ES2278453T3 - Procedimiento para la preparacion de cultivos iniciadores de bacterias acido lacticas. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la preparación de un cultivo iniciador de bacterias ácido lácticas, que comprende: - el cultivo de por lo menos una cepa de bacterias ácido lácticas bajo aireación y en un medio nutriente adecuado, en el que por lo menos hay presente un compuesto de porfirina o al que se añade un compuesto de porfirina; - la recogida de bacterias al final de dicho cultivo.
Description
Procedimiento para la preparación de cultivos
iniciadores de bacterias ácido lácticas.
La presente invención se refiere a un nuevo
procedimiento para la preparación de cultivos iniciadores de
bacterias ácido lácticas que presentan propiedades de conservación
y acidificación superiores a las presentadas por los cultivos
iniciadores utilizados convencionalmente.
La preparación de productos fermentados comienza
con la inoculación de una sustancia alimenticia con un cultivo
iniciador que consiste de una o más cepas bacterianas que presentan
las características deseadas para la producción del producto
final.
Los cultivos listos para usar se comercializan
en forma de preparaciones bacterianas que generalmente se encuentran
congeladas o liofilizadas. Con el fin de asegurar que la
fermentación comienza correctamente, las bacterias comprendidas en
el cultivo iniciador deberían primeramente ser cultivadas,
recogidas, empaquetadas y almacenadas bajo condiciones óptimas para
su crecimiento y también para su supervivencia. Además, con el fin
de obtener un producto final de una calidad constante, las
condiciones de preparación del cultivo iniciador deberían ser
reproducibles.
Sin embargo, las distintas condiciones de estrés
que se pueden dar durante las diferentes etapas de preparación de
los cultivos iniciadores pueden resultar en un crecimiento y/o una
supervivencia de la bacteria alterados.
Ante todo, cuando se cultivan bacterias ácido
lácticas, el medio se torna ácido como consecuencia natural del
crecimiento bacteriano. Esta acidificación detiene la división
celular cuando el pH del medio alcanza un valor de aproximadamente
4,5 y también decrece la viabilidad celular.
Además, aparte del ácido láctico, las bacterias
ácido lácticas también producen otras sustancias antibacterianas
diversas durante el crecimiento, tales como nisina, bacteriocinas,
diversos ácidos orgánicos y diacetilo. Debido a que estas
sustancias son más activas sobre determinadas bacterias
contaminantes que pueden estar presentes en el cultivo que sobre
las propias bacterias ácido lácticas, su producción en el medio
inicialmente favorece el crecimiento de estas últimas. Sin embargo,
la acumulación de estas sustancias durante el cultivo puede también
llegar a ser perjudicial para la supervivencia de las bacterias
ácido lácticas.
Kaneko et al., [Appl. Environ.
Microbiol., 56:9, 2644-2649 (1990)], describe el
cultivo de una cepa de bacterias ácido lácticas que posee una
elevada actividad NADH oxidasa y una elevada actividad diacetilo
sintasa (cepa 3022 de L. lactis, subespecie lactis
biovar diacetylactics), bajo condiciones aeróbicas y en
presencia de hemina y/o Cu^{2+}. Observaron un incremento
considerable en la producción de diacetilo y acetoína. Durante el
cultivo, también observaron un incremento en el pH, a continuación
de una bajada inicial, siendo el resultado global una reducción en
la acidificación del medio de cultivo y un incremento del
crecimiento bacteriano, y por lo tanto, una mayor masa considerable
bacteriana (medida mediante turbidimetría). Mostraron que estos
efectos son debidos principalmente a la activación de la diacetilo
sintasa por la hemina y/o el Cu^{2+}, y de un incremento de la
actividad NADH oxidasa. Estas condiciones fomentan la transformación
del pirovato (resultante de la glicolisis) en diacetilo, en
perjuicio de la formación de lactato; además, cuando se agota la
glucosa del medio de cultivo, las bacterias metabolizan el ácido
láctico presente en el medio, causando un incremento del pH.
La solicitud de patente japonesa JP
04-36180 y la patente EP 430406, ambas de Meiji Milk
Products Co. Ltd., proponen la utilización de estas condiciones de
cultivo para mejorar el rendimiento de la producción de diacetilo y
acetoína mediante la cepa 3022 de L. lactis. La solicitud de
patente JP 04-36180 también informa sobre un
crecimiento en la producción de nisina mediante la cepa L.
lactis K-1, otra cepa de elevada producción de
diacetilo.
Todos los estudios indicados anteriormente se
llevaron a cabo utilizando cepas productoras de diacetilo, y las
propiedades de crecimiento mejoradas se asocian estrictamente a una
mayor producción de diacetilo. Debido a que el diacetilo y la
nisina, los productos que muestran grandes rendimientos en estos
estudios, son ambos tóxicos para las bacterias, el estado y la
actividad metabólica de las células bacterianas al final del
crecimiento no pueden ser predichas. De esta manera, los documentos
anteriormente indicados no abordan el problema de la supervivencia
de los cultivos en presencia de altas concentraciones de diacetilo
(o de nisina), o de la capacidad de los cultivos para iniciar
nuevos cultivos para una fermentación clásica.
