Biotecnología para una mejor alimentación

Dr. Gerardo Hernández-Carbajal

TecNM/Instituto Tecnológico Superior de Santiago Papasquiaro

Dr. Nicolás Óscar Soto-Cruz

TecNM/Instituto Tecnológico de Durango

La biotecnología es un área multidisciplinaria que genera desarrollos tecnológicos, que son aplicados en diversos campos del quehacer humano, entre ellos el procesamiento de alimentos. Los procesos biotecnológicos contribuyen al procesamiento de alimentos de diversas maneras, como la producción de insumos para la agricultura, la producción de nutrimentos para enriquecer o complementar alimentos, la aplicación de microorganismos y enzimas para el procesamiento de alimentos, así como la producción de aditivos para mejorar las propiedades de los alimentos.

Existe un amplio consenso en que el acceso a alimentos suficientes y seguros es un derecho que debe garantizarse a todos los ciudadanos del mundo (Pretty, 2008). La biotecnología contribuye a ello mediante la producción de biopesticidas, bioherbicidas y biofertilizantes. El 90% de los biopesticidas son obtenidos a partir la bacteria Bacillus thuringiensis, que produce esporas capaces de destruir las células de los intestinos de insectos como larvas de orugas de la col, taladro del maíz, gusanos cortadores, gusanos cogolleros y larvas de polilla de la harina (Jallouli et al., 2020). En cuanto a los bioherbicidas, las técnicas de la biotecnología permiten aprovechar aceites esenciales de algunas plantas o generar formulaciones basadas en hongos, los cuales impiden la germinación de semillas o atacan la raíz de hierbas indeseables que afectan el rendimiento de cultivos para la alimentación. Los bioherbicidas cuentan, además, con la ventaja de que las hierbas no generan resistencia a este tipo de tratamientos, como sucede con los herbicidas producidos por síntesis química (Júnior et al., 2019). 

Otro aporte de la biotecnología a la producción agrícola es la producción de biofertilizantes que son formulaciones de microorganismos para mejorar la disponibilidad de nutrimentos o producen fitohormonas reguladoras de funciones como el crecimiento de las raíces, germinación de las semillas, floración y fructificación (Mahmud et al., 2021).

La biotecnología también ha hecho contribuciones importantes a nuestra salud y nuestra alimentación. Diversas evidencias demuestran que el uso de fermentaciones para procesar alimentos existe desde hace al menos 14,000 años, que fue una de las actividades que llevaron al ser humano a pasar de cazador y recolector a formar comunidades agrícolas. Se considera que alimentos fermentados como el té de kombucha y el kéfir tienen beneficios a la salud como una mejora de la función hepática, la estimulación del sistema inmunológico y la promoción de la digestión. Hay evidencia científica suficiente para afirmar que, durante la fermentación, los microorganismos modifican los componentes del alimento original volviendo algunos nutrimentos más disponibles y/o produciendo otros que pueden desempeñar funciones importantes en la salud del consumidor. Muchos de esos beneficios dependen, en gran medida, de las condiciones en que la fermentación se lleva a cabo, por lo que es mejor consumir los productos elaborados bajo condiciones controladas, que los caseros (Lavefve et al., 2019). 

Las levaduras tienen un papel fundamental en la producción de pan y vino, mientras que la producción de yogur se debe a la actividad de bacterias lácticas seleccionadas. Los anteriores son ejemplos del uso de microorganismos para el procesamiento de alimentos que se producen incluso antes de que se tuviera conocimiento de que son los microorganismos los responsables de la transformación de las materias primas (Bhatia, 2016). Algunos productos conservan los microorganismos vivos hasta el momento de consumirlos, como en el caso del yogurt o los quesos madurados (Paredes‐López et al., 1988), mientras que, por ejemplo en el vino y el pan se consumen sin que estos se mantengan viables.

En otros casos, los microorganismos participan de manera indirecta en el procesamiento de alimentos, por ejemplo, cuando son utilizados para la producción de nutrimentos, como vitaminas y aminoácidos, aditivos como conservadores, aromas, saborizantes o colorantes, pero también para producir enzimas, que actúan como agentes que transforman materias primas (Singh & Kumar, 2019). 

Hoy en día, muchos alimentos procesados contienen nutrimentos añadidos y los consumidores han generado una gran conciencia con respecto a la seguridad de los ingredientes de los alimentos que consumen. Esto ha conducido al desarrollo de procesos biotecnológicos para la sustitución de los procesos químicos, donde el reto más importante es el bajo costo y eficiencia de los métodos químicos. Las investigaciones actuales buscan microorganismos capaces de producir eficientemente, por ejemplo, vitaminas del complejo B (Wang et al., 2021). El ácido L-ascórbico (vitamina C), es otro ejemplo de una vitamina que se obtiene a nivel industrial por medios biotecnológicos y se utiliza ampliamente en las industrias alimentarias como conservador, mientras que la vitamina A se produce por medio de hongos, bacterias y algunas algas. Un ejemplo más es la vitamina D3 (ergosterol) que se produce por medio de levaduras (Wang et al., 2021).

