Microencapsulación y Biotecnología, integración tecnológica

El uso de microorganismos se ha extendido en la industria en aras de responder a la demanda del mercado en términos de salud y sostenibilidad. En el sector agroalimentario, se están desarrollando productos basados en microorganismos, como los probióticos y los biofertilizantes, que generalmente se comercializan en formato líquido.

El reto que se plantea a la industria es desarrollar los productos basados en microorganismos en formato sólido con el fin de facilitar su uso y aumentar sus aplicaciones, reduciendo además los costes de producción.

La microencapsulación, alternativa para mejorar la viabilidad y reducir costes

En la actualidad, las empresas suelen recurrir a dos tecnologías para conseguir productos basados en microorganismos en formato sólido, el secado a vacío y la liofilización. Estas tecnologías requieren un elevado consumo energético y largos tiempos de procesado, lo que resulta en productos con concentraciones menores del microorganismo de interés.

La tecnología de microencapsulación de microorganismos permite aumentar la viabilidad de los microorganismos y mejorar la estabilidad del producto a lo largo del tiempo, aumentando así el tiempo de vida útil.

La tecnología de microencapsulación mediante secado por atomización se presenta como una alternativa viable para el desarrollo de productos sólidos basados en microorganismos.

En AINIA estamos trabajando en un proyecto de I+D propia, que cuenta con el apoyo de IVACE, cuyo objetivo es desarrollar metodologías de microencapsulación de microorganismos, entre otros. La transferencia de tecnología a las empresas les permitirá conseguir productos sólidos basados en microorganismos sin pérdida de viabilidad para su uso como probióticos o biofertilizantes, entre otras aplicaciones.

Integración tecnológica, solución al reto industrial

Cuando los microorganismos son sometidos a tratamientos térmicos durante el proceso de estabilización, se puede producir una pérdida de viabilidad al ser los microorganismos sensibles al calor. Consecuentemente, la efectividad del producto final se ve claramente mermada.

Partiendo de este hecho, nos planteamos distintas estrategias que pudiesen aumentar la resistencia térmica de los microorganismos como puede ser:

• Durante el proceso fermentativo. La adaptación de los microorganismos al calor mediante modificaciones en la pared celular producidas durante el proceso de fermentación.

Para mejorar la adaptación de los microorganismos a posteriores procesos térmicos aplicamos ciertas condiciones de estrés de forma controlada durante el proceso de fermentación. De esta manera, el microorganismo consigue modificar en cierto modo su estructura para tolerar, en mayor medida, las temperaturas que se alcanzan en el proceso de microencapsulación. El estudio de dichas condiciones junto con el análisis de la respuesta del microorganismo a los diferentes tratamientos nos permite identificar aquellas variables del proceso de fermentación que incrementarán la resistencia a la temperatura del microorganismo en fases posteriores.

• Durante la transformación del producto a sólido. La microencapsulación de los microorganismos con materiales de recubrimiento con capacidad de protección térmica.

La microencapsulación mediante secado por atomización es una tecnología altamente reconocida en industrias como la alimentaria debido a sus elevados rendimientos de proceso, versatilidad de aplicaciones y costes adecuados. Esta tecnología es capaz de asegurar la estabilidad de productos microbiológicos evitando riesgos procedentes del uso de productos químicos y/o degradaciones biológicas. Además, al tratarse de procesos de una sola etapa, el tiempo y los costes son menores en comparación con las soluciones actuales mencionadas anteriormente. Como resultado se obtienen productos con propiedades específicas como puede ser la solubilidad instantánea, factor crítico en algunas aplicaciones alimentarias.

Cabe mencionar que existe una variación de esta tecnología de microencapsulación basada en el fenómeno de polarización que es aplicable a compuestos altamente sensibles y formulaciones lipídicas, entre otros. Es posible conseguir una alta eficiencia de microencapsulación de aceites y microorganismos.

Combinando y optimizando los procesos biotecnológicos y microencapsulación se pueden conseguir productos sólidos basados en microorganismos optimizando su estabilidad y manteniendo su viabilidad.

Transferencia tecnológica al servicio de las empresas

A través de la investigación que hemos realizado en AINIA aunando la biotecnología y la tecnología de microencapsulación, hemos conseguido obtener productos sólidos basados en microorganismos estables, viables y más económicos.

La siguiente gráfica muestra cómo a partir de microorganismos obtenidos del mismo cultivo, podemos generar productos con distintos valores de viabilidad y diferentes evoluciones de la estabilidad mediante la modificación de las condiciones de microencapsulación.

Imagen 1. Evolución de la viabilidad de microorganismos sólidos (UFC) en el tiempo. Muestras en las que se ha combinado la mejora de proceso biotecnológico y microencapsulación (distintos compuestos de recubrimiento).

Se observa que, partimos de Unidades Formadoras de Colonias (UFC) elevadas y que somos capaces de mantenerlo a lo largo del tiempo gracias a la microencapsulación mediante secado por atomización. Por otra parte, vemos que el producto sólido se mantiene viable durante 16 semanas, cuando el uso de otras soluciones tecnológicas disminuyen las concentraciones y la vida útil es menor.

Desde la perspectiva de la sostenibilidad, estos procesos requieren de un menor consumo energético.

Trabajando en la optimización de los caldos de cultivo durante el proceso fermentativo y en el proceso de microencapsulación de manera conjunta conseguimos una optimización de la estabilidad final del producto microbiológico.

Cada reto tiene una solución tecnológica que, a su vez, puede ser personalizada según las necesidades de cada empresa. ¿Te interesan los resultados de este proyecto? ¿Hablamos?

Esta iniciativa ha sido financiada por el IVACE (Instituto Valenciano de Competitividad Empresarial) en el marco del convenio de colaboración con AINIA para desarrollar actividades de I+D+i que sean transferibles al tejido industrial.