Cultivos Estárter: Seguridad, funcionalidad y propi edades

tecnológicas.

Enrique Alfonso Cabeza Herrera 1

PhD en Ciencia y Tecnología de los Alimentos, Universidad de León, España.

Microbiólogo, Especialista en Protección de Alimentos, Universidad de Pamplona, Colombia

Email: enalcahe@unipamplona.edu.co; dhtech@unileon.es

Introducción

Los cultivos estárter han sido objeto de estudio y desarrollo durante los últimos 40 años con el fin

de reducir el tiempo de fermentación, asegurando un contenido residual bajo en nitratos y nitritos

en los productos, y contribuyen con el establecimiento de las características organolépticas finales

(González-Fernández y col., 2006).

Un cultivo estárter consiste en una especie o combinación de especies microbianas que una vez

adicionados a un producto originan un conjunto de transformaciones en los componentes básicos

(glúcidos–proteínas–lípidos) con un resultado final que se manifiesta en el cambio de la textura,

color y flavor del producto final, incrementando su poder de conservación y en ocasiones aportan

efectos benéficos para la salud del consumidor –probióticos- (figura 1). Los microorganismos

empleados como cultivos estárter pueden ser bacterias, levaduras y mohos individualmente o una

mezcla de ellos (bacteria-bacteria; bacteria-levadura; bacteria-moho; moho-moho; moho-levadura;

levadura-levadura).

La bioquímica de las transformaciones que tienen lugar en los sustratos se presenta resumido en el

siguiente esquema:

Azúcares Ácidos Alcoholes, Aldehíd os

Proteínas Amino ácidos Alcoholes, Aldehído s

Lípidos Ácidos Grasos libres Cetonas

1 Correspondencia: Departamento de Microbiología, Facultad de Ciencias Básicas, Universidad de Pamplona, Ciudadela Universitaria, Km. 1, vía Bucaramanga. Pamplona. Norte de Santander. Colombia.

Figura 1. Principio del proceso de interacción materia prima – cultivo estárter – nuevo producto.

Seguridad, funcionalidad y propiedades tecnológicas de los cultivos estárter

Las propiedades deseadas de los cultivos iniciadores para asegurar la producción de alimentos con

una alta calidad tecnológica han sido revisadas por Jessen (1995) y Krockel (1995). Las bacterias

más prometedoras como cultivos estárter o iniciadores son aquéllas que se aíslan de la microbiota

nativa de los productos tradicionales. Estos microorganismos se adaptan bastante bien a las

condiciones medioambientales que ofrece el sustrato y son capaces de controlar y sobreponerse a

la microbiota alterante de los productos.

Para la selección de cepas con potencial actividad como cultivo iniciador o estárter, debe reunir un

conjunto de características entre otras a tener en cuenta:

� Evaluar y disponer de información experimental suficiente sobre su metabolismo y

actividades, ya que en algunos casos su efecto sobre los sustratos puede ser limitado, en

otros casos solo se manifiesta a muy alta concentración de bacterias, y en algunos el

efecto no existe.

� Que estén reconocidos como GRAS (generalmente reconocidos como seguros, FDA -

EEUU).

� Deberá ser capaz de ser producido en forma viable y en gran escala.

� Durante su uso y almacenamiento, deberán permanecer viables y estables.

Lípidos

Proteínas

Carbohidratos

Conservación

Textura

Flavor

Salud

Nuevo producto

Materia prima

Cultivo estárter

Bacterias

Mohos

Levaduras

Enzimas

Aroma

Se debe realizar una correcta selección, conservación, manejo, y resiembra de los cultivos estárter,

es lo que permite estandarizar y mantener una calidad uniforme del producto final. Los principales

grupos empleados como cultivos estárter son (a nivel individual como en cultivos mixtos):

1. Bacterias de utilidad: industria láctea, cárnica, vegetales y cereales: bacterias ácido-

lácticas homo y heterofermentativas (BAL) de las familias Lactobacillaceae (Lb.

acidophillus. Lb. casei, Lb. bulgaricus, Lb. helveticus, Lb. lactis, Lb. paracasei, Lb.

delbruekii, Lb. rhamnosus) y Streptococcaceae (Str. lactis subsp. cremoris, Str. lactis

subsp. diacetylactis, Str. thermophilus, Str. lactis, Leuconostoc mesenteroides,

Leuconostoc cremoris, Leuconostoc lactis, Leuconostoc dextranicum, Leuconostoc oenos),

bacterias acéticas de la familia Acetobacteriaceae (Géneros Acetobacter spp., Acetomonas

spp., Gluconobacter spp), bacterias reductoras de nitratos como Micrococcus spp y

Staphylococcus spp (Sth. xylosus y Sth. carnosus) entre otras.

