Bio-preservation and bio-active compounds as sustainable strategies to improve quality and safety of fresh and fermented products

Resumen

Las proyecciones globales establecen que para el 2030se producirá un aumento en la demanda de alimentos del 35%, principalmente debido al crecimiento de la población y el desarrollo económico de los países emergentes. En esta perspectiva, una reducción de residuos en las cadenas de suministro agroalimentario puede ser una estrategia fundamental para garantizar la sostenibilidad ambiental en la industria alimentaria. Esto es posible a través de una valorización de los residuos de los alimentos, un mayor rendimiento de producción y una extensión de la vida útil de los alimentos frescos. La creciente cantidad de desperdicios de alimentos está fuertemente relacionada con el deterioro microbiano, lo que resulta en una pérdida de calidad de los alimentos y seguridad microbiológica, especialmente en productos frescos o mínimamente procesados. La demanda generalizada de alimentos naturales e innovadores por parte de los consumidores ha dirigido la investigación hacia el estudio de nuevas soluciones "verdes" y respetuosas con el medio ambiente, que deben adaptarse a las características específicas de los diferentes productos y procesos alimentarios. El desarrollo de estrategias sostenibles para garantizar la seguridad, la alta calidad y una mayor vida útil de los productos frescos y fermentados es un aspecto crucial para perseguir la eficiencia de la producción y la reducción de residuos. En particular, la atención se ha centrado en los enfoques de biopreservación y bioprotección, proponiendo, por un lado, el uso de compuestos antimicrobianos naturales y, por otro, la aplicación de cepas microbianas con propiedades antimicrobianas frente a patógenos y/o bacterias de deterioro. En este último caso, hoy en día, se utiliza un número limitado de cultivos comerciales bioprotectores y/o iniciadores para mejorar la seguridad y la calidad del producto. Sin embargo, su aplicación puede provocar la estandarización del producto, con una pérdida de identidad y características peculiares, vinculadas a las producciones locales. Por esta razón, está surgiendo un creciente interés en los productos tradicionales fermentados espontáneamente como posible fuente de nuevos cultivos iniciadores autóctonos o cepas bioprotectoras para fines industriales. Teniendo en cuenta estas consideraciones, este proyecto de doctorado, que forma parte del proyecto europeo BioProMedFood, financiado en el marco del Programa PRIMA – Sección 2, se centró en el estudio de enfoques sostenibles para mejorar la calidad y la seguridad microbiológica de los productos cárnicos frescos o fermentados. Con este propósito, se han evaluado tres estrategias principales. La primera está enfocada a la valorización de la biodiversidad microbiana de embutidos fermentados espontáneamente, mediante el aislamiento de cepas microbianas autóctonas y su uso como cultivos iniciadores bioprotectores o funcionales en productos cárnicos. En concreto, el trabajo se inició con la caracterización de 15 embutidos fermentados tradicionales, recogidos en países mediterráneos, dirigidos a poner de relieve su biodiversidad microbiana mediante el análisis metagenómico. Las bacterias lácticas (BAL) y los cocos coagulasa negativos (CNC) fueron los microorganismos más representativos en todas las muestras, pero se observaron diferencias significativas en relación con las características y el origen del producto. Se aislaron más de 900 cepas de BAL de estos productos tradicionales y se detectaron aproximadamente 150 biotipos, principalmente pertenecientes a la especie Latilactobacillus sakei. Estos resultados confirmaron la alta adaptación de esta especie a este nicho ecológico. Estas cepas se estudiaron en cuanto a su resistencia a los antibióticos y potencial amino biogénico y solo se caracterizaron cepas seguras (aproximadamente 40) por sus propiedades tecnológicas (rendimientos de crecimiento a diferentes concentraciones de sal y temperaturas de incubación) y su potencial antimicrobiano (inhibición de patógenos transmitidos por los alimentos in vitro y presencia de genes relacionados con la producción de bacteriocinas). Las cepas más prometedoras se estudiaron más a fondo por su actividad anti-Listeria en salchichas frescas con resultados prometedores. Además, se utilizaron como cultivos iniciadores en la producción en planta piloto de embutidos fermentados. Los resultados mostraron que los embutidos fermentados obtenidos con las cepas seleccionadas se caracterizaron por buenos perfiles aromáticos y un contenido reducido de aminas biógenas (AB). Además, se inhibió significativamente el crecimiento de Listeria monocytogenes durante la producción y maduración. El segundo objetivo del trabajo se centró en el uso de compuestos naturales con potencial antimicrobiano, extraídos de derivados vegetales de especies caracterizadoras de la maquia mediterránea. En particular, los extractos fenólicos y los aceites esenciales de agujas de Juniperus oxycedrus y hojas de Rubus fruticosus se probaron in vitro contra una cepa de List. monocytogenes y Enterococcus faecium, también mediante el uso de un protocolo citofluorimétrico para evidenciar mejor el efecto sobre la viabilidad y el estado fisiológico de las células diana. En esta última cepa, también se evaluó la inhibición de la producción de tiramina para evaluar el potencial de los derivados de la planta en la reducción de la acumulación de esta AB que es tóxica. Los datos recopilados pusieron manifiesto diferencias relevantes en relación con las especies y el tipo de derivados vegetales, evidenciando importantes posibilidades de aplicación en alimentos o procesos específicos. El último tema de investigación de esta tesis se centró en el estudio del efecto de la fermentación mediante BAL sobre las hojas de aguacate. En particular, la atención se centró en la biodisponibilidad de compuestos fenólicos en los extractos de estas hojas, como consecuencia del metabolismo microbiano. Los datos obtenidos son prometedores en cuanto se ha observado un aumento en el potencial antioxidante y en el contenido fenólicos de los extractos después de la fermentación mediante BAL, aunque de una manera específica de la cepa utilizada. Concluyendo, el trabajo presentado en esta tesis doctoral permitió poner de manifiesto el gran potencial de los productos cárnicos tradicionales para ser un reservorio de biodiversidad microbiana y una fuente de aislamiento de nuevas cepas con importancia industrial. Además, también se investigó el potencial antimicrobiano de compuestos obtenidos de matrices vegetales subexplotadas para evaluar su posibilidad de servir como estrategias "verdes" en el aumento de la seguridad de los alimentos frescos. Estos aspectos demostraron el uso potencial de estrategias biotecnológicas innovadoras para perseguir la eficiencia de la producción y promover la sostenibilidad de todo el sistema de producción desde una perspectiva de economía circular.