Aditivos alimentarios
Aditivos alimentariosLa distincin entre aditivos alimentarios y
compuestos qumicos industriales no es tan clara, y los procesos de
produccin de algunos compuestos qumicos, como el cido ctrico y los
polisacridos microbianos, que tienen tambin otros usos adems de cmo
aditivos alimentarios. Las protenas de organismos unicelulares y el
vinagre y muchos enzimas tambin pueden ser considerados aditivos
alimentarios. Aminocidos
Se producen mediante un amplio rango de tecnologas que incluyen
la fermentacin directa, la biotransformacin de precursores mediante
clulas o enzimas, la extraccin de hidrolizados de protenas y la
sntesis qumica, y se utilizan como nutrientes y saborizantes tanto
en los alimentos como en los piensos. Aunque se hayan desarrollado
procesos de fermentacin o biotransformacin para la produccin de
todos los aminocidos excepto la glicina, la L-cistena y la
L-cistina, no todos ellos son viables comercialmente. La
L-asparragina, la L-leucina, la L-tiroxina, la L-cistena y la
L-cistina se obtienen por purificacin de hidrolizados
proteicos.
Las cepas microbianas de los gneros Corynebacterium y
Brevibacterium han adquirido gran importancia en la produccin de
aminocidos por fermentacin. Algunas cepas naturales aisladas pueden
excretar grandes cantidades de cido glutmico. Los dos mtodos ms
importantes se basan en el uso de mutantes autotrficos, que carecen
del enzima necesario para formar el metabolito efector regulador
(frecuentemente el producto final), pueden acumularse y excretar el
intermedio metablico que es el substrato para la enzima eliminado.
En los mtodos de anlisis para la seleccin de mutantes reguladores o
anlogo-resistentes pueden utilizarse anlogos del producto final,
tambin son capaces de inhibir al enzima clave sensible.
Las propiedades como potenciador del sabor del glutamato de
sodio fueron descubiertas en Japn a comienzos del siglo veinte. En
la actualidad existe un proceso de fermentacin con Corynebacterium
glutamicum que suministra una produccin mundial anual de unas
400,000 Tm aproximadamente de este producto.
En general, para la produccin comercial del cido glutmico se
utilizan melazas o almidn hidrolizado y C. Glutamicum o cepas
relacionadas, siendo esencial en el proceso el suministro abundante
de una fuente adecuada de nitrgeno, tal como las sales amonacas,
puesto que el NH3 se incorpora a la molcula de aminocido. Las
bacterias acidoglutmicas tambin pueden utilizar urea como fuente de
nitrgeno.El pH tiende a disminuir debido a la excrecin de glutamato
por las clulas y ala asimilacin del in amonio, por lo que se aade
amoniaco gaseoso con objeto de controlar simultneamente el nivel de
nitrgeno del medio y mantener un pH de fermentacin optimo entre 7.0
y 8.0. Las bacterias acidoglutmicas necesitan biotina para crecer y
la acumulacin del aminocido es mxima a una concentracin de biotina
crtica de 0.5 g/g de clulas (secas), que es subptima para el
crecimiento mximo. Incluso con un exceso de biotina, las bacterias
acidoglutmico, que crecen en presencia de penicilina, pueden
acumular grandes cantidades de glutamato. La penicilina inhibe la
sntesis de las paredes bacterianas y la acumulacin intensificada de
glutamato se cree que se debe a que las clulas se hinchan y las
paredes se debilitan, daando la barrera de permeabilidad de la
membrana celular.
