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La Precisión que nace de la Tradición

«¿Cuál es la diferencia entre un dragón invisible, incorpóreo y flotante que escupe fuego que no quema y un dragón inexistente?»

Carl Sagan, El Mundo y Sus Demonios, 1997

Dentro del área de la Agricultura Celular y Acelular, una de las tecnologías que está avanzando a pasos agigantados y que se presenta como la de mayor potencial en el desarrollo de ingredientes en la industria de alimentos es la Fermentación de Precisión. ¿Y de que va esto?

En mi artículo “De la Fermentación a la Putrefacción hay un paso”, exploré el tema de la fermentación como un método biológico que con el tiempo aprendimos a controlar, en primer lugar, para conservar los alimentos al cultivarlos con ciertos microorganismos benéficos (por ejemplo algunas levaduras y bacterias ácido-lácticas) cuyo crecimiento manipulamos con el uso de diversos factores, tales como temperatura, humedad, nutrimentos, concentración de oxígeno, etc. Durante su desarrollo, estos microorganismos benéficos convertirán algunos componentes alimentarios (principalmente carbohidratos) en sustancias que tienen propiedades antimicrobianas como ácidos orgánicos, alcoholes y bacteriocinas contribuyendo de esta manera a la conservación y seguridad de los alimentos, causando además algunos cambios sensoriales, funcionales y nutricionales muy deseables.

Con todo el conocimiento acumulado durante décadas en la elaboración tradicional de alimentos fermentados, los científicos han encontrado formas diferentes de usar esta tecnología convirtiéndola en una herramienta muy versátil para la industria. En la actualidad, los principales usos de la fermentación son:

  • Procesar un producto alimenticio o un ingrediente alimentario (uso tradicional)
  • Obtener una mayor cantidad del microorganismo fermentador, como fuente principal de proteína o alimento
  • Obtener ingredientes especializados (saborizantes, enzimas, vitaminas, proteínas y grasas) para incorporarlos en otros alimentos.

De acuerdo a estas aplicaciones, existen entonces 3 tipos de procesos que son:

  1. Fermentación Tradicional
  2. Fermentación de Biomasa
  3. Fermentación de Precisión

Vamos viendo a que se refiere cada uno, empezando por el proceso original.

FERMENTACIÓN TRADICIONAL

Este proceso se conoce desde hace varios siglos y en el se utilizan microorganismos vivos para transformar algunas materias primas o preparaciones alimenticias, como por ejemplo, leche, masa de harina de trigo, mostos de cebada o uvas y vegetales en diferentes tipos de alimentos que cuentan con un perfil nutrimental, sabor y textura que son únicos como lo son el queso, yogur, pan, cerveza, vino, pepinillos, aceitunas, entre otros.

Dependiendo del producto que se va elaborar, la fermentación puede dirigirse hacia una fermentación láctica, alcohólica, acética o de otro tipo de acuerdo con el tipo de microrganismo a cultivar, el sustrato y las condiciones de tiempo y temperaura de crecimiento. La fermentación láctica, por ejemplo, se lleva a cabo mediante el uso de bacterias ácido-lácticas para elaborar quesos, yogur, vegetales fermentados y algunos productos cárnicos como el salami, etc. En lo que respecta a la alcohólica, se utilizan levaduras que fermentan los azúcares en alcohol y dióxido de carbono para obtener vinos, cerveza, tequila, vodka y productos de panificación. En la acética se usan bacterias acéticas que transforman el alcohol en ácido acético para obtener diferentes tipos de vinagre. La fermentación alcalina se da principalmente en alimentos con alto contenido proteico y usando bacterias de la especie Bacillus u hongos de las especies Aspergillus, Mucor o Rhizopus para elaborar algunos condimentos, como la salsa de soya, miso, tempeh, ogiri, etc. Básicamente todos los alimentos fermentados que conocemos o hemos comidos se elaboran mediante la fermentación tradicional que consiste, en esencia, en cambiar las características sensoriales (sabor, textura, aroma) a través de la digestión anaeróbica microbiana.

FERMENTACIÓN DE BIOMASA

Para entender este proceso, es importante saber que una biomasa “microbiana” es toda aquella materia orgánica viva que se va generando por el desarrollo, crecimiento y acumulación de los microorganismos de una misma especie (bacterias, hongos, levaduras y microalgas).

