Antecedentes y generalidades de Candida utilis

1. Antecedentes y generalidades de Candida utilis

1.1 Introducción

Los métodos convencionales para producir alimentos ricos en proteínas no son suficientes para cubrir la alta demanda de éstos a nivel mundial. Por consiguiente, la exploración de fuentes no convencionales como la proteína unicelular o microbiana (SCP o Single Cell Protein), representa una alternativa de importancia fundamental para complementar dietas en alimentación animal y humana (Church y Pond, 1992). La SCP. se obtiene a partir de algas, bacterias, levaduras y hongos filamentosos, cultivados en condiciones fermentativas apropiadas y controladas que garanticen una adecuada tasa de crecimiento, por medio del aprovechamiento de sustratos económicos, enriquecidos con carbono, nitrógeno y fósforo (Jaimez, 1996; Molk et al., 2002; FAO, 2003; Bustamante et al., 2003; Israelidis, 2003; Pelizer et al., 2003).

Los sustratos utilizados para la producción de proteína microbiana incluyen fuentes de carbono fósil (hidrocarburos líquidos y gaseosos) y fuentes de carbono renovables como melaza, suero e hidrolizados de polisacáridos (Bui y Galzy, 1990; Leveau y Bouix, 2000).

Candida utilis se utiliza principalmente en la producción de proteína unicelular, debido a su capacidad de utilizar una variedad de fuentes de carbono, como la paja de arroz (Rajoka et al., 2006), almidón de papa en aguas residuales (Gélinas y Barrette, 2007), aceite de aguas residuales (Zheng et al., 2005) y melaza (Nigam y Vogel, 1991). Ensayos con Candida utilis sobre extractos ácidos de paja de arroz, produjeron 3.5 g/ L de biomasa en base seca (Zamora, 1996). También se ha usado como soporte para producir varios productos químicos, tales como el glutatión (Liang et al., 2008), monelina (Kondo et al., 1997) y el acetato de etilo (Christen et al., 1999). El uso de etanol como sustrato tiene varias ventajas, tales como la pureza, aceptabilidad, facilidad de almacenamiento y manipulación, no toxicidad, versatilidad como sustrato, miscibilidad con el agua, demanda de oxígeno baja, bajo contenido calórico y rendimiento celular alto (Laskin, 1977; Watteeuw et al., 1979).

La razón principal para orientar la investigación hacia estas fuentes proteicas, es que se logra una alta producción de masa microbiana por hora, debido a que su tiempo de duplicación es mayor al compararlo con otras fuentes animales o vegetales de proteína (Meyer et al., 1992; Nigam, 2000; Chacón, 2004). Dependiendo de su origen, las leva-duras son ricas en proteína y vitaminas (Martínez et al., 2001), además poseen la propiedad de no ser tóxicas, presentan alta digestibilidad, elevado contenido en proteínas, grasas, carbohidratos y buen sabor (Enebo, 1990).

Los valores promedios de proteínas, expresados en porcentajes de materia seca, para Candida utilis, Candida lipolytica, Candida rugosa, Schawaniomyces cerevisiae y Kluyveromyces marxianus varía entre 33 y 45 % (Bui y Galzy, 1990), con un 7 al 9 % de lisina y un bajo porcentaje de aminoácidos azufrados (de 0,7 a 1,7 % de cisteína y de 1 a 2 % de metionina).

Candida utilis es una levadura que tiene una alta tasa de crecimiento, que ninguna especie ha logrado superar, y que requiere de un sustrato rico en azúcares o fuentes de carbono, para su crecimiento o cultivo debido a su capacidad de utilizar una variedad de fuentes de carbono rápidamente; es rica en proteína y vitaminas del complejo B, apropiada para la alimentación animal y humana (Göhl, 1991; Lucca et al., 1995; Nigam, 1998; Choi y Park, 2003).

En el crecimiento microbiano, las variables que son de gran importancia para la evaluación económica de tales procesos biotecnológicos son el rendimiento de biomasa sobre sustrato (Yx/s), la velocidad especifica de crecimiento (μ), la constante de saturación de sustrato (Ks), la constante de inhibición (Ki), velocidad de consumo de oxígeno (QO2). Todos estos parámetros tienen importancia tecnológica importante en los procesos de escalamiento (Tobajas y García- Calvo, 1999).

La cinética de crecimiento microbiano constituye una de las operaciones más utilizadas por la ingeniería alimentaría y la biotecnología, por lo tanto, es importante conocer los diferentes mecanismos de crecimiento, así como, la forma de cuantificación de los mismos, sus formas de aplicación, las ventajas y desventajas de los diferentes métodos (Blackwel, 1975; Hernández, 1998; Conn et al., 1998). La descripción cinética de un sistema biológico es compleja porque depende de un gran número de reacciones químicas de la célula con el entorno y del propio metabolismo (Arellano et al., 2007). Los modelos cinéticos permiten la descripción de la evolución de la biomasa, el oxígeno disuelto, consumo de oxígeno, rendimiento de biomasa sobre sustrato, para la resolución de los balances de materia, calor y cantidad de movimiento, así como de los parámetros cinéticos completos (Almudena, 2003; Cabanes et al., 1989).

Los microorganismos son las más numerosas y antiguas entidades bióticas que existen, logrando colonizar exitosamente cada nicho ecológico sobre el planeta, incluso en lugares en los que no ha sido posible localizar otras formas de vida, además su presencia y actividad son esenciales para la salud y el funcionamiento de los ecosistemas a través de todo el medio ambiente (Olembo, 1991). Su explotación y conservación de con fines investigativos es del interés de todo centro de investigación, pues permite disponer de cepas confiables cuando estas sean solicitadas, por lo que resulta de mucha importancia el empleo de técnicas que permitan el mantenimiento y preservación de los microorganismos por largos períodos de tiempo (Weng et al., 2003; Pérez, 2004).

Existen diferentes métodos para la preservación de los microorganismos y todos tienen ventajas y desventajas, por lo tanto el método escogido debe ser el que mejor se adecue a las necesidades de la colección, teniendo en cuenta la competencia técnica, los recursos financieros y las facilidades disponibles (García y Uruburu, 2000) y recordando siempre que no existe un método universal para la preservación adecuada de todos los microorganismos (García y Uruburu, 2000; Castro et al., 2000; Smith et al., 2000).

Para la correcta conservación de las cepas se deben cumplir tres objetivos fundamentales que, en primer lugar que el cultivo a conservar esté puro, en segundo que se logre una supervivencia de al menos el 70-80% de las células, o sea que sean viables y en tercero que sean genéticamente estables.

Para su mejor comprensión estos métodos pueden ser agrupados en: métodos de elección o de conservación a largo plazo (son los mejores, ya que garantizan al máximo la estabilidad genética, a él pertenecen los métodos de congelación y la liofilización), métodos alternativos (se utilizan

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