El NADHP + H+ formado en la descarboxilacin oxidativa del
isocitrato a -cetoglutarato suministra el factor reducido, que,
junto con el NH3, se necesita para la conversin de -cetoglutarato a
glutamato por la accin de la glutamato deshidrogenasa. Produccin de
lisina
La lisina, un aminocido esencial en la nutricin del hombre y los
animales, y su diferencia en los cereales, ha hecho que el mercado
mundial anual se sta supere las 40,000 Tm. El aminocido se produce
fundamentalmente por fermentacin directa con un mutante autotrfico
de Corynebacterium glutamicum. Recientemente se a comercializado un
segundo proceso de fermentacin, basado en un mutante regulador de
Brevibacterium Flavum, as como un proceso de biotransformacin
basado en la conversin de la -aminocaprolactama sintetizada
qumicamente en L-lisina.Algunos mutantes, capaces de crecer en
presencia de SAEC y L-treonina y que se considera que contienen
aspartoquinasa, desensibilizados frente a la retroinhibicin
concretada, son potentes productores de L-lisina. Combinando
mutantes autotrficos y reguladores, resistentes al SAEC y que
necesitan homoserina o treonina y metionina para crecer, se obtiene
una sobreproduccin de lisina.La D,L--aminocaprolactama, sintetizada
qumicamente a partir de ciclohexano, es la materia prima para la
produccin de L-lisina por biotransformacin.NucletidosLos efectos
potenciadores del sabor del katsubushi, utilizado en Japn, se deben
a la sal de la histidina del 5-inosinmomofosfato (IMP). El
5-guanosinmonofosfato (GMP) tambin es un potente potenciador del
sabor, existiendo sinergismo entre las propiedades como
potenciadores del IMP y GMP. Se obtienen mediante hidrlisis
enzimtica del RNA de levaduras y por fermentacin directa.Cuando la
clula sintetiza IMP, ste puede ser desfosforilado por la propia
clula y excretado al medio como inosina. Las cepas comerciales
productoras de inosina son auxtrofas desreguladas de guanina y
adenina. Los productores tpicos del IMP son auxtrofos de adenina,
con baja actividad de los enzimas que degradan al IMP. Existen
mutantes permeables capaces de excretar IMP.El principal problema
con la sobreproduccin de GMP mediante fermentacin directa est
relacionado con la regulacin por retroinhibicin de la PRPP
aminotransferasa por la GMP, la cual puede producirse por distintos
procesos de fermentacin:
1.- Produccin de guanosina por fermentacin directa, usando
adeninauxtrofos para incrementar la produccin de GMP a partir de la
glucosa.
2.- Uso de un cultivo formado por dos mutantes de
Breviabacterium ammoniagenes, uno capaz de producir XMP a partir de
glucosa y el otro capaz de convertir la XMP a GMP.3.- Produccin de
5-amino-4-imidazol-carboxiamida ribsido (ALICAR) por fermentacin
seguido por su conversin qumica a GMP.
Vitaminas
Aunque los M.Os son capaces de sintetizar un amplio rango de
vitaminas, normalmente no las producen en exceso. La vitamina B12 y
la riboflavina se obtienen comercialmente por fermentacin, aunque
en la actualidad la segunda se produce principalmente mediante
sntesis qumica.
Vitamina B12
La produccin puede llevarse a cabo utilizando un proceso en dos
etapas basado en cepas de Propionobacterium o mediante un proceso
en una etapa con Pseudomonas denitrificans.En la primera etapa de
fermentacin con Propionobacterium, se produce principalmente
5.desoxi-adenosilcobinamida, que se convierte despus en vitamina
B12 en la segunda etapa de fermentacin.
El proceso de fermentacin aerobio con P. denitrificans en una
sola etapa se lleva a cabo en un medio suplementado con cobalto y
5,6-dimetil-benzimidazol. Las cepas mutantes de P. denitrificans
producen aproximadamente 60 mg l-1 de producto en 4 das de
fermentacin.
Riboflavina
En 1947 se introdujo en proceso de fermentacin aerobio para la
produccin de riboflavina utilizando Ashbya gossypii. Despus de
siete das de fermentacin, se recupera la riboflavina, presente
tanto en solucin como ligada al micelio, con rendimientos de 7-8
gl-1.
Grasas y aceites
Con frecuencia se ha argumentado que la fermentacin puede
ofrecer una ruta prctica para la produccin de grasas y aceites,
particularmente en Europa, que importa la gran mayora de estos
productos. Basndose en la suposicin de que con 5-6 Tm de trigo se
puede producir 1 Tm de lpido, se calcula que utilizando una ruta de
fermentacin eficaz para la produccin lipdica se podra conseguir un
costo de manufactura de 2,500-3,000 por Tm de lpido.Produccin de
cido -linoleico
Se utiliza como suplemento alimenticio diettico y como precursor
en la sntesis de las prostaglandinas. El aceite de primavera, que
contiene hasta un 7% de cido -linoleico, es una fuente de este
lpido. Algunos mohos del orden de los Mucorales, como
Cunninghamella elegans y Moritierella isabellia producen del 4 al
5% de su biomasa como cido linolico.
