Lactobacillus pentosus en la alimentación animal. Artículo de revisión

Lactobacillus pentosus in Animal Feeding. Review

Florentino Uña Izquierdo*, Ileana Sánchez Ortiz**, Redimio Pedraza Olivera*, Amilcar Arenal Cruz*

* Facultad de Ciencias Agropecuarias, Universidad de Camagüey Ignacio Agramonte Loynaz, Cuba

** Centro de Ingeniería Genética y Biotecnología, Camagüey, Cuba. amilcar.arenal@reduc.edu.cu

RESUMEN

Esta revisión tuvo el objetivo de evaluar la participación de Lactobacillus pentosus en la esfera de la producción de alimentos. Se consultaron revistas especializadas en la producción avícola y otras relacionadas con la producción animal en general, cuyo descriptor principal fue Lactobacillus. Se constató que L. pentosus es una especie versátil encontrada en varios nichos; presentes también en la preparación de muchos alimentos fermentados y en la secreción de diversas sustancias de carácter antimicrobiano. La especie, además, contribuye a disminuir la contaminación ambiental. Existen pocas investigaciones sobre su participación en la producción agropecuaria de carne y aves.

Palabras clave: producción de carne, bacteriocinas, biosurfactantes, probióticos.

ABSTRACT

This review aimed to assess the involvement of Lactobacillus pentosus in the field of food production. Journals specialized in poultry and animal production in general were reviewed. The main descriptor used was Lactobacillus. It was found that L. pentosus is a versatile species found in a variety of environmental niches, which has a significant presence in the preparation of many fermented foods; also in the secretion of various substances of antimicrobial character, and it contributes to reduce environmental pollution. There are very few researches on the participation of L. pentosus in the agricultural production of meat and poultry.

Keywords: meat production, bacteriocins, biosurfactants, probiotic.

Las bacterias ácido lácticas (LAB) son conocidas por su uso y responsabilidad en la preservación de alimentos como la leche, carne, verduras y panes; debido a las capacidades fermentativas y de seguridad o en la combinación con otros tratamientos convencionales (Powthong y Suntornthiticharoen, 2015).

El género Lactobacillus comprende un grupo heterogéneo de microorganismos en forma de cocobacilos o bastones, de bajo contenido de bases G+C, Gram positivo, generalmente catalasa negativos, no esporulados y anaeróbicos (Bernardeau et al., 2008). Los microorganismos probióticos más representativos pertenecen a este género (Parra-Huertas, 2010).

Hasan et al. (2015) informa que los probióticos más empleados en la producción animal son L. acidophilus y S. cerevisiae. Lactobacillus pentosus sólo se menciona en el caso de los equinos; sin embargo, existe nuevos reportes de su posible uso como probióticos.

La especie Lactobacillus pentosus se omitió de las Listas Acreditadas de Nombres Bacterianos y fue incluida dentro de Lactobacillus plantarum; sin embargo, Zanoni et al. (1987) demostraron, a través de estudios moleculares y bioquímicos, que las cepas aisladas en el forraje de maíz conservado en silo, designadas como L. pentosus NCDO 363 (= ATCC 8041) eran distintas de Lactobacillus plantarum.

En Cuba las primeras investigaciones para obtener probióticos, referidas al género de los Lactobacillus se desarrollaron en el Instituto Cubano de Investigaciones de los Derivados de la Caña de Azúcar (ICIDCA). Las cepas de Lactobacillus salivarius y Bacillus spp. se emplearon en pollos de ceba (Brizuela et al., 2001; Brizuela, 2003). Recientemente, Lactobacillus pentosus demostró modular positivamente la respuesta inmune en pollos (García-Hernández et al., 2016). Esta revisión tiene el objetivo de evaluar la participación integral de Lactobacillus pentosus en la esfera de la producción de alimentos.

DESARROLLO

Aislamientos en la producción de alimentos de origen vegetal y animal

Alimentos de origen vegetal

Aceitunas

La cepa L. pentosus DSM 16366 se aisló en la fermentación de aceitunas verdes y la consideran de interés tecnológico que podría usarse como una cepa iniciadora en los cultivos (Papadelli et al., 2015).

