Introducción
Desde hace milenios el hombre ha utilizado las setas comestibles como alimentos y para el tratamiento de diferentes enfermedades.1 De ahí que, en la actualidad se consideren una fuente promisoria de metabolitos bioactivos con aplicaciones terapéuticas potenciales, útiles para la industria alimenticia y médico-farmacéutica.
Las moléculas bioactivas de estas setas comprenden compuestos tales como polisacáridos, terpenos, fenoles, etc, los cuales muestran varias actividades biológicas 2 en el tratamiento de varias enfermedades degenerativas.3 Es por ello, que las setas son consideradas la próxima generación de alimentos.4
Dichos compuestos se pueden aislar tanto del micelio como de los cuerpos fructíferos y el medio de cultivo filtrado.5 Al respecto, diferentes investigaciones sobre basidiomicetos, han evidenciado que la proporción de estos compuestos varía según la etapa de crecimiento del hongo y el medio de cultivo donde es cultivado.6 A su vez, los diferentes sustratos empleados en el cultivo de setas comestibles, sobre todo basidiomicetos, influyen en sus efectos funcionales, características organolépticas y químicas.7
En la actualidad, la biotecnología se ha convertido en una disciplina prometedora para la producción de Hongos Comestibles Medicinales debido a la facilidad con que estos pueden ser cultivados y a sus múltiples aplicaciones.
Dentro del grupo de basidiomicetos figuran las especies del género Pleurotus. El cultivo de estas especies ofrece múltiples ventajas, como el poder realizarse en climas tropicales, son fáciles de producir y compatibles con sustratos ricos en celulosa y lignina, 8) tales como agrícolas y agroindustriales: cañeros, cafetaleros, paja de arroz, etc.9-10, además de su significante tolerancia a la variedad de condiciones agroclimáticas.11 De ahí que los sustratos utilizados en cada región dependen de la disponibilidad de subproductos de la agricultura.12
Debido a sus características nutricionales y medicinales, en Cuba se ha trabajado en la introducción, producción y consumo de setas del género Pleurotus, en varias provincias dentro del programa de Agricultura Urbana.13-14
Tomando en consideración estos elementos, el objetivo del presente trabajo es realizar una compilación sobre los procedimientos para la producción del género Pleurotus, con aplicaciones potenciales desde el punto de vista farmacológico, utilizando la fermentación sumergida y en estado sólido.
Desarrollo del tema
Fermentación sumergida y sólida para la obtención de setas comestibles: el caso del género Pleurotus
Diversos procedimientos han sido utilizados para la producción de biomasa de setas comestibles, basados en la fermentación en estado sólido y sumergida.15 El proceso fermentativo permite que los microorganismos produzcan biomasa y sustancias orgánicas en ausencia o presencia de oxígeno.5
En el caso de las fermentaciones en estado líquido, estas constituyen una de las herramientas de preferencia de los biotecnólogos, debido a la facilidad de controlar variables como la temperatura, relación C/N del sustrato, contenido de oxígeno, velocidad de agitación, el pH, etc.15-16
La fermentación sumergida ha sido desarrollada para una variedad de hongos comestibles, utilizando la propagación del micelio para diferentes aplicaciones como, por ejemplo, la producción de cuerpos fructíferos en sustratos sólidos, la producción de biomasa para la obtención de alimento, suplementos dietéticos, enzimas, entre otras.15-17
Este tipo de procedimiento ofrece un gran potencial puesto que es mucho más rápido y las condiciones de cultivo son fácilmente reproducibles e independientes de las variaciones climáticas. Además, los productos pueden ser recuperados con facilidad. Por otro lado, la fermentación sumergida puede proveer una biomasa más uniforme y reproducible, en un corto tiempo y con menores probabilidades de contaminación, 18 lo que resulta de interés para la obtención de productos con valor medicinal.19