Además de las condiciones de estrés encontradas
durante el crecimiento, las bacterias también se encuentran sujetas
a estrés cuando son recogidas, empaquetadas y almacenadas.
Particularmente, en ese momento se generan estreses oxidativos,
osmóticos y térmicos.
Estos diversos factores alteran la supervivencia
de las bacterias que constituyen el cultivo iniciador y pueden, por
lo tanto, afectar su capacidad para reiniciar un cultivo cuando se
utilizan en fermentaciones. De hecho, resulta notable que las
diferencias entre lotes de cultivos iniciadores pueden ser
considerables y que pueden generar productos de calidad
variable.
Con el fin de resolver los problemas asociados
con el decrecimiento del pH, los procedimientos actuales de
producción de cultivos iniciadores de bacterias ácido lácticas
utilizan medios de cultivo que son tamponados a aproximadamente pH
6 con cationes que se asocian a carbonatos, hidróxidos, fosfatos u
óxidos. Sin embargo, estas adiciones al medio de cultivo pueden
causar problemas para los productos elaborados posteriormente. Por
ejemplo, la adición de iones de calcio durante la neutralización
puede estimular el desarrollo de fagos, y la utilización de
cultivos iniciadores que contienen iones de citrato o fosfato puede
llevar a una producción más baja de un producto de queso ya que
estas moléculas incrementan la solubilidad de las caseínas.
En los documentos indicados anteriormente no se
proporciona información en relación a los posibles efectos de estas
condiciones de cultivo en la viabilidad de las bacterias y en su
capacidad de reiniciar el crecimiento en caso de que se coloquen de
nuevo bajo condiciones de fermentación convencionales.
La presente invención resuelve estos problemas
mediante un procedimiento nuevo para la preparación de cultivos
iniciadores que comprenden bacterias ácido lácticas resultando en
una mejora del rendimiento, una supervivencia de dicha bacteria
incrementada y una mejora de las propiedades acidificadoras de
dichos cultivos iniciadores.
De esta manera, los inventores observaron que la
adición de un compuesto de porfirina al medio de cultivo de
bacterias ácido lácticas que son cultivadas bajo aireación, no sólo
incrementó la producción de los cultivos sino que además
incrementaron la viabilidad de las bacterias y su resistencia a las
diversas condiciones de estrés que se pueden dar durante el cultivo
y durante el empaquetado y el almacenamiento de los cultivos
iniciadores.
La presente invención se refiere a la
utilización de un compuesto de porfirina en asociación con un
cultivo aeróbico para el incremento de la supervivencia de las
bacterias ácido lácticas al final de dicho cultivo.
Particularmente, la presente invención se refiere al procedimiento
para la preparación de un cultivo iniciador de bacterias ácido
lácticas, en el que el procedimiento comprende:
- el cultivo de por lo menos una cepa de
bacterias ácido lácticas bajo aireación y en un medio nutriente
apropiado en el que por lo menos se encuentra presente un compuesto
de porfirina o se añade a dicho medio un compuesto de
porfirina.
- la recogida de las bacterias al final de dicho
cultivo.
La expresión "bacterias ácido lácticas" se
refiere a un grupo de bacterias que pertenecen a diversos géneros y
que se utilizan en procesos de fermentación de productos
alimenticios. Este grupo está compuesto principalmente de bacterias
en las que el producto principal del metabolismo del carbohidrato es
ácido láctico. Sin embargo, las bacterias que producen cantidades
reducidas de ácido láctico (Leuconostoc y bacterias ácido
propiónicas) se incluyen en esta lista debido a su utilización en
procesos de fermentación. Generalmente, las bacterias ácido
lácticas de interés son aquellas que pertenecen a los géneros
Lactococcus, Lactobacillus, Leuconostoc, Propionibacterium y
Bifidobacterium o Streptococcus salivarius.
La expresión "cultivo iniciador de bacterias
ácido lácticas" se refiere a cualquier preparación destinada a
inocular un medio a fermentar y que comprende una cepa bacteriana o
una mezcla de cepas que pertenecen a uno de los géneros
anteriormente mencionados; dicho cultivo iniciador puede también
comprender, o consistir de cepas de bacterias mutantes y/o cepas de
bacterias recombinantes que se derivan a partir de bacterias que
pertenecen a los géneros anteriormente indicados.
Con el fin de implementar la presente invención,
puede utilizarse cualquier medio de nutrientes que resulte adecuado
para el crecimiento de la cepa o cepas o especie de bacterias ácido
lácticas de interés. Dichos medios, que resultan conocidos,
normalmente contienen una fuente de carbono, en forma de azúcar o
azúcares que pueden ser asimilados, una fuente de nitrógeno,
generalmente en forma de una mezcla de aminoácidos, así como sales
minerales y vitaminas.
