Alimentos Hoy -196
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).
La
nisina
tiene
también
sus
potencialidades de aplicación para la
obtención de empaques antimicrobianos,
varios avances se han dado en el desarrollo
de aplicación de biopreservadores en
materiales de embalaje para el control
microbiano (Gautham y Sharma, 2009). Se
comprobó la efectividad de nisina comercial
en películas compuestas por polietileno /
poliamida / polietileno / solución de nisina,
con
pequeñas
variaciones
en
la
Vol 23, No 36 (2015), Revista Alimentos Hoy -197
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)
conviertan en una alternativa de
bioconservación que va ganando espacio
en la tendencia en el consumo de alimentos
más naturales.
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).
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.
III.
IV.
II.
AGRADECIMIENTOS
REFERENCIAS
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
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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
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