Rastrear las causas: reducir las sustancias amargas en los productos lácteos fermentados

Los productos de queso fresco con alto contenido en calcio, como el quark o el skyr, pueden desarrollar un sabor amargo durante su producción, lo que provoca el rechazo del consumidor. En un proyecto de la Universidad de Hohenheim, en Stuttgart, tres grupos de investigación han estudiado cómo se puede prevenir este sabor amargo. Durante mucho tiempo se consideró que la concentración de calcio era el factor desencadenante de la formación de los llamados péptidos amargos durante la fermentación. Sin embargo, los investigadores concluyen que esto por sí solo no parece ser la causa. Probablemente se trate de la interacción entre el contenido de calcio y los cultivos iniciadores. Seleccionando mezclas adecuadas de cultivos bacterianos para la fermentación, podría ser posible en el futuro reducir el amargor del producto final o incluso evitarlo por completo. El proyecto fue financiado por el Ministerio Federal de Economía y Energía (BMWi) con un total de casi 450.000 euros, lo que lo convierte en uno de los pesos pesados de la investigación en Hohenheim.

A los alemanes les encanta el queso fresco en todas sus formas. Sin embargo, los productos lácteos fermentados, como el queso fresco, el quark o el skyr, pero también los quesos semiduros y el yogur, pueden contener sustancias amargas que hacen que los consumidores sensibles a la amargura los rechacen.

Los llamados péptidos amargos son los responsables del aroma amargo. Se trata de pequeños fragmentos de proteínas que se forman a partir de proteínas más grandes con la ayuda de enzimas especiales llamadas peptidasas. "Estos fragmentos responden a nuestros sensores de amargura en la lengua. Por eso, estos alimentos no se estropean, sino que simplemente no tienen el mismo sabor para las personas sensibles a la amargura", explica el Prof. Dr. Herbert Schmidt, del Departamento de Microbiología e Higiene de los Alimentos de la Universidad de Hohenheim.

Todavía no está claro si estas peptidasas se originan en las bacterias lácticas añadidas o provienen de la leche, ya sea porque son producidas por la vaca y liberadas en la leche o porque entran en la leche a través de la contaminación con otras bacterias.

¿Y por qué los péptidos amargos aparecen principalmente en productos con alto contenido en calcio? Estas son las preguntas que tres grupos de investigación de la Universidad de Hohenheim han investigado en un proyecto de investigación conjunto.

"El objetivo de nuestro proyecto de investigación era entender cómo se liberan las sustancias amargas durante el proceso de producción y qué factores pueden utilizarse para reducirlo", dijo el Prof. Dr. Jörg Hinrichs, del Departamento de Ciencia y Tecnología Láctea.

Productos del trabajode las bacterias lácticas

Los productos lácteos fermentados son creados por el trabajo de las bacterias lácticas. Se añaden a la leche o a los concentrados lácteos como los llamados cultivos iniciadores y convierten la lactosa en ácido láctico y otras sustancias. En la mayoría de los casos, los fabricantes añaden también una pequeña cantidad de cuajo para mejorar la coagulación de la leche. Esto hace que la proteína de la leche flocule y pueda separarse de la parte líquida de la leche, el suero.

Sin embargo, las bacterias lácticas también necesitan las proteínas contenidas en la leche para su propia nutrición. Dividen las proteínas más grandes en trozos más pequeños para que puedan ser absorbidas por la célula. Allí, los péptidos se descomponen aún más y pueden ser utilizados por las células para su propio metabolismo proteico. Sin embargo, si demasiados de estos fragmentos permanecen en el producto lácteo, pueden causar un sabor amargo.

Nuevos sistemas modelo desarrollados y establecidos

La formación de estos péptidos amargos durante el proceso de fermentación es una compleja interacción entre diferentes componentes de la leche y los genes o enzimas de las bacterias. Para analizar mejor estas interacciones, los científicos trabajaron con diferentes sistemas modelo, algunos de ellos de nueva creación.

Por ejemplo, un proceso de concentración y filtración recientemente desarrollado permite modificar y ajustar específicamente la composición del concentrado de leche antes de la fermentación. "A diferencia del proceso de producción clásico, primero extraemos el suero y sólo después fermentamos el concentrado de leche", explica el Prof. Dr. Hinrichs. "Este método nos permite controlar de forma variable el contenido de grasa, calcio y proteínas y así simular diferentes composiciones".

Utilizando este modelo de queso fresco, los científicos analizaron los efectos de diferentes condiciones de fermentación en la formación de péptidos amargos, como la temperatura y el pH, así como diferentes cultivos bacterianos.