La expresión "compuesto de porfirina" se
refiere a los derivados del tetrapirrol cíclico cuyas estructuras
se derivan a partir de la estructura de la porfirina mediante la
sustitución de los carbonos situados en los vértices del núcleo
pirrol, mediante diversos grupos funcionales. También se refiere a
los complejos de dichos derivados con un átomo de metal que forma
enlaces coordinados con dos de los cuatro nitrógenos del anillo de
porfirina.
Esta definición engloba, pero sin limitarse a
ellas:
- uroporfirinas, coproporfirinas,
protoporfirinas y hematoporfirinas, así como sus sales y ésteres y
sus complejos con un átomo de metal, preferentemente un átomo de
hierro; coproporfirina I dihidrocloruro, coproporfirina III
tetraetil éster, sal disódica de protoporfirina IX, bicloruro de
hematoporfirina IX, tetraisopropil éster o tetrametil éster de
coproporfirina, tetraisopropil éster o tetrametil éster de
coproporfirina III, hematoporfirina IX, hemoglobina, protoporfirina
IX, dimetil éster de protoporfirina IX, protoporfirina de cinc IX,
hematina y citohemina;
- las diversas clorofilas, particularmente la
clorofila a y la clorofila b, sus derivados tales como clorofilinas,
y también sus sales y ésteres, y sus complejos con un átomo de
metal, preferentemente un átomo de hierro.
Resultan compuestos de porfirina particularmente
preferentes la protoporfirina IX y sus complejos con un átomo de
hierro, particularmente hemo y hemina, y los derivados de clorofila,
tales como las clorofilinas.
Los inventores observaron que los resultados
positivos en relación a la supervivencia bacteriana se obtienen no
sólo cuando el compuesto de porfirina añadido al medio contiene
hierro (por ejemplo hemo), sino también cuando se añaden compuestos
tales como la protoporfirina, que no contiene hierro. Observaron
que, en este último caso, el grupo porfirina forma un complejo con
el hierro, que se encuentra presente en el medio o mediante una
reacción enzimática en el interior de las células, y que el complejo
formado de esta manera puede ser incorporado a las citocromas
bacterianas.
Según una forma de realización preferente del
procedimiento de la invención, dicho compuesto de porfirina se
añade a una concentración de aproximadamente 2,5 a aproximadamente
100, preferente a una concentración de aproximadamente 5 a
aproximadamente 40, micromoles por litro de medio de cultivo.
Según otra forma de realización preferente de la
presente invención, el cultivo es aireado de manera que se
mantiene, durante la duración total del cultivo, un contenido de
oxígeno que es igual a por lo menos 5 milimoles por litro de medio
de cultivo, preferentemente de 8 a 45 milimoles por litro de medio
de cultivo. La aireación puede llevarse a cabo mediante cualquier
medio conocido por un experto en la materia, por ejemplo, agitando
o removiendo el medio de cultivo, o pasando una mezcla gaseosa que
contiene oxígeno, tal como aire, al medio de cultivo.
Cuando se implementa la presente invención, se
obtiene una biomasa bacteriana que es más considerable que la
obtenida cuando los cultivos iniciadores se preparan mediante
procedimientos convencionales. Además, hay un porcentaje superior
de bacterias viables que son metabólicamente activas en la población
bacteriana.
A pesar de este considerable crecimiento
bacteriano, se observa que el medio es solo levemente acidificado;
el pH se reduce más lentamente que en el caso de un cultivo que no
es aireado y en el que no hay un compuesto de porfirina, y este pH
generalmente se estabiliza a un valor que varía entre
aproximadamente 5 y aproximadamente 7. Cuando la presente invención
es implementada, el decrecimiento en el pH es regular; no se observa
que el pH experimente una caída y después una subida,
contrariamente a lo observado por Kaneko et al. en el caso
de la cepa 3022 de L. lactis.
En el procedimiento de la invención, la cantidad
de glucosa en el medio de cultivo que se convierte en ácido láctico
es inferior a aproximadamente el 40% en peso de la cantidad total de
glucosa presente inicialmente. La cantidad normalmente varía entre
aproximadamente 5% y aproximadamente 30% de la cantidad total de
glucosa que se encuentra presente inicialmente.
Las bacterias se recogen cuando se considera que
la población bacteriana ha alcanzado un nivel suficientemente
elevado. En los procedimientos de la técnica anterior, resulta
difícil controlar de manera precisa el tiempo de recogida; de esta
manera, aunque resulta necesario haber conseguido una población de
bacterias suficientemente elevada, también hay un requerimiento de
que dicha población bacteriana debería contener todavía un máximo
de bacterias viables. Por otra parte, la utilización del
procedimiento según la invención hace posible, al mismo tiempo,
incrementar el crecimiento de las bacterias y su viabilidad, de esta
manera proporcionando una mayor libertad para llevar a cabo la
recogida.
Por ejemplo, resulta posible recoger las
bacterias entre las 5 horas y las 24 horas, de manera ventajosa
entre las 7 horas y las 13 horas, después de iniciar el
cultivo.
