Proceso de biotransformación láctica del jugo de Aloe vera
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Tecnol.
Tecnol.Ciencia
Ciencia
Tecnol.Ed.
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Ciencia
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vol.
vol.
(IMIQ)
14
22núms.1-2,1999
núm.
22(1):
1, 35-42,
2007 2007
35
Proceso de biotransformación láctica
del jugo de Aloe vera
María Elizabeth Contreras-Pinzón, Rosa María Domínguez-Espinosa*, Araceli González-Burgos
Facultad de Ingeniería Química, Universidad Autónoma de Yucatán, Tel. (01) 999460981 Ext. 232, Fax (01) 999460994.
Correo-e (e-mail): doming@uady.mx
RESUMEN INTRODUCCIÓN
Tradicionalmente, las bacterias probióticas se incorporan a leche y sus Las bacterias ácido-lácticas están ampliamente distri-
derivados para la obtención de alimentos biotransformados. Sin embar-
buidas en la naturaleza. Se han aislado de tierra, plan-
go, existen otros sustratos no lácteos que debido a su composición son
factibles de promover el crecimiento de estos organismos, uno de ellos tas verdes, del tracto intestinal o de vagina de seres
es el Aloe vera el cual es reconocido por sus características nutricionales humanos y animales. Naturalmente, la presencia de bac-
y su uso terapéutico en el tratamiento y prevención de enfermedades terias ácido-lácticas (BAL) se utiliza también como un
gastrointestinales. Se considera que el Aloe vera tiene cuatro propieda- cultivo iniciador para el bioprocesamiento de varios
des fundamentales: funciona como antinflamatorio, fungicida, antibió-
productos alimenticios. Las actividades más importan-
tico y agente regenerativo de tejidos. Estas características nutricionales
han hecho que el jugo y la pulpa de esta planta sean muy apreciados en tes de las bacterias ácido-lácticas, tanto en alimentos
la medicina y alimentación tradicional en México y otros países. Se ha como en preparaciones farmacéuticas son: proporcio-
documentado que el jugo de Aloe vera tiene capacidad bacteriostática y nar sabor a la comida, promover la preservación de ali-
bactericida sobre diferentes tipos de organismos. Al momento existe mentos y promover la salud (Shah, 2001).
limitada información sobre si la reducción en la incidencia de enferme-
En los alimentos conocidos como “biotransforma-
dades gastrointestinales derivada del consumo de Aloe vera es debida a
la acción directa de alguno de sus constituyentes sobre el organismo o dos”,1 la generación de ácido láctico resulta en general
es debida a un efecto promotor del desarrollo de la flora intestinal y, por incompatible con la actividad y, en ocasiones, con la
ello, los objetivos de este trabajo fueron: el estudio de un bioproceso sobrevivencia de los microorganismos patógenos que
para la proliferación de cepas probióticas de Lactobacillus plantarum y les acompañan. Sin embargo, los mecanismos de la in-
johnsonii utilizando Aloe vera como sustrato, evaluando los niveles de
hibición microbiana por las BAL no se limitan a este
producción de ácidos orgánicos, principalmente ácido láctico en pre-
sencia de dos suplementos de la fuente de carbono a diferentes concen- factor. Hay que sumar (según las BAL involucradas) la
traciones. Se pudo comprobar que el Aloe vera es un buen sustrato para composición del sustrato, condiciones ambientales y
promover la producción de ácido láctico y el crecimiento de dos espe- el efecto de otros productos de su metabolismo. Estos
cies de Lactobacillus con altos niveles de viabilidad (1012 unidades pueden ser de composición relativamente sencilla o de
formadoras de colonias, UFC/mL) en condiciones aerobias. Se compro-
naturaleza peptídica. Entre los primeros se encuentran
bó que el jugo de Aloe biotransformado tiene propiedades inhibidoras
para las bacterias patógenas Salmonella sp. y Escherichia coli en dife- los ácidos orgánicos como el láctico ya mencionado,
rentes proporciones. en menor proporción el ácido acético, peróxido de hi-
drógeno, ácidos grasos volátiles y diacetilo. El otro
Palabras Claves: Aloe vera, Lactobacillus, biotransforma-
ción, acido láctico, antibacteriano
Keywords: Aloe vera, Lactobacillus, biotransforma-
1