El cultivo sumergido es una alternativa promisoria y poco explorada para la obtención de micelio de hongos comestibles, 20 con el que se puede realizar estudios bioquímicos y fisiológicos.21 Este tipo de cultivo, proporciona rendimientos de biomasa superiores comparados con cualquier otro tipo de técnica.22
Con respecto a la fermentación sumergida de especies de Pleurotus, estudios recientes reportan el uso de caldo dextrosa papa, aminoácidos, licor de maíz, azúcares reductores (principalmente glucosa y xilosa), hidrolizado de caseína, extracto de levadura y peptona, como principales fuentes de carbono y nitrógeno.23 Las condiciones de cultivo reportadas se refieren a temperaturas de 25 a 30 °C y pH de 4 a 6, además del uso de cultivos estáticos o agitados, estos últimos en un rango de 100-160 rpm.5
Pleurotus spp puede también ser cultivada en fermentación sumergida para la producción de proteína fúngica, micelio o como agentes aromatizantes.24
En algunos estudios se ha utilizado la fermentación sumergida de P. ostreatus para la degradación de compuestos orgánicos como los hidrocarburos policíclicos aromáticos,25 mientras que, en otras especies del género, como Pleurotus pulmonarius, ha servido para la producción de aromas.26
En algunos casos se plantea que, la morfología, fisiología y productividad de los hongos filamentosos están influidos por parámetros de proceso en diferentes niveles.27 Los estudios más detallados del crecimiento de Pleurotus ostreatus en fermentación sumergida los refieren.28) Estos autores demostraron que varios factores, como la geometría del impelente, la velocidad y la intensidad de aeración, afectaban el rendimiento de crecimiento y tamaños de los pellets de esta especie de seta.
A través de procesos de optimización de diferentes variables durante el cultivo de este género, se ha podido maximizar el crecimiento y producción de biomasa y metabolitos de interés.
Los estudios cinéticos encontrados sobre Pleurotus spp están dedicados, casi exclusivamente al cultivo sumergido.29-30) En este sentido, estudiaron la cinética del crecimiento de Pleurotus ostreatus durante la fermentación sumergida para establecer los indicadores de rendimiento y productividad en la producción de biomasa y fenoles totales. 31 Los resultados mostraron que la obtención de fenoles totales se maximiza cuando la concentración de glucosa decrece a lo largo del tiempo, característica relacionada con el metabolismo secundario.
Algunos investigadores establecieron una patente de invención y el registro de la marca NUTRISETAS, referidos a los procedimientos para la obtención de preparados inmunocéuticos a partir de Pleurotus ostreatus, utilizando fermentación sumergida y sólida. Todo ello, desarrollado en condiciones controladas, escalables y factibles técnicamente.32
Se ha observado, por ejemplo, que la producción de la biomasa micelial y los contenidos de polisacáridos de Pleurotus ostreatus en fermentación sumergida dependen de la especie utilizada, los parámetros de crecimiento y sus requerimientos nutricionales.33
Algunos autores observaron que uno de los parámetros que influía en el crecimiento y producción de polisacáridos de Pleurotus ostreatus era el coeficiente de transferencia de oxígeno inicial (KLa), con mejores rendimientos de estos compuestos a una KLa inicial baja.34
Otras investigaciones, optimizaron el medio de cultivo para la obtención de micelio durante la fermentación sumergida de Pleurotus ostreatus. Las evidencias apuntaron a que las concentraciones de las fuentes de nitrógeno tuvieron una influencia significativa en la producción de biomasa, en comparación con la fuente de carbono.35
Por otro lado, también se ha optimizado la concentración del sustrato para la producción de enzimas extracelulares ligninolíticas oxidativas e hidrolíticas.17,22
Otro de los procedimientos muy utilizados en la industria biotecnológica, es la fermentación en fase sólida (FES), la cual se efectúa en un sustrato sólido con poca agua, de manera que permita el crecimiento y metabolismo de los microorganismos que en ella se desarrollan.36) Al respecto, la fermentación en fase sólida de los residuos lignocelulósicos se valora como uno de los métodos más prometedores para la producción de proteína no convencional.