La recogida de las células bacterianas a ser
utilizadas en cultivos iniciadores puede efectuarse por cualquier
medio conocido por un experto en la materia; por ejemplo, el cultivo
puede ser alicuotado en contenedores adecuados y ser almacenado de
esta manera hasta que es utilizado; sin embargo, preferentemente las
bacterias se separan del medio de cultivo y se concentran mediante
centrifugación o filtración. Las bacterias recogidas pueden ser
empaquetadas para su utilización posterior o para ser
almacenadas.
Los cultivos iniciadores que se obtienen de esta
manera pueden ser utilizados inmediatamente; sin embargo,
normalmente se almacenarán previamente a su utilización. El
procedimiento de la invención presenta efectos beneficiosos en la
viabilidad bacteriana y en la actividad metabólica, particularmente
tal como se observa en relación a las propiedades de los cultivos
iniciadores después de los periodos de almacenaje.
Los cultivos iniciadores obtenidos según la
invención pueden almacenarse durante un tiempo a la temperatura
utilizada para el crecimiento del cultivo bacteriano (es decir, de
aproximadamente 20ºC a aproximadamente 50ºC, dependiendo de la
temperatura óptima de crecimiento de las bacterias ácido lácticas de
interés); bajo estas condiciones, las bacterias todavía presentan
una tasa considerable de supervivencia de 2 a 4 días después de la
finalización de la fase de crecimiento del cultivo; 7 días después
de la finalización de la fase de crecimiento, las bacterias
presentan una tasa de supervivencia muy superior, comparada con la
tasa de supervivencia de los cultivos tratados de la misma manera,
excepto que el crecimiento es llevado a cabo sin aireación y en
ausencia de cualquier compuesto de porfirina.
Para los cultivos bacterianos obtenidos según
los procedimientos de la invención y después almacenados a una
temperatura de aproximadamente 4ºC, la tasa de supervivencia es
generalmente de por lo menos 80%, preferentemente entre 90% y 100%,
hasta por lo menos 7 días después de la finalización de la fase de
crecimiento; todavía resulta posible observar una tasa de
supervivencia de entre 0,1% y 10% 2 meses después de la finalización
de la fase de crecimiento.
\newpage
Con el fin de obtener un periodo de
almacenamiento incluso más largo, así como facilitar el transporte y
el almacenamiento, resulta posible congelar o liofilizar los
cultivos iniciadores o si no pulverizar o atomizar los mismos al
vacío. Estos diversos tratamientos, así como el almacenamiento de
los cultivos iniciadores una vez que han sido tratados, son
llevados a cabo utilizando técnicas que resultan conocidas para un
experto en la materia.
En caso de congelación del cultivo, puede
resultar ventajosa la utilización de un crioprotector, seleccionado
de entre los compuestos siguientes:
glucosa, lactosa, rafinosa, sucrosa, trehalosa,
adonitol, glicerol, manitol, metanol, polietilenglicol,
propilenglicol, ribitol, alginato, albumina de suero bobino,
carnitina, citrato, cisteína, dextran, dimetil sulfóxido, glutamato
de sodio, glicina betaína, glicógeno, hipotaurina, leche desnatada,
peptona, pirrolidina polivinilo y taurina.
De manera ventajosa, el crioprotector utilizado
es alginato, glicerol, glicina betaína, leche desnatada, trehalosa
o sucrosa.
La presente invención también engloba los
cultivos iniciadores de bacterias ácido lácticas que pueden
obtenerse mediante el procedimiento según la invención. Estos
cultivos iniciadores pueden comprender una o más especies de
bacterias ácido lácticas y/o una o más cepas de las mismas especies,
con todas o algunas de dichas especies o dichas cepas habiendo sido
cultivadas según la invención. Diversas especies diferentes o
diversas cepas diferentes pueden ser cultivadas simultáneamente
(cuando sus condiciones óptimas de crecimiento son compatibles) o
cultivadas de manera separada y combinadas después de la
recogida.
Los cultivos iniciadores de bacterias ácido
lácticas que han sido obtenidas según la invención puede ser
utilizadas para inocular un medio a fermentar, particularmente en
el contexto de transformar materias primas de origen animal o
vegetal, por ejemplo, para la producción de productos alimenticios,
tales como productos lácteos fermentados, o para producir moléculas
de interés en un fermentador.
Tras la inoculación de un cultivo iniciador
preparado según la presente invención, y utilizando cualquier
variedad de subespecies y cepas de Lactococcus, se observa
que el cultivo empieza a crecer, y acidifica rápidamente, incluso
después de que el cultivo iniciador ha sido almacenado durante un
largo periodo, lo que demuestra que una proporción considerable de
las bacterias en el cultivo iniciador es viable y metabólicamente
activa, y además que estas bacterias, que se derivan a partir de
cultivos llevados a cabo en presencia de compuestos de porfirina y
bajo aireación, resultan capaces de readaptarse rápidamente a las
condiciones habituales de fermentación ácido láctica.
