El yogur es uno de los productos lácteos fermentados más populares y su consumo está aumentando en todo el mundo. Según la Federación Nacional de Industrias Lácteas, en 2019 se consumieron más de 660 mil toneladas de este producto en España.
El gusto es la sensación que se produce cuando una sustancia reacciona con las células receptoras del gusto ubicadas en las papilas gustativas. En el caso del yogur, las propiedades sensoriales dependen del equilibrio de compuestos aromáticos derivados de carbohidratos, proteínas o grasas de la leche. La gran mayoría resultan de la actividad de los microorganismos en los cultivos iniciadores. En estos iniciadores predominan las bacterias “acido-lácticas” (LAB) tales como Lactobacillus bulgarcicus y, Streptococcus thermophilus.
Además, la ingeniería genética también se ha aplicado para cambiar las rutas metabólicas en las células y aumentar su potencial de formación de compuestos. Sin embargo, aún existe una gran distancia entre la investigación y la aplicación de esta tecnología debido a la complejidad de estás rutas y de las interacciones entre cultivos. En este post vamos a resumir las vías de formación de compuestos de sabor importantes en el yogur y las posibles estrategias de la ingeniería metabólica para mejorarlos.
LA FERMENTACIÓN DE CARBOHIDRATOS
El aroma típico del yogur se caracteriza por los compuestos llamados colectivamente “C4” al estar formados por 4 carbonos. Entre estos compuestos importan el acetaldehído por su aroma a mantequilla, el diacetilo por su sabor lácteo, y la acetoína por contrarrestar la dureza del diacetilo al ser demasiado fuerte. (imagen)
LA CONVERSIÓN DE AMINOÁCIDOS
Tanto la proteólisis de las caseínas como la conversión de los aminoácidos de la leche son vías a tener en cuenta para la formación del sabor. En particular, los aminoácidos de cadena ramificada, los aromáticos y azufrados son las principales fuentes de aminas, aldehídos, etc. Sin embargo, existen algunas enzimas llamadas esterasas, que catalizan reacciones en aminoácidos azufrados que tienen un impacto significativo en el producto final. Los productos resultantes como el “dimetilsulfuro” aportan aromas muy positivos en productos como el queso, pero se identifican como desagradables en el yogur.
LA LIPOLISIS DE ÁCIDOS GRASOS
A partir de ácidos grasos saturados se producen cantidades considerables de ácidos de cadena corta que participan en la formación de otros compuestos aromáticos. Los principales se llaman γ- y δ-lactonas, que son estables y aportan el sabor afrutado. Como ocurre con los aminoácidos, una oxidación excesiva o desequilibrada pueden provocar un mal sabor, especialmente durante el almacenamiento. Algunos productos de la oxidación de lípidos es lo que da al yogur el sabor rancio y “oxidado”.
El problema reside en que las enzimas que forman estos compuestos son intracelulares. Entonces durante la vida útil del yogur no llegan a liberarse en su mayor parte, por lo que su contribución al sabor es limitada. Por ejemplo, en otros productos como el queso, durante su maduración da tiempo a que tengan importancia en su sabor final.
EL RETO DE LA MEJORA DEL SABOR DE LA INGENIERÍA METABÓLICA
Con el advenimiento de la biología molecular, se han aplicado varias estrategias para diseñar genéticamente cepas que pueden producir en exceso ciertos metabolitos del sabor, como acetaldehído, diacetilo y ésteres.
Por ejemplo, se ha encontrado que la sobreexpresión del gen glyA en S. thermophilus da como resultado un aumento en la producción de acetaldehído en un 80-90%. Otra propuesta es sobreexpresar la enzima “piruvato carboxilasa” para redirigir el metabolismo del piruvato hacia el acetaldehído. O incluso sobreexpresar la NADH oxidasa para aumentar más la disponibilidad inicial del piruvato.
Debido a su importancia en el sabor del yogur, la producción eficiente de diacetilo ha sido el objetivo de varias estrategias de ingeniería metabólica. Las enzimas clave involucradas en la formación de diacetilo incluyen α-acetolactato sintasa, lactato deshidrogenasa y α-acetolactato descarboxilasa. Por lo tanto, varios enfoques para mejorar la producción se basan en sobreexpresar e inactivar los genes (como el als o ilvBN) implicados para aumentar el flujo metabólico hacia el diacetilo (imagen).
Los precursores del diacetilo, como el α-acetolactato y el piruvato, se encuentran en el centro de varias vías metabólicas diferentes de las bacterias, entonces sus efectos se limitan. Por lo que el cambio un solo gen puede no ser suficiente para dirigir en gran medida el flujo metabólico hacia el diacetilo.
PERSPECTIVAS DE FUTURO
Aunque se ha conseguido potencial para la mejora del sabor del yogur, todavía existen algunos enigmas que obstaculizan su posible aplicación en la industria.
En primer lugar, todavía no se conocen los precursores metabólicos de muchos de los compuestos mencionados. También, las actividades de las LAB relacionadas con el sabor dependen principalmente de las especies utilizadas para la fermentación. Sin embargo, algunas actividades específicas se encuentran solo en unas pocas especies. Como ejemplo, solo algunas variantes específicas de Lactococcus. lactis son capaces de utilizar citrato y acumular diacetilo, en ninguna especie más. Como consecuencia, incluso pequeñas diferencias en la composición inicial de un cultivo iniciador pueden tener efectos profundos en el perfil de los compuestos aromáticos producidos durante la fermentación.
El conocimiento limitado del complejo metabolismo de las LAB también obstaculiza el uso de bacterias modificadas genéticamente como cultivos iniciadores. Por ejemplo, necesitamos aun un modelo a escala del genoma que incluya el metabolismo del carbono y el nitrógeno completo para diseñar adecuadamente las estrategias de ingeniería metabólica.
La combinación de estas estrategias y la disponibilidad de numerosas herramientas genéticas para estos microorganismos ayudará a desviar el flujo metabólico hacia la acumulación eficiente de los compuestos de sabor deseados.
