jueves, 22 de septiembre de 2011

“Producción de proteína unicelular”


“Producción de proteína unicelular”

Se denomina proteína unicelular ó bioproteína a aquella obtenida de la biomasa microbiana de algas, bacterias, levaduras y hongos filamentosos, cultivados en condiciones fermentativas apropiadas y controladas que garanticen una adecuada tasa de crecimiento, por medio del aprovechamiento de sustratos baratos compuestos por o enriquecidos con carbono, nitrógeno y fósforo, se abarca también a los microorganismos muertos y desecados que se emplean directamente en alimentación animal sin que medie ningún proceso de extracción o purificación de la proteína.
 La biomasa microbiana se ha empleado como fuente de alimentación desde hace ya mucho tiempo en regiones como África y México, utilizando especialmente spirulina, esta es una bacteria perteneciente al grupo Cyanobacteria .La espirulina es un alimento de elevado valor nutricional para animales y seres humanos,

En tiempos modernos, el primer gran apogeo de SCP o biomasa tiene como lugar en Alemania y Berlín a causa de la primera guerra mundial provocando un escases de alimentos y al inicio de la segunda guerra mundial por los mismos motivos se reactiva la producción de biomasa microbiana como fuente de alimentación.

El crecimiento de la población, especialmente en las  naciones en vías de desarrollo es abrumador esperándose en la primera década del siglo 21 que la población mundial alcance entre cinco y seis billones de personas, la agricultura y ganadería convencional muy posiblemente no sean capaces de suplir la demanda proteica de esta emergente población por lo cual se pretende buscar otras fuentes de alimentos que nutran a la población actual y futura. El problema no involucra solo a los seres humanos; sino en especial a sus animales.  El alimento animal puede presentar una marcada escasez futura dado que se necesitará más ganado para suplir la abrumadora demanda Además, la adecuada alimentación animal es un ítem de elevado costo, algo muy determinante en la
producción.

 Solucionar el problema de la alimentación humana implica en primer lugar solucionar mucho el problema de las fuentes de proteína para alimentación animal.  Se está pues ante una demanda en constante incremento de fuentes proteínicas de alto valor nutritivo la cual empieza a ser insuficiente. La biomasa puede dar una gran alternativa para remplazar o reforzar algunas de las fuentes de proteínas como harina de pescado, soya, suero descremado de leche, etc., e incluso en animales y humanos si se les da el correcto refinamiento. Por esto la importancia de la implementación y el desarrollo de técnicas de producción industrial de proteína unicelular nos ayudarían a amortiguar el problema de la ingesta y la limitada disponibilidad de proteínas. La biomasa microbiana puede utilizarse para desarrollar muchos productos derivados como lípidos, proteínas, ácidos nucleicos, carbohidratos, vitaminas, etc. El uso de la proteína unicelular es el menos tecnificado y el más inmediato de todos. Por lo general implica un secado previamente de la biomasa antes de la ingesta o consumo. Para los humanos es diferente debido a que el proceso es mucho más elaborado, implicando no solo eliminación de riesgos nutricionales como los ácidos nucleicos, también el garantizar la seguridad y calidad del producto.

A partir de la biomasa microbiana pueden desarrollarse muchos productos derivados dada su riqueza composicional: carbohidratos, lípidos, proteínas, ácidos nucleicos, vitaminas, etc. Los primeros microorganismos empleados como fuente de proteína fueron las levaduras, especialmente Saccharomyces cerevisiae, que aún hoy día es la principal fuente de SCP con una producción de 200.000 toneladas anuales en peso seco así como también la Spirulina, Aspergillus niger , Kluyveromyces fragilis y Candida utilis, obtención de proteína unicelular no solo dependerá del tipo de microorganismo a usar sino también del sustrato, el proceso y la misma calidad deseada de la biomasa,  La bioseguridad, la disponibilidad técnica y la estabilidad biológica son aspectos a tener en cuenta para la selección de determinada cepa como fuente de SCP, otros aspectos importantes para la selección del microorganismo son su estabilidad genética, la capacidad de crecer en un proceso continuo, la especificidad al substrato que se le ofrece, su demanda de nutrientes, la facilidad con que la biomasa obtenida puede separarse del medio de cultivo, y la calidad final deseada en el producto.

Los sustratos a usar para la obtención de la biomasa pueden ser desechos industriales que contengan una fuente de carbono principalmente y dependerán del tipo de microorganismo que se empleara.