La bacteria ácidoláctica que prevalece en la fermentación de aceitunas verdes de mesa es Lactobacillus pentosus (Maldonado-Barragán et al., 2011), una cepa productora de bacteriocinas con propiedades biotecnológicas y probióticas. Lactobacillus pentosus MP-10 se aisló de las salmueras de las aceitunas verdes de mesa fermentadas naturalmente y presentó potencial probiótico, como la inhibición de patógenos en humanos, tales como Salmonella enterica, Listeria monocytogenes, Bacillus cereus, Staphylococcus aureus, y Enterococcus faecalis (Abriouel et al., 2011).

De las aceitunas industrialmente fermentadas se aislaron dos cepas de Lactobacillus: L. pentosus B281 y L. plantarum B282, (Doulgeraki et al., 2013) y luego se utilizaron para demostrar que L. pentosus B281 resultó más eficaz por sobrevivir al final de la fermentación a niveles de 8 y 10 % en salmuera y además colonizar la superficie de la aceituna española de 6,0 a 7,0 log10 unidades formadoras de colonias (ufc) g-1 (Blana et al., 2014).

Rodríguez-Gómez et al. (2013) observaron las potencialidades de L. pentosus TOMC-LAB2 como probiótico por su resistencia a la digestión de los jugos gástrico y pancreático, autoagregación, hidrofobicidad, producción de bacteriocinas y desconjugación de sales biliares. Con esta cepa, se desarrolló en olivos una nueva matriz para suministrar probióticos, fundamentalmente para consumidores intolerantes a la leche y sus derivados y que requieran dietas bajas en colesterol (Rodríguez-Gómez et al., 2014).

Forraje

L. pentosus ITA23 y L. acidipiscis ITA44 se aislaron del forraje de la morera (Morus alba) conservada en silo. Las cepas t uvieron alta tolerancia al ácido y bilis, actividad antioxidante, además presentaron actividad antioxidante y habilidad para producir ácidos grasos (Altaher et al., 2015).

Aserrín fermentado

Lactobacillus pentosus LMG10755T se encontró en aserrín fermentado. La cepa se empleó como referencia para caracterizar Lactobacillus xiangfangensis sp., que se aisló en encurtidos en China, con la cual presenta 98,9 % de identidad con la secuencia de 16S RNAr (Gu et al., 2012).

En Malasia se aislaron tres lactobacilos procedentes de frutas y comidas fermentadas: Lactobacillus fermentum Te007, Pediococcus pentosaceus Te010 y Lactobacillus pentosus G004; todos ellos con actividad antifúngica contra Aspe rgillus oryzae y Aspergillus niger (Muhialdin et al., 2011). La mejor combinación resultó ser Lactobacillus pentosus G004 y Lactobacillus fermentum TE007, con inhibición total del crecimiento de ambos microorganismos.

Sánchez Ortiz et al. (2013) aislaron Lactobacillus sp. IC1 de las fermentaciones ácidolácticas de Brassica oleracea, quienes lo confirman como género que predomina en este tipo de aislamiento. La cepa fue capaz de estimular el sistema inmune y el crecimiento en camarones Litopenaeus vannamei (Sánchez Ortiz et al., 2013).

Bebidas y masa fermentada

L. pentosus ST712BZ está presente en la boza, una bebida tradicional búlgara preparada a partir de varios cereales. Esta cepa es productora de bacteriocinas (Todorov y Dicks, 2006).

La cepa L. pentosus SJ65A se aisló de la masa fermentada de Uttapam, que se utiliza en la preparación de pancake al sur de la India. La cepa tiene capacidad productora de compuestos antibacterianos efectivos frente a Staphylocccus aureus MTCC 737, Listeria monocytogenes MTCC 657, (Saraniya y Jeevaratnam, 2014).