Esta tecnología de biomasa surge cuando, a nivel microbiológico, nos damos cuenta de la rapidez y eficiencia con la que los microorganismos se reproducen y crecen cuando tienen una buena fuente de nutrimentos y las condiciones óptimas de desarrollo. Es común que los microorganismos dupliquen su peso en cuestión de horas por lo que en este caso el enfoque ya no es hacer un cambio sensorial en los alimentos (fermentación tradicional), sino que ahora la idea gira en base a la crianza de microrganismos en volúmenes industriales, es decir buscamos que haya una sobrepoblación y se amontonen formando lo que sería la biomasa microbiana, que puede considerarse el producto final del proceso o la fuente de donde obtendremos el producto final. Vaya, es algo similar a la ganadería de res, cerdo, pollo u otros animales para obtener finalmente las piezas de carne que vemos en los supermercados, solo que en este caso alimentaremos y cuidaremos de los microorganismos para obtener alimentos. Esta biomasa microbiana se convierte en un alimento por sí mismo o en una fuente de ingredientes (proteínas, aminoácidos, vitaminas, etc.) para la industria alimentaria. Esta modalidad de la fermentación existe hace tiempo y mediante esta se obtiene la levadura que se usa en la industria de la panificación. Hoy en la actualidad está siendo ampliamente utilizada para obtener proteínas funcionales y de alta calidad nutrimental a partir de levaduras, hongos filamentosos o microalgas con el objetivo de elaborar alimentos alternativos a la carne. Algunas empresas que están desarrollando productos muy interesantes con esta tecnología son: YEAP, SACCHA, MEATI, Sophie’s Bionutrients y SMALLFOOD.

El proceso para obtener proteínas, mediante la fermentación de biomasa, desde que se cultivan los microorganismos hasta que se comercializan puede durar como mínimo 7 días. Comparemos esto con los 7 o 9 meses que pueden transcurrir desde que se plantan las semillas de soya o chícharo para comercializar finalmente sus proteínas.

FERMENTACIÓN DE PRECISIÓN

Esta tecnología, a diferencia de las anteriores, es la única que utiliza microorganismos que han sido modificados genéticamente y es por así decirlo, una variante de la fermentación de biomasa con el objetivo de criar a estos seres microscópicos para obtener ingredientes funcionales muy específicos, de ahí que se le denomine como de “precisión”.

En la fermentación tradicional, el microorganismo es un agente de cambio que modifica las propiedades sensoriales para que el alimento sea el protagonista de la película (queso, yogur, cerveza, vino).

En la fermentación de biomasa, el microorganismo es el protagonista, pues se transforma en el alimento en sí o en uno de sus componentes principales, como proteína. Checa lo que están haciendo estas empresas: Quorn, Nature’s Fynd y Mycorena.

Y en la fermentación de precisión, el microorganismo se “programa” genéticamente para que funcione como una fábrica de ingredientes funcionales de alto valor comercial (los nuevos protagonistas) que luego serán usados para elaborar alimentos. Esta tecnología tiene algo de tiempo utilizándose para obtener, por ejemplo, la insulina que necesitan las personas diabéticas, así como el cuajo “microbiano” ampliamente utilizado en la industria quesera. Actualmente el enfoque más importante está dirigido hacia la producción de proteínas y grasas que se encuentran en la carne, leche y huevos pero por fuera de lo que sería la cadena de crianza y sacrificio de animales. Debido a esto las etiquetas del futuro, como parte del marketing, incluirán posiblemente la leyenda de “animal free” para atraer a los consumidores preocupados por el bienestar animal y el cambio climático.

Las proteínas y grasas obtenidas mediante la fermentación de precisión son bioidénticas a los mismos componentes de origen animal, lo cual nos permite ver el gran potencial de este método en el desarrollo de nuevos productos alimenticios, como por ejemplo, elaborar leche fluida o quesos idénticos a los productos lácteos de origen animal en lo que se refiere a las características de textura, sabor, aroma, fundido, elasticidad, etc., los cuales serían del completo agrado de todas aquellas personas vegetarianas que aún no se convencen de dar el paso definitivo a la dieta vegana porque aún no han encontrado el sustituto perfecto al queso de origen animal y/o no les convencen los quesos veganos por su sabor y/o el uso de ingredientes no tradicionales como almidones y gomas. Y sí crees que aún falta mucho para que esto se haga realidad, Mooless, es la primer proteína de suero de leche «libre de animales» que ya está a la venta. Imagina con «precisión» todo lo que viene en los siguientes años.

