¿Cómo pueden ayudar las bacterias a mejorar los alimentos?

La importancia de las bacterias en el sector alimentario se conoce desde hace siglos. Su uso en la elaboración de muchos alimentos tradicionales ha dado lugar a innumerables investigaciones en las áreas de la microbiología alimentaria y de la ciencia y tecnología de los alimentos. Por otra parte, la capacidad de las bacterias para provocar grandes problemas toxicológicos alimentarios ha impulsado muchos estudios en el sector de la seguridad alimentaria. Pero en los últimos años la importancia de estos microorganismos en el mundo de la alimentación va mucho más allá. Las bacterias están cobrando un rol crucial tanto en la fabricación de nuevos e innovadores alimentos como en el desarrollo de modernos y seguros envases. En este artículo analizaré los aspectos más relevantes del papel de las bacterias tanto en la alimentación clásica como en la moderna.

Bacterias y alimentos tradicionales

Las bacterias intervienen en la elaboración de muchos alimentos que forman parte de la alimentación tradicional. Veamos solo algunos.

Lactobacillus, Streptococcus o Leuconostoc son algunos géneros bacterianos de crucial importancia en la elaboración del yogur a partir de la leche. Estos microorganismos son responsables de fermentar la lactosa, el azúcar de la leche, para convertirlo en ácido láctico. Como consecuencia se produce un descenso en el pH de la leche que provoca la precipitación de proteínas lácteas, paso imprescindible en la elaboración del yogur. En el caso de la elaboración del queso, las bacterias no solo son responsables de la acidificación de la leche, sino que producen enzimas (principalmente lipasas y proteasas) que tienen un papel importante en la definición de la textura y el sabor de la mayoría de los quesos.

Algunos encurtidos (cebolletas, guindillas, pepinillos, zanahorias…) se conservan gracias a la fermentación llevada a cabo por bacterias como Lactiplantibacillus plantarum o Leuconostoc mesenteroides. Esta fermentación produce una bajada del pH del medio en el que se conservan los encurtidos, lo que aumenta su acidez y permite aumentar su vida media.

El vinagre es otro alimento donde intervienen bacterias. Concretamente la fermentación acética es llevada a cabo por Acetobacter, un género de bacterias aeróbicas que transforma el alcohol etílico en ácido acético, el principal componente del vinagre.

Bacterias y seguridad alimentaria

Uno de los principales problemas ante los que se enfrenta a la industria alimentaria es la contaminación bacteriana de sus productos. Ejemplos de bacterias que podrían producir tanto una infección (ingesta de alimentos contaminados con bacterias vivas) como una intoxicación alimentaria (ingesta de alimentos que antes se han contaminado con bacterias que producen toxinas) son Salmonella (huevos crudos, aves poco cocinadas…); E. coli (carne de res poco cocinada; productos frescos crudos; jugos de fruta sin pasteurizar…); Listeria monocytogenes (alimentos refrigerados, alimentos listos para consumir a base de carne de res, pollo o pescado, quesos blandos, verduras con un excesivo almacenamiento en origen, conservas…); Campylobacter jejuni (carne de pollo poco cocinada, leche sin pasteurizar, pescado crudo…); Staphylococcus aureus (alimentos cocinados ricos en proteínas, jamón cocido, carne de ave, algunos productos de pastelería, ensaladas…); Shigella (productos lácteos, carne de res y de pollo, ensaladas, frutas y verduras crudas…); Yersinia enterocolítica (carne de res, pescado, marisco crudo, lácteos, productos frescos…).