2. Levaduras de los géneros Saccharomyces (S. cerevisiae, S. boulardii), Cándida (C. utilis),

Debaryomyces y Kluyveromyces (K. fragilis) para cervecería, vinificación, destilería,

panificación y elaboración de alimentos orientales a base de cereales (arroz y soja).

3. Mohos de los géneros Penicillium spp, Aspergillus spp, Rhizopus spp, Geotricium spp.,

para elaboración de quesos, productos de charcutería y alimentos orientales a base de

cereales (arroz y soja).

Figura 2. Preparación de cultivos estárter

En la figura 2 puede observarse de forma esquemática el proceso general de elaboración y

propagación de los cultivos estárter empleados a gran escala. El proceso comienza con la

elaboración del cultivo madre (2), este cultivo se prepara a partir del cultivo liofilizado o comercial (1)

suspendiendo la cantidad deseada en la solución adecuada para el fin que se requiera, por ejemplo,

para la elaboración de yogurt el cultivo liofilizado se suspende en leche estéril. A partir de este

cultivo madre se prepara el cultivo intermedio suspendiendo una cantidad mayor del cultivo 2.

Finalmente se elabora el cultivo industrial o de trabajo, el cuál es el cultivo que se usa para inocular

directamente el producto a transformar. En la industria láctea, por ejemplo el cultivo madre se

prepara tradicionalmente en botellas de 100 ml provistas de tapa con membrana y es inoculada

con una jeringa esterilizada a partir del cultivo comercial. Luego se inocula con el cultivo madre la

leche que se encuentra en el envase de cultivo intermedio. Finalmente con el cultivo intermedio se

inocula la leche que se encuentra en el tanque de cultivo industrial. Todas estas etapas deben

realizarse bajo condiciones asépticas para evitar la contaminación de los cultivos.

Figura 3. Diversas formas de presentación de cultivos iniciales o estárter: polvo, granulado, líquido,

liofilizado, etc.

Algunas aplicaciones de los cultivos estárter son:

1. Producción de alcohol para la industria vinícola y cervecera. Las cepas de la levadura

Saccharomyces cerevisiae de fermentación alta ya que sube a la superficie al final de la

fermentación se emplea para la producción de cerveza tipo ALE a una temperatura de 15-

32ºC. Por otra parte Saccharomyces uvarum (antes Saccharomyces carlsbergensis) de

fermentación baja, que cae al fondo de la cuba al final de la fermentación se emplea para

la obtención de cerveza tipo LAGER a temperaturas de 6-15ºC. Para la producción de

vinos de forma artesanal, durante las primeras etapas de la fermentación crece Kloeckera

y Hanseniasporas, levaduras nativas que son desplazadas posteriormente por

Saccharomyces cerevisiae. Las dos primeras pueden constituirse como contaminantes de

estos productos. A escala industrial el inicio de la fermentación se logra inoculando el zumo

de la uva con un cultivo de S. cerevisiae. Posterior a la fermentación alcohólica, se puede

desarrollar una fermentación maloláctica, la cual es llevada a cabo por Leuconostoc (BAL)

o por sus enzimas, para transformar el ácido L málico en ácido L láctico y CO2. Esta

descarboxilación conlleva una desacidificación del vino y permite la eliminación de la

acidez málica biológicamente inestable y que confiere al vino un verdor indeseable en los

vinos de alta calidad. Además de una desacidificación, dota al vino de una estabilidad

biológica mayor en presencia de una cantidad débil de anhídro sulfuroso.

2. Producción de pan ácido: comúnmente denominado “Pan de San Francisco”, donde

intervienen levaduras de las especies Saccharomyces cerevisiae, Cándida krusei, Cándida

tropicalis, Torulopsis holmii y bacterias ácido-lácticas de los géneros Lactobacillus,

Leuconostoc y Pediococcus.