tion, lactic acid, antibacterial activity Nota de los editores: Louis Pasteur definió a la biorreacción
anaerobia obligada de glucosa para producir etanol por Saccharomyces
cerevisiae como fermentación por lo que ese término no debe ser usado
* Autora a quien debe enviarse la correspondencia para otras biorreacciones distintas a ésa, ni los biorreactores en los que
(Recibido: Noviembre 07, 2006, Aceptado: Febrero 21, 2007) se realizan denominarse fermentadores.36 Tecnol. Ciencia Ed. (IMIQ) vol. 22 núm. 1, 2007 grupo son compuestos bactericidas de elevado peso cial como fuentes de oligo y polisacáridos molecular conocidos como bacteriocinas. Así, el efec- (Schrezenmeir y De Vrese, 2001). to antibacteriano de las BAL puede observarse por El Aloe vera tiene varias propiedades fundamenta- mecanismos distintos al de la acidificación del medio. les que han sido estudiadas. Funciona como un El estudio de la producción de bacteriocinas de las BAL antinflamatorio, un fungicida, un antibiótico y un agente ha permitido obtener nuevos agentes bacteriostáticos regenerativo. Contiene elevados niveles de enzimas, de aplicación en alimentos sin generar resistencia en- esto lo hace un cultivo de gran valor, ya que las enzimas tre los microorganismos (Domínguez y col., 2003). ayudan al cuerpo a absorber los alimentos básicos y a La biotransformación microbiana de vegetales me- la vez los purifica (Lawrence, 1998). jora relativamente el valor nutritivo, la disponibilidad Otras propiedades reconocidas del jugo de Aloe vera de proteínas, aminoácidos, carbohidratos, vitaminas del son: su valor nutritivo ya que contiene 19 aminoácidos grupo B y minerales. También mejora el valor biológi- esenciales, necesarios para la formación y co, la digestibilidad verdadera y la utilización neta de estructuración de las proteínas, que son la base de las proteína. Esta biotransformación puede disminuir o eli- células y tejidos, y también minerales como el calcio, minar algunos factores antifisiológicos como fitatos, fósforo, cobre, hierro, magnesio, potasio y sodio, to- factores de flatulencia y lectinas (Zamudio y col., 2001). dos elementos indispensables para el metabolismo y Así, la actividad de las BAL también se acompaña de actividad celular (Batista, 2002). El Aloe vera también cambios químicos. Entre estos cambios se incluyen la contiene vitamina A (necesario para el buen funciona- hidrólisis de carbohidratos complejos a otros más sim- miento de la visión, para el bienestar del cabello y la ples, de las proteínas a polipéptidos, aminoácidos y piel); vitamina B1, B5, B6 y B 12 (requerido por el amoníaco a aminas y de las grasas a glicerina y ácidos sistema nervioso central y periférico) y vitamina C (res- grasos. Las reacciones de oxidación-reducción son uti- ponsable del fortalecimiento del sistema inmunológico lizadas por las bacterias para la obtención de energía a y de la integridad de los capilares del sistema partir de los alimentos originando productos tales como cardiovascular y circulatorio). También se considera ácidos orgánicos, alcoholes, aldehídos, cetonas y ga- desintoxicante pues contiene ácido urónico, elemento ses que les dan propiedades nutricias y sensoriales ca- que facilita la eliminación de toxinas a nivel celular, y racterísticas de cada sustrato (Schaafsma, 1996). En el a nivel general estimula la función hepática y renal, entorno de México, el desarrollo de productos que con- primordiales en la desintoxicación de nuestro organis- tengan agentes probióticos y la incorporación de éstos mo. Su capacidad bacteriostática, bactericida y en la dieta es de especial relevancia, debido a que las funguicida (antiviral), elimina bacterias (inclusive estadísticas muestran que solamente en el estado de Salmonella y Estafilococos) que causan infecciones, Yucatán mueren 3 niños por cada mil nacimientos vi- inhibiendo su acción dañina (Batista, 2002). Como vos por causa de las infecciones gastrointestinales y en agente antinflamatorio tiene una acción similar a la de algunos municipios de muy alta marginalidad, donde los esteroides, como la cortisona, pero sin sus efectos más del 70% de la población es indígena, se