Introducción a la Invención
La presente invención, presentada el 14 de enero de 2009, se refiere a composiciones que comprenden células de levadura y/o componentes de la célula de levadura, así como a métodos para su producción y utilización. Específicamente, la invención introduce nuevas levaduras con estructuras de pared celular alteradas, integradas con arcilla y/o componentes de arcilla, o con una relación alterada de glucano a manano en sus paredes celulares. Se detallan métodos para producir estas levaduras, composiciones derivadas de ellas y sus diversas aplicaciones, incluyendo el secuestro y adsorción de bacterias y toxinas.
Las aplicaciones de estas composiciones y métodos abarcan diversas áreas:
- Dietética: Mezcla con productos alimenticios para animales o administración directa a los mismos.
- Terapéutica y Profiláctica: Incorporación en materiales de relleno, contacto con animales, o uso durante el procesamiento de alimentos y bebidas, así como en la filtración de líquidos.
- Investigación: Utilización en estudios y desarrollos científicos.
Hongos y Micotoxinas: Un Problema Global
Los hongos son organismos ubicuos, a menudo microscópicos. Las micotoxinas son metabolitos secundarios tóxicos y/o carcinogénicos secretados por diversas especies fúngicas que contaminan materias primas agrícolas. Entre las micotoxinas más conocidas se encuentran las aflatoxinas, fumonisinas, ocratoxina A, deoxinivalenol (DON o vomitoxina), patulina y zearalenona.
Estas micotoxinas pueden producirse en cereales y forrajes antes, durante y después de la cosecha. Sus efectos sobre animales y seres humanos varían desde la letalidad hasta la debilitación del sistema inmunitario, la inducción de enfermedades específicas, o la actuación como alérgenos e irritantes, con algunos efectos aún desconocidos.
El impacto económico de la contaminación por micotoxinas es considerable, afectando especialmente a los sectores agrícola, avícola, y a los productores de alimentos y piensos. Las micotoxinas pueden ingresar en la cadena alimentaria a través de la contaminación de productos vegetales, el consumo directo por humanos, o la ingesta por animales de compañía y ganado, persistiendo en productos comestibles como carne, huevos y lácteos debido a su resistencia a la degradación durante la digestión.
Ninguna región del mundo está exenta de la amenaza de las micotoxinas. El comercio global de alimentos para animales incrementa la posibilidad de que las mezclas de granos contengan combinaciones de micotoxinas, e introduce toxinas inusuales en distintas regiones, independientemente de su clima.
Estrategias de Control y Limitaciones
Las estrategias para prevenir la aparición de micotoxinas se centran en controlar las condiciones que favorecen su producción, inhibir el crecimiento fúngico y aplicar rigurosos controles de calidad mediante muestreo, detección y cuantificación. Sin embargo, la contaminación por micotoxinas es, en gran medida, inevitable.
Históricamente, para mitigar los efectos negativos de las micotoxinas, se han añadido materiales inorgánicos con propiedades adsorbentes, como arcillas, bentonitas y aluminosilicatos, a los piensos animales. Estos aditivos pueden secuestrar algunas micotoxinas en el tracto gastrointestinal, reduciendo su toxicidad. No obstante, algunos de estos aditivos, en grandes cantidades, también pueden secuestrar nutrientes esenciales como vitaminas, minerales y aminoácidos, disminuyendo la densidad nutricional de la dieta. Además, algunos aditivos para piensos, especialmente los presentes en las heces animales, generan un impacto ambiental perjudicial.
Se han empleado agentes químicos como ácidos, bases (amoníaco, sosa cáustica), oxidantes (peróxido de hidrógeno, ozono), agentes reductores (bisulfitos), agentes clorados y formaldehídos para degradar micotoxinas en alimentos contaminados, particularmente aflatoxinas. Sin embargo, estas técnicas presentan limitaciones significativas: son ineficientes, costosas, generan residuos químicos considerables y, a menudo, son inseguras.
Ciertas cepas de bacterias ácido lácticas, propionibacterias y bifidobacterias poseen estructuras de pared celular capaces de unirse a las micotoxinas, limitando su biodisponibilidad en el organismo animal. A pesar de ello, estos procesos biológicos suelen ser lentos, pueden producir metabolitos tóxicos y son ineficientes.