3. Producción de derivados lácteos, como el yogurt (ver resumen bacterias ácido-lácticas

como estárter para industria láctea) y quesos. Con respecto a estos últimos, adicional al

papel de las BAL está el importante rol que cumplen los mohos y otras bacterias (por

ejemplo las propiónicas). Penicillium camemberti (sinónimo de P. caseicolum) se emplea

para la elaboración de quesos de pasta blanda y corteza florida como el Camember o el

Brie. Durante la maduración de estos quesos el Penicillium consume el ácido láctico

producido por las BAL desacidificando la cuajada, además producen sustancias que

modifican el sabor y aroma de los diferentes quesos. Penicillium roqueforti (sinónimo de P.

glaucum) es empleado en la producción de los denominados quesos de pasta azul como el

queso roquefort, Gorgonzola, Stilton, Azules de Auvergne, Bresse o el Danés.

Contrariamente a lo que ocurre con la mayoría de los mohos, este tiene la particularidad de

soportar tensiones bajas de oxígeno (Moreau, 1995). Este moho se suele añadir a la leche

antes del cuajado, aunque algunas veces se incorpora a la cuajada en el momento del

moldeado. La pasta se airea mediante un pinchado con agujas o recientemente empleando

bacterias del género Leuconostoc que abren la masa al producir gas (CO2). Estos mohos

participan en la maduración de los quesos por medio de sus enzimas proteolíticos pero

más por sus enzimas lipolíticos. En su acción liberan ácidos grasos a partir de los lípidos,

que posteriormente son oxidados a metil-cetonas, que a su vez se reducen a alcoholes

secundarios. De esta forma se origina el particular aroma de los quesos de pasta azul. Otro

moho empleado en la producción de quesos de corteza lavada como el Pont-L’Evêque es

Geotrichium candidum (sinónimo de Oidium lactis u Oospora lactis). Este moho es

importante durante el principio de la maduración ya que neutraliza la pasta y favorece el

desarrollo de microorganismos caseolíticos como Micrococcus varians, después debe ser

inhibido para que no ocasione el defecto de superficie pegajosa y grasienta, y no altere el

aroma y sabor de estos quesos. Su expansión se frena añadiendo sal y disminuyendo la

temperatura de las salas de maduración (por debajo de 15ºC) al final del desuerado.

Las bacterias propiónicas (Propionibacterium schermanii, P. freudenreichii, P.

pentosaceum, P. arabinosum, etc.) son importantes para la producción de quesos de pasta

cocida como el Gruyère y el Emmental. En este caso las bacterias transforman el ácido

láctico y los lactatos resultantes de la fermentación por BAL en CO2, acetato (ácido acético)

y ácido propiónico (propionato), y menores cantidades de ácidos isovalérico, fórmico,

succínico y láctico.

Por otro lado, los micrococos (Micrococcus conglomeratis y Micrococcus varians)

intervienen en la maduración del queso Camembert y del Livarot, M. conglomeratis y

Corynebacterium flabescens intervienen en la maduración del queso Brie y del Munster.

Todas estas especies constituyen junto con Staphylococcus xylosus, Brevibacterium linens

y Brevibacterium citreum, con las levaduras del tipo Debaryomyces hansenii y Yarrowia

lipolitica, y con el moho Geotrichium candidum los microorganismos estárter de los

llamados quesos aromatizados.

4. Producción de embutidos. Este tipo de derivados se obtiene por la acción principal de las

BAL (principalmente lactobacilos y pediococos) (ver resumen bacterias ácido-lácticas como

estárter para industria cárnica). Sin embargo, también se emplean algunas levaduras

(Debaryomyces hansenii, Candida deformans) y mohos (Penicillium commune, Penicillium

nalgiovense o Scopulariopsis flava) en la elaboración de salchichón y salamis para lograr la

capa blanca que recubre la superficie de estos productos. Por otro lado, también aportan

modificaciones del sabor y olor en estos productos por actividad de sus enzimas lipolíticos

y proteolíticos. Por otra parte, en la elaboración de embutidos fermentados las

Micrococcaceae (Staphylococcus xylosus, S. carnosus, o S. simulans) constituyen un

grupo importante de los cultivos estárter empleados en esta industria, ya que ellas reducen

los nitratos a nitritos (mejorando el color del producto e inhiben el crecimiento de

Clostridium botulinum). También cumplen un importante papel en la lipólisis ya que

sintetizan aromas esenciales para la calidad organoléptica del producto. Su catalasa

destruye los peróxidos responsables de los defectos de coloración y de sabores rancios.

Además, si se complementa con la levadura Debaryomyces hansenii se mejora la

aromatización de los productos debido a la suma de la actividad lipolítica de la levadura.