La invención se ilustrará en mayor detalle en la
descripción que sigue a continuación y que se refiere a ejemplos no
limitativos de la implementación del procedimiento de la
invención.
- Figura 1: Crecimiento y supervivencia de la
Lactococcus lactis, que se cultiva y almacena a 30ºC.
Esta figura compara las curvas de crecimiento y
supervivencia de las bacterias ácido lácticas (en este caso
Lactococcus lactis) que han sido cultivadas a 30ºC con o sin
hemina y aireación según el procedimiento de la invención. El número
de células viables se expresa como una función del tiempo (número de
días después de la inoculación, que representa el tiempo cero),
siendo la temperatura de almacenamiento de las bacterias de 30ºC. La
curva con círculos (\bullet) corresponde a bacterias cultivadas
mediante el procedimiento de la técnica anterior (sin hemina)
mientras que la curva con cuadrados (\blacksquare) corresponde a
las condiciones de cultivo descritas en esta invención, en
presencia de hemina y con aireación del medio.
- Figura 2: Crecimiento y supervivencia de la
Lactococcus latis cultivada a 30ºC durante 24 horas y a
continuación almacenada a 4ºC.
Esta figura compara las curvas de crecimiento y
supervivencia cuando las bacterias ácido lácticas (en este caso
Lactococcus lactis) son cultivadas a 30ºC y transferidas a
4ºC, 24 horas después de la inoculación. La etapa de cultivo a 30ºC
se lleva a cabo en un medio sin hemina o aireación (\bullet), o
bajo aireación y en presencia de hemina (\blacksquare) o en
presencia de protoporfirina IX (\blacklozenge). El número de
células viables se expresa como una función del tiempo (número de
días después de la inoculación).
- Figura 3 (a-f): Propiedades de
acidificación de un cultivo iniciador de bacterias ácido lácticas
preparado según la invención o tradicionalmente bajo condiciones no
aeróbicas. La cepa utilizada, CHCC373, es una cepa de cultivo
iniciador Lactococcus lactis.
Estas figuras trazan la variación en pH como una
función del tiempo durante la fermentación de un sustrato lácteo
mediante un cultivo iniciador que se preparó según la invención
(aire + hemina),o mediante un cultivo iniciador que se preparó
mediante un cultivo bajo condiciones no aeróbicas (anaeróbicas),
inmediatamente después del cultivo (a), o después de 5 días (b), 8
días (c), 13 días (d), 21 días (e) y 30 días (f) de almacenamiento
a 4ºC.
La Lactococcus latis es una bacteria que,
cuando se cultiva en un medio rico, en leche o según la técnica
anterior, presenta las características siguientes:
- producción de ácido láctico como producto
principal del metabolismo de los azúcares (glucosa o lactosa, por
ejemplo),
- acidificación del medio a un valor de pH de
aproximadamente 4,5 en un medio que contiene 1% de glucosa.
Sin embargo, cuando las bacterias se cultivan
bajo las condiciones descritas en la presente invención, se puede
observar que estas características son modificadas. Los experimentos
siguientes demuestran esto.
Un medio de laboratorio (M17 suplementado con
glucosa en las cantidades indicadas en la Tabla I, siendo posible
utilizar también lactosa) es inoculado con la cepa MG1363 de la
subespecie cremoris de la Lactococcus latis en forma
de una dilución 1/100 o 1/1000 de un cultivo saturado (preparado a
30ºC sin agitación). El medio inoculado contenía o no hemina en una
concentración final de 10 \mug/ml (una solución madre de 0,5 mg/ml
es preparada mediante la disolución de 100 mg de hemina en 2 ml de
NaOH 5N, al que a continuación se añaden 198 ml de agua; la
solución se esteriliza por autoclave a 120ºC durante 20 minutos).
Para las bacterias cultivadas en un medio que contiene hemina, los
cultivos se mantuvieron a 30ºC con agitación (250 rotaciones por
minuto) con el fin de asegurar la oxigenación. Los cultivos de
control, sin adición de hemina y sin agitación, se cultivaron a
30ºC en paralelo. Después de 24 horas de crecimiento, se tomaron
alícuotas para medir la densidad óptica a 600 nm (OD_{600nm}), el
número de bacterias viables, el pH final y la concentración de ácido
láctico en el medio. Los resultados se muestran en la Tabla I.
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(Tabla pasa a página
siguiente)
Estos resultados muestran que se consigue una
mayor biomasa cuando las bacterias son cultivadas en presencia de
hemina y oxígeno. Este incremento se demuestra mediante los valores
de densidad óptica más altos. Además, se observa un mayor número de
células viables cuando las células se cultivan en presencia de
hemina y oxígeno. Se puede observar también, que cuando las células
se cultivan en presencia de hemina y oxígeno, el pH no varía
significativamente y se mantiene estable alrededor de un valor de
aproximadamente 6,1 independientemente de la concentración de
glucosa. Por el contrario, en el caso de las células cultivadas bajo
condiciones convencionales, el pH es marcadamente inferior a una
concentración de glucosa de 1% (pH 4,5) que cuando la concentración
de glucosa es de 0,5% (pH 5,7). También se observa que la
producción de ácido láctico por las células cultivadas en presencia
de hemina y oxígeno es baja y es siempre inferior al 10% de la
cantidad de azúcar añadido, mientras que, en el caso de los
cultivos de control, aproximadamente el 80% del azúcar añadido se
convierte en ácido láctico.
