La fermentación en la biotecnología de alimentos es uno de los procesos biotecnológicos más antiguos de la humanidad. Gracias a ella, transformamos ingredientes simples en alimentos estables, seguros y con perfiles de sabor extraordinarios. Hoy en día, la moderna biotecnología de alimentos ha revolucionado el control de estas transformaciones: hemos pasado de los métodos artesanales y las fermentaciones espontáneas a procesos de precisión optimizados dentro de un biorreactor industrial.
A continuación, exploramos los cuatro grupos clave de microorganismos que hacen posible esta magia científica y cómo influyen en lo que consumimos a diario.
1. Bacterias del Ácido Acético (AAB): Las Reinas del Vinagre
Las Bacterias del Ácido Acético (AAB, por sus siglas en inglés) son organismos aeróbicos que varían de Gram-negativas a Gram-variables. Sus células, con formas que van desde elipsoidales a bacilos, suelen encontrarse en cadenas, parejas o de forma aislada. Aunque su pH óptimo de crecimiento se sitúa entre 5 y 6.5, poseen una sorprendente tolerancia a entornos altamente ácidos, soportando valores inferiores a un pH de 4.
Los géneros principales vinculados a los alimentos fermentados son Acetobacter y Gluconobacter. Bajo condiciones aeróbicas, las AAB oxidan el etanol para convertirlo en ácido acético, aportando el olor y sabor característicos del vinagre a los alimentos. Este grupo despierta un enorme interés industrial debido a su capacidad para producir ácido acético y por las transformaciones que provoca en alimentos y bebidas. Además de liderar la producción de vinagre, estas bacterias son esenciales durante la fermentación del cacao y del café. No obstante, también pueden actuar como agentes de deterioro, como ocurre cuando dañan el vino durante su crianza.
Durante la fermentación acética, las AAB oxidan parcialmente un sustrato con una concentración de etanol de 50 a 100 g/L, transformándolo en ácido acético y agua. Esto da como resultado un mosto con una alta concentración de ácido acético, una mínima cantidad de etanol residual y valiosos metabolitos secundarios (aldehídos, cetonas, ésteres y, predominantemente, acetaldehído). Para garantizar una conversión rápida y constante a nivel comercial, es fundamental optimizar el suministro de oxígeno regulando con precisión el flujo de aire y la agitación dentro del biorreactor.
2. Bacillus: Supervivientes Natos de Alta Eficiencia
El género Bacillus pertenece al grupo de bacterias aeróbicas Gram-positivas de la familia Bacillaceae y el filo Firmicutes. Su principal fortaleza de supervivencia es su capacidad para producir endosporas. Estas esporas les permiten resistir condiciones de estrés extremo como la radiación, la escasez de nutrientes, la baja actividad de agua y temperaturas extremas. Una vez que el entorno vuelve a ser favorable, la bacteria regresa con éxito a su estado vegetativo.
Ventajosamente para el desarrollo de la biotecnología de alimentos, las especies de Bacillus ofrecen características muy atractivas:
- Alta actividad enzimática y capacidad de secreción proteica.
- Tasas de crecimiento rápidas, lo que reduce significativamente los tiempos de fermentación.
- Viabilidad térmica, lo que facilita un almacenamiento prolongado a temperatura ambiente.
Especies como B. subtilis y B. licheniformis están reconocidas como seguras (GRAS) por la FDA. Además, cepas como B. coagulans, B. pumilus, B. amyloliquefaciens y B. clausii se usan ampliamente como probióticos debido a su efecto antagonista frente a patógenos.
Estas bacterias son los agentes principales en los alimentos fermentados alcalinos tradicionales de Asia y África. Estos procesos se caracterizan por un aumento del pH hasta valores de 8 o 9 en sustratos ricos en proteínas, como semillas y legumbres (especialmente la soja).
3. Bacterias del Ácido Propiónico (PAB): El Secreto de los Quesos Suizos
Las Bacterias del Ácido Propiónico (PAB) son bacterias Gram-positivas de morfología pleomórfica (bacilos con formas variables). Son de carácter anaeróbico o aerotolerante y pertenecen a la clase Actinobacteria. Son mesófilas, con un rango óptimo de temperatura de 15 °C a 40 °C y un pH de 5.0 a 8.5. Se clasifican tradicionalmente en dos grupos según su origen de aislamiento:
- Lácteas o «clásicas»: Aisladas de leche y productos lácteos (ej. Propionibacterium acidipropionici, P. freudenreichii, P. jensenii).
- Cutáneas: Aisladas de la piel, a veces asociadas a infecciones (ej. Propionibacterium acnes, P. granulosum).
Las PAB son metabólicamente muy versátiles; pueden transformar carbohidratos (glucosa, fructosa, lactosa), alcoholes (glicerol, eritritol) y ácidos orgánicos (ácido láctico) en ácido propiónico, ácido acético y dióxido de carbono. Esta propiedad es clave en la producción del queso Suizo, donde P. freudenreichii genera los característicos ojos del queso y define su perfil de sabor.
Para el escalado industrial de bioproductos de alto valor derivados de estas bacterias, como la vitamina B12 o el ácido fólico, es común cultivar cepas seleccionadas en un biorreactor anaeróbico bajo rigurosos controles de temperatura y nutrientes.
4. Levaduras: Los Motores de la Industria de Bebidas y Alimentos
La diversidad de levaduras en la biotecnología de alimentos es fascinante. Conocidas principalmente por su metabolismo fermentativo y oxidativo de carbohidratos, producen etanol, dióxido de carbono y agua, junto con metabolitos secundarios (alcoholes superiores, ésteres, cetonas, terpenos) determinantes en el aroma y sabor de alimentos como el pan, la cerveza y el vino.
Además, las levaduras protegen los alimentos inhibiendo hongos filamentosos y bacterias patógenas gracias a la generación de ambientes anaeróbicos mediante la acumulación de CO₂ y a la producción de toxinas killer. Especies como Saccharomyces cerevisiae predominan en la producción de vino, cerveza, pan, chocolate y café debido a su alta tolerancia al etanol y a los cambios de pH. Por su parte, especies osmotolerantes como Zygosaccharomyces rouxii se emplean en la producción de salsa de soja por su resistencia a la sal.
El Rol de la Tecnología en la Fermentación Moderna
Ya sea utilizando levaduras tradicionales o especies no convencionales (como Torulaspora delbrueckii, Lachancea thermotolerans o Kluyveromyces marxianus), el diseño y la optimización de los parámetros operativos dentro de los biorreactores industriales permiten estandarizar la calidad organoléptica y asegurar la reproducibilidad de los lotes fermentados a gran escala.