Alimentos de origen animal

Salchichas

En salchichas fermentadas Escandinavas, se identificó la cepa de L. pentosus MF1300 y dos de L. plantarum (MF1291 y MF1298), cuya presencia en ellas inhibe el crecimiento de bacterias patógenas, lo que ayuda en la conservación del producto (Klingberg y Budde, 2006). Su presencia en los alimentos puede servir como un sistema de entrega de los probióticos para consumo humano (Cavalheiro et al., 2015).

Se aisló la cepa L. pentosus MR 483 de 99 cepas de Lactobacillus encontradas en un tipo de salchicha de carne fermentada (Wakalim), tradicional de Etíopía. Por tener poca tolerancia (0,3 %) a las sales biliares in vitro es dudosa su utilidad como probiótico (Bacha et al., 2009).

L. pentosus KCA1 se empleó en el procesamiento de la leche para producir yogurt, como finalizadora de la fermentación aumentó la producción de ácido láctico y la disminución del pH, sobreviviendo al almacenamiento a 4° C durante 49 días a 5,5 x 106 log10 ufc ml-1 (Anukam y Olise, 2012).

Lactobacillus pentosus B231 se aisló de la leche cruda de vaca utilizada en la producción artesanal de queso PDO portugués. Se caracterizó parcialmente la Bacteriocina B231 producida por el microorganismo y resultó muy dependiente del tipo de medio de cultivo utilizado en crecimiento de este lactobacilo (Guerreiro et al., 2014).

En la provincia de Xinjiang (China), se aisló de los productos de la leche fermentada, una cepa que es clasificada como L. pentosus (ATCC8041) a través de análisis de secuenciación del gen 16S ARNr. Más tarde fue utilizada para fermentar leche y producir yogurt; sin embargo, al fermentar la xilosa se afecta el sabor del yogurt (Pan et al., 2014).

En una región de Irán se aislaron de la mantequilla procedente de leche agria de ovejas, dos cepas de Lactobacillus: L. brevis LB32 y L. pentosus LP05 (Mojgani et al., 2015). Las dos especies se confirmaron por secuenciación del 16S ARNr. Se determinó que eran catalasa y oxidasa negativas, heterofermentativas (productoras de ácido y gas a partir de la glucosa), no móviles que crecían bien a 15º C. Ambas cepas inhibieron el desarrollo de Listeria monocytogenes, Salmonella enteritidis, Shigella dysenteriae, Staphylo-coccus aureus, and Streptococcus pneumonia y con perspectivas de ser usadas en los productos lácteos o la industria farmacéutica en el futuro.

Producción de enzimas, surfactantes, sustancias antimicrobianas y bacteriocinas

Las bacterias ácidolácticas (LAB), microorganismos designados como GRAS (generalmente reconocidos como seguros), son productoras de sustancias con actividad bactericida y que ejercen fuerte actividad antagónica contra varios patógenos y microbios que deterioran los alimentos (Bhattacharya y Das, 2010). Sus propiedades antimicrobianas se deben a la formación de ácidos orgánicos, etanol, diacetyl, H2O2 y compuestos proteicos, conocidos como bacteriocinas.

Enzimas

La cepa L. pentosus MP-10 manifiesta propiedades probióticas y nutritivas, gracias a la liberación de enzimas como la fitasa, tanasa, hidrolasa de sales biliares, estaquiasa y también con capacidad de degradación de rafinosa, importantes en el proceso digestivo (Abriouel et al., 2011). Recientemente, un análisis de proteómica de la cepa MP-10, indicó las proteínas involucradas en los mecanismos de resistencias para ambientes estresantes (Muñoz et al., 2016).

Se dio a conocer que la tanasa (tanino acil hidrolasa, CEE 3.1.1.20) cataliza específicamente la hidrolisis de los enlaces galloilester, en taninos hidrolizados que ocurren ampliamente en el reino de las plantas y se considera que son una estrategia proteccionista contra el ataque microbiano (Aguilar et al., 2007).

