Tabla 1. Análisis proximal y cuantificación de azúcares
Se analizó la viabilidad del mosto de malta de cebada para utilizarse como materia prima en la producción de oligosacáridos funcionales mediante el uso de la levadura Saccharomyces boulardii. Se llevaron a cabo las siguientes determinaciones en cebada de cuatro variedades (Esmeralda, Josefa, Pastor Ortiz y Gabyota): un análisis selectivo de acuerdo a la NMX-FF-043-SCFI-2003, análisis proximal, azúcares reductores y totales. También se evaluó el crecimiento de la levadura en el mosto de malta. Los resultados obtenidos del análisis de las maltas de cebada, mostraron que los mayores contenidos de humedad, cenizas, carbohidratos y proteína se encontraron en la variedad Pastor Ortiz, (8.9%), Gabyota (6.8%), Josefa (77.4%) y Gabyota (11.8%), respectivamente. En cuanto a azúcares totales y reductores, las mayores concentraciones se encontraron en la variedad Josefa (216.24 g/L y 17.1 g/L, respectivamente). La cinética de crecimiento demostró que S. boulardii tiene la capacidad de adaptación a un medio no funcional (mosto) y que cuenta con las enzimas capaces de hidrolizar la mezcla de azúcares presentes y convertirlos en carbohidratos más sencillo, posiblemente funcionales con un efecto prebiótico.
Palabras clave: Oligosacáridos funcionales, mosto, cinética de crecimiento, Saccharomyces boulardii.
The viability of barley malt wort for use as raw material in the production of functional oligosaccharides by using the yeast Saccharomyces boulardii was analyzed. The following determinations were made to four varieties of barley (Esmeralda, Josefa, Pastor Ortiz and gabyota): a selective analysis according to the NMX-FF-043-SCFI-2003, proximal analysis, reducing and total sugars. The growth of yeast in the wort malt was also evaluated. The results of the analysis of barley malts, showed that the highest contents of moisture, ash, carbohydrates and protein were found in the variety Pastor Ortiz, (8.9%), Gabyota (6.8%), Josefa (77.4%) and Gabyota (11.8%), respectively. In terms of total and reducing sugars, the highest concentrations were found in the variety Josefa (216.24 g/L and 17.1 g/L, respectively). The growth kinetics showed that S. boulardii has the ability to adapt to a non-functional medium (wort) and it has enzymes capable of hydrolyzing the mixture of sugars and convert them into simpler ones, possibly functional carbohydrate with a prebiotic effect.
Keywords: Functional oligosaccharides, must, growth kinetics, Saccharomyces boulardii.
La alimentación equilibrada es un concepto fundamental, que resulta de un siglo de investigaciones en nutrición, ya que numerosas enfermedades tienen una estrecha relación con nuestra dieta diaria. Entre estas enfermedades se encuentran las gastrointestinales, que son un problema de salud pública mundial. El avance de la ciencia muestra que cambios en el balance adecuado de la microflora intestinal (MI) juegan un papel crucial en la patogénesis. Se ha llevado acabo la identificación de nutrientes e ingredientes con efectos específicos sobre la salud gastrointestinal, que pueden obtenerse de materias primas o ser incorporados a los alimentos para el crecimiento, desarrollo y mantenimiento de la microbiota intestinal. Una manera de modular esta microbiota intestinal es a través del uso de oligosacáridos funcionales, que estimulan el crecimiento de bacterias benéficas y que a la vez aumentan la resistencia a la invasión por patógenos. Estos oligosacáridos pueden obtenerse mediante la hidrolisis de azúcares durante el proceso de fermentación. En este trabajo se evaluó la factibilidad de emplear el mosto obtenido de la malta de cebada como materia prima para la producción de oligosacáridos funcionales por la levadura Saccharomyces boulardii, para ello se midieron el crecimiento celular y el consumo de azúcares fermentables con la finalidad de determinar la capacidad de adaptación y desarrollo de la levadura en este medio como sustrato.
Análisis selectivo
Se pesó 1 kg de grano de cada variedad (Esmeralda, Josefa, Pastor Ortiz y Gabyota), se midió la temperatura de los gramos, se retiró la materia extraña (i.e. otras semillas, heces de roedores, etc.) y por último se eliminaron los granos dañados o rotos de acuerdo a la NMX-FF-043-SCFI-2003.
