El Proceso Biotecnológico del Yogur Probiótico con Inulina

La biotecnología ha desempeñado un papel fundamental en la transformación de los sistemas de producción de alimentos desde tiempos remotos, especialmente mediante el uso de procesos fermentativos que dieron origen a productos esenciales para la nutrición humana, como el yogur. Este estudio tiene como objetivo describir el proceso de elaboración de un yogur probiótico suplementado con inulina como fuente de fibra dietaria. La fermentación, uno de los procesos biotecnológicos más antiguos, ha contribuido no solo a mejorar la conservación e inocuidad de diversos alimentos, sino también a incrementar su valor nutricional y sensorial. En este contexto, la biotecnología aplicada a los alimentos cobra relevancia al posibilitar la optimización y control de los procesos microbianos.

Fundamentos del Yogur y la Fermentación Láctica

El yogur es un gel de apariencia viscosa, resultante de la acidificación microbiana de la leche. Es un producto lácteo coagulado obtenido por fermentación láctica mediante la acción de Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus y Streptococcus salivarius subsp. thermophilus a partir de leche pasteurizada. La fermentación láctica constituye la base de su elaboración, un proceso que consiste en la conversión de lactosa en ácido láctico mediante la acción de estas bacterias. Tradicionalmente, estas bacterias deben encontrarse en una relación 1:1 para una acción simbiótica efectiva.

En la naturaleza, el crecimiento de una cepa bacteriana generalmente evita que otras crezcan, ya que compiten por los mismos nutrientes. Pero eso no es lo que sucede cuando se hace yogur. Por el contrario, las dos bacterias utilizadas en la producción de yogur, Streptococcus thermophilus y Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus, cada una ayuda al desarrollo de la otra hasta alcanzar un equilibrio estable. Juntos, transforman la lactosa presente de forma natural en la leche en ácido láctico, creando yogur.

Mecanismo de la Simbiosis Bacteriana

• S. thermophilus crece mejor que L. bulgaricus en un ambiente neutro con un alto contenido de oxígeno como la leche, por lo que comienza a crecer primero. Utiliza oxígeno y produce nuevos compuestos, lo que crea condiciones que permiten a L. bulgaricus iniciar su metabolismo y comenzar a crecer.
• Ahora es el turno de L. bulgaricus, quien toma la iniciativa al descomponer algunas de las proteínas de la leche en aminoácidos. Esto facilita a la S. thermophilus la recolección de los nutrientes que necesita para seguir creciendo.

A medida que crecen, ambas cepas bacterianas consumen la lactosa presente de forma natural en la leche y la transforman en ácido láctico. Cuanta más lactosa convierten en ácido láctico, más ácida se vuelve la leche. Una vez que la leche se vuelve lo suficientemente ácida, las caseínas (proteínas que se encuentran en la leche) comienzan a agruparse, lo que cambia la consistencia de la leche para formar una sustancia más espesa: el yogur. Estas cepas bacterianas en el yogur en realidad previenen el crecimiento de otras bacterias, que normalmente estropearían la leche, por lo que la fermentación es una forma de conservación. Los compuestos resultantes de esta fermentación, como el ácido láctico y el acetaldehído, son los principales causantes de las cualidades organolépticas del yogur, confiriéndole su típico sabor acidulado y aroma característico.

El Yogur Probiótico y la Inulina

El yogur probiótico puede ser un atractivo para los consumidores, porque la incorporación de ciertas bacterias probióticas incrementa el valor terapéutico del mismo y ayuda a los consumidores a ingerir alimentos nutricionales que tengan beneficios adicionales a la salud. Los probióticos se definen como microorganismos vivos que, cuando se consumen en cantidades adecuadas, confieren beneficios a la salud, especialmente en el ámbito gastrointestinal. Mejoran la digestión, fortalecen el sistema inmune y contribuyen al equilibrio intestinal.

Entre los numerosos microorganismos utilizados como probióticos tanto en animales como en humanos se incluyen los géneros Bifidobacterium, Bacillus, Streptococcus, Saccharomyces, Aspergillus, Enterococcus, Pediococcus y, el más utilizado de todos, Lactobacillus. La producción de yogur está basada en la adición de fermentos de Streptococcus salivarius subsp. thermophilus y Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus a la leche. Sin embargo, actualmente se considera que la introducción de microorganismos probióticos ha permitido no solo mejorar la producción del yogur, por disminuir la postacidificación, sino también porque actúan como agente terapéutico, generando efectos beneficiosos en las personas que los ingieren.