Alimentos funcionales

Son muchos los nuevos alimentos que actualmente pueblan las superficies comerciales. Ejemplos los tenemos en los productos ecológicos, modificados genéticamente, alimentos de cuarta y quinta gama, complementos alimentarios, etc. Pero si tuviese que elegir un solo grupo de «nuevos alimentos» estos serían, por la gran cuota de mercado que han alcanzado (otra cosa es su dudosa efectividad), los alimentos funcionales. Actualmente los podemos encontrar en más del 80 % de los hogares españoles. Aunque mucha gente no lo sabe, el papel que juegan algunas bacterias en su elaboración es imprescindible. Sin embargo, antes de entrar de lleno a explicar el rol que desempeñan estos microorganismos en el desarrollo de estos famosos productos, debemos conocer qué son los alimentos funcionales y, sobre todo, cuáles son sus principales métodos de elaboración.

¿Qué son los alimentos funcionales?

El término «alimento funcional» fue propuesto por primera vez en Japón en la década de los 80 con la publicación de la reglamentación para los «Alimentos para uso específico de salud» (Foods for specified health use o FOSHU). Actualmente, la ausencia de una legislación específica que regule los alimentos funcionales provoca que no exista una definición oficial de los mismos. Por esta razón son muchos los términos que se han acuñado para nombrar a este nuevo tipo de alimentos (alimentos funcionales, alimentos de diseño, nutraceúticos, farmaalimentos, etc.) aunque existen significativas diferencias entre todos ellos. La más importante es que el alimento funcional, a diferencia del resto, se presenta en forma de alimento y no como cápsulas, comprimidos, gotas, sueros, etc. A pesar de esta laguna legislativa, está aceptado por la comunidad científica que los alimentos funcionales son «aquellos alimentos procesados que contienen ingredientes que desempeñan una función específica en las funciones fisiológicas del organismo humano, más allá de su contenido nutricional».

¿Cómo se elabora un alimento funcional?

Aunque mucha gente piensa que un alimento funcional es un producto enriquecido en algún tipo de nutriente, existen 5 métodos para elaborar alimentos funcionales.

¿Y qué tienen que ver las bacterias con estos métodos de elaboración de alimentos funcionales? Mucho. Como les explicaré en el siguiente apartado, algunas bacterias se emplean tanto para la eliminación de un componente que cause un efecto perjudicial (método 1), como para incrementar la concentración de un componente que ya poseía previamente el alimento convencional (método 2) o para suplementar un alimento con un ingrediente que no poseía originalmente (método 3).

Lactobacilos, la eterna promesa del mundo probiótico

Los probióticos son alimentos con microorganismos vivos adicionados (es decir, alimentos funcionales) que permanecen activos en el intestino y que ejercen importantes efectos fisiológicos. Entre ellos destaca el contribuir al equilibrio de la flora bacteriana intestinal del huésped y potenciar el sistema inmunitario. Además, pueden atravesar el tubo digestivo y recuperarse vivos en las heces, pero también se pueden adherir a la mucosa intestinal. Por estas razones, alimentos probióticos como yogures, leches fermentadas, zumos con leche, etc., se han recomendado tradicionalmente para prevenir y ayudar a tratar enfermedades como la diarrea, el estreñimiento y exceso de gases, la enfermedad de Crohn, colitis ulcerosas y muchas otras.

Dentro de los microorganismos que forman parte de los probióticos destacan algunos Lactobacillus. Su nombre vulgar es «lactobacilo». Entre los Lactobacillus más empleados por la industria alimentaria (y también la cosmética) destacan L. acidophilus, L. bulgaricus, L. casei, L. delbrueckii, L. fermentum, L. gasseri, L. johnsonii, L. lactis, L. paracasei, L. plantarum, L. reuteri, L. rhamnosus y L. salivarius.

Pero los lactobacilos probióticos no solo forman parte de alimentos tradicionales. También se han añadido a la composición de alimentos funcionales y/o complementos alimentarios. A pesar de la buena fama de estas bacterias y de las múltiples propiedades que se les han atribuido, la aplicación por parte de la EFSA del Reglamento 1924/2006 relativo a las declaraciones nutricionales y de propiedades saludables en los alimentos no les ha dejado en buen lugar por su nula efectividad cuando son adicionados exógenamente a alimentos funcionales o complementos alimentarios. Ni L. casei ayuda al normal funcionamiento del sistema inmunitario, ni L. reuteri combinado con L. rhamnosus ha demostrado que sirva para aumentar la salud vaginal, ni L. johnsonii protege a la piel frente a los rayos ultravioleta, ni L. rhamnosus mejora «toda la salud digestiva», ni L. rhamnosus aumenta la mineralización de los dientes, ni L. plantarum facilita la digestión eliminando las flatulencias y la hinchazón.

