Aplicación de bacterias lácticas en el desarrollo de alimentos novedosos a base de granos andinos

Abstract

Actualmente existe una revalorización de los granos andinos (quínoa y amaranto) por sus propiedades nutricionales, funcionales y libres de gluten. Las bacterias lácticas (BL) son ampliamente utilizadas como fermentos en una gran variedad de sustratos. Ciertas BL tienen capacidad de sintetizar vitaminas del grupo B, incrementando el valor nutricional del alimento. La quínoa y el amaranto contienen fitato, compuesto antinutricional, que forma complejos insolubles con oligoelementos afectando su biodisponibilidad. Existen antecedentes de que ciertas BL tienen actividad fitasa capaz de degradar fitato.En base a estos antecedentes, el Objetivo General de esta Tesis fue determinar la biodiversidad de BL de quínoa y amaranto del NOA y diseñar alimentos con mayor valor nutricional y funcional empleando BL autóctonas. La microbiota láctica evaluada en granos y masas ácidas de quínoa y amaranto permitió identificar 73 cepas pertenecientes a diferentes géneros y especies: Lactobacillus (L.) plantarum, L. rhamnosus, L. sakei, Pediococcus (P.) pentosaceus, Enterococcus (E.) casseliflavus, E. mundtii, E. hermaniensis, E. hirae, E. gallinarum, Enterococcus sp., Leuconostoc (Lc.) mesenteroides, E. durans. De acuerdo a la producción de riboflavina (B2) y folatos (B9), capacidad de hidrolizar fitato, degradar almidón, acidificación y producción de exopolisacaridos, se seleccionaron 11 cepas aisladas de quínoa y 7 de amaranto para estudios in situ (masa ácida de quínoa). A partir de estos resultados, se diseñaron cultivos mixtos que fueron evaluados determinándose las combinaciones adecuadas que produzcan mayor concentración de vitaminas y menor concentración de fitato residual. Los resultados llevaron a seleccionar el cultivo mixto (C.M) formado por L. plantarum CRL 2107 + L. plantarum CRL 1964 (1:1). La masa fermentada por CM presentó la mayor concentración de B2 y B9 (5,1 ± 0,4 y 1,6 ± 0,2 µg/g masa, respectivamente) y menor concentración de fitato residual (17,4 ± 1,3 mg/g masa). A fin de evaluar la eficiencia biológica de B9 y B2 producidas por CM en prevenir la deficiencia nutricional en ambas vitaminas, se realizaron ensayos in vivo. Los resultados revelaron que los animales alimentados con la pasta fermentada con el C.M (ACM) tuvieron mayor peso, mayor concentración de B9 en sangre y en órganos y mayor concentración de minerales, comparados con el grupo deficiente (AGD) y/o con el grupo control (AGC). La evaluación histológica del intestino evidenció que los AGD presentaban atrofia de las vellosidades intestinales, mientras que los ACM mostraron una tendencia a la normalización de la forma y del tamaño de las vellosidades. Respecto al estado de B2, los AGD mostraron un valor de EGRAC mayor a 1,3, indicando una deficiencia en B2, mientras que los ACM mostraron valores de EGRAC menores a 1,3, demostrando que la pasta de quínoa fermentada con BL fue capaz de prevenir la deficiencia de B2. De esta manera, se concluye que este trabajo de Tesis puso en evidencia el valor funcional de BL autóctonas y plantea nuevas perspectivas de aplicación de BL con capacidad de degradar fitatos y de producir vitaminas B2 y B9 para el diseño de alimentos bio-enriquecidos con funcionalidad comprobada.

There is currently a revaluation of Andean grains (quinoa and amaranth) because of their nutritional, functional and gluten-free properties. Lactic acid bacteria (LAB) are widely used as ferments on a wide variety of substrates. Some LAB have the ability to synthesize B group vitamins, increasing the nutritional value of foods. Quinoa and amaranth contain phytate, an antinutritional compound, which forms insoluble complexes with trace elements affecting their bioavailability. There is evidence that certain LAB have phytase activity capable of degrading phytate. Based on this background, the General Objective of this thesis was to determine the biodiversity of LAB from NOA quinoa and amaranth and to design foods with greater nutritional and functional value using autochthonous LAB. The lactic microbiota was evaluated in grains and quinoa and amaranth sourdoughs: 73 strains were identified belonging to different genera and species: Lactobacillus (L.) plantarum, L. rhamnosus, L. sakei, Pediococcus (P.) pentosaceus, Enterococcus (E.) casseliflavus, E. mundtii, E. hermaniensis, E. hirae, E. gallinarum, Enterococcus sp., Leuconostoc (Lc.) mesenteroides, E. durans. According to the production of riboflavin (B2) and folates (B9), ability to hydrolyze phytate, degrade starch, acidification and production of exopolysaccharides, 11 strains from quinoa and 7 from amaranth were selected for in situ studies (sourdough of quinoa). From these results, mixed cultures were designed using suitable combinations that produce higher concentration of vitamins and decrease the concentration of residual phytate. The results showed that the best mixed cultures (MC) were L. plantarum CRL 2107 + L. plantarum CRL 1964 (1: 1). The dough fermented by MC presented the highest concentration of B2 and B9 (5,1 ± 0,4 y 1,6 ± 0,2 µg / g mass, respectively) and lower concentration of residual phytate (17,4 ± 1,3 mg / g mass). In order to evaluate the biological efficiency of B9 and B2 produced by MC in preventing nutritional deficiency in both vitamins, in vivo trials were performed. The results showed that the animals fed with the MC-fermented paste (PG) had higher live weights, higher concentration of B9 in blood and in organs and higher concentrations of minerals compared to the deficient group (DG) and / or group control (CG). The histological evaluation of the intestine showed that DG presented atrophy of the intestinal villi, whereas the PG group showed normal histology of the intestinal villi. Regarding the state of B2, the DG showed a value of EGRAC greater than 1.3, indicating a deficiency in B2, whereas the PG showed values of EGRAC lower than 1.3, demonstrating that the quinoa paste fermented with LAB was able to prevent B2 deficiency. Thus, it can be concluded that this thesis work showed the functional value of autochthonous LAB and poses new perspectives of LAB application with ability to degrade phytates and to produce vitamins B2 and B9 for the design of bio-enriched foods with proven functionality.