Informe de investigación: Aditivos alimentarios e ingredientes funcionales obtenidos con biotecnología

Investigación documental y de campo

Informe técnico

Aditivos alimentarios e ingredientes funcionales comunes obtenidos con biotecnología.

Introducción

La síntesis orgánica de sustancias es de gran importancia para la industria cosmética, alimentaria, farmacéutica y química, entre otras. Sin embargo, presenta limitaciones en cuestión de rendimientos, calidad, sustentabilidad, además de generar un impacto en el ambiente, los costos y el consumidor.

La biotecnología es el uso de células vivas, microorganismos o enzimas para la producción de sustancias químicas con aplicación principalmente en la industria farmacéutica, alimentaria, química y ambiental. Actualmente en la industria alimentaria es posible emplear la biotecnología para la producción de sustancias como vitaminas, polisacáridos, acidulantes, edulcorantes, entre otros aditivos alimentarios, donde se aprovechan los procesos biológicos que poseen los microorganismos para producir compuestos o sustancias de interés nutricional y tecnológico.

Objetivo principal

Conocer 5 aditivos alimentarios y 5 ingredientes funcionales comunes en la industria alimentaria obtenidos con biotecnología.

Objetivos específicos

·        Definir los conceptos básicos de aditivos e ingredientes funcionales involucrados.

·        Describir las generalidades y la función tecnológica y/o nutricional de 5 aditivos y 5 ingredientes funcionales comunes obtenidos con biotecnología.

·        Investigar los microorganismos implicados en la producción de los aditivos alimentarios comunes, remarcando las cepas más utilizadas.

·        Referir las generalidades de los bioprocesos de producción de los aditivos alimentarios seleccionados.

 

Metodología

Para realizar esta investigación se utilizaron dos métodos: investigación de campo e investigación documental.

Investigación documental

·        Se consultaron fuentes bibliográficas en formato de libro electrónico para obtener definiciones, principalmente.

·        Se trabajó con la información disponible por la JECFA para las fichas técnicas de cada ingrediente o aditivo.

·        Se utilizaron archivos multimedia para obtener información específica sobre procesos y elucidar el panorama de la biotecnología en México y el mundo.

Investigación de campo.

·        Se analizaron las etiquetas de diversos alimentos procesados, para encontrar los 5 ingredientes y aditivos más comunes.

·        Se realizó una encuesta para conocer qué tan familiarizada está la sociedad con estos términos, la percepción de qué es un ingrediente natural y cómo se considera el papel de la biotecnología en la producción de ingredientes.

·        Se consultó a un experto en enzimas para profundizar en el uso de éstas en la industria alimentaria.

En el anexo se puede encontrar un diagrama que permite comprender de manera gráfica la metodología de esta investigación.

 

Resultados

Análisis de etiquetas: Aditivos e ingredientes funcionales más comunes.

Un aditivo alimentario es una sustancia que no se consume como alimento ni un ingrediente común, puede o no tener un valor nutrimental y su adición es por propósito tecnológico (JECFA, 2016).

Un alimento funcional es cualquier alimento que otorga un beneficio a la salud físca o mental, además de su valor nutrimental. Por lo tanto, un ingrediente funcional es la sustancia, microorganismo o mezcla que proporciona este beneficio (Rincón-León, 2003).

Después de revisar las etiquetas, se encontraron los siguientes aditivos e ingredientes. Fue necesario hacer una investigación exploratoria posterior para incluir únicamente los que se producen con biotecnología.

Aditivos alimentarios	Ingredientes funcionales
Ácido cítrico	Xilitol
Ácido acético	Goma xantana
Saborizantes naturales	Probióticos
Glutamato monosódico	Tocoferoles
Lactasa	Astaxantina

Una vez obtenidos los 10 objetos de estudio, se procedió a investigar las características y generalidades de su producción. Los resultados se presentan a continuación.