estima nocivos colaterales. Por eso es útil en problemas como que esta cifra puede ser mayor. De ahí la relevancia del artritis, lesiones, golpes, mordidas de insectos, etc. desarrollo de alimentos que contengan probióticos (Robert, 1997). Es también un coagulante: Por conte- (Balam y col., 2002; CONAPO, 1997). ner calcio, potasio y celulosa, al aplicar Aloe vera en En Yucatán existen muchas especies de vegetales las lesiones se favorece la formación de una red de fi- que, pese a su abundancia y uso en medicina tradicio- bras que aseguran las plaquetas de la sangre, ayudando nal, permanecen sin ser completamente caracterizadas en la coagulación y cicatrización. El calcio es requeri- química y fisiológicamente. Así, está registrado en el do por el sistema nervioso y el potasio juega una fun- conocimiento popular (Peraza, 1986) que varios de es- ción importante en la actividad muscular y en la tos productos agrícolas son usados como coadyuvantes coagulación (Batista, 2002). en el tratamiento de diarreas e infecciones Debido a sus propiedades nutricionales y composi- gastrointestinales, mismas que podrían tener un efecto ción química el Aloe vera tiene un alto potencial como como promotores de crecimiento de especies de la flo- agente promotor del desarrollo de bacterias probióticas ra intestinal y consecuentemente, servir como (Contreras-Pinzón y col., 2003). Por tal motivo, para prebióticos-sustancias capaces de estimular el creci- esta investigación se seleccionó como fuente de carbo- miento selectivo de bacterias benéficas en el tracto in- no al jugo de la planta de sábila (Aloe vera), pues es un testinal (Roberfroid, 2002). Existe evidencia científica producto regional de amplio consumo y cuya indus- de que algunos tipos de vegetales tienen un alto poten- trialización como alimento ha sido limitada sólo a la
Tecnol. Ciencia Ed. (IMIQ) vol. 22 núm. 1, 2007 37
producción de jugo. Es importante buscar algunas otras Tabla 1
alternativas para explotar sus características Medio de Man, Rogosa y Sharpe (MRS) para el
nutricionales y su uso terapéutico en el tratamiento y cultivo de Lactobacillus*
prevención de enfermedades. Así, la biotransformación Ingredientes g/L
del jugo de Aloe vera con microorganismos probióticos
incrementará las propiedades de éste como alimento Peptona 10
funcional, al mismo tiempo que extenderá su tiempo Extracto de carne 10
Extracto de levadura 5
de vida de anaquel debido al efecto protector causado
Glucosa 20
por el desarrollo y metabolismo de las bacterias K2HPO4 2
probióticas, resultando en un producto nuevo con un Acetato de sodio 5
valor agregado mayor al jugo sin biodegradar. Citrato de amonio 2
MgSO4.7H2O 0.2
MATERIALES Y MÉTODOS MnSO4.4H2O 0.2
“Tween” 80 1
Materias primas pH final 6.2 – 6.6
El jugo y pulpa utilizados en el estudio provenían de * Esterilizado a 118ºC durante 15 minutos en autoclave
hojas de Aloe vera variedad barbariensis y fueron do-
nados en sus formas industrializadas por una compa-
ñía agrícola ubicada en el municipio de Oxcutzcab,
Yucatán, México. Esta misma compañía proporcionó (Miller, 1959 citado en AOAC, 2000). Para evaluar el
también la miel orgánica tipo tajonal que se utilizó en cambio de composición nutricional del jugo después
los experimentos como suplemento de carbono y edul- de la biorreacción se realizaron análisis bromatológicos
corante en la formulación del producto final. del alimento original y los productos biodegradados,
de acuerdo con lo métodos descritos en la literatura
Experimentos biológicos (AOAC, 2000). La proliferación microbiana se evaluó
por medio de cuenta en placa de unidades formadoras
Se realizaron estudios de biotransformación a nivel de de colonias (UFC/mL) en medio MRS. A todos los re-
laboratorio en matraces de 250 mL con 100 mL de jugo sultados se les realizó un análisis de varianza en un
de sábila donde se utilizaron dos diferentes intervalo de confianza de 95% para determinar la dife-
microorganismos lácticos obtenidos de colecciones rencia significativa entre ellos, siguiendo las metodo-
(Lactobacillus plantarum, NCIMB 11718 y Lactoba- logías estandarizadas (Pedrero y Pangborn, 1989).