Bacterias y tecnología de alimentos funcionales

Pero las bacterias no solo pueden actuar como ingredientes de alimentos funcionales. También se utilizan actualmente para el proceso de elaboración tecnológica de los mismos. Analicemos este aspecto.

Ciclodextrinas como arma para elaborar alimentos funcionales

Las ciclodextrinas son oligosacáridos cíclicos formados que contienen de 6 a 12 unidades de glucopiranosa unidas por enlaces α-(1-4)-glucosídicos. Las más utilizadas son las alfa-, beta- y gamma-CD, que contienen 6,7 y 8 moléculas de glucopiranosa respectivamente y, además, son de origen natural. Estas ciclodextrinas están sujetas a posibles adiciones, sustituciones o eliminaciones que den lugar a modificaciones en su estructura.

Las ciclodextrinas tienen forma de anillo tronco cónico y mediante modelos de relleno espacial y difracción de rayos-X se ha demostrado que tienen un interior altamente apolar y una superficie exterior hidrofílica. Su principal propiedad es la de encapsular moléculas orgánicas e inorgánicas (comúnmente denominadas moléculas huésped) en su interior formando los llamados complejos de inclusión. 

¿Qué se consigue con ello?

Todas estas aplicaciones de las ciclodextrinas hacen que se apliquen en sectores tan dispares como la alimentación, la medicina, la cosmética, la farmacia o la industria textil.

¿Y para qué se emplean estas ciclodextrinas en el mundo de los alimentos funcionales? La industria alimentaria busca en ellas dos objetivos:

Una vez entendido el papel de las ciclodextrinas en el desarrollo de alimentos funcionales explicaremos qué papel desarrollan las bacterias en su función.

Bacterias como fabricantes de ciclodextrinas para alimentos funcionales

Las ciclodextrinas empleadas para desarrollar alimentos funcionales son de origen bacteriano. Un ejemplo de bacteria productora de ciclodextrinas lo encentramos en Paenibacillus macerans, una bacteria diazótrofa que se encuentra en el suelo y las plantas y es capaz de fijar y fermentar nitrógeno. Esta bacteria fue originalmente descubierta en 1905 por un biólogo austríaco llamado Schardinger y se pensó que era un bacilo. Otro ejemplo de bacteria «fabricante» de ciclodextrinas es Bacillus clarkii, una bacteria anaerobia facultativa. Se trata de una bacteria aerobia formadora de endosporas, grampositiva y alcalófila las bases. Esta especie se ha transferido recientemente al género Evansella. La nomenclatura correcta es Evansella clarkii.

¿Y cómo «fabrican» Paenibacillus macerans o Evansella clarkii las ciclodextrinas para su uso en la elaboración de alimentos funcionales?

Uno de los métodos empleados por estas bacterias para obtener energía que les permita sobrevivir consiste en degradar enzimáticamente el almidón presente en el medio extracelular y, de esta forma, disponer de un suministro de hidratos de carbono como fuente energética. Para ello emplean una enzima extracelular llamada ciclodextrina-glicosil-transferasa, una enzima bacteriana de la familia de las amilasas que puede cortar un fragmento de la hélice del almidón uniendo a continuación los extremos finales de dicho fragmento. El producto de la acción de esta enzima sobre el almidón son unas moléculas denominadas ciclodextrinas. Cuando las bacterias necesitan energía introducen las ciclodextrinas que han sintetizado extracelularmente en su interior empleando un sistema de transporte basado en la proteína CPB (cyclomaltodextrin binding protein). Una vez que las CDs atraviesan la membrana celular son hidrolizadas a glucosa y maltosa por otras enzimas que las bacterias tienen en su interior… y ya pueden darse un festín de carbohidratos. Actualmente estas enzimas se obtienen también con procesos de tecnología genética a partir de organismos genéticamente modificados.