La FES, brinda la posibilidad de mejorar los rendimientos de la producción de setas con adecuada composición nutricional, utilizándose subproductos agroindustriales disponibles y fáciles de manipular.37 Existen diferentes metodologías de obtención de setas comestibles por FES, tales como, bolsa, pared, botella, parrilla, bandeja y otras.6
A pesar de que se describe a la FES para la producción de macromicetos como un proceso lento, difícil de monitorizar, controlar y escalar,5 los cuerpos fructíferos obtenidos bajo buenas prácticas de manufactura pueden ser utilizados en la formulación de bioproductos consistentes y seguros, como alimentos funcionales, nutracéuticos y compuestos activos biológicamente.
Entre el 80 % y 85 % de los productos de Hongos Comestibles Medicinales son a partir de cuerpos fructíferos, los cuales resultan ser considerablemente diversos. Solo el 15 % de todos los productos están basados en extractos del micelio y un pequeño porcentaje del cultivo filtrado.38
Existen pocas investigaciones que utilizan como variable, el crecimiento radial del hongo para referirse a la modelación cinética del crecimiento en fase sólida de especies del género Pleurotus,.39 En el caso del estudio informado por Pineda, se efectuó una modelación matemática de la cinética del crecimiento del cuerpo fructífero de la cepa Pleurotus ostreatus CEBA gliie-010606, sobre residuos de frijol (Phaseolus vulgaris), en el rango de 10 a 30 °C. El modelo logístico utilizado permitió establecer una dependencia entre la temperatura y los parámetros de crecimiento del hongo (máxima concentración de biomasa, Xmax y velocidad específica de crecimiento máxima, µmax).40
Producción de Pleurotus sp en pulpa de café
Las especies del género Pleurotus son lignícolas, saprotróficas o parásitas, pertenecientes al grupo de hongos de la pudrición blanca.41 Muchos son los sustratos que se utilizan para su cultivo, provenientes fundamentalmente de actividades agrícolas, agroindustriales y forestales. Estos sustratos, deben cumplir algunas condiciones: disponibilidad, características físico-químicas, precio, facilidad de manejo y transporte.42
El contenido de material orgánico de los subproductos agroindustriales, está constituido por diferentes porcentajes de celulosa, lignina, hemicelulosa y pectina.43) Dentro de los subproductos lignocelulósicos de origen agroindustrial, susceptibles de ser utilizados como sustratos para la producción de setas comestibles del género Pleurotus, se destaca la pulpa de café, específicamente en el cultivo de especies de Pleurotus ostreatus.44
La industria del café utiliza el 9,5% del peso seco del fruto, el 90,5% restante es un residuo. El primer subproducto que se obtiene en el procesamiento del fruto del café es la pulpa, la cual representa, en base húmeda, alrededor del 43,58 % del peso fresco del fruto.
En Cuba, por ejemplo, en la zona montañosa de la región suroriental, abundan grandes volúmenes de subproductos lignocelulósicos. Específicamente, en dicha zona se cultiva el 85% del café que se produce en el país, cuyo procesamiento húmedo genera varios subproductos como pulpa de café, mucílago y aguas de desecho y la cascarilla. Al respecto,37) informaron del no aprovechamiento eficiente de estos subproductos, pudiendo ser vertidos al medio, con la consiguiente contaminación de agua y suelos.