5. Elaboración de productos orientales a base de arroz y Soja. Desde hace muchos siglos la

cocina del extremo oriente emplea mohos como agentes de fermentaciones con una doble

finalidad: mejorar la digestibilidad de las materias primas (gracias a las enzimas amilolíticas,

celulolíticas, proteolíticas y lipolíticas) y aportar interesantes características organolépticas

(Moreau, 1995). En este orden de ideas, a pesar de la gran variedad de mohos que

intervienen en los procesos fermentativos, se utilizan fundamentalmente Rhizopus oryzae,

Rhizopus microsporus, Aspergillus oryzae, Aspergillus parasiticus (cepas no toxigénicas –

antes Aspergillus sojae) y Amylomyces rouxii. Así tenemos por ejemplo el Koji y el Miso,

platos de arroz fermentados con A. oryzae o A. parasiticus. El Shoyu es un Koji de 72

horas cuyo sustrato está constituido por soja y harina de trigo mezclado con un 18% de

salmuera y una larga fermentación por diversos mohos, levaduras y BAL. El Tofu (bebida

de soja) y Tempeh (soja) son productos fermentados obtenidos por acción de Rhizopus

oryzae o R. microsporum, el Chu (bolitas de harina de arroz) se obtiene por acción de

Amylomyces rouxiik y el Sufu (queso de soja) se obtiene por acción del Actinomucor

elegans sobre el Tofu. El Natto es un alimento japonés fermentado a base de soja y arroz

donde intervienen cepas de Bacillus natto y Aspergillus oryzae, existen tres clases: el

Itohiki-natto (B. natto), el Yuki-wari-natto (mezcla de Koji y Itohiki-natto), y el Hama-natto (A.

oryzae). También se pueden obtener bebidas como el Sake (Arroz fermentado por

Amylomyces rouxxi y en menor medida por aspergillus oryzae).

6. Elaboración de vegetales fermentados: en este tipo de productos participan activamente

las BAL (Leuconostoc mesenteroides, Lactobacillus brevis, Lactobacillus plantarum,

Streptococcus faecalis, Pediococcus rhamnosus y Pediococcus cerevisiae). Los principales

productos vegetales obtenidos son las coles –Sauerkräut-, pepinillos y aceitunas (Guern,

1995). (Para mas detalles ver el resumen del papel de las BAL como cultivos estárter para

la industria láctea y cárnica).

7. Producción de vinagre. Finalmente, las bacterias acéticas son importantes para la

producción de vinagre. Sin embargo según la experiencia obtenida en la industria, para la

producción de vinagre es mejor utilizar cepas que no se han obtenido de cultivos puros, ya

que la conservación de la capacidad de estas cepas para la fermentación se ve reducida

cuando se mantienen en cultivos, por lo que la venta y comercialización de este tipo de

cultivo estárter está muy limitada. Las principales bacterias empleadas en esta industria

pertenecen a la familia Acetobacteriaceae (Géneros Acetobacter spp., Acetomonas spp.,

Gluconobacter spp).

Como conclusión se puede definir que la funcionalidad de los cultivos estárter no radica solamente

en la transformación y obtención de alimentos fermentados, otras importantes propiedades son (1)

La producción de sustancias antimicrobianas (por ejemplo bacteriocinas por BAL, la lisostafina por

cepas modificadas de Penicillium nalgiovense o BAL, reutericiclina por cepas de Lb. reuteri. (2)

Mejora de los procesos de producción y hacerlos más fiables. (3) Ventajas tecnológicas (4)

Obtención de productos benéficos a la salud.

Bibliografía

González-Fernández, C., Santos, E.M., Rovira, J., Jaime, I. (2006). The effect of sugar

concentration and starter culture on instrumental and sensory textural properties of chorizo-

Spanish dry-cured sausage. Meat Science, 74: 467-475.

Guern, J.L. (1995). Capítulo 7: Los vegetales fermentados. En ICMSF, Microbiología Alimentaria

Vol. 2., Las fermentaciones alimentarias. (pp. 153-166). Editorial Acribia S.A. Zaragoza.

España.

Harrigan, W.F. (1998). Chapter 3: Raw meat and raw meat products. In Laboratory Methods in

Food Microbiology. 3rd edition. Academic Press. San Diego, California. USA. Ps. 214-219.

Leroy, F., Verluyten, J., De Vuyst, L. (2006). Functional meat starter cultures for improved sausage

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Moreau, C. (1995). Capítulo 3: los mohos. Parte I: los microorganismos de las fermentaciones. En

ICMSF, Microbiología Alimentaria Vol. 2., Las fermentaciones alimentarias. (pp. 35-54).

Editorial Acribia S.A. Zaragoza. España.