cillus johnsonii, donadas por el Dr. Humberto Hernán- Para determinar si existía algún efecto del jugo
dez, de la Escuela Nacional de Ciencias Biológicas del biodegradado en la capacidad inhibitoria del mismo
Instituto Politécnico Nacional). Ambas cepas fueron sobre algunos organismos patógenos, se utilizó este
mantenidas en medio de Man, Rogosa y Sharpe, MRS producto a escala de laboratorio en una proporción 1:10
(De Man y col., 1960) (Tabla 1). y se probaron las bacterias patógenas E. coli O157:H7
Se utilizó el jugo de Aloe vera como sustrato y Salmonella sp. (Contreras- Pinzón y col., 2003).
carbonoso a cuatro diferentes niveles de concentración Se determinó el tiempo de vida útil del producto,
(25, 50, 75, 100%). Así mismo, se evaluó la biotrans- sus características físicas y su contenido de organis-
formación del jugo en presencia o ausencia de un com- mos probióticos (UFC/mL) a temperaturas de 4°C en
plemento en la fuente de carbono (glucosa y miel a un periodo de tres a seis meses.
concentraciones de 1% - 5% m/v). La biorreacción fue Con los resultados de los estudios de biotransfor-
llevada a cabo a las condiciones de incubación reco- mación se realizó una prueba sensorial de aceptación a
mendadas para cada uno de los microorganismos em- nivel consumidor con 130 voluntarios de acuerdo con
pleados por 48 horas. A cada experimento se le la metodología recomendada por Pedrero y Pangborn
realizaron tres réplicas y las referencias para cada tipo (1989). De la misma evaluación se obtuvo información
de cultivo fueron medios sin biodegradar. sobre los atributos sensoriales más importantes para la
Al jugo biodegradado se le realizaron análisis aceptación del producto (Domínguez, 1995).
fisicoquímicos que permitieran caracterizar el produc- Se realizó el escalamiento de la biotransformación
to: Acidez total (AOAC, 2000), contenido de ácido lác- de matraces a biorreactores piloto de 6000 mL para
tico (AOAC, 2000) y azúcares por el método de DNS determinar los parámetros cinéticos del proceso. Con38 Tecnol. Ciencia Ed. (IMIQ) vol. 22 núm. 1, 2007
los resultados experimentales obtenidos en los trógeno, etc.) se haya agotado limitando el crecimiento
biorreactores piloto se calcularon los parámetros nece- del microorganismo. Las pruebas de biotransformación
sarios para la simulación y diseño del proceso emplean- de los medios con base en Aloe demostraron la conve-
do el paquete computacional Super Pro Designer®, de niencia para trabajar solamente con medios a base de
acuerdo con las instrucciones del licenciador. jugo debido a que:
• Se obtuvo el mismo desarrollo en pulpa y jugo bio-
RESULTADOS Y DISCUSIÓN transformados
• Las ventajas a nivel tecnológico que tiene el mane-
Biotransformación de Aloe vera jo de jugo, requiriendo tiempos menores para la
preparación de los medios y una disminución de
El Aloe vera fue usado como sustrato en dos presenta- costos de mano de obra y de operación.
ciones: pulpa (fluido con alto contenido de fibra) y jugo • La viscosidad de los medios a base de jugo resultó
(fluido viscoso filtrado). En los estudios de selección ser más baja (8-12 cP/23°C), lo que podría reper-
del sustrato se encontró que, contrario a lo esperado, la cutir en el control del proceso y en los costo de
presencia de mayores contenidos de fibra (38%) en la instalación (Dondé, 2004).