Diversos cultivos iniciadores

En la producción de productos de queso fresco se utilizan varias bacterias lácticas, la más común es Lactococcus lactis. "Los cultivos iniciadores utilizados para la fermentación son casi tan diversos como los productos lácteos que hay en el mercado", afirma el Prof. Dr. Schmidt.

Además, como ocurre con casi todas las bacterias, existen diferentes linajes con distintas propiedades, conocidos como cepas. "En un cultivo, encontramos una mezcla de 30 a 40 cepas diferentes", dice el Prof. Dr. Schmidt. "Eso no facilita el análisis y la orientación del proceso de fermentación".

El calcio no afecta a la actividad de los genes...

No obstante, los científicos han logrado identificar algunos de los genes que desempeñan un papel importante en la formación y degradación de los péptidos amargos. Su interés se centra en el gen responsable de la formación de la peptidasa. Se sospecha que la actividad de este gen de la peptidasa podría estar regulada por el calcio.

Nuevos métodos permiten registrar la actividad de genes individuales. "Sin embargo, resultó que el calcio no tiene ninguna influencia en la actividad de este gen", resume el Prof. Dr. Schmidt. "Sin embargo, sabemos que el valor del pH debe descender por debajo de cinco en 24 horas durante la fermentación para frenar la actividad de los genes".

"Por supuesto, sería más fácil si pudiéramos cultivar cepas que no tuvieran este gen", continúa. "Sin embargo, por desgracia, las cepas de bacterias que no tienen el gen de la peptidasa no pueden sobrevivir por sí mismas. Necesitan que las otras cepas produzcan los péptidos vitales para ellos".

... pero la regulación de la enzima

¿Tal vez se pueda influir en la actividad de la enzima formada? El truco: "Hemos encontrado un total de nueve puntos reguladores diferentes de la actividad enzimática", dice el Prof. Dr. Lutz Fischer, del Departamento de Biotecnología y Ciencia de las Enzimas. "Y dependiendo de la cepa bacteriana, el calcio puede tener un efecto diferente. A veces fomenta la actividad enzimática y en otra cepa la reduce".

"Sin embargo, en los últimos trabajos está surgiendo una clara tendencia", afirma el Prof. Dr. Fischer. "Las propias enzimas de la leche de la vaca, como la catepsina y la plasmina, probablemente no sean la causa". Más bien, los cultivos bacterianos añadidos, necesarios para la fermentación de la leche o los concentrados lácteos, parecen ser los únicos responsables.

Desafío: Selección de cultivos iniciadores

El desafío consiste ahora en reunir los distintos cultivos bacterianos de tal manera que, por un lado, las bacterias puedan seguir realizando su tarea deseada, pero, por otro lado, haya la menor cantidad posible o ninguna de péptidos amargos en el producto final.

Por lo tanto, los científicos recomiendan a los fabricantes de cultivos iniciadores que utilicen pruebas enzimáticas además de las técnicas clásicas de cultivo y biología molecular. Esto se debe a que, según los conocimientos actuales, la formación de péptidos amargos se decide principalmente a nivel enzimático.

ANTECEDENTES: Proyecto "Reducción del amargor de los productos lácteos fermentados con mayor contenido de calcio mediante la selección de cultivos iniciadores adecuados - influencia de las peptidasas lácticas endógenas y exógenas"

El objetivo del proyecto era investigar la influencia de las peptidasas lácticas endógenas y la de las peptidasas exógenas de los cultivos iniciadores en la formación del amargor del queso fresco. Había que prestar especial atención a la influencia del contenido de calcio, ya que hay un mayor contenido de iones de calcio en los productos lácteos concentrados y esos productos fermentados presentan un mayor amargor.

El proyecto comenzó el 1 de octubre de 2017 y tuvo una duración de tres años. El Ministerio Federal de Economía y Energía (BMWi) concedió un total de 448.130 euros en el marco del programa de financiación "IGF - Industrielle Gemeinschaftsforschung", de los cuales 153.070 euros se destinaron al área temática de Biotecnología y Ciencia de las Enzimas, 152.090 euros al área temática de Microbiología e Higiene de los Alimentos y 142.970 euros al área temática de Ciencia y Tecnología de los Productos Lácteos. El patrocinador del proyecto es la Federación Alemana de Asociaciones de Investigación Industrial (AiF).

ANTECEDENTES: Los pesos pesados de la investigación

Los científicos de la Universidad de Hohenheim adquirieron 33,9 millones de euros de financiación de terceros para investigación y docencia en 2019. La serie "Schwergewichte der Forschung" presenta sucesivamente proyectos de investigación destacados con un volumen financiero de al menos 350.000 euros para la investigación instrumental o 150.000 euros para la investigación no instrumental.