Surfactantes

Los surfactantes se usan en la industria alimentaria desde hace muchos siglos. La combinación de características particulares como emulsionantes, antiadhesivos y su actividad antimicrobiana, hacen pensar en su aplicación potencial como ingredientes multiusos o aditivos emulsificadores de productos alimenticios (Kralova y Sjöblom, 2009).Recientemente, se caracterizaron y utilizaron un biosurfactante producido por la cepa de L. pentosus CECT-4023 T (ATCC-8041) para acelerar la biorehabilitación de suelos contaminados con octano; lo que mejora la solubilidad de este en la fase acuosa de tierra, aun con mejores resultados que aquéllos alcanzados con dodecil-sulfato de sodio, un surfactante aniónico sintético después de un tratamiento de 15 días (Moldes et al., 2013; Vecino et al., 2015).

Producción de sustancias

Las bacterias ácidolácticas (LAB) juegan un papel esencial en la mayoría de fermentaciones de alimentos, además de inhibir el crecimiento de bacterias patógenas en los alimentos que las contienen. Pudiera ser debido a la reducción de pH por los ácidos orgánicos producidos o su habilidad de producir una variedad de substancias antimicrobianas (Iranmanesh et al., 2015).

Bacteriocinas

L. pentosus cuyo título de bacteriocinas es de 1 600 AU ml-1- se destaca dentro de las bacterias ácidolácticas aisladas en el yogurt, suero de leche y leche procedente de ovejas en dos localidades de Azarbayjanesharqi, región al noroeste de Irán (Iranmanesh et al., 2015). Esta cepa manifesta alto efecto inhibitorio contra varias bacterias Gram (+) y Gram (-) (Staphylococcus aureus, Listeria monocytogenes y Salmonella enteritidis).

El uso de Lactobacillus como probióticos y bioprotectores, entre los cuales se encuentra L. pentosus 31-1, produce bacteriocinas que mejoran la seguridad y funcionalidad de la salchicha de esturión, con mejor seguridad de almacenamiento y forma de entrega del probiótico (Wang et al., 2015). Por otra parte, L. pentosus B231 es productor de la bacteriocina B231, una pequeña proteína con una masa relativa de aproximadamente 5 kDa, tiene actividad contra varias cepas silvestres de Listeria monocytogenes, Listeria ivanovii y Listeria innocua (Guerreiro et al., 2014).

El crecimiento de L. pentosus ST712BZ está influenciado por el medio utilizado. Se empleó la triptona como fuente importante de nitrógeno y necesaria para la óptima producción de bacteriocina ST712BZ; esta inhibió el crecimiento de Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Enterococcus faecalis, Klebsiella pneumoniae y Lactobacillus casei y curvatus (Todorov y Dicks, 2007).

El crecimiento de L. pentosus TV35b en medio MRS (Biolab) produce pentocina TV35b que resultó activa contra Clostridium sporogenes, Clostridium tyrobutyricum, L. curvatus, L. fermentum, Lactobacillus sake, L. innocua, Propioni bacterium acidipropionici, Propioni bacterium sp. y Candida albicans (Okkers et al., 1999).

Diariamente se genera gran cantidad de subproductos y residuos agroindustriales que cuando no son convenientemente reciclados o procesados causan diversos problemas ambientales. Una vía para combatir la polución medioambiental es el tratamiento biotecnológico de los residuos. Estos en su mayoría de naturaleza lignocelulósica pueden utilizarse para la producción biotecnológica de diferentes aditivos alimentarios, como el ácido láctico, y tienen que someterse a varias etapas de fraccionamiento; por ejemplo, partir de hidrolizados hemicelulósicos de las podas de sarmiento realizadas al tronco de la vid con L. pentosus CECT-4023T (ATCC-8041) (Bustos et al., 2004).

El procesamiento industrial de la papa genera una gran cantidad de residuos que causan polución de las aguas, aire y suelos, problema cuya solución no se encuentra todavía. En tal sentido se utilizaron L. casei, L. plantarum y L. pentosus, para hidrolizar el almidón procedente de los residuos de la papa y lograr producir ácido láctico y su subsiguiente polimerización en ácido polyláctico y xanthan, precursores de polímeros renovables y biodegradables con el objetivo de sustituir plásticos a base de petróleo (Bilanovic et al., 2011).