Ejemplos de sustratos para microorganismos específicos
http://wwwfotos-delytes.blogspot.com/2011/09/sustratos.html

En las primeras investigaciones sobre la obtención de la proteína unicelular se usaban hidrocarburos como sustrato ya que los hidrocarburos se encontraban en pleno desarrollo e investigación científica siendo los alcanos de cadena carbonada de 12 a 20 átomos de carbono un sustituto de los carbohidratos como fuente nutricional de la biomasa. Actualmente la mayoría de los sustratos utilizados en la obtención proteína unicelular son los desechos industriales y otros sustratos de origen vegetal no considerados como sustratos algunos ejemplos principales  son:

Sustratos usados
Microorganismos empleados
Aguas residuales de las industrias de la celulosa, del café, almidón, procesamiento de alimentos y del papel
Candida utilis,  C. tropicalis, Chaetomium cellulolyticum y Paecilomyces varioti
Melazas derivadas de la industria azucarera para obtener microproteina
empleando Saccharomyces cerevisiae o Fusarium graminearum
  Residuos de la industria vinícola o vinazas
Chaetomiun cellulolyticum
Residuos de cáscaras de cítricos

Fusarium culmorum, Geotrichum candidum y Trichoderma viride
Bagazo de naranja
Aspergillus niger
Hidrolizados de cuernos y pezuñas sobrantes de la industria cárnica
Bacillus subtilis
Cascara de banano, Bagazo de banano y de caña
Saccharomyces cerevisiae, Aspergillus nigis y Aspergillus foetidus
Excretas animales de granja
Spirulina maxima
substratos de origen vegetal como la madera y
carbohidratos
Bacterias Cellulomonas o por hongos Trichoderma,  Penicillum,  Thermoascus,  Sporotrichum,  Humicola
desechos de harina de maíz precocidad
Candida utilis,Saccharomyces cerevisiae y Schwanniomyces  castelli


Como es lógico suponer cada residuo requiere de un tratamiento de pasteurización previo, y de unas condiciones fisicoquímicas de incubación posteriores favorables al microorganismo específico para que este logre un desarrollo favorable para la obtención de la proteína unicelular, también cabe mencionar que al usar desechos industriales como fuentes de sustrato es porque el producto principal no es la proteína sino algún otro producto con mayor interés comercial que dejara un monto de ganancias a los dueños de la industria por lo cual la obtención de proteína unicelular seria un subproducto si es que se realiza dentro de la misma industria lo cual resulta un poco más complicado ya que se tendría que realizar un tratamiento adicional a los residuos a utilizar como sustratos y se necesitaría mas infraestructura la cual en la actualidad muy pocas industrias tiene ya que la proteína unicelular como fuente alimenticia no es muy explotada debido a la aceptabilidad de las personas y por el momento su uso es principalmente para el consumo animal quedando un poco restringido para el consumo humano.

Un ejemplo de proteína unicelular que se consume en México actualmente es la Spirulina en forma de tabletas, El empleo de Spirulina para la alimentación en México no es algo nuevo, puesto que existen evidencias de que los aztecas las consumían procedentes del Lago de Texcoco. Asimismo otras culturas de la zona del lago Chad, como los Kanenmbu, también incluían en su dieta habitual spirulina en forma de galletas, es muy fácil encontrarla en nuestros supermercados en la zona de suplementos dietéticos. Sus principales consumidores son los vegetarianos debido a dos características: su elevado contenido en proteínas de alto valor biológico y su contenido en vitamina B12. También se emplea como fuente de pigmentos como son la ficocianina o xantofilas o de ácidos grasos poliinsaturados. Debido al alto contenido en proteínas también se ha estudiado el reemplazo de proteína de soja con spirulina para alimentación animal como es el caso de los peces de acuarios y de peceras particulares en hogares domésticos.

Características nutricionales de la spirulina:

a)Proteínas: Alrededor de un 57% en peso seco está formado por proteínas. Lo más importante de éstas es su composición de aminoácidos ya que no sólo contiene todos los esenciales sino que además su disponibilidad es muy alta, por ejemplo para la lisina se ha descrito un 85% de biodisponibilidad.

b)Glúcidos: Entre un 8 y un 14% principalmente en forma depolisacáridos de los que sus monómeros mayoritarios songlucosa, galactosa, manosa y ribosa.

c)Lípidos: Aproximadamente 6%, pero tanto su cantidad como composición varía en función de las condiciones de cultivo, principalmente luz y nitrógeno. Si la luz es escasa aumentará el contenido de lípidos como reserva de energía.