pulpa no tuvo un efecto significativo (P>0.05) sobre el
desarrollo de los organismos durante la biotransforma- Efecto de la concentración de la fuente de carbono
ción, es decir, la fibra de Aloe no ejerce efecto prebiótico
sobre los organismos usados. Sin embargo, la concen- El uso de complementos de la fuente de carbono (C)
tración neta de Aloe en el medio fue determinante para en los medios demostró que, en los medios biotrans-
el desarrollo de los cultivos, es decir, en los medios formados con 50 y 75% (v/v) de Aloe la mayor concen-
con menor cantidad de Aloe vera (25% v/v), se regis- tración de fuente de carbono (5% p/v)
traron crecimientos menores hasta de dos órdenes de independientemente de su naturaleza (miel o glucosa)
magnitud (1 x 105 UFC/mL) que en los cultivos que con el microorganismo L. plantarum aumenta el rendi-
contenían cantidades mayores de este sustrato. Las miento de UFC/mL de producto biodegradado (Tabla
cuentas de los cultivos en medio de jugo y pulpa de 2). En concordancia con lo encontrado en las pruebas
Aloe vera con 50 y 75 % (v/v) fueron las más altas, preliminares, los resultados de proliferación de L.
ambas del orden de 1x107 UFC/mL (Figura 2). plantarum en medios con complemento de glucosa o
miel y Aloe al 100% (v/v) fueron menores que en los
medios equivalentes con 50 y 75% (v/v), entre los cua-
1.00E+08
les no se encontró diferencia significativa (P>0.05). Es
1.00E+07
decir, que se pueden utilizar concentraciones de 50 y
log(UFC/mL)
1.00E+06
1.00E+05
75% (v/v) de jugo de Aloe vera con un 5% (p/v) de
1.00E+04 cualquiera de los dos complementos (miel o glucosa)
1.00E+03 para obtener un mayor desarrollo de cualquiera de las
1.00E+02
dos cepas lácticas evaluadas.
1.00E+01
1.00E+00
Debido a que L. plantarum es una cepa que se adap-
25% 50% 75% 100% ta fácilmente y tiene resistencia a ambientes poco pro-
Concentración de aloe vera
UFC/mL de jugo UFC/mL de pulpa
picios se decidió estudiar si el comportamiento
observado por esta cepa era extrapolable a otros culti-
Figura 2. Desarrollo de L. plantarum en los produc- vos lácticos y, para ello, se llevaron a cabo biodegra-
tos de pulpa y jugo de Aloe vera al final daciones de Aloe vera en jugo al 50 y 75% (v/v) con
de la biotransformación. una cepa probiótica de Lactobacillus. En ellas se veri-
ficó el potencial de este alimento como sustrato para
Al hacer la comparación estadística de las medias este tipo de organismos. Se utilizó, como ya se men-
de las cuentas viables y sus desviaciones estándar se cionó en la metodología, la cepa L. johnsonii. Los re-
encontró que los contenidos bacterianos de ambos sultados fueron mejores que lo esperado, ya que
medios no presentaron una diferencia significativa inicialmente se pensó que su desarrollo podría ser nulo
(P>0.05) haciendo pensar que existe una concentración debido a que L. johnsonii es mucho más sensible para
límite de Aloe vera alrededor del 50% (v/v), donde el adaptarse a los medios. Sin embargo, se obtuvo una
desarrollo del cultivo sea independiente de la concen- proliferación máxima (maximum growth, en inglés)