ADITIVOS ALIMENTARIOS

Aditivo	Origen/Producción	Uso
Ácido cítrico (Quitmann et al., 2013)	Se produce por fermentación con Aspergillus niger	Acidulante y vitamina. Se utiliza para modificar el pH de los alimentos y para fortificarlos.
Ácido acético (Quitmann et al., 2013)	A partir de alcohol obtenido por fermentación de Sacharomyces cerevisae, se utiliza una bacteria acética como Acetobacter aceti, Acetobacter pasteurianus, o Gluconacetobacter europaeus en condiciones aeróbicas	Acidulante y conservador. Ingrediente fundamental en vinagre.
Saborizantes naturales (Shetty et al., 2006)	Terpenos, cetonas, esteres, ácidos carboxílicos, lactonas son algunos grupos funcionales principales de los compuestos que proporcionan sabor. Se obtienen por oxidación de lípidos, metabolismo de aminoácidos y fermentación de azúcares de diferentes cepas.	Otorgan sabor a los alimentos. Su función es únicamente sensorial.
Glutamato monosódico (Ajinomoto, 2015)	Se produce a partir de la fermentación de azúcares de caña y tapioca mediante la actividad de microorganismos productores de ácido glutámico como Corynebacterium glutamicum y la posterior conversión a su forma de sal	Es un potencializador de sabores, que funciona de forma sinérgica con el cloruro de sodio.
Lactasa (Whitehurst & van Oort, 2010).	Se extrae del medio de cultivo de Aspergillus spp. y Kluyveromyces spp	Hidroliza la lactosa de la leche en galactosa y glucosa. Se encuentra en los productos deslactosados y para intolerantes a la lactosa.

Ingredientes funcionales

Ingrediente funcional	Origen/Producción	Uso o función
Xilitol (Ur-Rehman et al., 2014)	Se produce a partir de lignocelulosas provenientes de residuos, empleando levaduras del género Candida	Edulcorante con propiedades anti caries. Chicles y dulces.
Goma xantana (Tan, 2011)	Se obtiene por fermentación realizada por Xanthamonas campestris, en un medio con sales de calcio hierro y azúcares	Agente emulsificante y estabilizante con propiedades hipoglucémicas. Se encuentra en aderezos, bebidas, etc.
Probióticos (Caballero, 2003)	Son microorganismos viables como Lactobacillus y Bifidobacteriums	Contribuyen a la salud del sistema digestivo principalmente.
Tocoferoles (Caballero, 2003)		Vitamina E. Agente antioxidante.
Astaxantina (Shetty et al., 2006).	Se obtiene por síntesis química; la alternativa biotecnológica ocurre con Blakeslea trispora, y E. coli transgénica	Precursor de la vitamina A.

Percepción de los aditivos e ingredientes naturales

Un ingrediente o aditivo natural es el obtenido exclusivamente mediante métodos físicos, microbiológicos o enzimáticos, a partir de materias primas aromatizantes/saborizantes naturales.

Se realizó una encuesta con el propósito de conocer la percepción de los ingredientes naturales de la sociedad. Esto es, muchas veces sabemos que una sustancia es natural, y se asocia inmediatamente a origen vegetal. Sin embargo, como se pudo observar con los aditivos e ingredientes seleccionados su origen es microbiológico. La encuesta se encuentra en el anexo B. Los resultados se presentan a continuación.

Se consiguió aplicar la encuesta a 55 personas. El 61.8% corresponden al sexo femenino. Las edades de los encuestados van desde los 11 hasta los 59 años. La mayoría se encuentra entre los 20 y 35 años.

41.8% de los encuestados sabe que es un aditivo alimentario, mientras que la mayoría, 43.6%, tiene una idea de lo que es, es decir, no sabe con precisión qué es un aditivo. El 12.7% no lo sabe.

La mayoría, el 43.6% a veces lee la etiqueta de lo consume y el 47.3% lo hace con frecuencia o siempre, es decir, una costumbre. Aproximadamente el 10% no está familiarizado con esta actividad.

De los aditivos más comunes obtenidos con biotecnología se obtuvieron los siguientes resultados: los más conocidos son el ácido cítrico, los lactobacilos y los saborizantes naturales; le siguen ácido acético, glutamato monosódico y la lactasa; los menos conocidos son la goma xantana, xilitol, carotenoides y los tocoferoles. El 3.6% desconoce todos, lo que coincide con el porcentaje que no lee las etiquetas.

La siguiente pregunta se relaciona directamente con la anterior, al identificar cuáles son naturales. Cabe recordar que todos lo son por su método de obtención biotecnológico.

Resulta obvio que el ácido cítrico y los lactobacilos encabecen la ista con 72.7%, segudio de la lactasa y los carotenoides con un 43.6%. La goma xantana, el ácido acético y los tocoferoles con un 25. 5%. Los menos reconocidos como naturales son el glutamato monosódico y el xilitol. El 7.3% considera que ninguno es natural. Como se mencionó al inicio de esta sección, la mayoría (85%) cree que el origen vegetal es el principal de los aditivos naturales. Sin embargo, el porcentaje en el que se cree que vienen de microorganismos también es elevado (56%). Las reacciones químicas no son una fuente de aditivos naturales y el 30.9% considera que sí lo son.