Un punto importante de aclarar es que en la actualidad, a todos los materiales (proteínas, pigmentos y grasas) obtenidos mediante la fermentación de precisión se les considera «veganos» en el sentido de que no provienen de animales, pero debemos recordar que tampoco son vegetales; su origen es microbiano. Y aun cuando estos ingredientes o alimentos se consideren “libre de animales”, NO IMPLICA que sean “libre de alérgenos”, ya que los componentes obtenidos en base a microorganismos son totalmente idénticos a sus contrapartes de origen animal (huevo, lácteos, pescados y mariscos). Sí eres alérgico a los lácteos de origen animal, lo serás también para los componentes idénticos a los lácteos de origen microbiano.

Otra cuestión que nos debe quedar clara, es que los alimentos o productos obtenidos mediante la fermentación de precisión NO SON PRODUCTOS GENETICAMENTE MODIFICADOS, pero sí lo es el microorganismo que fabrica el producto. Este microorganismo «diseñado genéticamente» debemos considerarlo más bien como sí fuera un equipo de alta tecnología que se usa para fabricar un alimento o ingrediente pero que no interfiere en su biología. La educación de los consumidores será uno de los retos más importantes en la adopción de esta tecnología por parte de la industria de alimentos. En los supermercados del futuro, además de los alimentos «Plant-based» contaremos también con una gran variedad de alimentos de origen microbiano que pueden denominarse como «Fungi-based», «Yeast-based» y «Bacterial-based».

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De la Fermentación a la Putrefacción hay un paso

La naturaleza puede ser horrible, pero no malvada (ni bondadosa)

Stephen T. Asma, 2020

Todos los alimentos que consumimos, al menos hasta el día de hoy, son de origen vegetal o animal, provienen de seres vivos. Una vez que las plantas han sido cosechadas y los animales sacrificados, ocurre toda una serie de cambios bioquímicos, que modifican sus características y afectan la calidad comestible de estos alimentos. Es decir, sí no evitamos o controlamos de alguna manera estos cambios, los alimentos se deteriorarán por completo.
Desafortunadamente, para nosotros, competimos con unos seres vivos muy pequeños por ver quien se aprovecha primero de la energía y los nutrientes de los alimentos. Así es, todos estos productos resultan ser muy apetecibles, no sólo para los animales, sino para muchos de los microorganismos que abundan en el suelo, el agua y el aire. Sí esto fuera una película de acción, los microorganismos son los “villanos” más terribles y los principales causantes de la descomposición de los alimentos.
Nuestra guerra con los microorganismos tiene varios años, por lo que hemos aprendido a destruirlos o debilitarlos. Conocemos sus puntos débiles (pH, Aw, temperatura, necesidad de oxígeno, sustancias inhibidoras) con el fin de reducir su capacidad para alterar los alimentos y como parte de nuestra estrategia, hemos encontrado algunos microorganismos aliados para combatir a los “villanos” (microorganismos patógenos y deteriorativos).
Con el conocimiento de los cambios bioquímicos y microbiológicos que ocurren en los alimentos, se han desarrollado varios tecnologías para preservarlos, las cuales están basadas en controles de temperaturas, humedad, biológicos, químicos y físicos. Una de estas, es la Fermentación, que es un método biológico para conservar los alimentos mediante el uso de microorganismos (aliados).
La fermentación ocurre de manera natural, pero hemos aprendido a controlarla para obtener los beneficios y las características sensoriales que requerimos en los alimentos. La fermentación natural, es la lenta descomposición de sustancias orgánicas, causada por microorganismos y que ocurre principalmente en frutas y verduras. La fermentación es una acción de descomposición de los carbohidratos, distinta de la putrefacción, que en general se relaciona a la acción de los microorganismos sobre los compuestos proteicos. La fermentación, normalmente, no produce malos olores y por lo común produce dióxido de carbono. En la putrefacción, sí se presentan malos olores, característicos de compuestos azufrados originados principalmente por la degradación de proteínas.
Para fines tecnológicos, definiremos la fermentación como un proceso controlado de reacciones bioquímicas, que transforman ciertos compuestos orgánicos mediante la acción de enzimas secretadas por microorganismos. Estas enzimas convierten a los carbohidratos en ácidos o alcohol contribuyendo así a la conservación y seguridad alimentaria (los 2 beneficios más importantes) además de originar cambios deseables en sabor, aroma, textura y apariencia en los alimentos.
Entre los microorganismos aliados que tenemos para el proceso de fermentación, están algunas bacterias ácido-lácticas, levaduras y hongos que mediante sus enzimas transformarán los carbohidratos en ácido láctico, ácido acético, acido propiónico, etanol y bacteriocinas que inhibirán el desarrollo y crecimiento de los villanos de la película, que, lamentablemente, se encuentran de forma natural en el medio ambiente y los alimentos. En los procesos de fermentación, por lo general, adicionamos sal o azúcar en los alimentos para ayudar a retrasar el crecimiento de los microrganismos indeseables
Como te habrás dado cuenta, en la definición de Fermentación indiqué que es un proceso «controlado», porque nosotros podemos manipular 6 factores que influyen en el crecimiento y la actividad de los microrganismos en los alimentos. Estos son humedad, concentración de oxígeno, temperatura, nutrimentos, pH y sustancias inhibidoras. Con el manejo de cualquier factor, podemos favorecer que tipo de microorganismos queremos que se desarrollen y por lo tanto que sustancias (ácidos, alcoholes, dióxido de carbono) se formarán de acuerdo con los alimentos fermentados que vamos a elaborar (pan, cerveza, quesos, vegetales, vinos, licores).

