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Cuban Journal of Agricultural Science

Print version ISSN 0864-0408On-line version ISSN 2079-3480

Cuban J. Agric. Sci. vol.54 no.3 Mayabeque Sept.-Dec. 2020  Epub Sep 01, 2020

 

Ciencia Animal

Caracterización química y microbiológica de cremas de Saccharomyces cerevisiae, obtenidas en diferentes destilerías cubanas

Marlen Rodríguez1  * 
http://orcid.org/0000-0003-4248-3728

Grethel Milián1 
http://orcid.org/0000-0001-6074-7964

Ana J. Rondón1 
http://orcid.org/0000-0003-3019-1971

R. Bocourt †2 

Lucía Sarduy2 

A. Beruvides1 
http://orcid.org/0000-0002-8525-6595

1 Centro de Estudios Biotecnológicos, Universidad de Matanzas, Autopista a Varadero, km 3 ½, Matanzas, Cuba

2 Instituto de Ciencia Animal, Apartado Postal 24, San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba

Resumen

El aditivo simbiótico PROBIOLEV® incluye en su formulación crema de levadura procedente de destilería. Se caracteriza por mejorar el comportamiento productivo y la salud de los animales de interés zootécnico. El objetivo de este estudio fue caracterizar la composición química y microbiológica de cinco cremas de Saccharomyces cerevisiae, obtenidas de diferentes destilerías cubanas con el propósito de elaborar PROBIOLEV®. Para la caracterización química de las cremas se realizó estadística descriptiva a la materia seca, cenizas, proteína bruta y verdadera, así como a los azúcares reductores, carbohidratos totales y pH. Desde el punto de vista microbiológico, se realizó el conteo de microorganismos contaminantes y se analizaron las características organolépticas. La evaluación bromatológica mostró valores entre 15-20% de materia seca, 16-18% de ceniza, 80-85% de materia orgánica, 35-40% de proteína bruta,32-36% de proteína verdadera,4-6% de carbohidratos totales y 2-4% de azúcares reductores. Se comprobó que las cremas no presentan microorganismos contaminantes como coliformes, Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus, Salmonella y Bacillus cereus. A partir de estos resultados se concluye que las diferentes cremas de S. cerevisiae, sin tener en cuenta la destilería de origen, presentan características químicas y microbiológicas adecuadas para su utilización en la elaboración de PROBIOLEV®.

Palabras clave: destilerías cubanas; Saccharomyces cerevisiae; aditivo simbiótico

Las cremas de Saccharomyces cerevisiae se elaboran a partir de residuos que se generan en la industria, al destilar el producto de la fermentación alcohólica. Son un subproducto contaminante de alta agresividad para el medio ambiente. En su composición, estas cremas poseen enzimas, péptidos, aminoácidos, ácidos orgánicos y vitaminas del complejo B, fundamentalmente. De ahí que su uso en la conformación de biopreparados simbióticos, además de disponer de aditivos naturales de gran utilidad, evita daños ecológicos y garantiza el equilibrio entre los procesos industriales y su entorno (Pérez et al. 2016 y Rodríguez 2017).

La levadura S. cerevisiae está íntimamente asociada al progreso y bienestar de la humanidad. Es una de las más usadas y se comercializa ampliamente por su alto valor biológico. Se ubica entre los cultivos fúngicos que más se utilizan en la alimentación animal como estabilizador de la microbiota intestinal, y se destina a animales jóvenes como adultos (Carro et al. 2014 y Neeraj 2016). Los beneficios en la salud y la productividad de los individuos que consumen esta levadura están documentados (Rodríguez et al. 2015 y Hahn-Didde y Purdum 2016).

En Cuba, este residuo de la agroindustria se reutiliza como fuente proteica para elaborar dietas que constituyen una alternativa ante el empleo de concentrados convencionales (Lezcano et al. 2010 y Solano et al. 2012). Sin embargo, su tratamiento como materia prima para elaborar aditivosconstituye una opción de la biotecnología en Cuba, que resulta de interés para la producción animal. Según se ha informado, los beneficios productivos de su uso podrían ser eficientes (Machín et al. 2016, Pérez et al. 2016 y Rodríguez 2017).

Pérez (2000) caracterizó diez lotes de crema procedentes de la destilería José A. Echeverría, de Cárdenas, Matanzas. En su estudio demostró la estabilidad bromatológica y microbiológica de este producto.Sin embargo, no se conoce si existen diferencias con respecto a las cremas que provienen de otras destilerías, que puedan interferir en la calidad del aditivo simbiótico.Este trabajo tuvo como objetivo caracterizar la composición química y microbiológica de las cremas de S. cerevisiae procedentes de diferentes destilerías cubanas, con el propósito de su uso como materia prima fundamental en la elaboración de PROBIOLEV®.