Beneficios Adicionales de los Probióticos

Se ha observado que los probióticos tienen efectos más allá del valor nutritivo del alimento, incluyendo:

• Exclusión, antagonismo e interferencia con microorganismos patógenos.
• Inmunoestimulación e inmunomodulación.
• Actividades anticarcinogénicas y antimutagénicas.
• Alivio de los síntomas de intolerancia a la lactosa.
• Reducción de colesterol sérico y presión arterial.
• Disminución en la incidencia y duración de diarrea.
• Prevención de vaginitis y mantenimiento de la integridad de las mucosas.
• Estimulación de la síntesis de vitaminas y producción de enzimas.
• Estabilización de la microflora y reducción del riesgo de cáncer de colon.

No hay acuerdos generales en cuanto a la concentración mínima necesaria del probiótico para alcanzar ventajas terapéuticas, con sugerencias que varían entre 10⁶ ufc/ml y 10⁸ ufc/ml como niveles satisfactorios.

La Inulina como Prebiótico

Para la elaboración del yogur se requiere leche y fermentos lácticos, siendo importante que la leche cumpla el requisito de estar en óptimas condiciones sanitarias. Entre las sustancias utilizadas como fuente de fibra dietética de origen natural, se encuentra la inulina, la cual ha sido usada para enriquecer alimentos de fácil consumo, como productos lácteos y de panificación. La inulina es considerada un prebiótico, una sustancia capaz de estimular la proliferación de las bacterias endógenas del intestino, ya que promueve el crecimiento de bífidobacterias.

La inulina es un fructano u oligosacárido cuya estructura básica consiste de unidades de fructosa unidas por enlaces ß (2,1); una molécula de glucosa puede estar enlazada al final de la cadena por un enlace α (1,2). Debido a la presencia del enlace glucosídico ß (2,1), la inulina es resistente a la hidrólisis por las enzimas digestivas del intestino delgado, siendo rápidamente fermentada por las bacterias del colon, por lo que se considera un carbohidrato no digerible, estando hoy clasificada como fibra alimentaria soluble.

La formulación del yogur con prebióticos mejora la viabilidad de Lactobacillus acidophilus y de Lactobacillus casei en el yogur durante su almacenamiento refrigerado, especialmente en presencia de la inulina. Se ha demostrado que este polisacárido es mejor estimulante del crecimiento del probiótico que el almidón de maíz; pues bajas concentraciones de la misma son suficientes para estimular el crecimiento y conservar la viabilidad de los organismos probióticos en el yogur, además de causar un incremento de la viscosidad a diferencia del almidón de maíz.

Metodología Experimental: Elaboración de Yogur Firme con Probióticos e Inulina

El objetivo de un estudio realizado fue elaborar un yogur firme con cepas probióticas (Bifidobacterium spp. y Lactobacillus acidophilus) e inulina, y su evaluación fisicoquímica y microbiológica durante 21 días de almacenamiento a 4ºC.

Materias Primas

• Leche: Se utilizó leche cruda proveniente de una estación experimental y leche en polvo completa de marca comercial, para la elaboración de leche pasteurizada. La leche cruda utilizada cumplió con los requisitos establecidos en la norma COVENIN (903:93/83).
• Fermentos lácticos:
  • Cultivo láctico tradicional: Cepas de Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus y Streptococcus salivarius subsp. thermophilus.
  • Cepas probióticas: Cepas de Bifidobacterium spp. y Lactobacillus acidophilus.
• Prebiótico: Inulina (Raftiline® HP).

Formulaciones del Yogur

Se realizaron por triplicado tres (03) formulaciones de yogur, las cuales se detallan a continuación:

• F1: Leche pasteurizada + Cultivo Láctico + Cepas Probióticas (Cultivo láctico "EZAL MY B102 (1%)" que incluye cepas probióticas y cultivo láctico).
• F2: Leche pasteurizada + Cultivo Láctico + Cepas Probióticas + Inulina (Cultivo láctico "EZAL MY B102 (1%)" e inulina).
• F3: Leche pasteurizada + Cultivo Láctico (Control, utilizando cepas de cultivo láctico "Yo FLEX 380 (3%)").

