Viabilidad de Weissella cibaria durante los procesos integrados de fermentación y encapsulación utilizando residuos agroindustriales en la formulación del sustrato y doble emulsión seguido de coacervación compleja en la encapsulación (2022)
Para la producción de biomasa bacteriana y sus metabolitos mediante procesos de fermentación láctica, comúnmente se han utilizado sustratos comerciales; sin embargo, se ha promovido el uso de residuos agroindustriales como sustratos de fermentación de bacterias ácido lácticas (BAL) y, como posible alternativa para reducir los costos de producción de probióticos. Por otra parte, mejorar la viabilidad de las BAL ha sido un desafío persistente en las aplicaciones de microorganismos con potencial probiótico en alimentos. Por lo cual, diferentes tecnologías de encapsulación han sido evaluadas para proteger las células bacterianas y facilitar su aplicación. En este contexto, el objetivo general de esta investigación fue integrar los procesos de fermentación y encapsulación de la bacteria ácido láctica Weissella cibaria utilizando residuos de piña (epicarpios y núcleos) y subproducto de sacha inchi como sustrato de fermentación, y combinando las tecnologías doble emulsión y coacervación compleja para su encapsulación. Objetivo que se desarrolló en cuatro fases. En la 1era fase se caracterizó elemental, proximal, física y químicamente los residuos de piña y el subproducto de sacha inchi (SSI) para la formulación de un sustrato de fermentación (SFS). El SFS se hidrolizó y se utilizó para la producción de una bacteria ácido láctica (Weissella cibaria). Los resultados mostraron que los residuos de piña y SSI fueron fuentes potenciales de macro y micronutrientes (carbohidratos, proteínas y minerales). Tras la aplicación del SFS en el proceso de fermentación con W. cibaria se obtuvieron resultados similares a cuando se utilizó el sustrato comercial (MRS); producción de biomasa (2.9±0.1 y 3.5±0.1 g L-1) y viabilidad (9.8±3.2 y 9.9±2.7 Log10 CFU mL-1). En la 2ª fase, se optimizó la producción de biomasa de W. cibaria mediante metodología de superficie de respuesta considerando las variables independientes: temperatura (32 – 40 °C), pH (5.0 – 6.0), y agitación (100 - 150 rpm). La optimización experimental de múltiples respuestas con una deseabilidad de 77.4%, arrojó las siguientes condiciones óptimas para las variables independientes: temperatura = 35.1 °C, pH = 5.0 y agitación = 139.3 rpm. Los resultados experimentales a resaltar entre las variables dependientes fueron: viabilidad = 10.1±0.1 Log10 CFU mL-1, producción biomasa = 3.2±0.2 g L-1 y velocidad específica de crecimiento = 0.24 h-1. En la 3ª fase se optimizaron experimentalmente las condiciones de proceso de una emulsión simple (W/O), considerando las variables independientes; tiempo de homogenización (HT) (1 – 5 min), balance hidrófilo lipófilo (HLBTotal) (4.7 – 6.7), concentración de emulsificantes (0.1 – 0.5 %) y concentración de aceite (30 – 50 %). Con el 70.1 % de deseabilidad en la optimización por múltiples respuestas se establecieron las siguientes condiciones óptimas; HT = 3.7 min, HLBtotal = 6.5, surfactantes = 0.47 % y aceite = 39.6 %. A partir de las condiciones óptimas de W/O se procedió a optimizar la formulación de una emulsión doble (W1/O)/W2, en la que se incorporó W. cibaria. Se utilizó un diseño central compuesto evaluando las variables independientes: tiempo de agitación (HT) (2 - 4 min), velocidad de homogenización (HS) (3000 - 5000 rpm), relación de mezcla de goma arábiga y gelatina (GA/G) (1.34 - 1.66) y relación másica de la emulsión simple W1/O (E1) y solución de hidrocoloides (W2) (0.43 - 0.66). Previamente, se determinó el punto de equivalencia de GA y G, obteniendo como resultado una relación de mezcla = 1.5 (GA/G). Las condiciones óptimas de las variables independientes fueron: HT = 3.1 min, HS = 3000 rpm, relación GA/G = 1.6 y E1/W2 = 0.5. Entre los resultados se destacó una alta viabilidad (10.5±0.1 Log10 CFU mL-1) y la obtención de gotas esféricas, dispersas y de tamaño variable. Seguidamente, se evaluó el proceso de coacervación compleja mediante un diseño unifactorial, considerándose el efecto del pH (3.5, 4.0 y 4.5) sobre las propiedades fisicoquímicas del coacervado y la viabilidad de W. cibaria. Se tomó la emulsión E1/W2 optimizada para la formación del coacervado, obteniendo los mejores resultados a pH = 4.0. Destacando alta viabilidad de W. cibaria (10.01±0.02 Log10 (CFU mL-1) y una morfología de partículas aglomeradas. Finalmente, en la 4ª fase los coacervados se liofilizaron y se evaluó la estabilidad de las microcápsulas durante el almacenamiento (1, 2, 3, 4, 5 y 6 meses) a diferentes condiciones de temperatura (5, 15 y 25 °C) mediante un diseño factorial completamente aleatorizado considerando las variables dependientes aw, humedad (%), solubilidad (%), higroscopicidad (%), índice de peróxidos (meqO2/kg muestra), viabilidad (Log10 CFU g-1) y simulación in vitro de digestión gastrointestinal (Log10 CFU g-1). Obteniendo en las cápsulas almacenadas a 5 °C la mayor viabilidad a los 180 días de almacenamiento (7.8±0.1 Log10 CFU g-1), garantizando unas propiedades fisicoquímicas adecuadas. En general, se resalta que a 5, 15 y 25 °C se mantiene el carácter probiótico de las microcápsulas de W. cibaria durante los 6 meses de almacenamiento. (texto tomado de la fuente)