Materiales y Métodos

Origen de las cremas de S. cerevisiae. Se utilizaron cinco cremas de levadura, procedentes de diferentes empresas productoras de alcohol y derivados (figura 1). Estas plantas usan una cepa liofilizada de S. cerevisiae, importada por el Instituto Cubano de Investigación de los Derivados de la Caña de Azúcar (ICIDCA).

De cada destilería se tomaron muestras únicas (15 L) de un lote industrial de crema. Se procedió de forma homogénea, removiendo la crema en la cuba de fermentación durante cinco minutos. Las cremas se envasaron en tanques plásticos con tapas y se trasladaron hasta el laboratorio de microbiología de la Universidad de Matanzas (UM), donde se almacenaron (4 y 8ºC) y se procesaron por triplicado.

Determinación del pH. Se utilizópara medir el pH de las cremas un pHmetro digital (Sartorius Meter PP-25).

Figura 1 Origen y secuencia experimental utilizada para la determinación de los indicadores químicos y microbiológicos de las diferentes cremas de destilerías. 

Técnicas analíticas para la caracterización química. A cada lote de crema se le determinó el contenido de materia seca (MS), cenizas, materia orgánica (MO) y proteína bruta mediante el método de Kjeldalh, según la metodología descrita por la AOAC (1995). Para la proteína verdadera se utilizó el método de Berstein, citado por Meir (1986). La determinación de azúcares reductores totalesse realizó según la técnica colorimétrica del 3.5-dinitro salicílico, en la que se utilizó la glucosa como azúcar patrón (Bernfeld 1955). Para la medida de los carbohidratos totales se aplicó la colorimétrica del fenol-sulfúrico (Dubois et al.1956).

Determinación microbiológica de las cremas de S. cerevisiae. El conteo de microorganismos contaminantes se realizó de acuerdo con las normas vigentes, descritas para los estudios de calidad microbiológica de los alimentos de consumo humano y animal NC-ISO, según Bennett y Lancette (2007) (tabla 1). Para ello se realizaron diluciones seriadas de las muestras (NC ISO 6887-1: 2002) y se ejecutaron las técnicas de determinación de los microorganismos contaminantes.

Tabla 1 Pruebas microbiológicas para la determinación de microorganismos contaminantes. 

Pruebas microbiológicas Referencias NC- ISO
Recuento de coliformes fecales y totales 4832: 2010
Recuento de Pseudomonas aeruginosa 4833-1: 2014
Recuento de Staphylococcus aureus 6888-1: 2003
Recuento de Bacillus cereus 4833-1: 2014
Conteo de Salmonella en 25 mL 6579: 2008
Conteo de enterobacterias 4832: 2010

Análisis organoléptico. Para determinar las características organolépticas de cada crema en estudio se realizó un control sistemático de su olor, color y aspecto.

Análisis estadístico. A los datos químicos se les realizó estadística descriptiva, para lo que se determinó media, desviación estándar y coeficiente de variación (%). Se utilizó el paquete estadístico INFOSTAT, versión 2012 (Di Rienzo et al. 2012).

Resultados y Discusión

La tabla 2 muestra el análisis descriptivo de cada crema en estudio. La caracterización química demostró que los valores medios de cada indicador se encuentran en correspondencia con lo informado por un colectivo de autores (Álvarez 1995, Esperanza y Constanza 2007, Arratia 2009, Solano et al. 2010 y Solano et al. 2012).

Tabla 2 Composición química de las diferentes cremas de Saccharomycescerevisiae 

Indicadores Destilerías cubanas
José A. Echeverría Jesús Rabí Héctor Molina Heriberto Duquesne Melanio Hernández
Materia seca,% Media 16.78 17.29 18.12 17.40 15.71
DE 0.09 0.10 0.06 0.07 0.17
CV, % 0.54 0.60 0.30 0.40 1.08
Ceniza, % Media 18.14 18.25 17.35 16.75 17.08
DE 0.04 0.04 0.03 0.03 0.04
CV, % 0.23 0.23 0.17 0.18 0.29
Materia orgánica, % Media 81.86 81.75 82.65 83.25 82.92
DE 0.04 0.04 0.03 0.03 0.04
CV, % 0.05 0.05 0.04 0.04 0.05
Proteína bruta, % Media 38.95 39.20 40.27 39.77 38.16
DE 0.04 0.03 0.05 0.05 0.05
CV, % 0.09 0.06 0.12 0.12 0.13
Proteína verdadera, % Media 36.92 37.18 36.52 35.87 32.52
DE 0.04 0.07 0.09 0.04 0.08
CV, % 0.11 0.19 0.25 0.12 0.25
Azúcares reductores, % Media 4.12 3.96 4.52 4.86 4.23
DE 0.03 0.02 0.02 0.01 0.04
CV, % 0.61 0.53 0.34 0.21 0.85
Carbohidratos totales, % Media 5.25 4.94 6.32 5.97 5.06
DE 0.02 0.02 0.04 0.01 0.04
CV, % 0.29 0.42 0.64 0.19 0.69
pH Media 3.83 3.44 4.78 3.52 4.81
DE 0.02 0.02 0.01 0.006 0.01
CV, % 0.45 0.60 0.24 0.16 0.21