El procesamiento de alimentos cuenta, entre sus recursos tecnológicos, con el uso de enzimas para mejorar el valor nutricional y el sabor de los alimentos. Una revisión concisa y reciente sobre el uso de enzimas en procesamiento de alimentos fue publicada por Sing y Kumar (2019), pero algunos ejemplos del uso de enzimas en diversas industrias alimentarias se mencionan a continuación. La β-glucosidasa, también conocida como lactasa, descompone la lactosa de la leche en sus dos componentes más simples, glucosa y galactosa, con lo que se logra que las personas intolerantes a la lactosa puedan incluir productos lácteos en su dieta. La lactosa es un azúcar que, a bajas temperaturas, tiende a cristalizar más fácilmente que sus componentes, por lo que la lactasa es usada para evitar una textura arenosa en la elaboración de helados. En la misma industria láctea, se puede mencionar el uso de quimiotripsina, que promueve la coagulación de las proteínas de la leche con lo que se logra la fabricación de quesos. La papaína es usada para ablandar carnes, mientras que enzimas como amilasa, proteasa, lipoxidasa y lactasa se utilizan para mejorar la calidad del pan. Por otra parte, las enzimas pectinasas son usadas para la clarificación de jugos, mientras que la tannasa permite aumentar la solubilidad y disminuir la turbidez del té.

La biotecnología cuenta con otras herramientas que contribuyen a la producción y procesamiento de alimentos, pero de ellas hablaremos en otro artículo. Solo por mencionar un ejemplo, se debe considerar que diversos microorganismos pueden ayudar al procesamiento de alimentos, pero son también numerosos los deterioradores de alimentos, pudiendo incluso producir compuestos nocivos. La biotecnología cuenta con técnicas tanto para aprovechar la actividad de los microorganismos benéficos, como para detectar y controlar la presencia de microorganismos que deterioran los alimentos.

Referencias:

Bhatia, S. C. (2016). Food Biotechnology (1st ed.). WPI Publishing. https://doi.org/doi.org/10.1201/9781315156491

Jallouli, W., Driss, F., Fillaudeau, L., & Rouis, S. (2020). Review on biopesticide production by Bacillus thuringiensis subsp. kurstaki since 1990: Focus on bioprocess parameters. Process Biochemistry, 98, 224–232. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.procbio.2020.07.023

Júnior, F. W. R., Scariot, M. A., Forte, C. T., Pandolfi, L., Dil, J. M., Weirich, S., Carezia, C., Mulinari, J., Mazutti, M. A., Fongaro, G., Galon, L., Treichel, H., & Mossi, A. J. (2019). New perspectives for weeds control using autochthonous fungi with selective bioherbicide potential. Heliyon, 5, e01676. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2019.e01676

Lavefve, L., Marasini, D., & Carbonero, F. (2019). Chapter Three – Microbial Ecology of Fermented Vegetables and Non-Alcoholic Drinks and Current Knowledge on Their Impact on Human Health (F. B. T.-A. in F. and N. R. Toldrá (ed.); Vol. 87, pp. 147–185). Academic Press. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/bs.afnr.2018.09.001

Mahmud, A. A., Upadhyay, S. K., Srivastava, A. K., & Bhojiya, A. A. (2021). Biofertilizers: A Nexus between soil fertility and crop productivity under abiotic stress. Current Research in Environmental Sustainability, 3, 100063. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.crsust.2021.100063

Paredes‐López, O., Harry, G. I., & Murray, E. D. (1988). Food biotechnology review: Traditional solid‐state fermentations of plant raw materials — application, nutritional significance, and future prospects. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 27(3), 159–187. https://doi.org/10.1080/10408398809527483

Pretty, J. (2008). Agricultural sustainability: concepts, principles and evidence. Philosophical Transactions of the Royal Sciety B, 363, 447–465. https://doi.org/https://doi.org/10.1098/rstb.2007.2163

Singh, P., & Kumar, S. (2019). Chapter 2 – Microbial Enzyme in Food Biotechnology (M. B. T.-E. in F. B. Kuddus (ed.); pp. 19–28). Academic Press. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/B978-0-12-813280-7.00002-5

Wang, Y., Liu, L., Jin, Z., & Zhang, D. (2021). Microbial Cell Factories for Green Production of Vitamins. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, 9, 473. https://doi.org/10.3389/fbioe.2021.661562