Otros trabajos ofrecen la experiencia de cultivo de siete cepas de Pleurotus sp, utilizando como sustrato la pulpa de café (Coffea arábica L.). Este estudio informó que las diferentes cepas colonizaron la totalidad del sustrato a los 18 días y casi todas fructificaron, aproximadamente a los 43 días. Los mejores valores de eficiencia biológica estuvieron en 225,3 %, 204 % y 168, 5%.45
Esta forma de cultivo, resulta interesante, pues, por un lado, permite el crecimiento de cuerpos fructíferos de Pleurotus ostreatus para ser utilizados como alimento funcional, nutracéuticos y nutricéuticos y, por otro, implica la eliminación de los problemas de contaminación ambiental que provocan los subproductos agroindustriales de naturaleza lignocelulósica.
Algunos investigadores han observado como la especie Pleurotus ostreatus cultivada en pulpa de café es capaz de degradar la cafeína contenida en el sustrato y luego aumentar el contenido de este alcaloide en los cuerpos fructíferos de la especie, a medida que la seta crece.46
Por el contrario Job reportó que esta misma especie, Pleurotus ostreatus, cultivada en borra de café, degradaba completamente la cafeína y no incorporaba esta a los cuerpos fructíferos. Este autor, plantea que este elemento resultaría de interés si estos hongos tuvieran la misma particularidad con otros tipos de sustratos donde son cultivados, lo cual constituiría una herramienta para la incorporación de algún componente de especial interés que pudiera aportar un valor agregado a las especies de este género.47
La abundancia y variedad de los metabolitos bioactivos obtenidos en los diferentes tipos de productos derivados de esta seta comestible, están en correspondencia con los sustratos y medios de cultivo donde esta crece y de las condiciones climatológicas y de extracción que se establezcan.
Estos metabolitos bioactivos ejercen potenciales efectos terapéuticos y farmacológicos en enfermedades que, en la actualidad, constituyen un serio problema de salud para la humanidad.
Algunos metabolitos bioactivos del género Pleurotus con potencial terapéutico
Numerosos compuestos bioactivos del género Pleurotus han sido extraídos de extractos crudos, micelios y basidioma, para propósitos investigativos,23 sobre todo con perspectivas de que los bioproductos de estas setas puedan ser utilizados como agentes terapéuticos en el tratamiento de enfermedades tales como el cáncer, diabetes, obesidad, enfermedades cardiovasculares y neurodegenerativas, entre otras.
Algunos de estos compuestos son polisacáridos, péptidos, glicoproteínas, fenoles, lípidos y enzimas oxidativas e hidrolíticas (Tabla 1). En el presente trabajo haremos referencia a algunos de ellos.
COMPUESTOS BIOACTIVOS | ACTIVIDAD FARMACOLÓGICA REPORTADA | REFERENCIAS | |
Ubiquitina | Antiviral | 15 | |
β-glucano | Antiviral | 49 | |
Ribonucleasa | Antiviral(VIH) | 50 | |
Lectina | Inhibe la reverso transcriptasa | 51 | |
Polisacárido | Antineoplásico | 52 | |
Pleurano(β-glucano) | Antioxidante | 53 | |
Flavonoide (quercetina, catequina) | Antioxidante | 54 | |
Mevinolina | Antilipidémico | 55 | |
Pleurano | Antinflamatorio | 56 | |
β- glucano, fenoles, vitamina C | Hepatoprotector |
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57 |
Polisacárido | Antitumoral | 58 | |
Compuestos fenólicos, melatonina, seratonina, ergotionina | Antioxidante, contra el envejecimiento | 59) | |
Glucano | Inmunomodulador | 60 | |
Eringiolide A | Efectos citotóxicos contra células HeLa y línea tumoral HepG2 |
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15 |
Polisacáridos
Los polisacáridos derivados de hongos comestibles, son las sustancias más potentes con propiedades antitumorales e inmunomoduladoras,.61 Dentro de los principales exponentes de este grupo se encuentran la quitina, celulosa, α y ß-glucanos, hemicelulosas (mananos, xilanos y galactanos), así como complejos polisacáridos-proteína.62 Estos polisacáridos biológicamente activos se pueden encontrar en los cuerpos fructíferos, en el micelio cultivado e incluso ser extraídos del medio donde se cultivan.