tración de sustrato o que algún nutriente (carbono, ni- de 5 - 6 x1010 UFC/mL en los medios con miel al 5%Tecnol. Ciencia Ed. (IMIQ) vol. 22 núm. 1, 2007 39
Tabla 2
Cuentas viables de L. plantarum en diferentes medios de cultivo cuya fuente de carbono era jugo de Aloe Vera
% (p/v) de fuente de 25% 50% 75% 100%
carbono
Aloe vera sin complemento. 3.8 x 108 6.9 x 108 1.0 x 1010 5.8 x 109
(±4.73x107) (±8.59x107) (±1.24x109) (±7.22x108)
1% glucosa 1.8 x 1010 3.6 x 1011 9.0 x 1010 2.4 x 1011
(±2.24x109) (±4.48x1010) (±1.12x1010) (±2.99x1010)
5% glucosa 3.6 x 1011 1.0 x 1012 1.8 x 1012 2.6 x 1011
(±4.48x1010) (±1.24x1011) (±2.24x1011) (±3.24x1010)
1% miel 5.9 x 108 6.8 x 1011 4.3 x 1010 8.4 x 108
(±7.34x107) (±8.46x1010) (±5.35x109) (±1.05x108)
5% miel 3.1 x 109 2.8 x 1012 7.8 x 1012 4.8 x 1010
(±3.86x108) (±3.48x1011) (±9.71x1011) (±5.97x109)
* Esterilizado a 118ºC durante 15 minutos en autoclave
(p/v), sin haber diferencia significativa entre las con- vera (11%), un 7% objetó que la textura no era la de
centraciones de Aloe de 50 y 75%(v/v). Como era tam- un producto “biotransformado” común (porque es
bién de esperarse, el menor desarrollo se obtuvo en los completamente un jugo y no un fluido viscoso o pas-
medios de jugo sin fuentes de carbono adicionales (7.6 toso como el yogurt) y un 12% no lo aceptó, las ra-
x 107 UFC/mL). zones que expresaron en los cuestionarios fueron
Los resultados de las cuentas viables finales fueron principalmente el olor y sabor láctico del producto.
comparados con los de tres productos lácteos que exis- Sin embargo, cualquiera de estos problemas puede
ten en el mercado (“Yakult”, “Chamito” y “Actimel”). ser solucionado reformulando el producto mediante
Los productos biodegradados a base de Aloe vera pre- gomas comestibles (para darle mayor consistencia),
sentaron características similares (pHfinal: 3.23; 2.8x1012 esencias, edulcorantes, etc. De las personas
UFCL.plantarum /mL y 4.45x1010 UFCL. johnsonii/mL), a las encuestadas, cuando se les propuso la opción de la
del producto comercial “Actimel” (pHfinal: 3.82; 2.5 reformulación del producto, la mayoría mencionó que
x1010 UFC/mL). sí lo consumirían.
Con estos resultados, se puede decir que no exis-
ten diferencias significativas (P>0.05) entre los me- Prueba de inhibición de patógenos
dios biodegradados con jugo de Aloe vera en las
concentraciones de 50 y 75% (v/v) y cualquiera de Se realizó prueba de inhibición in vitro al jugo
estas concentraciones con un 5% (p/v) de fuente de biodegradado de Aloe vera con L. plantarum y L.
carbono (glucosa o miel). Se obtuvieron unidades johnsonii. Los productos biodegradados con L.
formadoras de colonias superiores a las obtenidas en plantarum fueron más efectivos para inhibir Salmonella
algunos de los productos comerciales. Esto indica que sp. (halos de inhibición de 3.5 mm) que para el patóge-
es factible la elaboración de productos biodegradados no E. coli 0157:H7. La inhibición observada en los
mediante el uso de ambas cepas (L. plantarum y L. medio de jugo de Aloe vera sin biorreacción (contro-
johnsonii). les) fue nula (Figura 3). La máxima inhibición se obtu-
vo siempre en los medios biodegradados con glucosa
Prueba sensorial al 5% (p/v).