Cuando se comparan los resultados entre los aditivos que se consideran naturales y los que benefician a la salud, se obtiene una correlación interesante: el ácido cítrico y los lactobacilos nuevamente predominan, seguido de los carotenoides y los tocoferoles. El resto aunque se consideran naturales, no se toman como buenos para la salud. Cuando se les pregunta cuales considera nocivos el glutamato monosódico y los saborizantes encabezan la lista con un 43% y 36% respectivamente. No muy alejado se encuentra la opción “ninguno”, con un 27%. Es de señalarse que nadie considero a los lactobacilos como nocivos, pero el 3% marco así al ácido cítrico, y más de un 20% al ácido acético. La goma xantana, aunque es 

	un ingrediente funcional, el 10% la considero nociva, al igual que el xilitol.

Se estudió también el consumo de alimentos funcionales. Frutas y verduras, yogurt y bebidas lácteas predominaron en la dieta de los encuestados. Con valores significativos los jugos preparados y los alimentos fortificados también se consumen. Productos más específicos como las barras de proteína y los suplementos en polvo son los menos consumidos. Todos consumen alimentos funcionales.

En la última sección de preguntas se buscó detectar la percepción de los microorganismos como fuente de ingredientes y aditivos en alimentos, principalmentel los microorganismos genéticamente modificados. A más del 97% le parece adecuado el uso de microorganismos para nuestra salud. Sin embargo, cuando se les propone o introduce el término “genéticamente modificado” ese porcentaje disminuye a un 72%, provocando desconfianza al 23.6%. El resto lo considera peligroso. Cuando se contrapone las reacciones químicas con la modificación genética, la aceptación por ésta última se incrementa ligeramente en un 2%.

Aplicaciones enzimáticas en la industria alimentaria

Antes de la entrevista se tenía conocimiento de la aplicación de enzimas en alimentos, pero después de ella se percibió que este campo es amplio y muy utilizado.

Las enzimas son moléculas de naturaleza proteica (proteínas) que tienen actividad catalítica, lo que significa que aceleran una reacción química, dicho en otras palabras, sin esta catálisis, las reacciones químicas tardarían mucho tiempo, por lo tanto, a las enzimas, también se les llama como catalizadores biológicos.

Las enzimas tienen gran aplicación dentro de la industria, una de las más importantes, es la industria alimentaria, actuando como un aditivo de gran relevancia en casi todos los procesos industriales, desde mejoramiento de características sensoriales, aumentar rendimientos de producción, evitar efectos perjudiciales, disminuir costos de producción, etc.     Existen enzimas llamadas “commodities”, las cuales reciben este nombre debido a dos cosas, la primera, debido a que su justificación tecnológica dentro de los procesos alimentarios ya está muy estudiada y muy probada, desde hace muchos años. Y la segunda, los avances tecnológicos han favorecido que la producción de estas enzimas sea de gran escala y con precios muy accesibles.

Dentro de las enzimas más utilizadas, se encuentran las hidrolasas, las cuales son un tipo de enzimas encargadas de “romper” enlaces. Una de las más usadas, es la alfa amilasa, ya sea de origen bacteriano o de origen fungal. La diferencia de la aplicación de cada una de estas dos enzimas, es el perfil de resistencia a la temperatura, en donde las amilasas bacterianas tienen mayor aplicación en procesos que incluyen alta temperatura, como modificación del almidón, cervecería e industria azucarera. Mientras que las producidas por hongos, principalmente deAspergillus niger, la cual es ampliamente usada en la industria de panificación.

Dentro de las enzimas llamadas “commodities”, también se encuentran enzimas Proteasas, Lipasas, Celulasas y Xilanasas, las cuales con forme al paso de los años se han mejorado las cepas productoras, teniendo mejores rendimiento en la actividad enzimática, más resistencia a procesos drásticos de pH y temperatura, y por ende, ha disminuido el precio de las enzimas, lo que las hace económicamente rentables para la aplicación industrial.