Otros investigadores reportaron que una fracción de polisacáridos obtenido del micelio de Pleurotus ostreatus, mediante extracción con oxalato de amonio a 100 °C, inhibió el desarrollo del tumor de Ehrlich y Sarcoma 180.63 También evaluaron la actividad antimicrobiana y el efecto estimulador del complemento/macrófagos en un extracto de micelio de Pleurotus sp obtenido por decocción. El extracto estimuló el sistema autolítico de cepas de bacterias y levaduras, actuando además sobre la inmunidad innata por activación de la vía alternativa del sistema complemento e incrementando las funciones de macrófagos.64
Otros investigadores observaron que un extracto de micelial de Pleurotus sp, obtenido por decocción (76,8% de polisacáridos), ejerció actividad antiproliferativa in vitro contra las células de leucemia NB4 humanas, a través de la inducción de la apoptosis y la detención del ciclo celular en la fase G/M. Este extracto podría considerarse un candidato para la radio y quimio terapias, sustentado en sus efectos sobre la fagocitosis de macrófagos y la respuesta de hematopoyesis de ratones expuestos a estos tratamientos.65
Otros bioproductos obtenidos de esta seta, tales como el pulverizado de cuerpos fructíferos (55% polisacáridos),66 se han utilizado como inmunocéuticos, al ser administrados por vía oral durante 7 días (1000 mg / kg) a ratones tratados con ciclofosfamida, potenciando la respuesta inmunitaria celular y el índice de estimulación linfoproliferativa.
Los polisacáridos, mevalonatos y otros derivados de basidiomicetos, poseen compuestos bioactivos con actividades hipocolesterolémicas. Recientemente se ha reportado que extractos de cuerpos fructíferos de P. citrinopileatus, incrementan los efectos antihiperlipidémicos. Se observó la disminución de los niveles de colesterol total y triglicéridos en ratas hiperlipidémicas, a las que se les administró dichos extractos, mientras que los niveles de lipoproteínas de alta densidad fueron significativamente incrementados.67
Polisacáridos escleróticos aislados de extractos hidrosolubles calientes de P. tuber-regium y P. rhinocerus, con estructuras químicas complejas (complejos polisacárido-proteína y ß-glucanos puros), demostraron efecto inmunomodulador, observándose un significativo aumento en el peso del bazo de ratones Balb/C sanos. El estudio in vivo demostró que células de la inmunidad innata y células T-helper son activadas por estos polisacáridos escleróticos.68
ß-glucanos
Los polisacáridos de hongos se producen principalmente como glucanos, algunos de los cuales están unidos por enlaces glicosídicos ß (1-3), ß (1-6) y enlaces glucosídicos α- (1-3), pero muchos son heteroglicanos.
Los ß-glucanos son aislados principalmente de la pared celular de las células fúngicas (aproximadamente la mitad de la biomasa de la pared celular está constituida de ß-glucanos), aunque también pueden ser excretados al medio. Poseen actividades inmunoestimuladoras, anticancerígenas, antiinfecciosas, hipocolesterolémicas, hipoglucémicas, antiinflamatorias y analgésicas.69
El género Pleurotus es reconocido como la más importante fuente de β-glucanos, particularmente pleurano, debido que se le ha demostrado su bioactividad en humanos y este actualmente se comercializa en el mercado como un inmunoestimulante natural, denominado Inmunoglucano P4H.70 Este polisacárido tiene una significativa actividad anticarcinogénica y estimulante de la inmunidad.
Otros investigadores, como,71 reportaron un (1-3)-β-D glucano, aislado de los cuerpos fructíferos de P. sajor-caju con actividad in vitro frente a macrófagos THP 1 e in vivo en ensayos de peritonitis en ratones.
