Las bacterias de ácido láctico son bacterias a gram-positiva , anaeróbica parcialmente tolerantes al oxígeno, no esporas que producen en general, proporcionadas en formas de cascos o palos, y capaces de fermentar azúcares en ácido láctico . También se caracterizan por el bajo contenido de su ADN en pares de bases guanina - citosina GC (<50%) a excepción de las bifidobacterias que tienen un contenido de GC superior al 50%. Viven en numerosos entornos naturales y acompañan la actividad humana como bacterias de la flora comensal de las mucosas y de la flora alimentaria.
De acuerdo con la clasificación taxonómica actual, que pertenecen al filo Firmicutes , la clase Bacilos y el orden Lactobacillales , que comprende las siguientes familias: Aerococcaceae , Carnobacteriaceae , Enterococcaceae , lactobacilos , leuconostocaceae y Streptococcaceae . Las Bifidobacteriaceae (in) del orden de Bifidobacteriales (in) también se clasifican como bacterias del ácido láctico.
Las bacterias del ácido láctico están presentes en muchos entornos naturales, desde el suelo, las plantas en descomposición hasta los animales. En este último, se encuentran en las cavidades oral y vaginal, heces y leche. El tracto gastrointestinal de los mamíferos está colonizado por bacterias del ácido láctico como Bifidobacterium , Lactobacillus , Leuconostoc y Weissella (en) .
Los seres humanos los han utilizado desde el Neolítico para elaborar alimentos fermentados. Su producción de ácido láctico permite acidificar el sustrato y así inhibir la proliferación de gérmenes patógenos o agentes indeseables que provocan cambios organolépticos . La fermentación mejora la vida útil y cambia el sabor de los alimentos. Las bacterias lácticas se encuentran en productos lácteos (yogures, quesos), verduras fermentadas (aceitunas, encurtidos, chucrut), bebidas alcohólicas fermentadas (vino, cerveza, sidra), embutidos (jamón, salchichas) y pan de masa madre.
Principales productos resultantes de la fermentación de bacterias del ácido láctico (después de Spinnler) | |||
Familia | Tipo | Sustrato | Ejemplos de |
---|---|---|---|
Lactobacillaceae | Lactobacillus | Leche | leches fermentadas, yogures, kefirs, la mayoría de los quesos |
carne | embutidos secos, jamones curados | ||
Piscis | nuoc mam | ||
plantas | chucrut, aceitunas, yogures de leche de soja | ||
cereales | pan de masa madre, cervezas, huangjiu | ||
Pediococcus | plantas | chucrut, ensilaje | |
carne | embutidos semisecos, embutidos secos | ||
Piscis | nuoc mam | ||
cereales | pan de masa madre, arroz fermentado | ||
Streptoccaceae | Lactococcus | Leche | quesos blancos, blandos o prensados crudos, kefirs |
Estreptococo | Leche | yogures, leches fermentadas, quesos duros | |
Enterococcaceae | Tetragenococcus | plantas | salsa de soja, miso |
Piscis | salmuera de anchoas, salsa de pescado, nuoc mam | ||
Leuconostocaceae | Leuconostoc | plantas | chucrut, aceitunas, vino, sidra |
Leche | quesos, kefirs | ||
Oenococcus | plantas | vino | |
Bifidobacteriaceae | Bifidobacteria | Leche | leches fermentadas |
Las bacterias del ácido láctico son aero-anaeróbicas o micro-aerofílicas. En presencia de oxígeno, la mayoría no puede respirar.
También son bacterias nutricionalmente exigentes porque no pueden sintetizar una serie de aminoácidos (se dice que son auxotróficas para estos compuestos). La bacteria modelo del ácido láctico, Lactococcus lactis, es auxotrófica para 7 a 12 aminoácidos dependiendo de la cepa. La incapacidad para sintetizar estos aminoácidos necesarios para su crecimiento, obliga a las bacterias del ácido láctico a encontrar estas moléculas en su entorno a través de un proceso de nutrición nitrogenada.
Su cultivo requiere ambientes ricos en azúcares, aminoácidos, ácidos grasos, sales y vitaminas y pobres en oxígeno. Suelen cultivarse en agar MRS (de Man, Rogosa, Sharpe). Son capaces de sobrevivir en ambientes muy ácidos.
Dado que las bacterias del ácido láctico no pueden obtener su energía a través de la respiración, recurren a la fermentación de carbohidratos en ácido láctico.
Para ser metabolizados, los azúcares del entorno externo deben primero atravesar la membrana celular . Hay dos sistemas activos de transporte de azúcar:
Dependiendo de la especie, los azúcares se catabolizan según una de tres rutas diferentes: la ruta homofermental, la ruta de heterofermentación y la ruta bífida .
Las hexosas distintas de la glucosa ( manosa , galactosa , fructosa ) generalmente se unen a las vías anteriores después de varias etapas de isomerización y fosforilación a glucosa-6-P y fructosa-6-P. La lactosa entra en la célula por el sistema PTS y se fosforila a lactosa-6-fosfato y se hidroliza dentro de la unidad de glucosa y galactosa-6-fosfato. Finalmente se une a la glucólisis a nivel de triosas-fosfato. Las pentosas consumidas ( ribosa , arabinosa , xilosa ) se convierten en xilulosa-5-fosfato mediante reacciones de fosforilación e isomerización o epimerización.
Las bacterias del ácido láctico son la base de la producción de quesos, yogures y leches fermentadas. En la industria láctea, el ácido cítrico presente en la leche se considera el principal precursor de la formación de compuestos aromáticos populares como el acetato , la acetoína (olor a mantequilla) y el diacetilo (olor a queso). Por otro lado, cuando el diacetilo se produce en alta concentración en la fermentación de vino, cerveza o embutidos (por Lactobacillus plantarum y Oenococcus oeni ), está en el origen de alteraciones organolépticas.