La producción intensiva y el uso de hidrocarburos contribuyen a la contaminación medioambiental, con aportes de gases de efecto invernadero y compuestos cancerosos policíclicos. La utilización de residuos lignocelulósicos, previamente hidrolizados y luego en un proceso fermentativo con L. pentosus CECT-4023T (ATCC-8041) originaron la producción de biosurfactantes por vía biotecnológica; esto implica prevenir con ello la quema de residuos agrícolas en el campo y evitar que se produzcan ciertos gases como CO2, CH4, y N2O que causan efecto invernadero (Moldes et al., 2007).

Producción y salud en monogástricos

La capacidad probiótica de las bacterias y levaduras está dada, principalmente, por la estimulación del sistema inmune y la estimulación del crecimiento. Para la selección de las cepas varios ensayos in vitro permiten predecir la posibilidad de usarlas como probióticas (tolerancia a la acidez, actividad antagonista frente a patógenos, resistencia a antibióticos, entre otras). Mahasneh et al. (2015) analizaron 17 cepas del género Lactobacillus provenientes de fermentos vegetales; de ellas, tres fueron L. pentosus.

Organismos acuáticos

La inclusión de L. pentosus LB-31 en la dieta de truchas arcoiris (Oncorhynchus mykiss) a concentración de 107 ufc·g-1, originó la producción significativa de citoquinas IL-1 (P 0,05) IL-8 (P 0,001) y TNF (NS). También el comportamiento de las citoquinas cuando se empleó la mezcla de L. pentosus LB-31 con Wickerhamomyces anomalus LV-6 en un segundo tratamiento, resultó con valores similares para IL-1 y TNF, lo que manifiesta la acción inmunomoduladora, de ambos microorganismos (Sánchez, 2016). Los autores detectaron mayor presencia de L. pentosus en el intestino de todas las truchas, lo que expresa que tuvo la capacidad de colonizar el intestino de los peces, a diferencia de W. anomalus que no se detectó.

En el cultivo intensivo del camarón, ante cualquier síntoma de enfermedad se recurría al uso incontrolado de agentes químicos como los antibióticos, cuyo uso indiscriminado puede provocar la aparición de cepas bacterianas multiresistentes con incidencia en la salud del consumidor (Soto-Rodríguez et al., 2012). En camarón se han probado varias especies de Lactobacillus, generalmente cepas provenientes de vertebrados (Kongnum y Hongpattarakere, 2012). La cepa Lactobacillus sp. IC1 suministrada en estanques de agua de cultivo del camarón Litopenaeus vannamei cada 24 h a concentración de 1-2 x 104 ufc ml-1, provocó un aumento el peso y de la actividad de las enzimas que mejoraron el comportamiento de los parámetros inmunológicos de las postlarvas (fenoloxidasa y superóxidodismutasa) (Sánchez Ortiz et al., 2013).

Del intestino de Anguilla japonica fue aislada la cepa PL11 identificada como L. pentosus. PL11 poseía características como potencial probiótico con tolerancia al ácido y la bilis, además de producción de enzimas digestivas, actividad antibacterial, inhibición de patógenos y adhesión a mucus intestinal (Lee et al., 2015). Anteriormente se había demostrado la propiedad de esta cepa en estimular el sistema inmune de Anguilla japonica y la capacidad antioxidante cuando fue desafiada con Edwardsiella tardó en reducir la expresión de superóxido dismutasa, catalasa y de estrés térmico (HSP70) (Lee et al., 2013).

Equinos, cerdos y aves

Pocos estudios informan la eficacia de los probióticos en la prevención o tratamiento de enfermedades entéricas en equinos (Boyle et al., 2013).

Para prevenir la diarrea neonatal un grupo de potrillos se trató con una dosis oral de 2 x 1011 ufc de L. pentosus WE7 deshidratado, durante 7 días.