Malteado y maceración
Los granos seleccionados se remojaron en agua en una proporción 1:2 durante12 horas, después se germinaron por 3-4 días a temperatura ambiente, posteriormente se secaron en una estufa a 55°C durante 12-24 horas para producir la malta (Vázquez, 2012). Luego, para obtener el mosto se maceró la malta en agua caliente (60-70°C, proporción 1:3) durante 2 horas con agitación de acuerdo a las condiciones establecidas por Jaén (2010). Por último, se filtró el mosto al vacío para que el color del mismo y las impurezas de la malta no interfirieran en la medición del espectro (Jaén, 2010).
Análisis proximal
El análisis proximal se realizó en base a los métodos establecidos por la Association of Oficial Analytical Chemists (AOAC, 1999) y por la European Brewery Convention (EBC, 2003). Los métodos empleados fueron los siguientes: humedad 925.10 AOAC, cenizas 923.03 AOAC, grasas 920.39 AOAC, fibra dietética total 62.09; AOAC y proteínas por el método Kjeldahl 3.3.1 y 4.3.1 EBC. Finalmente, el contenido de carbohidratos se obtuvo por diferencia.
Cinética de crecimiento
Para la determinación de la cinética de crecimiento de la levadura, se procedió como lo indica Vazquez (2012): se inoculó S. boulardii en el medio de cultivo líquido (mosto de malta de cebada) a 37°C con agitación constante (1000 rpm) durante 52 horas. Se tomaron muestras cada dos horas en tubos estériles para leer la absorbancia a una longitud de onda de 660 nm.
Cuantificación de azúcares reductores
Para la determinación de azúcares reductores se usó la técnica descrita por Miller (1959). Se realizó una curva patrón de glucosa a concentraciones molares conocidas (0.2, 0.4, 0.6, 0.8 y 1.0). Una vez que se tuvo la curva patrón se procedió a colocar una muestra de 1 mL en un tubo de ensaye después se le adiciono 1 mL de ácido dinitrosalicílico (se homogenizó en vórtex), el tubo se sumergió en un recipiente con agua en ebullición durante 3 minutos, después se le adicionaron 2 mL de agua destilada, se agitó y se dejó reposar durante 10 minutos. Finalmente se leyó la absorbancia a 550 nm (Miller, 1959). Esto se realizó por triplicado para cada muestra.
Cuantificación de azúcares totales
La cuantificación de azúcares totales se realizó mediante el método fenol-sulfúrico basado en la determinación de la absorbancia a 490 nm (Dubois, 1956). Se realizó una curva patrón de glucosa a concentraciones molares conocidas (0.2, 0.4, 0.6, 0.8 y 1.0). Una vez que se tuvo la curva patrón se procedió a colocar una muestra de 1 mL en un tubo de ensaye, se le agregó 1 mL de fenol al 5%, se agitó en un vórtex, posteriormente se le adicionó 5 mL de ácido sulfúrico concentrado lentamente y con mucho cuidado se homogenizó nuevamente en el vórtex. Finalmente se dejó enfriar el tubo por 15 minutos y se procedió a leer su absorbancia a 490 nm. Esto se realizó para muestra por triplicado.
Del análisis de la malta de cebada se obtuvieron los resultados mostrados en la Tabla 1.
Tabla 1. Análisis proximal y cuantificación de azúcares
Los resultados obtenidos del análisis proximal muestran el porcentaje de humedad más alto para la variedad Pastor Ortiz con 8.9% y el menor de 6.6% para Josefa, en cuanto a cenizas, el contenido varió de 6.8% en Gabyota a 1.2% en Pastor Ortiz; de proteína, la variedad Gabyota presentó el mayor porcentaje (11.8%) y Esmeralda el menor (9.9%); en cuanto a carbohidratos, el contenido varió de 77.6 a 67.5% en Josefa y Gabyota, respectivamente. Se comprobó que la malta de cebada tiene un porcentaje alto de carbohidratos y proteína. Después de la obtención del mosto y de acuerdo al porcentaje inicial de nutrientes los análisis realizados, se obtuvieron 216.24 g/L de azúcares totales y 17.1 g/L de azúcares reductores para Josefa, la variedad con mayor contenido, por lo que se seleccionó para la prueba de crecimiento de la levadura.