En condiciones aeróbicas , el metabolismo del ácido cítrico tiene lugar a través del ciclo de Krebs , pero en condiciones anaeróbicas, se requiere una vía metabólica específica alternativa. Solo una pequeña cantidad de bacterias del ácido láctico pueden fermentar el citrato. Poseen una permeasa de citrato que asegura el transporte de esta última desde el medio externo al interior de la célula y una citrato liasa capaz de convertirla en oxalacetato y acetato.
Los fermentos mesófilos, cuya temperatura de crecimiento óptima es cercana a los 30 ° C , se utilizan en la preparación de productos lácteos frescos ( queso fresco , mantequilla , cremas frescas ). Están compuestos por bacterias acidificantes como Lactococcus y bacterias aromatizantes como Leuconostoc y Lactococcus lactis subsp. lactis biovar. diacetilactis . La vía de fermentación es homofermentativa en Lactococcus y heterofermentativa en Leuconostoc con formación equimolar de lactato, etanol y CO 2.
En Leuconostoc , de los dos metabolismos que compiten por la degradación del citrato y la glucosa, se favorece la vía del acetolactato del primero y el flujo del piruvato se dirige hacia la síntesis de compuestos aromáticos (compuestos C 4 : acetoína, diacetilo, 2, 3-butanodiol) . Producción de CO 2del uso de citrato, está en el origen de la formación de cavidades en la cuajada , que luego serán pobladas por Penicillium , dando el aspecto veteado de los quesos azules. El diacetilo es el principal compuesto aromático buscado por productos frescos como la mantequilla, el queso crema y la crema fresca. El acetaldehído da una nota de frescura a los productos lácteos, especialmente apreciada en los yogures.
Las bacterias sintetizan varios tipos de polisacáridos :
Los EPS producidos por bacterias del ácido láctico se utilizan en la industria láctea para aumentar la viscosidad de la leche y la firmeza de los productos fermentados y para reducir la separación de agua y gel ( sinéresis ). Evitan el uso de aditivos alimentarios, al tiempo que tienen propiedades equivalentes de agentes estabilizantes y espesantes sobre la textura de los productos lácteos. Los yogures producidos a gran escala no se fermentan en su olla, sino que se remueven y transportan antes de trasvasarlos. Para mantener su textura es necesario incrementar su viscosidad bien con agentes polisacáridos de otros orígenes ( carragenanos , alginatos , xantanos ) o bien utilizando el EPS de bacterias del ácido láctico. Otro uso estudiado es el uso de bacterias del ácido láctico espesantes que producen EPS para la producción de queso bajo en grasa ( mozzarella , cheddar ) para mejorar la retención de humedad.
Los EPS de las bacterias del ácido láctico no tienen sabor y si sus propiedades espesantes son interesantes para los productos lácteos, también pueden conducir al deterioro de la calidad de bebidas como la cerveza o el vino o hacer que las carnes envasadas en envases no sean aptas para el consumo. EPS producido por Leuconostoc ).
Varios estudios han demostrado las propiedades potencialmente beneficiosas para la salud de los EPS: reducen el colesterol, tienen propiedades antiulcerosas, antitumorales e inmunomoduladoras. El sulfato de dextrano se utiliza como anticoagulante y antiinflamatorio. El EPS se ha clasificado como fibra dietética porque puede promover el crecimiento de bacterias probióticas en el tracto gastrointestinal.
Varios EPS tienen un potencial interesante para aplicaciones industriales. Los dextranos (EPS consta de residuos de glucosa unidos por α-1,6) son útiles en la biorremediación del medio ambiente para mejorar la recuperación de petróleo o para la purificación de aguas residuales.
El dextrano es sintetizado en un biorreactor por Leuconostoc mesenteroides en una solución de sacarosa. La producción industrial de EPS requiere estrategias para reducir la concentración de lactatos en el cultivo que inhiben el crecimiento bacteriano. Se han utilizado procesos de fermentación por lotes alimentados para este propósito.
Las bacteriocinas son péptidos antimicrobianos de bajo peso molecular, secretados por las bacterias. Tienen una actividad inhibidora contra bacterias relacionadas taxonómicamente y contra ciertos patógenos importantes como Bacillus cereus (responsable de intoxicación alimentaria), Clostridium botulinum (que produce toxina botulínica ) y Listeria monocytogenes . Las bacterias productoras están protegidas de la acción de sus propias bacteriocinas. Todas las bacteriocinas producidas por las bacterias del ácido láctico descritas hasta ahora tienen una actividad dirigida contra las bacterias Gram positivas (Dordu et al, 2009).
Muchas bacteriocinas son producidas por bacterias del ácido láctico de los géneros Lactobacillus, Lactococcus, Pediococcus, Carnobacterium, Leuconostoc, Enterococcus y Streptococcus . Son particularmente interesantes para la industria alimentaria debido a su reconocida inocuidad para los seres humanos. Gracias a su modo de acción diferente a los antibióticos convencionales, también son de interés para la industria farmacéutica porque podrían convertirse en una alternativa a la terapia antibiótica actual ante la resistencia de bacterias patógenas.
Las bacteriocinas se dividen en tres clases (Cleveland et als, 2001):
Las bacteriocinas se producen industrialmente en fermentadores sobre un sustrato alimentario. La adición de nutrientes durante la fermentación con flujo discontinuo (en lotes alimentados ) a menudo permite aumentar la producción en comparación con un cultivo en lotes . El procedimiento de purificación de bacteriocina es largo y caro. Generalmente se ofrecen en forma semipurificada y seca.