Composición de la Invención: Levadura y Arcilla
En algunas realizaciones, la presente invención propone una célula de levadura cuya pared celular comprende arcilla o un componente de arcilla entrelazado.
La arcilla utilizada puede ser de tipo mineral o sintética, perteneciente al grupo de los silicatos. Las opciones incluyen, entre otras:
- Zeolita
- Bentonita
- Aluminosilicato
- Montmorillonita
- Esmeclita
- Caolinita
- Organoarcilla
- Mezclas de las anteriores
En particular, se favorece el uso de arcilla de aluminosilicato.
La cantidad de arcilla en el medio de cultivo celular para la producción de levadura varía típicamente entre el 0,125% y el 4,0%. En realizaciones específicas, esta cantidad se sitúa entre el 0,5% y el 2,0%.
Las especies de levadura adecuadas para esta invención incluyen, pero no se limitan a:
- Saccharomyces
- Candida
- Kluiveromyces
- Torulaspora
- Combinaciones de las anteriores
Una especie comúnmente empleada es Saccharomyces cerevisiae.
Composiciones y Métodos de Uso
La invención también proporciona una composición que contiene una arcilla o un extracto de la pared celular de levadura enlazado con componente de arcilla. Este material derivado puede obtenerse a partir de células de levadura cultivadas en un medio que contiene arcilla.
Para la preparación del extracto de la pared celular de levadura, se pueden emplear diversas técnicas, como:
- Uso de perlas de vidrio y una batidora de perlas.
- Tratamiento enzimático.
Estas composiciones pueden incorporarse en:
- Alimentos: Se pueden añadir a una variedad de forrajes y alimentos para animales, incluyendo raciones mixtas totales (TMR), piensos, pellets, concentrados, premezclas, subproductos, granos (incluyendo granos de destilería), melazas, fibras, pastos, henos, hojas, comidas y solubles, así como suplementos.
- Materiales Orgánicos: Incorporación en otros materiales orgánicos.
- Agua: Adición al agua destinada al consumo animal o para otros fines.
Además, la composición puede utilizarse en procesos de filtración de líquidos, como jugos, agua, cerveza o vino, para eliminar impurezas o contaminantes.
Las composiciones están formuladas para ser administradas a cualquier miembro del reino animal, incluyendo:
- Aves
- Bovinos
- Porcinos
- Equinos
- Ovinos y caprinos
- Peces y mariscos
- Camélidos
- Felinos y caninos
- Roedores
Mecanismo de Acción y Efectividad
La arcilla o el extracto de la pared celular de levadura enlazado con componente de arcilla actúa secuestrando una o varias micotoxinas. Las micotoxinas objetivo incluyen, entre otras:
- Aflatoxinas
- Zearalenona
- Tricotecenos
- Fumonisinas
- Ocratoxinas
- Otras micotoxinas como verruculógeno, viopurpurina, viomelleína, viriditoxina, xantocilina, iavanicina + 1, zearalenoles, y combinaciones de las anteriores.
La composición se formula para contener la arcilla o el extracto de pared celular de levadura enlazado con componente de arcilla en una cantidad efectiva para el secuestro de micotoxinas. Típicamente, esta cantidad puede oscilar entre el 0,0125% y el 10% en peso de un producto alimenticio, o más específicamente, entre el 0,0125% y el 4,0% en peso.
El método de uso implica:
- Proporcionar la composición que contiene arcilla o extracto de pared celular de levadura enlazado con componente de arcilla.
- Incorporar esta composición en un material, como un producto alimenticio, un relleno o un líquido.
- Permitir que el animal o humano consuma el material que contiene la arcilla o el extracto.
En ciertas realizaciones, se puede incorporar un agente adicional en la composición, como una esterasa, epoxidasa, o una cepa de levadura y/o bacteria específica, para mejorar la eficacia.
