Influencias microbianas en los granos fermentados.

15 de agosto de 2023

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por la Sociedad Estadounidense de Microbiología

Los alimentos fermentados están profundamente arraigados en la cultura alimentaria mundial. Muchas recetas están muy guardadas, transmitidas de generación en generación y envueltas en un velo de misterio. Las comunidades microbianas que componen los alimentos fermentados suelen ser diversas, pero normalmente sólo unas pocas especies contribuyen significativamente al producto final.

Además, los alimentos y bebidas fermentados (denominados fermentos en este artículo) con perfiles de sabor similares a menudo son fermentados por microbios similares, o al menos por microbios que llevan a cabo procesos metabólicos similares. Al explorar la variedad de fermentaciones a partir esencialmente del mismo material de partida, podemos observar el impacto que tienen los microbios en el producto final.

Es difícil exagerar el papel de la fermentación en el campo de la microbiología. Avances significativos en la historia temprana de la microbiología surgieron del intento de comprender por qué algunos fermentos fallan. Por ejemplo, a mediados del siglo XIX, Louis Pasteur notó que el vino se agriaba porque estaba colonizado por un organismo más pequeño que la levadura, que resultó ser una bacteria del ácido láctico.

Metabólicamente, la fermentación simplemente describe procesos en los que las moléculas orgánicas actúan como donantes y aceptores de electrones. La comunidad microbiana que impulsa la fermentación puede ser los microbios que se encuentran de forma nativa en el alimento (lo que se denomina fermentación espontánea) o una parte de un fermento previo conocido como iniciador, madre o backslop.

Los cultivos iniciadores suelen ayudar a acelerar las primeras etapas de la fermentación. Esto se debe a que el iniciador sembrará el fermento con una población mayor de organismos que los que están presentes de forma nativa en el material de partida del alimento. Los cultivos iniciadores también pueden garantizar una mayor consistencia y calidad de la fermentación al mantener organismos similares. La producción a mayor escala tiende a depender de cultivos iniciadores, mientras que muchos alimentos fermentados tradicionales utilizan comunidades nativas de microorganismos.

Las personas mantienen los entrantes durante períodos prolongados para asegurarse de poder continuar preparando los alimentos fermentados que disfrutan. Por ejemplo, en la historia popular, los mineros de Alaska mantenían calientes los entrantes de masa madre manteniéndolos consigo.

Los procesos microbiológicos que subyacen a la fermentación de los alimentos son muy dinámicos, y muchos fermentos se caracterizan por múltiples etapas a medida que los microbios cambian su entorno con la adición de cada producto de desecho metabólico. Además, los diferentes fermentos se caracterizan por diferentes microbios y cada uno de ellos contribuye a perfiles de sabor únicos.

La fermentación influye en cinco aspectos principales de los alimentos:

La fermentación suele asociarse con la idea de conservación de los alimentos. Esto se debe a que los microbios fermentadores influyen en su entorno de manera que excluyen a muchos de los organismos que causan rancidez o enferman a las personas. Por ejemplo, en los fermentos ácidos, las bacterias del ácido láctico producen ácidos que excluyen a los microbios peligrosos, como Clostridium.

La fermentación puede facilitar el consumo de alimentos saludables al mejorar la digestibilidad y reducir las toxinas. Esto es especialmente cierto en el caso de la soja, así como de muchos otros alimentos de origen vegetal.

La materia vegetal suele estar compuesta de moléculas que reducen la biodisponibilidad de los nutrientes, inhiben las enzimas digestivas o incluso inhiben la función celular general. Durante la fermentación, las enzimas microbianas pueden descomponer muchas de estas toxinas, incluidos los glucósidos cianogénicos, que pueden inhibir la respiración celular. Además, algunas toxinas se eliminan durante los pasos de preparación, como quitar la cáscara exterior de las vainas de las semillas o mediante la cocción.

Se cree que los beneficios para la salud de los alimentos fermentados van más allá de hacer que los alimentos sean más fáciles de digerir y menos tóxicos. En particular, los científicos están muy interesados ​​en la influencia de los componentes microbianos del fermento como posibles probióticos.

Existe evidencia contradictoria sobre los efectos de los alimentos fermentados en la salud intestinal. Muchos de estos microbios asociados a los alimentos se consideran transitorios y tienen una capacidad limitada para colonizar el intestino, lo que significa que simplemente pasan a través del tracto digestivo (o algo por el estilo). Sin embargo, un estudio indica que algunas situaciones de disbiosis se pueden mitigar con la ayuda de bacterias del ácido láctico de un producto lácteo fermentado similar al kéfir.

Los autores exploraron la capacidad de los microorganismos (un consorcio de Bfidobacteria, Lactococcus, Lactobacillus y Streptococcus) de la bebida probiótica para colonizar los intestinos de las ratas con diferentes microbiomas iniciales. Observaron que los individuos que no mantenían Lactococcus lactis tenían un microbioma más resistente que se caracterizaba por una mayor abundancia relativa de Lachnospiraceae. Esto sugiere que los microbiomas que pasan por un proceso de cambio tienen más probabilidades de verse afectados por los probióticos en los alimentos fermentados.

Y por supuesto, ¡gusto! Los metabolitos secundarios, como los ácidos lácticos, los ésteres y los aminoácidos libres que se producen durante la fermentación, pueden alterar significativamente el perfil de sabor de los alimentos. Por ejemplo, en los cultivos de masa madre, el equilibrio de las bacterias del ácido láctico y las levaduras determinará qué tan ácido se vuelve el pan. Una mayor proporción de bacterias del ácido láctico da como resultado un pan más ácido.

Además, ajustando las condiciones ambientales se puede influir en qué vías metabólicas se favorecen, fomentando así la producción de diferentes ácidos o ésteres, que también contribuyen al perfil de sabor de los alimentos.