Un medio de laboratorio (M17 suplementado con 1%
de glucosa) es inoculado con la cepa MG1363 de la subespecie
cremoris de la Lactococcus latis en forma de una
dilución 1/1000 de un cultivo saturado (preparado a 30ºC sin
agitación). El medio inoculado contenía o no protoporfirina IX a una
concentración final de 10 \mug/ml (se prepara una solución madre
de 0,5 mg/ml añadiendo 100 mg de protoporfirina IX a 2 ml de NaOH
5N, a la que a continuación se añaden 198 ml de agua; la solución
se esteriliza por autoclave a 120ºC durante 20 minutos). Para las
bacterias cultivadas en un medio que contiene protoporfirina IX, los
cultivos se mantuvieron a 30ºC con agitación (250 rotaciones por
minuto), con el fin de asegurar la oxigenación, o sin agitación como
un cultivo de control. Se cultivaron otros dos cultivos de control,
sin protoporfirina IX o sin agitación, a 30ºC en paralelo. Después
de 24 horas de cultivo, se toman alícuotas para medir la densidad
óptica a 600 nm (OD_{600nm}), el número de bacterias viables, el
pH final y la concentración de lactato en el medio. Los resultados
se compilan en la Tabla II.
Los valores OD_{600} muestran que se consigue
una mayor biomasa cuando las células se cultivan en presencia de
protoporfirina IX y oxígeno. Además, el número de células viables es
mayor. También se puede apreciar que cuando las células se cultivan
en presencia de protoporfirina IX y oxígeno, el pH no varía
significativamente y se mantiene estable a un valor de
aproximadamente 5,5. Por el contrario, el pH decrece fuertemente (pH
final de 4,5) en el caso de los cultivos de control. También se
observa que la producción de ácido láctico por las células
cultivadas en presencia de protoporfirina IX y oxígeno es baja y es
siempre inferior al 40% de la cantidad de azúcar añadida, mientras
que, en el caso de los cultivos de control, el 80% de la glucosa
añadida es convertida en ácido láctico.
Los experimentos anteriormente descritos en 1) y
2), demuestran que, en los cultivos llevados a cabo según la
invención, la masa bacteriana (medida mediante turbidimetría) es
aproximadamente 2 veces superior y que la población de bacterias
viables es de 2 a 5 veces superior, que en el caso de un cultivo
llevado a cabo sin aireación y en ausencia de compuestos de
porfirina.
Un medio de laboratorio (M17 suplementado con 1%
de glucosa) es inoculado con la cepa MG1363 de la subespecie
cremoris de la Lactococcus latis en forma de una
dilución 1/1000 de un cultivo saturado (preparado a 30ºC sin
agitación). El medio inoculado contenía o no clorofilina (un
producto de degradación de la clorofila) a una concentración final
de 10 \mug/ml. Con el fin de que fuese activa, la clorofilina se
incubó de antemano en un medio acídico y en presencia de trazas de
hierro con el fin de reemplazar el átomo de Cu con un átomo de Fe.
Esto puede hacerse, por ejemplo, como se explica a continuación:
a) incubando una solución concentrada de
clorofilina durante 24 horas en un medio de laboratorio (M17
suplementado con glucosa) que se inoculó con 10^{6} lactococci
por ml y se mantuvo a 30ºC durante 24 horas. El sobrenadante que
contenía la clorofilina a una concentración de 100 \mug/ml es
filtrado y a continuación es añadido a un medio de cultivo con el
fin de obtener una concentración final de 10 \mug/ml.
b) incubando una solución concentrada de
clorofilina durante 24 horas en M17 a un pH de entre 3 y 5
(acidificado con HCl) y a una temperatura de 4ºC, 30ºC o 60ºC. A
continuación, el pH es reajustado a 7. La solución de clorofilina,
a una concentración de 100 \mug/ml, es posteriormente filtrada y a
continuación es añadida a un medio de cultivo con el fin de obtener
una concentración final de 10 \mug/ml.
c) incubando una solución concentrada de
clorofilina durante 24 horas en M17 a un pH de 4,5 (acidificación
añadiendo lactato) y a una temperatura de 4ºC, 30ºC o 60ºC. A
continuación el pH se reajusta a 7. La solución de clorofilina, a
una concentración de 100 \mug/ml, es posteriormente filtrada y a
continuación es añadida a un medio de cultivo para obtener una
concentración final de 10 \mug/ml.