Los resultados no demostraron de manera evidente en el animal la capacidad probiótica quizás por carecer de una microflora intestinal, desarrollada para tolerar una dosis alta de L. pentosus (Weese y Rousseau, 2005). Según los autores algunos probióticos pueden ser incapaces de colonizar el tracto gastrointestinal de caballos y es por consiguiente, improbable que ellos pueden actuar más allá de su período de administración.

Cerdos

En lechones destetados se suministró una mezcla de cinco cepas de Lactobacillus murinus DPC6002 y DPC6003, Lactobacillus salivarius DPC6005, L. pentosus DPC6004 y P. pentosaceous DPC600. Resultó en menor incidencia, severidad y duración de diarreas cuando desafió a una cepa de Salmonella typhimurium (Casey et al., 2007).

En cerdos Yorkshire-Landrace x L35 con peso inicial promedio entre 7 y 8 kg, recién destetados, se incluyó diariamente en el pienso L. pentosus LB-31 a 108 ufc g-1 de alimento. A los 42 días los cerdos alcanzaron incrementos significativos (P < 0,05) del peso vivo final; que fue resultado de un incremento dela ganancia media diaria con menor conversión alimentaria y, además, la reducción de diarreas (P < 0,001) (Sánchez, 2016).

Aves

A partir de las excretas de pollos fermentadas se aislaron L. pentosus LB-31, W. anomalus LV-6. Se incluyeron en la dieta de pollos de ceba de manera individual o mezclados L. pentosus LB-31 (109 ufc g-1), y W. anomalus LV-6 (108ufc·g-1). Al sacrificio a los 42 días el peso relativo, peso vivo de los ciegos y el hígado no difirieron entre sí, el menor peso del intestino delgado vacío le corresponde al tratamiento de L. pentosus, así como el mayor valor de grasa abdominal. Las concentraciones de Lactobacillus, levaduras y coliformes del contenido cecal no fueron diferentes; lo que indicó un estado de eubiosis intestinal. La concentración de ácidos grasos volátiles y el pH del contenido cecal se comportaron de modo similar. No se detectó significación en los contenidos de hemoglobina y hematocrito en sangre y las proteínas totales en el suero sanguíneo. En cuanto a los indicadores productivos, el consumo y la conversión del alimento no difirieron; el peso vivo y la ganancia de peso vivo entre el grupo control y el grupo con la adición de L. pentosus LB-31, fueron similares. La canal y la pechuga en los grupos experimentales fueron superiores (P 0,05) respecto al control. Los resultados indicaron que la inclusión del L. pentosus LB-31, W. anomalus LV-6 y su mezcla no antagónica en la dieta de los pollos de ceba produjo respuesta de tipo probiótica en indicadores de salud y crecimiento animal (García-Hernández et al., 2016).

En Malasia, se evaluaron indicadores productivos en pollos de ceba comerciales (Cobb 500) que recibieron una dieta sólida con 0,1 % de una mezcla de L. pentosus ITA23 y Lactobacillus acidophilus ITA44; cada una a 109 células kg-1 de alimento. La ingestión de alimentos y la conversión alimentaria resultaron significativos (P 0.0), mientras que el peso corporal y la ganancia de peso no difieren en pollos sacrificados a los 35 días de edad. Los autores manifiestan que es probable que los Lactobacillus spp. actúen como un probiótico al eliminar las bacterias patógenas, por tanto manteniendo un mejor ambiente intestinal para la digestión y absorción de nutrientes (Altaher et al., 2015).

CONCLUSIONES

Lactobacillus pentosus está presente en la preparación de variados alimentos fermentados de origen vegetal y animal.

Su carácter potenciador del proceso digestivo, antimicrobiano y descontaminante del medio ambiente, está dado por la secreción de sustancias intracelulares.

Existen pocas investigaciones sobre su utilización como aditivo en la producción agropecuaria de carne y aves.

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Recibido: 22-5-2016
Aceptado: 1-6-2016

Florentino Uña Izquierdo, Centro de Ingeniería Genética y Biotecnología, Camagüey, Cuba. amilcar.arenal@reduc.edu.cu