Producción a Escala Comercial
La invención describe un método para la producción a escala comercial de arcilla o extracto de pared celular de levadura enlazado con componente de arcilla. Este método comprende los siguientes pasos:
- Preparación del Cultivo y Medio: Suministrar un cultivo inicial de levadura y un medio de cultivo de células de levadura que contenga los nutrientes necesarios para el crecimiento de la levadura y la arcilla o componente de arcilla.
- Inoculación: Introducir el cultivo inicial de levadura en el medio de cultivo.
- Incubación Industrial: Incubar la levadura en un fermentador de escala industrial bajo condiciones optimizadas para el crecimiento, permitiendo que la levadura incorpore la arcilla o el componente de arcilla en su pared celular.
- Adición de Agente Antiespumante: Añadir un agente antiespumante al fermentador para mitigar los efectos de la arcilla en el proceso de incubación. Los antiespumantes pueden ser de diversos tipos, incluyendo no siliconados, a base de aceite, en polvo, a base de agua, a base de silicona, a base de polietilenglicol, a base de polipropilenglicol o poliacrilatos de alquilo.
- Lisis Celular: Lizar las paredes celulares de levadura que contienen arcilla o componente de arcilla entrelazado. Las técnicas de lisis pueden incluir el uso de perlas de vidrio, un homogeneizador y/o tratamiento enzimático.
- Separación: Separar las paredes celulares de levadura entrelazadas con el componente de arcilla de los demás componentes celulares.
Los fermentadores de escala industrial utilizados pueden variar en volumen, típicamente entre mil y cinco millones de litros.
Contexto Histórico y Nutricional de la Levadura
La levadura de cerveza y la levadura de panadería comparten un origen común. Históricamente, las levaduras fueron los primeros microorganismos utilizados por la humanidad. Los mesopotámicos ya las empleaban hace 7.000 años para la fabricación de cerveza, y los egipcios las usaban para producir bebidas alcohólicas y pan hace más de 5.000 años.
La levadura ha tenido usos diversos a lo largo de la historia, incluyendo aplicaciones cosméticas (espuma de cerveza para la piel), medicinales (Hipócrates por sus propiedades diuréticas) y preventivas (monjes medievales contra la lepra).
Las primeras observaciones microscópicas de Saccharomyces cerevisiae datan de 1680, gracias a A. van Leeuwenhoek. Posteriormente, la levadura de cerveza se recuperaba, lavaba y secaba para obtener levadura activa o inactiva.
Tipos de Levadura y sus Propiedades
- Levadura de Cerveza Activa (Viva o Revivificable): Se deshidrata a temperaturas que no exceden los 40°C, manteniendo los Saccharomyces vivos. Se recomienda para fortalecer cabello y uñas, y por sus beneficios para la piel.
- Levadura de Cerveza Inactiva (Muerta): Los Saccharomyces se deshidratan a temperaturas superiores a 40°C, destruyendo las células vivas. No afecta la flora intestinal, pero conserva sus propiedades nutricionales y previene molestias intestinales asociadas a la levadura activa (aerofagia, flatulencia, hinchazón).
Valor Nutricional de la Levadura de Cerveza
La levadura de cerveza es una fuente natural excepcionalmente rica en vitamina B (todas excepto la B12).
- Vitamina B5 (Ácido Pantoténico): Previene el envejecimiento prematuro del cabello, restaura el color natural estimulando la producción de melanina, y promueve el crecimiento del cabello al actuar sobre la división celular del folículo piloso. Participa en el metabolismo de proteínas y grasas, y fomenta la síntesis de queratina.
- Vitamina B1 (Tiamina): Esencial para la transmisión de impulsos nerviosos y la conversión de glucosa en energía.
- Vitamina B2 (Riboflavina): Juega un papel crucial en la transformación de alimentos en energía. Beneficiosa para la piel y las membranas mucosas, mejora el estado general del cabello y estimula su crecimiento.
Un tratamiento con levadura de cerveza contribuye a una piel sana. Es un complemento alimenticio valioso para vegetarianos y veganos, aunque la suplementación con vitamina B12 es esencial para los veganos, ya que no se encuentra en la levadura ni en el reino vegetal.
Se recomienda una dosis de 2 gramos de levadura de cerveza, repartida en tres tomas diarias durante las comidas, en tratamientos de tres meses, a repetir dos o tres veces al año.