Para las bacterias cultivadas en un medio que
contiene clorofilina, los cultivos se colocan a 30ºC con agitación
con el fin de oxigenar los cultivos (250 rotaciones por minuto). Los
cultivos de control, a los que no se añade clorofilina ni son
sometidos a agitación, son cultivados en paralelo. Después de 24
horas de cultivo, se toman alícuotas para medir la densidad óptica
a 600 nm (OD_{600nm}) y el pH final.
En todos los cultivos llevados a cabo utilizando
las preparaciones a), b) o c), y bajo aireación, se observaron un
OD_{600nm} superior en una cantidad de 0,3 a 0,8 unidades al
OD_{600nm} de los cultivos de control, y un pH superior en una
cantidad de 0,3 a 0,8 unidades al pH de los cultivos de control,
dependiendo de las muestras de interés. No se observó variación
significativa respecto al control cuando los cultivos llevados a
cabo en presencia de clorofilina no se sometieron a agitación.
Un medio de laboratorio, es decir, M17
suplementado con 1% de glucosa, es inoculado con la cepa MG1363 de
la subespecie cremoris de la Lactococcus lactis en
forma de una dilución 1/1000 de un cultivo saturado. A
continuación, los cultivos son divididos en dos partes iguales, y se
añade hemina a uno de estos dos cultivos para obtener una
concentración final de 10 \mug/ml. El cultivo de control, que no
contiene hemina, se incuba a 30ºC sin agitación, mientras que el
cultivo que contiene hemina se incuba a 30ºC con agitación (250
rotaciones por minuto) con el fin de oxigenarlo. Se toman alícuotas
de los dos cultivos regularmente durante la etapa de crecimiento
exponencial con el fin de monitorizar la viabilidad, la tasa de
crecimiento y el pH. Después de 24 horas de cultivo, los cultivos
se colocan (almacenan) en un incubador a 30ºC sin agitación, y se
toman alícuotas cada 24 horas con el fin de monitorizar la
viabilidad de las células. Los resultados se muestran en la Tabla
III y en la Figura 1.
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\newpage
Las células cultivadas en presencia de hemina y
oxígeno sobreviven en un grado mucho mayor que las células
cultivadas bajo condiciones convencionales. Esta mejora en la
supervivencia resulta evidente después de un día de almacenamiento
(es decir, 2 días tras la inoculación); las células que son
cultivadas en presencia de hemina y oxígeno no pierden viabilidad
alguna. Por el contrario, el número de células viables en los
cultivos de control ya se ha reducido marcadamente. Esta diferencia
se incrementa durante el almacenamiento: tras 5 días de
almacenamiento a 30ºC, la tasa de supervivencia es de
aproximadamente 10^{-7} en el caso de los cultivos de control
mientras que la tasa es de aproximadamente 10^{-2} en el caso de
los cultivos que crecieron con aireación y en presencia de
hemina.
Se cultivó la cepa MG1363 de la subespecie
cremoris de la Lactococcus latis como en el
experimento descrito en el Ejemplo 2, pero el almacenamiento, que se
lleva a cabo 24 horas después de la inoculación, es a 4ºC en vez de
a 30ºC. Los resultados se muestran en la Tabla IV y en la Figura
2.
Estos resultados demuestran que las células
cultivadas en presencia de hemina o protoporfirina IX y oxígeno
sobreviven en un grado significativamente mayor durante el
almacenamiento en frío (4ºC) que las células cultivadas bajo
condiciones convencionales. Después de 2 meses a 4ºC, las bacterias
que han sido cultivadas en presencia de hemina y bajo aireación
presentan una tasa de supervivencia del orden de 5% y las bacterias
que han sido cultivadas en presencia de protoporfirina IX y bajo
aireación, presentan una tasa de supervivencia del orden de 1%. Por
el contrario, la supervivencia de las células del control es
inferior a 10^{-9}.
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\vskip1.000000\baselineskip
(Tabla pasa a página
siguiente)
Se cultivan las bacterias [MG1363 y 7 cepas
(IL1403, IL582, IL801, IL896, Z105, Z106, Z191) representativas de
los subgrupos de la Lactococcus latis [Taillez et al.
System. Appl. Microbiol., 21, 530-538, (1998)] en
un medio M17 (con 1% de glucosa) inoculado (dilución 1/1000) con un
cultivo iniciador saturado cultivado previamente a 30ºC durante 24
horas. Se añade hemina a una concentración final de 10 \mug/ml al
medio inoculado antes de airear los cultivos mediante agitación
(mínimo 220 rpm). Los cultivos de control se cultivan en paralelo
sin hemina en el medio y sin agitación. Después de 24 horas, se
toman alícuotas y se miden OD_{600} y el pH final. Los datos se
muestran en la Tabla V que se muestra a continuación.