En los productos de biotransformación del jugo al
De las 130 personas que se encuestaron, 91 de ellas 50% (v/v) con 5% (p/v) de glucosa los resultados obte-
aceptaron consumir el producto. El 30% de la po- nidos con la bacteria L. johnsonii fueron mejores que
blación a la cual no le agradó el producto afirmó los obtenidos con L. plantarum, tanto para E.coli
que esto fue principalmente por el color del produc- 0157:H7 como para Salmonella sp. donde se obtuvie-
to ya que adquirió el color de la miel y no del Aloe ron halos de inhibición de 4 a 4.5 mm, respectivamente.40 Tecnol. Ciencia Ed. (IMIQ) vol. 22 núm. 1, 2007
Figura 3. Inhibición de E. coli 0157:H7 en (a) 50 y 75% (v/v) de jugo de Aloe vera con 5% (m/v) de glucosa
sin biotransformación, (b) 50 y 75% (v/v) de jugo de Aloe vera con 5% (m/v) de glucosa
biotransformada con L. plantarum
Viabilidad de las bacterias lácticas en el jugo donde
biotransformado en almacenamiento µ: velocidad de proliferación
µmax:tasa maxima de proliferación
En la prueba de viabilidad del microorganismo, después Cs: concentración de sustrato limitante
de los 90 días se obtuvieron valores de 106 UFC/mL y al
término de 180 días, se obtuvieron 3.58 x 104 UFC/mL en Obteniendo como resultado Ks = 0.1 g/L. Los resul-
el jugo biotransformado de Aloe vera. Con estos resulta- tados de la proliferación de L. plantarum en el medio
dos, se determinó el tiempo máximo de anaquel, el cual MRS, se muestran en la Figura 5. De estos datos se
debe ser menor a tres meses, ya que después de este tiem- calculó la constante de velocidad o rapidez µ en el
po el número de UFC/mL es menor a 106 UFC/mL, inóculo obteniendo un valor de 1.8921h-1.
obteniéndose así un producto con un porcentaje de acep-
tación bueno y un tiempo de vida estimado y con caracte- Simulación y diseño conceptual de la planta para
rísticas específicas para proceder a realizar el escalamiento una escala de 1:300
del proceso de biotransformación de Aloe vera.
La simulación y diseño del proceso se realizó con el
Escalamiento 1: 10 de la biorreacción en jarras y jugo de Aloe vera al 50% y 5% de glucosa, las razo-
cálculo de la cinética nes por la que se empleó el 5% de glucosa y no de
miel como en el escalamiento, es debido a que los
Para la obtención de la cinética de la reacción para el cálculos de azúcares reductores se realizó con base
jugo de Aloe vera biotransformado se tomaron 12 mues- únicamente en glucosa así como el balance de mate-
tras en un período de 48 h. Con los datos obtenidos se ria, lo que significa que los parámetros calculados y
determinó la tasa máxima de proliferación (maximum simulados son adecuados y como se ha presentado en
growth, en inglés) de las bacterias, la cual estuvo alre- el transcurso del trabajo no se presenta diferencia
dedor de 12 h, así como las fases de desarrollo durante en el crecimiento microbiano entre ambas fuentes de
la biorreacción (Figura 4). Para el cálculo de la µ (ve- carbono.
locidad o rapidez de proliferación) se utilizaron los pun- Bajo estas condiciones, se realizó el diagrama de
tos centrales de la fase de desarrollo exponencial, ya bloques del diseño conceptual del proceso (Figura 6),
que esta sección de la curva garantiza la tasa máxima donde se muestran las principales operaciones realiza-
de proliferación de los microorganismos. Se obtuvo la das para la elaboración del jugo biotransformado de
constante de 1.59 h-1. El valor de Ks (constante de Aloe vera, que son las mismas que se realizaron a nivel
Monod) se calculó de acuerdo con la ecuación de laboratorio. La primera parte del diseño fue el
biorreactor, donde se utilizaron las propiedades que se
Cs obtuvieron en el escalamiento. Los parámetros cinéticos
µ = µ max
Ks + Cs que se simularon fueron los que se obtuvieron en elTecnol. Ciencia Ed. (IMIQ) vol. 22 núm. 1, 2007 41
II 1.00E+12 IV
1.00E+16 III V
IV
1.00E+14 1.00E+10
III VI
1.00E+12 I
1.00E+07
II
log (UFC/mL)
log (UFC/mL)
1.00E+10
1.00E+06
1.00E+08
I Desarrollo exponencial I I Retardada “Lag”
1.00E+06 II Desaceleración 1.00E+04 II Aceleración del crecimiento
III Estacionaria III Desarrollo exponencial
1.00E+04 IV Declinación o muerte IV Desaceleración
1.00E+02 V Estacionaria
1.00E+02 VI Declinación o muerte
1.00E+00 1.00E+00
0 10 20 30 40 50 60 0 10 20 30 40 50 60
Tiempo (h) Tiempo de biorreacción (h)
Figura 4. Fases de proliferación de L. plantarum en Figura 5. Fases de proliferación de L. plantarum en
jugo de Aloe vera al 50% (v/v) con 5% medio MRS a 30°C durante 48 horas
(m/v) de miel a 30°C durante 48 horas
escalamiento, con un tiempo de residencia de 48 h y permiten un mezclado efectivo en todo el tanque evi-
una temperatura de 30ºC±1. La capacidad del proceso tando problemas de líquido estancado. Para evitar vór-
es de 1500 litros/75 h (por cada lote) de jugo tices o torbellinos dentro del tanque se recomienda el
biotransformado de Aloe vera. uso de placas deflectoras.