Normalmente, pensamos que la fermentación es un proceso anaeróbico, pero ese no es siempre el caso en los alimentos "fermentados". En la cocina occidental, los alimentos fermentados suelen ser ácidos; sin embargo, los alimentos fermentados también pueden producirse mediante procesos alcalinos o tener fases a diferentes pH. La fermentación ácida, fermentación que da como resultado una disminución del pH, es un proceso muy estudiado. Sin embargo, existe menos literatura sobre la fermentación alcalina, donde los aminoácidos se metabolizan en amoníaco, lo que eleva el pH del cultivo.

Los alimentos fermentados alcalinos suelen ser más ricos en proteínas y suelen incluir legumbres (como la soja) y semillas. Por ejemplo, natto, dawadawa y kinema son alimentos fermentados alcalinos, elaborados con legumbres. La mayoría de los alimentos fermentados alcalinos utilizan comunidades microbianas nativas, de las cuales las especies de Bacillus tienden a ser muy abundantes después de que el proceso de cocción las enriquece.

El natto, un producto de soja fermentado caracterizado por polímeros fibrosos que unen los granos, está influenciado por procesos microbianos de múltiples maneras. La producción de natto a partir de la soja se produce cuando Bacillus subtilis subespecie natto secreta proteasas que descomponen las proteínas de la soja remojada y cocida. Luego, una fermentación secundaria impulsada por glutamato deshidrogenasas y ureasas conduce al icónico olor a amoníaco del natto.

Las cadenas de natto están compuestas principalmente de poligamma-glutamato (γ-PGA), una sustancia polimérica extracelular (EPS) de Bacillus subtilis (natto). El EPS derivado de la producción de natto también es de interés como polímero para productos manufacturados que incluyen fibras biodegradables y absorbentes de metales pesados, entre otros usos.

Otro fermento alcalino impulsado por Bacillus es el condimento a base de semillas de África occidental, que recibe los nombres de Dawadawa, ogiri, soumbala, iru y netetu, entre otros. Para producir Dawadawa, las semillas de algarroba (u otras semillas grandes) se hierven y se descascaran, luego se fermentan durante unos días a medida que se desarrolla el sabor. Bacillus subtilis suele ser un organismo primario involucrado en esta fermentación; otros organismos involucrados incluyen miembros de los géneros Leuconostoc, Staphylococcus y Micrococcus.

Existe información limitada sobre el papel de los hongos en este proceso de fermentación. Se cree que el proceso de cocción fomenta la dominancia de los bacilos porque pueden formar esporas resistentes al calor, y la inoculación de las semillas con esporas de Bacillus subtilis mejora la reproducibilidad del proceso de fermentación.

Kinema se produce de manera similar a dawadawa, pero con soja y en una región diferente: el Himalaya oriental. Al igual que el natto, la fermentación cinemática forma polímeros fibrosos, pero en menor medida que el natto. La fermentación también la llevan a cabo microorganismos nativos, principalmente especies de Bacillus y otros Firmicutes.

En cuanto a los hongos, las principales especies son Wallemia canadensis y Pichia sporocuriosa, pero su papel funcional no está bien definido. Al igual que con otros fermentos alcalinos, los microbios liberan aminoácidos, lo que proporciona a los consumidores humanos una fuente inmediata de nutrientes, así como un sabor umami o parecido a la carne.

Al igual que los fermentos alcalinos, muchos otros alimentos con mayor contenido de proteínas, como los frijoles y las semillas, se fermentan con mohos. Los fermentos impulsados ​​por mohos generalmente se forman mediante la acción de unos pocos mohos; Rhizopus, Mucor y Aspergillus.

En comparación con muchos fermentos bacterianos, los fermentos a base de moho suelen fermentarse a temperaturas algo más altas. Los métodos de propagación también son algo diferentes a los de los cultivos bacterianos porque a menudo es útil esperar a que partes del cultivo esporulen para transferirse al siguiente fermento.

Tempeh y Koji son dos fermentos de soja mediados por mohos. La producción de tempeh implica remojar, cocinar y secar los frijoles y luego inocularlos con un cultivo iniciador de Rhizopus. Luego, a esta mezcla se le da una forma (normalmente bloques) y se cubre con una envoltura permeable al aire.

Este proceso debe observarse y mezclarse con bastante cuidado, ya que el interior del tempeh en fermentación puede calentarse demasiado debido al metabolismo de los mohos. A medida que el moho crece, forma un micelio que une el bloque de tempeh. Este proceso de fermentación suele tardar entre 1,5 y tres días, dependiendo de la temperatura y del inóculo de partida.

Rhizopus mejora la calidad de los nutrientes de la soja al descomponer las proteínas, hacer que el hierro sea más biodisponible y eliminar compuestos tóxicos. El koji, por otro lado, normalmente se elabora con especies de Apsergillus, pero se elabora a partir de una variedad de materiales iniciales que incluyen arroz y cebada, además de soja. Koji es el cultivo inicial de otros productos como el miso, la salsa de soja y el sake.

Curiosamente, algunos alimentos, como el amazaké, utilizan koji como fuente de enzimas, en lugar de depender del crecimiento del propio moho. Amazaké depende de las altas temperaturas para estimular la actividad enzimática y liberar azúcares del arroz para hacer un pudín o una bebida.

La fermentación amplía los alimentos que podemos comer y la cantidad de tiempo que tenemos para comerlos antes de que se echen a perder. Se utilizan diferentes procesos de fermentación y organismos para generar sabores tremendamente diferentes, que destacamos al explorar los procesos de fermentación utilizados para hacer natto, dawadawa, kinema, así como tempeh y koji.

Proporcionado por la Sociedad Estadounidense de Microbiología