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\vskip1.000000\baselineskip
Estos datos muestran que el efecto observado con
la cepa MG1363 se obtiene también con la Lactococci de
diversos subgrupos. Obsérvese que todas las bacterias cultivadas
según la invención acidifican menos (el pH final es siempre
superior a 5,2 comparado con un pH final de 4,5 para los cultivos de
control), y que la biomasa es siempre mayor en los cultivos
obtenidos según la invención (OD superior a 4,3 comparado a un OD
inferior a 2,5 para el control).
Una cepa industrial de la subespecie
lactis de la Lactococcus lactis (cepa CHCC373
disponible en CHR Hanser o en Deutsche Sammlung von Microorganismen
und Zellkulturen, Mascheroder Weg 1b, D-38124
Braltnschweig, depositado en Febrero de 1998, bajo el número de
entrada DSM12015) se cultiva a 30ºC en un fermentador de 350 litros,
a) bajo condiciones anaeróbicas bajo una atmósfera de nitrógeno, o
b) en presencia de 20 ppm de hemina y con un flujo de aire. Cuando
se termina el cultivo, los cultivos se centrifugan y los pellets se
congelan en nitrógeno líquido y a continuación se almacenan a
-80ºC.
Las propiedades de acidificación de los cultivos
iniciadores preparados mediante medios convencionales a) o mediante
el procedimiento de la invención b) se miden el día 0 y después de
5, 8, 13, 21 y 30 días a -80ºC. El medio de crecimiento, leche
desnatada reconstituida al 9,5%, se inocula con 0.01% (p/v) de
cultivo iniciador 'a) o 'b), tal como se ha indicado anteriormente,
y la fermentación se lleva a cabo a 30ºC sin agitación; el pH se
mide de manera continua.
Los resultados se muestran en la Figura 3
(a-f). Estos resultados demuestran que:
- ninguno de los dos cultivos iniciadores pierde
sus propiedades durante el almacenamiento a -80ºC.
\newpage
- a partir del momento de su preparación, y
durante todo el periodo de almacenamiento, el cultivo iniciador b)
según la invención muestra propiedades significativamente superiores
a las del cultivo iniciador a), que se ha obtenido utilizando
procedimientos convencionales. En particular, el cultivo iniciador
b) alcanza un pH predeterminado entre 30 y 40 minutos antes que el
cultivo iniciador a), mientras que muestra la misma cinética de
acidificación.
Por lo tanto, aparentemente la adición de hemina
combinada con un cultivo bajo condiciones aeróbicas mejora
significativamente la producción de un cultivo iniciador de
bacterias ácido lácticas y particularmente el comportamiento de
acidificación de dicho cultivo iniciador.
Claims (14)
1. Procedimiento para la preparación de un
cultivo iniciador de bacterias ácido lácticas, que comprende:
- el cultivo de por lo menos una cepa de
bacterias ácido lácticas bajo aireación y en un medio nutriente
adecuado, en el que por lo menos hay presente un compuesto de
porfirina o al que se añade un compuesto de porfirina;
- la recogida de bacterias al final de dicho
cultivo.
2. Procedimiento según la reivindicación 1 en el
que las bacterias ácido lácticas se seleccionan de entre
\hbox{Lactococcus}, Lactobacillus, Leuconostoc,
Propionibacterium, Bifidobacterium y Streptococcus
salivarius.
3. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque dicho compuesto
de porfirina se selecciona de entre uroporfirinas, coproporfirinas,
protoporfirinas, hematoporfirinas, clorofilas y clorofilina, sus
sales y ésteres y sus complejos con un átomo de hierro.
4. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3 en el que dicho compuesto se añade en una
concentración de aproximadamente 2,5 a aproximadamente 100
micromoles por litro de medio de cultivo.
5. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4 en el que el cultivo es aireado con el fin de
mantener, durante toda la duración del cultivo, un contenido de
oxígeno igual a por lo menos 5 milimoles por litro de medio de
cultivo.
6. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5 caracterizado porque las bacterias se
recogen entre 5 y 24 horas después del comienzo del cultivo.
7. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 6 que además comprende el empaquetado de las
bacterias recogidas.
8. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 7 caracterizado porque además comprende
el almacenamiento de las bacterias ácido lácticas recogidas.
9. Procedimiento según la reivindicación 8
caracterizado porque dichas bacterias ácido lácticas se
almacenan a aproximadamente 4ºC.
10. Procedimiento según la reivindicación 8
caracterizado porque dichas bacterias ácido lácticas se
almacenan congeladas o liofilizadas.
11. Cultivo iniciador de bacterias ácido
lácticas que se puede obtener mediante un procedimiento según
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10.
12. Procedimiento para la preparación de un
producto fermentado caracterizado porque comprende el
sembrado de un medio a fermentar con un cultivo iniciador de
bacterias ácido lácticas según la reivindicación 11.
13. Utilización de un compuesto de porfirina
combinado con el cultivo bajo condiciones aeróbicas para el
incremento de la supervivencia de las bacterias ácido lácticas al
final de dicho cultivo.
14. Utilización de un cultivo iniciador de
bacterias ácido lácticas según la reivindicación 11 para preparar un
producto fermentado.
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