Hay 2 maneras en las cuales podemos fermentar los alimentos:

  • Fermentación salvaje: que está basada en la flora microbiana natural presente en los alimentos. Podemos manipular algunos factores, por lo general, el contenido de sal, para favorecer el crecimiento y desarrollo de microorganismos benéficos e impedir el desarrollo de patógenos y deteriorativos. Este proceso es lento, impredecible, no tenemos mucho control sobre el tipo o tipos de microorganismos que se desarrollan y por lo tanto los resultados de sabor y aroma no son consistentes, varían con cada lote del alimento elaborado.
  • Fermentación controlada o cultivada: está basada en el uso de cultivos iniciadores, esto es, microorganismos que se han aislado, caracterizado y seleccionado de acuerdo con la función que necesitamos en el alimento, como podría ser producir ácido láctico, producir alcohol, inhibir microrganismos indeseables, tener actividades proteolíticas y lipolíticas o causar un sabor y aroma en particular entre otras cosas. Estos cultivos iniciadores se inoculan (siembran) en el alimento en grandes cantidades y se incuban en las condiciones óptimas para favorecer su crecimiento y desarrollo. Debido a esto, aportan características muy particulares de una manera más controlada, predecible y con resultados consistentes lote por lote.

De acuerdo a los compuestos que se obtienen de la fermentación (salvaje o controlada), podemos tener diferentes tipos de fermentación que serían las siguientes:

  • Fermentación Láctica: hay 2 tipos, producidas por bacterias ácido-láctea
    • Homoláctica: se obtiene ácido láctico en el alimento
    • Heteroláctica: se obtiene además de ácido láctico, cantidades apreciables de etanol, acetato y dióxido de carbono
  • Fermentación Alcohólica: producida por levaduras para obtener alcohol y dióxido de carbono
  • Fermentación Acética: producida por bacterias para obtener ácido acético
  • Fermentación Maloláctica: producida por bacterias para obtener ácido láctico
  • Fermentación Maloalcohólica: producida por levaduras para obtener alcohol
  • Fermentación Propiónica: producida por bacterias que producen ácido propiónico, ácido acético, dióxido de carbono y otros productos
  • También existen la Fermentación Butírica y la Fermentación Ácido-Mixta que son consideradas alteraciones de los alimentos producidas por bacterias

La transformación y la degradación de los compuestos orgánicos, no siempre nos van a llevar a obtener compuestos útiles en los alimentos, por lo que es importante controlar el proceso fermentativo de alguna manera, en especial sí hacemos uso de la fermentación salvaje, esto con la finalidad de eliminar a los villanos de la película, a esos microorganismos indeseables que nos podrían llevar del gran amor a la fermentación hacia la odiosa putrefacción, en un solo paso.