d)Ácidos nucleicos: Su bajo contenido en ácidos nucleicos hace de la Spirulina un producto idóneo para suplementación en pacientes con antecedentes o predisposición a la gota, puesto que en el metabolismo de los ácidos nucleicos se genera ácido úrico.

e)Vitaminas: al tratarse de organismos fotoautótrofos tiene elevadas concentraciones de pigmentos, entre ellos β-caroteno, esto es, provitamina A.



spirulina seca
Valor nutricional por cada 100 g
Energía 290 kcal 1210 kJ
23.9 g
5.38 g
• saturadas
2.65 g
• monoinsaturadas
0.675 g
• poliinsaturadas
2.08 g
57.47 g
4.68 g
29 μg (3%)
• β-caroteno
342 μg (3%)
2.38 mg (183%)
3.67 mg (245%)
12.82 mg (85%)
3.48 mg (70%)
0.364 mg (28%)
5 mg (33%)
120 mg (12%)
28.5 mg (228%)
195 mg (53%)
1.900 mg (95%)
118 mg (17%)
1363 mg (29%)
1048 mg (70%)
2 mg (20%)

Los principales beneficios de las proteínas unicelulares es que se pueden usar de residuos industriales de poco valor económico ya que se pueden desarrollar prácticamente en  cualquier sustrato rico en carbono orgánico y otra ventaja es que los microorganismos son más fáciles de manipular genéticamente que los animales y plantas superiores lo cual los hace más susceptibles al mejoramiento y trasferencia genética por si se desea modificar el microorganismo para obtener una proteína mas nutritiva. También estudios demuestran que la eficiencia en la producción de leche aumentó significativamente cuando la dieta de animales como las cabras fue suplementada con SCP.
La proteína unicelular así como posee varias ventajas también tiene sus desventajas entre las principales se encuentran que en occidente muchas personas rechazan la idea de emplear microorganismos como fuente de alimento así como los caracteres organolépticos de la SCP no son favorables para que tenga una mayor aceptación de los consumidores si se plantea para consumo humano principalmente, el alto contenido de ácidos nucleicos (4-6% en algas; 10-16% en bacteria; 6-10% en levadura y 2,5-6% en hongos), puede ser un riesgo para la salud de los animales monogástricos y para el hombre, la digestión lenta ó nula de la pared celular en el tracto digestivo del ser humano y otros animales, especialmente en cuanto a las algas ya que pueden ser causa de indigestión y reacciones alérgicas. En cuanto a lo que resta en el consumo de proteínas unicelulares obtenidas de sustratos hidrocarburicos, su aceptación resulta más complicada tal es el caso de la “Toprina” que cuenta con una baja popularidad debido a los cuestionamientos generados en los años setenta por los japoneses, en cuanto a que hidrocarburos aromáticos pudiesen ser transportados por la SCP que creciere en substratos derivados del petróleo, y que por consiguiente existiere un riesgo carcinogénico en la ingesta.  Investigaciones posteriores del gobierno Italiano parecen demostrar que el temor es infundado. No obstante el estigma resultante de la feroz controversia, en conjunción con los siempre inestables precios del petróleo, han hecho que los hidrocarburos caigan en un segundo plano como substratos para la SCP.

La SCP trata de buscar un nicho en un mercado sumamente competitivo, donde en este momento económico no encuentra la mejor de las perspectivas.  Quizás fue por esta misma dificultad económica que fueron fuertes y consolidadas compañías petroleras las que iniciaron la investigación y no empresas de alimentos. Ellas tenían la tecnología, la infraestructura y hasta el lujo de no esperar ganancias sustanciales en el proceso. La verdad es que los esfuerzos que se han hecho para emplear la SCP como suplemento seco en dietas animales y humanas con la finalidad de combatir el hambre y aumentar la productividad no han dado los resultados esperados ya que el problema está en mucho en el hecho de que un nuevo alimento no solo debe ser nutricionalmente valioso, sino que además debe ser organolépticamente satisfactorio y económicamente rentable.  Estos dos apartados son el “talón de Aquiles” de la SCP y a la vez el reto del profesional en alimentos.

Bibliografías:

·        Margulis, L. y Sagan, D. 2002. Acquiring genomes. A theory of the origins of species. Perseus Books Group, Boston ISBN 0 46504 391 7
·        Abalde, J.; Cid, A.; Fidalgo, P.; Torres, E.; Herrero, C. (1995), Microalgas: cultivo y aplicaciones, 210

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