Polifenoles
Los compuestos fenólicos, también conocidos como polifenoles, se consideran antioxidantes naturales y representan un importante grupo de compuestos bioactivos en los alimentos.72
Estudios realizados en extractos de cuerpos fructíferos de Pleurotus florida con diferentes solventes (acetona, metanol y agua a altas temperaturas), detectaron trece compuestos fenólicos: ácido gálico,ácido homogentisíco, ácido protocatecuico, ácido clorogénico, ácido cafeico, vanillina, ácido ferúlico, naringina, resveratrol, naringenina, hesperetina, formononetinay biochanina-A.73
Se ha reportado que el contenido fenólico total de P. ostreatus, es más alto, en comparación con los valores reportados en otros hongos como, Coriolus versicolor, Ganoderma lucidum, Ganoderma tsugae.74
Los flavonoides también están representados en los extractos de cuerpos fructíferos de las especies de Pleurotus y son poseedores de la actividad antioxidante. En este sentido, han constatado una alta concentración de flavonoides como la rutina y crisina en Pleurotus ostreatus.75
Algunos compuestos fenólicos y flavonoides han sido identificados y determinados en la especie P. eryngii, comprobándose su actividad secuestradora del radical 1,1-difenil-2-picrilhydrazilo (DPPH) y su capacidad de incrementar la actividad in vitro de la enzima superóxido dismutasa (SOD).76
Terpenos
La bioactividad, identificación y aislamiento de monoterpenoides, y sesquiterpenoides obtenidos del micelio de P. cornucopiae fueron reportados.60 Cuatro monoterpenoides y un sesquiterpenoide, fueron obtenidos del cultivo sólido de esta especie, fermentada en arroz. Algunos de los compuestos mostraron moderada actividad inhibitoria frente a la producción de óxido nítrico en macrófagos activadores de lipopolisacáridos. Otros exhibieron ligeramente citotoxicidad contra las células cancerígenas HeLay HepG2.
Dentro de los diterpenos, se ha aislado la pleuromutilina de Pleurotus mutilis y Clitopilus passeckerianus (antes llamado Pleurotus passeckerianus), metabolito con marcada acción antibiótica contra infecciones micoplasmáticas en animales, que ha permitido el desarrollo y la producción de este tipo de medicamento a nivel comercial.77
Algunos investigadores, aislaron doce sesquiterpenoides del cultivo sólido de la seta comestible Pleurotus cystidiosus.78
Investigadores plantean que el hynophilin, el pleurotelol y el ácido pleurotélico son compuestos aislados de fermentaciones de Pleurotellus hypnophilus. Mientras que el pleurotellol y el ácido pleurotélico pertenecen al grupo de los sesquiterpenoides.79
El metabolismo secundario de los basidiomicetos es rico en terpenoides, especialmente sesquiterpenoides, muchos de los cuales poseen estructuras que hasta ahora, sólo han sido detectadas en esta clase de microorganismos.
Los triterpenoides (esteroles y esteroides) tienen actividades bioactivas incluyendo anticancerígena, antimicrobina, antioxidante, antiinflamatoria, inmunomoduladora, antifúngica, antitumoral, insecticida, entre otras.80
Conclusiones
El empleo de procedimientos de base biotecnológica para el cultivo de setas comestibles, no solo tiene en cuenta el uso de la fermentación sumergida y sólida, sino que aprovecha otros elementos como los referidos al tipo de sustrato o medio de cultivo, así como el control de parámetros de crecimiento y requerimientos nutricionales, dependiendo de la especie de seta comestible que se utilice. En particular las especies del género Pleurotus, pueden ser obtenidas en una variedad de sustratos y bajo condiciones climáticas diferentes, lo cual permite en ocasiones optimizar parámetros para la producción de biomasa y metabolitos de interés. Actualmente, los estudios realizados con setas del género Pleurotus muestran su variedad micoquímica, por lo que esto podría ser utilizado para la obtención de bioproductos con gran aplicación en la industria médico- farmacéutica