Los tanques de mezclado consisten en un recipiente
Precultivo de bacterias L. cilíndrico, cerrado o abierto dependiendo del flujo que
Plantarum se maneje y un agitador mecánico, montado en un eje y
Aloe vera: 500 L accionado por un motor eléctrico. En el proceso se re-
Tanque
semilla quieren cuatro tanques: tres cerrados y uno abierto. Los
tanques cerrados son necesarios, ya que el flujo que se
Agua Tanque
de mezclado
Pasteurizador Biorreactor maneja debe estar en condiciones estériles y el abierto
es solamente para realizar la mezcla del jugo con el
Miel
Edulcorante Tanque complemento carbonoso a la concentración estipulada
agitado
(materia orgánica) en el proceso.
Jugo de Aloe Vera Las dimensiones del tanque se obtuvieron mediante
biotransformado el cálculo en línea que permite determinar el diseño de
Figura 6. Diagrama de bloques del proceso de bio- una geometría básica o estándar para tanques agitados
transformación de Aloe vera de mezcla con flujo axial o radial (Dondé, 2004).
Para los esterilizadores se utiliza como servicio de
calentamiento vapor saturado de agua de baja presión
Se obtuvo un rendimiento de 0.3 g biomasa /g de a 152ºC y para los intercambiadores de calor se utiliza
glucosa y 0.04 g ácido láctico /g de glucosa) con res- como servicio de enfriamiento agua de 5 a 10ºC. Los
pecto al ácido láctico. Los biorreactores son tanques intercambiadores de calor recomendados son de tipo
cerrados de acero inoxidable ya que el jugo de doble tubo ya que el área de transferencia requerida
biotransformado obtenido tiene valores de pH meno- es muy pequeña y, por lo tanto, estos intercambiadores
res a cuatro, lo que significa que es un fluido ácido y, son pequeños y fáciles de limpiar y esterilizar si es ne-
por lo tanto, un material corrosivo. El fondo del tanque cesario.
debe ser redondeado con el fin de eliminar los bordes
rectos o regiones en las cuales podría haber problemas CONCLUSIONES
sépticos, además de mezclado ineficiente. Los agita-
dores del tanque deben ser de tipo turbina con seis pa- Se pudo comprobar que tanto el jugo como la pulpa de
letas verticales, que producen corrientes turbulentas que Aloe vera son un buen sustrato para promover el desa-42 Tecnol. Ciencia Ed. (IMIQ) vol. 22 núm. 1, 2007
rrollo de bacterias lácticas y la consecuente produc- UFC Unidades formadoras de colonias
ción de ácido láctico. La proliferación máxima (µmax) % m/v Porcentaje de masa/ unidad de volumen
se obtuvo a las concentraciones de 50 y 75% (v/v) de % v/v Porcentaje volumen /volumen
jugo de Aloe vera y con una fuente de carbono de 5% µmax Tasa máxima de proliferación (en inglés,
(m/v) de miel o glucosa con un aumento de hasta 1012 maximum specific growth rate), h-1
UFC/mL.
El jugo biodegradado tuvo un tiempo de vida de BIBLIOGRAFÍA
anaquel de 3 meses, con halos de inhibición de las bac-
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