El proceso se llevó a cabo bajo un esquema tecnológico que involucró pasteurización a nivel de laboratorio, y los envases utilizados fueron vasos plásticos de 250 ml, realizados en ambiente natural. Se estableció un tiempo de incubación de 4 horas, ya que los fermentos lácticos utilizados en la formulación de los yogures provenían de un cultivo madre.

Análisis Realizados

Análisis Químicos:

• Acidez titulable: Según norma COVENIN (658: 97).
• pH: Mediante un pHmetro con electrodo de vidrio.

Análisis Físicos:

• Viscosidad: Con un viscosímetro rotacional de Brookfield.
• Sinéresis: Mediante metodología descrita por Staffolo et al. (2004).

Análisis Microbiológicos a la Leche Cruda:

• Recuento de coliformes totales: COVENIN (3339:97).
• Recuento de bacterias aerobias mesófilas: COVENIN (902:87).

Los yogures elaborados cumplieron con los requisitos microbiológicos exigidos en la norma COVENIN (2392:01).

Resultados y Discusión

Caracterización de la Leche Cruda

Los valores de pH y acidez de la leche cruda utilizada estuvieron dentro del rango establecido por la Norma COVENIN (903:83). Así mismo, los valores promedios de coliformes totales y aerobios mesófilos de la leche cruda usada mostraron que esta leche cumple con los requisitos microbiológicos establecidos en dicha Norma.

Caracterización Fisicoquímica y Microbiológica de los Yogures

Los valores iniciales de pH (4,07-4,64) para los yogures elaborados son similares a los reportados por otros autores, quienes señalan que el pH característico del yogur está entre 3,8 y 4,5.

Nota: Letras minúsculas distintas en columnas indican diferencias estadísticamente significativas (P≤0,05).

La formulación 2 (probióticos e inulina) mostró mayor estabilidad fisicoquímica durante el tiempo de almacenamiento y además no presentó el fenómeno de sinéresis (separación del suero). Staffolo et al. (2004) reportaron que en yogur con inulina se mantuvo estable el color y la actividad de agua; además no experimentó sinéresis durante el almacenamiento, y señalaron que las cualidades sensoriales en este yogur no eran perceptiblemente diferentes de las del yogur control. De Oliveira et al. (2005) comentan que en yogures de soya suplementados con cepas probióticas e inulina presentaron mayor viscosidad, cohesividad, adhesividad y la menor dureza en comparación con los no suplementados. Adicionalmente, el yogur suplementado presentó una buena aceptación del consumidor, por lo que recomiendan el uso de probióticos e inulina para la formulación de yogures o alimentos en general. En cuanto a la acidez y pH, algunos estudios han señalado que la inulina no afectó significativamente el pH ni la acidez titulable en yogures.

Desde el punto de vista tecnológico, la fermentación realizada en biorreactores permitió mantener un control preciso sobre variables críticas como temperatura, agitación, tiempo de incubación y pH. Este aspecto fue crucial para asegurar la consistencia del producto final, así como para optimizar el crecimiento de las cepas probióticas. En cuanto a los indicadores microbiológicos, el conteo de bacterias ácido lácticas mostró rangos óptimos de viabilidad, situándose entre 200 y 300 colonias por placa, lo cual cumple con los requisitos establecidos para productos probióticos.

Proceso Industrial de Elaboración del Yogur

La elaboración del yogur probiótico enriquecido con inulina se fundamenta en un proceso biotecnológico que integra operaciones fisicoquímicas controladas y el uso de microorganismos específicos. El proceso general de elaboración del yogur, tanto casero como industrial, sigue una serie de pasos fundamentales:

1. Recepción y Control de Calidad de la Leche Cruda: La leche cruda se transporta hasta el lugar de producción, donde se somete a controles de calidad para asegurar que cumple con los requisitos sanitarios y de composición.
2. Estandarización: Se regula el contenido de grasas y sólidos no grasos (extracto seco magro) para conseguir un yogur más homogéneo con una consistencia adecuada. Esto permite cumplir con los requisitos legales de composición. Se puede añadir leche en polvo para concentrar el extracto seco.
3. Desairado y Homogeneización: Se eliminan el aire y cualquier partícula gruesa que pueda impedir la correcta coagulación. La homogeneización favorece la persistencia de las partículas grasas, confiriendo una mejor consistencia y palatabilidad al producto.
4. Pasteurización y Enfriamiento: El preparado se pasteuriza (temperatura de 80-90°C durante un período determinado, como 5 a 30 minutos) para eliminar microorganismos patógenos y reducir la carga microbiana, garantizando la inocuidad. Después, la leche pasteurizada se enfría hasta alcanzar la temperatura óptima de inoculación (entre 40-50°C).
5. Inoculación del Fermento e Incubación: En este momento se añaden los cultivos lácticos y, en el caso de yogures probióticos, las cepas probióticas seleccionadas (Lactobacillus y Bifidobacterium). Simultáneamente, se incorpora inulina como fuente de fibra prebiótica. La mezcla se somete a un proceso de fermentación controlada, manteniendo temperaturas entre 40°C y 45°C durante 3 a 4 horas. Al alcanzar el pH y la consistencia deseada (cuando el pH se encuentra entre 5 y 6, la leche adquiere una consistencia semisólida), el producto se enfría rápidamente para detener la fermentación y preservar la viabilidad de los probióticos.
6. Segundo Enfriamiento: Se reduce la temperatura rápidamente hasta alcanzar unos 5°C para disminuir la actividad de las bacterias lácticas y provocar una mayor bajada de acidez del yogur, lo que ayuda a conservar su textura y sabor, al evitar que se vuelva más ácido.

El yogur es también un alimento procesado cuyo origen data de hace aproximadamente 6,000 años. Estas bacterias crecen mejor en ambientes ácidos. En la elaboración industrial del yogur, la temperatura se mantiene uniforme gracias al mezclado en los recipientes de elaboración, por lo que el proceso es más eficiente reduciendo el tiempo necesario para que se produzca la cantidad de ácido adecuada, la cual, además de las modificaciones en la textura de la leche, actúa como conservador.

Consideraciones Finales y Beneficios Adicionales

Los resultados obtenidos evidenciaron que la adición de inulina al yogur probiótico aportó beneficios significativos tanto a nivel nutricional como funcional. La inulina actuó como un prebiótico natural al estimular el crecimiento y la actividad de bacterias benéficas presentes en el yogur, especialmente cepas de Lactobacillus y Bifidobacterium, utilizadas durante el proceso de fermentación. Dichas bacterias demostraron una alta capacidad de supervivencia en el medio fermentado, reforzando su potencial probiótico y ampliando la funcionalidad del alimento.

Además de la capacidad probiótica de las bacterias lácticas, el yogur es una buena alternativa como lácteo para las personas intolerantes a la lactosa (en una concentración casi nula, por su consumición casi total en la fermentación láctica y por la presencia de lactasas funcionantes, que participan en favorecer una mayor digestibilidad intestinal de la lactosa). Nutricionalmente, resulta una muy buena fuente de micronutrientes como el fósforo, el calcio, el magnesio, hierro, cinc o cobre (aumento de su biodisponibilidad por la acidez del medio), en una proporción mayor o igual a la de la leche de partida. El consumo de yogur no favorece la aparición de caries, ya que las bacterias lácticas del yogur no participan en la descomposición de la lactosa en polisacáridos extracelulares que forman parte de la matriz de la placa dental.

Numerosos estudios vinculan el consumo de yogur con la mejora del control y/o al nivel de riesgo de padecer diabetes mellitus tipo II, reducción del riesgo de síndrome metabólico, cáncer de vejiga, cáncer colorrectal y enfermedad cardiovascular. Puede disminuir los síntomas del síndrome de intestino irritable y el estreñimiento, y es recomendable consumirlo cuando se han administrado antibióticos en apoyo a la restauración de la microbiota intestinal. Si se añade fruta al yogur, los beneficios pueden verse incrementados. En conjunto, los resultados indican que la incorporación de inulina y el uso de cultivos probióticos no solo mejoran las propiedades nutricionales y funcionales del yogur, sino que también potencian su aceptación sensorial y viabilidad industrial.

Desde la perspectiva normativa, los resultados del estudio resaltan la necesidad de cumplir con los lineamientos nacionales e internacionales sobre etiquetado, inocuidad y trazabilidad de alimentos funcionales. Legislaciones como la Resolución 810 de 2021 establecen requisitos claros para el rotulado de productos probióticos y prebióticos, garantizando información transparente y adecuada para el consumidor.

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