Pero no solo hay bacterias capaces de «fabricar» ciclodextrinas. También algunas arqueas, microorganismos procariotas unicelulares que, al igual que las bacterias, no presentan núcleo ni orgánulos membranosos internos pero son fundamentalmente diferentes a estas. Por eso las arqueas conforman su propio dominio o reino. Un ejemplo de arquea capaz de producir ciclodextrinas es Thermococcus sp. Strain B1001, un género de arquea termófila de la familia Thermococcaceae. Los miembros del género Thermococcus son estrictamente anaerobios, un tamaño entre 0,6 a 2,0 μm, su pH óptimo se encuentra entre 5,6 y 7,9, generalmente prosperan a temperaturas entre 60 y 105 ºC (son termófilas) y se encuentran en una variedad de profundidades, como en los respiraderos hidrotermales situados a 2500 m debajo de la superficie del océano o debajo de la superficie del agua en manantiales geotermales. 

Otras arqueas capaces de sintetizar ciclodextrinas son algunas arqueas halófilas (presentan dependencia de altas concentraciones de sal para su crecimiento y estabilidad estructural) de la familia Halobactericeae. Un ejemplo es Haloferax mediterranei, una arquea halófila extrema gramnegativa cuyo tamaño se encuentra entre 0,6 a 2,0 μm y que se aisló por primera vez en las aguas salinas de Santa Pola (Alicante, España). Las arqueas emplean el mismo sistema que las bacterias para producir ciclodextrinas basado en la enzima ciclodextrina-glicosil-transferasa y así obtener energia.

Bacterias inteligentes contra bacterias nocivas: los envases activos

Como les expliqué al principio de este artículo, son varias las bacterias que pueden provocar una infección o una intoxicación alimentaria (E. coli, Listeria monocytogenes, Campylobacter jejuni, Staphylococcus aureus, Shigella, Yersinia enterocolítica…). Pues bien, para reducir al máximo el riesgo de contaminación o infección bacteriana se han desarrollado nuevos sistemas de envasado de alimentos, entre los que destacan los envases inteligentes y los envases activos.

Los primeros proporcionan información al consumidor acerca de las reacciones que están ocurriendo en el envase y que se traducen en cambios en la calidad del producto. Estos envases inteligentes tienen una serie de dispositivos de dimensiones a veces nanométricas capaces de detectar rápidamente cualquier cambio en el alimento envasado y trasmitir así inmediatamente al consumidor una posible contaminación.

Por otra parte, en los envases activos en propio envase participa activamente en la conservación del producto y se emplean principalmente en los alimentos de cuarta gama (verduras y frutas procesadas, cortadas y limpias que se conservan gracias a una atmósfera protectora dentro de su envase). ¿Cómo conservan los alimentos los envases activos? Eliminando compuestos que deterioran el producto (oxígeno, etileno…) o emitiendo compuestos que ayudan a su conservación (compuestos antibacterianos…).

Pues bien, los envases que emiten compuestos activos pueden poseer ciclodextrinas adheridas a la pared interna del envase. El compuesto activo con capacidad antibacteriana se introduce en el interior de la ciclodextrina (elaborada como previamente les expliqué gracias a bacterias o arqueas) y, mediante un proceso de liberación controlada, va «escapándose» poco a poco de la ciclodextrina presente en el envase al medio, defendiéndose así el alimento del ataque de patógenos. Es decir, «un compuesto antibacteriano se introduce en el interior de una molécula producida por una bacteria para defenderse de otra bacteria».

La ciencia es maravillosa… y el mundo de las bacterias también.