Figura 1. Cinética de crecimiento de la levadura en el mosto.
Los resultados obtenidos de la cinética de crecimiento de la levadura en el mosto de la variedad Josefa se presentan en la Figura 1, en donde se observa que S. boulardii tiene la capacidad de consumir los azúcares presentes en el medio y de adaptarse a las condiciones del mismo.
En la Figura 1 la fase de retraso (lag) de adaptación, no es prolongada este suceso se le atribuye a que uno de los azúcares que se encuentran en el mosto en esta fase es la glucosa, lo que facilita su asimilación del medio. La asimilación de los sustratos depende de la composición del medio anterior de la suspensión de las células inoculadas, como lo ha comprobado Byong (1996). Durante la fase exponencial o logarítmica (log) se observa que al tiempo de 8 a 10 horas hay una estabilización de la levadura S. boulardii ya que puede sufrir una saturación de alimento con los azúcares complejos del mosto, por lo que la levadura sufre una modificación de su medio lo que puede descontrolar el metabolismo de la misma (Ortiz et al., 2008). En la fase estacionaria, al tiempo de 24 a 48 horas hay un agotamiento de los nutrientes en el mosto, por lo que ya no se observa crecimiento continuo. Al tiempo de 48 horas empieza un decaimiento cuando la levadura ya no tiene nutrientes para su reproducción. Las células mantenidas en no crecimiento terminan por morir por el agotamiento de las reservas celulares de energía (Byong, 1996).
De acuerdo a Mitterdorfer et al. (2001) S. boulardii se desarrolla idóneamente en azúcares como la glucosa, fructosa, sacarosa y fructooligosacáridos, por lo cual podemos suponer que algunos de estos estuvieron presentes en el mosto y por ello S. boulardii presentó crecimiento.
En la Figura 2 se observa, que al mismo tiempo que hay un aumento en azúcares reductores hay una disminución en la concentración de azúcares totales, lo que es posible ya que la levadura metaboliza los azúcares complejos y genera azúcares simples, algunos de los cuales tienen carácter reductor. A pesar que la levadura haya sido activada en medio de glucosa es capaz de metabolizar azúcares simples y complejos presentes en el mosto. Este mismo comportamiento se ha observado en otros micoorganismos (Badui, 2013).
Figura 2. Consumo de AT vs AR en el mosto de la cebada Josefa.
Se comprobó que la levadura S. boulardii tiene la capacidad de adaptarse a un medio no funcional (mosto) y de metabolizar los azúcares presentes en él. Durante su crecimiento en el mosto, S. boulardii produjo azúcares, alguno de los cuales podrían ser funcionales con un efecto prebiótico.
Byong, H. (1996). Fundamentos de biotecnología de alimentos. Editorial Acribia S.A. Zaragoza, España. PP. 68-77.
Dobois, M. (2011). Colorimetric method for determination of sugars and related substances. Anal. Chem. Pp. 28, 350-356.
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Jaén, E.E. (2010). Uso de malta caramelo para la elaboración de una cerveza artesanal. Tesis de Licenciatura. Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo. México.
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Mitterdorfer, G., Kneifel, W., Viernstein H. (2002). Utilization of prebiotic carbohydrates by yeasts of therapeutic relevance. Viena, Australia. PP 251-255.
NMX-FF-043-SCFI-2003. Norma Mexicana para productos alimenticios no industrializados para consumo humano-cereal-cebada maltera (Hordeum vulgare y Hordeum distichon). Especificaciones y métodos de prueba.
Ortiz, A., Reuto, J., Fajardo, E., Sarmiento, S., Aguirre, A., Arbeláez, G., Gómez, D., Quevedo-Hidalgo, B. (2008). Evaluación de la capacidad probiótica “IN VITRO” de una cepa nativa de Saccharomyces cerevisiae. Universitad Scientiarum, Vol 13 N° 2, Bogota, PP. 145.
Vázquez, S. E. A. (2012). Cinética de crecimiento y bioconversión de diferentes azúcares por Sacchoromyces boulardii. Tesis de licenciatura. Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo. Pachuca de Soto, Hgo.
[a] Profesor Investigador de la Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo.
[b] Alumno de la Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo.