Exopolisacárido producido por Lactobacillus fermentum Lf2: Optimización estadística de la producción y caracterización química del compuesto obtenido

Abstract

Introducción y objetivos: Algunas bacterias lácticas (BAL) son capaces de producir exopolisacáridos (EPS), moléculas que pueden mejorar las propiedades reológicas de ciertos productos lácteos y a la vez, ejercer efectos benéficos para la salud del consumidor. La cepa autóctona {L. fermentum} Lf2 es capaz de producir 1 g/L de EPS con propiedades tecnológicas y funcionales demostradas, siendo este rendimiento elevado en comparación con otras BAL. Por lo tanto, se planteó como objetivo optimizar la producción de este EPS y realizar su caracterización química y estructural a los fines de proponer su aplicación como ingrediente alimentario.Materiales y Métodos: Primeramente se realizó una selección de factores mediante modelos D-Optimal para un medio de cultivo semi-definido (SDM, Kimmel y Roberts, 1998), con el fin de determinar las concentraciones de las fuentes nitrogenadas que optimicen la producción, como así también el tipo de fuente de carbono a utilizar y el tiempo de fermentación. Luego se realizaron diversas fermentaciones variando el pH (de 5 a 7) y la concentración de sacarosa (1 a 8% m/v) aplicando un modelo central compuesto. Se utilizó 0,53% m/v bacto casitona, 0,63% m/v base nitrogenada de levadura y 0,53% m/v citrato de amonio según las proporciones obtenidas previamente. Las fermentaciones se realizaron en un biofermentador de 2 L Sartorius Biostat A plus a 30°C por 48 h, con una agitación de 6 x{g} y burbujeo de CO_2 a 0,2 L/min. Cada experiencia se realizó en un volumen final de 1 L. Se tomaron muestras de 200 mL para realizar recuentos y extraer EPS por precipitación alcohólica a partir del sobrenadante. Paralelamente, se tomaron 100 mL de cada medio de cultivo sin inocular, con el fin de descontar las interferencias de cada punto experimental. A partir del EPS purificado según Ale et al. (2016), se procedió a realizar un análisis estructural aplicand: espectroscopía de resonancia magnética nuclear (RMN) 1^H (Maeda et al., 2004). Además, se determinó el peso molecular, el tamaño de partícula y la carga superficial de la molécula por espectroscopía de dispersión estática (SLS) y dinámica (DLS) de luz.Resultados: La mayor producción del EPS se obtuvo con 6,25% m/v sacarosa y pH 6,5, logrando un rendimiento de 1,8 ± 0,2 g/L EPS crudo, duplicando el obtenido en condiciones no optimizadas. El recuento celular fue de aproximadamente 8,5 log(UFC/mL). Mediante SLS se determinó que la solución de extracto de EPS presenta un peso molecular promedio de (2,53 ± 0,03)10^3 kDa. De los resultados del DLS, el valor del índice de polidispersidad (PdI) fue cercano a 0,4, lo que sugiere una distribución del tamaño de partícula polidispersa, probablemente debido a la presencia de diferentes poblaciones de EPS con distintos tamaños de partícula. Además, se observaron picos de diversos tamaños de partículas tanto en la distribución de Intensidad como de Volumen, lo que sugiere la presencia de dos poblaciones principales de EPS con diferentes tamaños. El valor potencial obtenido fue de -18 ± 2 mV (a una concentración de EPS de 0,75 mg/mL), por lo que se puede decir que el EPS tiene una carga neta negativa en una solución de NaNO_3 0,1 M. Finalmente, se analizó el espectro unidimensional 1H NMR obtenido a 300 MHz. Se observaron 3 resonancias de protones en la región anomérica (δ 5,50-4,50 ppm). Los valores de δ (desplazamiento químico) obtenidos para las 3 señales sugieren que los protones H1 corresponden a carbonos anoméricos en configuración α. Debido a que el espectro fue obtenido a 293 K, no se pudo inferir sobre la presencia de protones en carbonos en configuración β. Conclusiones: Se ha logrado optimizar el rendimiento de EPS de la cepa {L. fermentum} Lf2, duplicando el valor obtenido en condiciones no optimizadas. Además, a partir de la caracterización química, se pudo dilucidar que el extracto está principalmente formado por dos poblaciones de distinto tamaño, presenta carga neta negativa en NaNO_3 0,1 M, un peso molecular promedio de (2,53 ± 0,03)10^3 kDa y se ha identificado la presencia de carbonos anoméricos α en su estructura.