Los resultados son el promedio de tres determinaciones: desviación estándar (DE), coeficiente de variación (CV)

Los estudios desarrollados por Álvarez (1995), Pérez (2000) y Solano et al. (2010) en la evaluación bromatológica de diferentes cremas de S. cerevisiae mostraron rangos entre 15-20 % de MS, 16-18% de ceniza, 80-85% de MO, 35-40% de proteína bruta, 32-36 % de proteína verdadera, 4-6% de carbohidratos totales y 2-4% de azúcares reductores. Los valores mínimos y máximos por cada indicador analizado en este estudio se corresponden con los intervalos antes descritos.

Pérez (2000) demostró que la crema de S. cerevisiae, obtenida del proceso de fermentación en la industria del alcohol, presenta estabilidad en sus valores porcentuales. Según Guevara et al. (2014), el éxito de una buena fermentación depende de la eficacia de varios factores: concentración de azúcar, pH, temperatura óptima, contaminación por otros microorganismos, utilización de un organismo resistente a altas concentraciones de alcohol, mantenimiento de condiciones anaerobias e inmediata destilación del producto fermentado.

Estudios realizados por Aguilar et al. (2015) demostraron que el valor nutritivo de S. cerevisiae varía en dependencia del sustrato utilizado para su crecimiento y de la tecnología industrial a la que se somete la levadura. Cuando S. cerevisiae se recupera en las destilerías, su composición depende del tipo y calidad de las mieles finales de caña utilizadas como sustrato en el proceso (Estévez 2015); de las condiciones específicas de producción y del régimen de operación desarrollado en cada fábrica de alcohol (Machín et al. 2016).

Los resultados de esta investigación podrían ser consecuencia directa del proceso productivo que se realiza en cada industria alcoholera. Las diferencias en el estado técnico constructivo y en el equipamiento de cada fábrica determinan la calidad de la crema que se obtiene durante el proceso.

Independientemente de la destilería de origen, la composición de las cremas objeto de este estudio fue similar. Un aspecto importante que se debe considerar es que todas las destilerías cubanas trabajan con una tecnología definida, una misma cepa de S. cerevisiae y materias primas similares a escala industrial (mieles de caña de azúcar). Por tanto, la crema de levadura que se genera de la producción nacional de alcohol no varía prácticamente en su composición.

El proceso de fermentación en la industria de producción de alcohol y sus derivados constituye una de las fuentes más importantes de S. cerevisiae. Lo fundamental de estas cremas es el alto contenido de levaduras (70 %) que poseen en su composición (Valdés et al. 2015). En Cuba, su recuperación está limitada al excedente que queda en el fondo de los fermentadores, cuestión que afecta la cantidad de crema disponible. Si se fuera a emplear como alimento animal, su uso no sería eficiente, puesto que se produce en volúmenes discretos a escala nacional (20 000 t/año) (Machín et al. 2016). Actualmente, en el país se encuentran en explotación varias destilerías. Sin embargo, los avances en la biotecnología industrial ofrecen oportunidades potenciales para la utilización de estos residuos agroindustriales con valor agregado desde el punto de vista nutricional y mejor efecto en la fisiología y salud de los animales.

Las cremas de S. cerevisiae, al ser tratadas en un proceso biotecnológico con enzimas microbianas producidas por Bacillus subtilis (agente hidrolítico), se transforman en un producto valioso (PROBIOLEV®) con propiedades prebióticas y probióticas (Pérez et al. 2006). Al provenir de la industria azucarera, constituyen una materia primanacional de bajo costo, una alternativa más válida ante el uso de aditivos antibióticos, y una forma económicamente rentable para ampliar su perfil de uso.

PROBIOLEV®es un biopreparado íntegro, cuyo enfoque principal se orienta a los componentes de la hidrólisis de la pared celular de S. cerevisiae (oligosacáridos de glucanos y mananos), por sus antecedentes como prebiótico promotor del crecimiento en animales (Jahanian y Ashnagar 2015 y Lourenço et al. 2016), y a las células viables de B. subtilis y sus endosporas, microorganismo probiótico que favorece el incremento de la biota intestinal benéfica y activa la respuesta inmune (Díaz et al. 2017 y Milián et al. 2019).Por su composición, PROBIOLEV® se considera un aditivo con alto potencial de actividad simbiótica.