Muchas enzimas que se aplican en los procesos industriales (incluida la industria alimentaria) llevan a cabo una determinada función en algún punto específico del proceso y posteriormente se inactivan, principalmente por la temperatura, por lo tanto no existe residual o presencia de su actividad en el producto terminado, pero existen otras aplicaciones en donde si hay un residual o presencia de estas enzimas dentro el producto terminado, algunos ejemplos son la Lactasa en productos derivados lácteos deslactosados (como Leche deslactosada en polvo, yogurt, proteínas de suero de leche, etc.), otro ejemplo es la aplicación de la enzima Invertasa en procesos de confitería, la cual se aplica principalmente en los chocolates con relleno líquido y lo que se busca en evitar la cristalización de la sacarosa, la cual se considera como “defecto de calidad”. Las producción industrial de enzimas se lleva a cabo en fermentaciones en estado sólido para las enzimas producidas por hongos (Aspergillus sp., Rhizopus sp, Trichoderma sp., Penicillium sp., Candida sp.) y en fermentaciones en estado líquido para las enzimas producidas por bacterias (Bacillus sp., principalmente), también hay producción de enzimas a partir de Levaduras (Saccharomyces cerevisiae) que produce la enzima Invertasa y (Kluyveromyces sp.) que produce la enzima Lactasa para su aplicación en el deslactosado de la leche. La biotecnología en general y las enzimas juegan un papel muy importante en la industria en general, ya que la tendencia mundial es hacia procesos mas “verdes”, las investigaciones actuales se enfocan en la búsqueda de nuevas fuentes de enzimas, las cuales tengan mayor rendimiento, sean más resistentes a condiciones drásticas de pH, Temperatura, etc., y sobre todo, a hacer la aplicación de las enzimas más baratas sin bajar los parámetros de calidad.

Conclusiones

La biotecnología es una ciencia que es indispensable para la producción de sustancias químicas necesarias para la industria alimentaria en la actualidad, así como la producción de alimentos funcionales. Los aditivos alimentarios e ingredientes funcionales obtenidos con biotecnología forman parte de muchos de los alimentos que consumimos día a día. La tecnología necesaria para producirlos es principalmente por vía de fermentación pero no es la única. Las enzimas son sustancias fundamentales para obtener productos de alta calidad y rendimiento y su campo es muy amplio.

En cuanto a la percepción de los aditivos e ingredientes obtenidos con microorganismos se observa que no existe un rechazo hacia ellos, incluso se consideran naturales y benéficos a la salud, pero cuando se introduce el término “genéticamente modificado” la aceptación disminuye, cuando de hecho, es una realidad en la industria alimentaria y farmacéutica. Existe desinformación y poca comunicación entre la industria y la sociedad, lo que impide una relación adecuada entre productos y consumidores. Además existe un gran interés por conocer lo que se ingiere en la actualidad.

Los aditivos e ingredientes funcionales obtenidos con biotecnología son recursos necesarios para producir alimentos de alta calidad sensorial y nutrimental; el futuro de los alimentos y la nutrición van de la mano con el desarrollo de esta ciencia.

 

Referencias

1. Ajinomoto (2015). MSG PRODUCTION PROCESS. URL: https://www.youtube.com/watch?v=gilL5Ly7QMk  

2. Caballero, B. (2003). Encyclopedia of Food Science and Nutrition. Baltimore: Academic Press.

3. Gutiérrez-López, G. F., & Barbosa-Cánovas, G. V. (2003). Food Science and Food Biotechnology. Boca Ratón: CRC Press.

4. JECFA. (2016). Norma General para los Aditivos Alimentarios. Ginebra: FAO/OMS.

5. Quitmann, H., Fan, R., & Czermak, P. (2014). Acidic Organic Compounds in Beverage, Food and Feed Production. Advances in biochemical engineering/biotechnology, 91-141.

6. Shetty, K., Paliyath, G., Pometto, A., & Levin, R. E. (2006). Food Biotechnology. Boca Ratón: CRC Press.

7.Tan, M. (2011). Increased Production of Xantana Gum. URL: http://sphinx.murdoch.edu.au/units/extern/BIO301/teach/student%20websites%202011/31125126%20xanthan%20gum/home.htm

8. Uhr-Rehman, S., Mushtaq, Z., Zahoor T., Jamil, A., Murtaza J. (2013). Xylitol; A review on Bio-production, Application, Health Benefits and Related Safety Issues, Critical Reviews in Food Science and Nutrition.

9... Whitehurst, R. J., van Oort, M. (2010). Enzymes in Food Technology. Singapur: John Wiley.