Pérez et al. (2005), Piad et al. (2006) y Pérez et al. (2015) demostraron que cuando se aplica PROBIOLEV® en la dieta de los animales se promueve la microbiota benéfica, unido al efecto defensivo potente que ejerce ante la colonización de patógenos y oportunistas, pues refuerza la función de la barrera intestinal. Según los autores citados, este preparado biológico provocó mayor eficiencia en la conversión alimentaria, en la uniformidad del peso corporal y en los rendimientos productivos de las aves que lo consumieron.

El bajo costo de producción de PROBIOLEV® y la alta disponibilidad de su materia prima (desecho obtenido de la industria de producción de alcohol y derivados, rico en S. cerevisiae), que constituye un contaminante del medio ambiente, fundamentan la factibilidad económica de la utilización de este aditivo. A ello se une el incremento de los niveles de producción de carne, leche y huevos en los animales de interés zootécnico, debido a la disminución de la carga microbiana patógena (Piad et al. 2006 y Rodríguez et al. 2015).

Las cremas de destilería se han empleado directamente durante años en la dieta de cerdos. Solano et al. (2012) lograron sustituir con esta crema de S. cerevisiae 30% de la proteína que aporta la harina de soya; además de suplir las vitaminas del complejo B (excepto la B-12) de la premezcla porcina, sin que se afectaran los rasgos del comportamiento productivo en estos animales. No obstante, por las cantidades de estos componentes (proteínas y vitaminas) en el producto (crema) y en las dietas, sus efectos pudieran ser de menor importancia si se comparan con la posibilidad de ampliarla actividad de los oligosacáridos de glucanos, mananos y las células de B. subtilis y sus endosporas.

No obstante, para lograr que PROBIOLEV® tenga propiedades biológicamente estables para el desarrollo y crecimiento animal, es necesario realizar un análisis químico y estudios de calidad microbiológica, debido a que una de las materias primas fundamentales para su elaboración, que es la crema de S. cerevisiae, no procede de la misma fuente.

La tabla 3 muestra los resultados de la caracterización microbiológica de las cremas en estudio. Se determinó que las poblaciones de los diferentes microorganismos analizados se encuentran en los rangos normales definidos por las NC-ISO para los estudios de microbiología de los alimentos destinados al consumo humano y animal. Este hecho corrobora la ausencia de viables contaminantes en este tipo de producto. No se encontraron alteraciones perceptibles, independientemente de la destilería de la que provienen las cremas.

Tabla 3 Análisis microbiológico de las diferentes cremas de Saccharomyces cerevisiae

Pruebas microbiológicas Destilerías cubanas
José A. Echeverría Jesús Rabí Héctor Molina Heriberto Dukuesne Antonio Sánchez
Recuento de Bacillusspp. (UFC mL-1) - - - - -
Recuento de levaduras viables (UFC mL-1) 103 <103 103 <103 <103
Recuento de coliformes fecales y totales Negativo Negativo Negativo Negativo Negativo
Recuento de Pseudomonas aeruginosa Negativo Negativo Negativo Negativo Negativo
Recuento de Staphylococcus aureus Negativo Negativo Negativo Negativo Negativo
Recuento de Bacillus cereus Negativo Negativo Negativo Negativo Negativo
Conteo de Salmonella en 25 mL No presencia No presencia No presencia No presencia No presencia

Durante el envase y transportación de las cremas procedentes de diferentes provincias, las condiciones de asepsia favorecieron que no proliferaran agentes microbianos extraños durante el período de almacenaje (10 d, en condiciones ambientales) hasta su procesamiento. Las condiciones extremas del medio (pH ácido) disminuyen las posibilidades de crecimiento y desarrollo de gérmenes dañinos en las cremas. Estas características permiten su utilización y almacenamiento en lugares de producción donde no existan posibilidades de conservación a bajas temperaturas.

Además del estudio químico y microbiológico, se realizó un análisis organoléptico. Los resultados mostraron coloración normal, marrón; olor característico, a alcohol ligeramente, con tendencia ácida, y aspecto normal. Esto significa que no hubo presencia de partículas extrañas ni indicios de contaminación.

A partir de los resultados obtenidos se concluye que las diferentes cremas de S. cerevisiae, sin considerar la destilería de origen, presentan características químicas y microbiológicas que posibilitan su utilización para elaborar el aditivo simbiótico PROBIOLEV® por vía biotecnológica. En los momentos actuales, este aditivo no se produce ni se aplica a escala de producción. No obstante, el estudio realizado resulta de gran interés porque posibilita, sin lugar a dudas, el uso racional y factible de reciclar la crema de levadura de S. cerevisiae, elaborada a partir de un residuo agroindustrial contaminante con efecto nocivo para el medio ambiente.

References

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Recibido: 23 de Diciembre de 2019; Aprobado: 03 de Junio de 2020

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