Tecnol. Ciencia Ed. (IMIQ) vol. 22 nm. 1, 2007 35

Proceso de biotransformacin lcticadel jugo de Aloe vera

Tecnol. Ciencia Ed. (IMIQ) vol. 14 nms.1-2,1999 35

Mara Elizabeth Contreras-Pinzn, Rosa Mara Domnguez-Espinosa*, Araceli Gonzlez-Burgos

Tecnol. Ciencia Ed. (IMIQ) 22(1): 35-42, 2007

* Autora a quien debe enviarse la correspondencia(Recibido: Noviembre 07, 2006, Aceptado: Febrero 21, 2007)

Palabras Claves: Aloe vera, Lactobacillus, biotransforma-cin, acido lctico, antibacteriano

Keywords: Aloe vera, Lactobacillus, biotransforma-tion, lactic acid, antibacterial activity

RESUMEN

Tradicionalmente, las bacterias probiticas se incorporan a leche y susderivados para la obtencin de alimentos biotransformados. Sin embar-go, existen otros sustratos no lcteos que debido a su composicin sonfactibles de promover el crecimiento de estos organismos, uno de elloses el Aloe vera el cual es reconocido por sus caractersticas nutricionalesy su uso teraputico en el tratamiento y prevencin de enfermedadesgastrointestinales. Se considera que el Aloe vera tiene cuatro propieda-des fundamentales: funciona como antinflamatorio, fungicida, antibi-tico y agente regenerativo de tejidos. Estas caractersticas nutricionaleshan hecho que el jugo y la pulpa de esta planta sean muy apreciados enla medicina y alimentacin tradicional en Mxico y otros pases. Se hadocumentado que el jugo de Aloe vera tiene capacidad bacteriosttica ybactericida sobre diferentes tipos de organismos. Al momento existelimitada informacin sobre si la reduccin en la incidencia de enferme-dades gastrointestinales derivada del consumo de Aloe vera es debida ala accin directa de alguno de sus constituyentes sobre el organismo oes debida a un efecto promotor del desarrollo de la flora intestinal y, porello, los objetivos de este trabajo fueron: el estudio de un bioprocesopara la proliferacin de cepas probiticas de Lactobacillus plantarum yjohnsonii utilizando Aloe vera como sustrato, evaluando los niveles deproduccin de cidos orgnicos, principalmente cido lctico en pre-sencia de dos suplementos de la fuente de carbono a diferentes concen-traciones. Se pudo comprobar que el Aloe vera es un buen sustrato parapromover la produccin de cido lctico y el crecimiento de dos espe-cies de Lactobacillus con altos niveles de viabilidad (1012 unidadesformadoras de colonias, UFC/mL) en condiciones aerobias. Se compro-b que el jugo de Aloe biotransformado tiene propiedades inhibidoraspara las bacterias patgenas Salmonella sp. y Escherichia coli en dife-rentes proporciones.

Facultad de Ingeniera Qumica, Universidad Autnoma de Yucatn, Tel. (01) 999460981 Ext. 232, Fax (01) 999460994.Correo-e (e-mail): doming@uady.mx

INTRODUCCIN

Las bacterias cido-lcticas estn ampliamente distri-buidas en la naturaleza. Se han aislado de tierra, plan-tas verdes, del tracto intestinal o de vagina de sereshumanos y animales. Naturalmente, la presencia de bac-terias cido-lcticas (BAL) se utiliza tambin como uncultivo iniciador para el bioprocesamiento de variosproductos alimenticios. Las actividades ms importan-tes de las bacterias cido-lcticas, tanto en alimentoscomo en preparaciones farmacuticas son: proporcio-nar sabor a la comida, promover la preservacin de ali-mentos y promover la salud (Shah, 2001).

En los alimentos conocidos como biotransforma-dos,1 la generacin de cido lctico resulta en generalincompatible con la actividad y, en ocasiones, con lasobrevivencia de los microorganismos patgenos queles acompaan. Sin embargo, los mecanismos de la in-hibicin microbiana por las BAL no se limitan a estefactor. Hay que sumar (segn las BAL involucradas) lacomposicin del sustrato, condiciones ambientales yel efecto de otros productos de su metabolismo. Estospueden ser de composicin relativamente sencilla o denaturaleza peptdica. Entre los primeros se encuentranlos cidos orgnicos como el lctico ya mencionado,en menor proporcin el cido actico, perxido de hi-drgeno, cidos grasos voltiles y diacetilo. El otro

1 Nota de los editores: Louis Pasteur defini a la biorreaccinanaerobia obligada de glucosa para producir etanol por Saccharomycescerevisiae como fermentacin por lo que ese trmino no debe ser usadopara otras biorreacciones distintas a sa, ni los biorreactores en los quese realizan denominarse fermentadores.

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grupo son compuestos bactericidas de elevado pesomolecular conocidos como bacteriocinas. As, el efec-to antibacteriano de las BAL puede observarse pormecanismos distintos al de la acidificacin del medio.El estudio de la produccin de bacteriocinas de las BALha permitido obtener nuevos agentes bacteriostticosde aplicacin en alimentos sin generar resistencia en-tre los microorganismos (Domnguez y col., 2003).

La biotransformacin microbiana de vegetales me-jora relativamente el valor nutritivo, la disponibilidadde protenas, aminocidos, carbohidratos, vitaminas delgrupo B y minerales. Tambin mejora el valor biolgi-co, la digestibilidad verdadera y la utilizacin neta deprotena. Esta biotransformacin puede disminuir o eli-minar algunos factores antifisiolgicos como fitatos,factores de flatulencia y lectinas (Zamudio y col., 2001).As, la actividad de las BAL tambin se acompaa decambios qumicos. Entre estos cambios se incluyen lahidrlisis de carbohidratos complejos a otros ms sim-ples, de las protenas a polipptidos, aminocidos yamonaco a aminas y de las grasas a glicerina y cidosgrasos. Las reacciones de oxidacin-reduccin son uti-lizadas por las bacterias para la obtencin de energa apartir de los alimentos originando productos tales comocidos orgnicos, alcoholes, aldehdos, cetonas y ga-ses que les dan propiedades nutricias y sensoriales ca-ractersticas de cada sustrato (Schaafsma, 1996). En elentorno de Mxico, el desarrollo de productos que con-tengan agentes probiticos y la incorporacin de stosen la dieta es de especial relevancia, debido a que lasestadsticas muestran que solamente en el estado deYucatn mueren 3 nios por cada mil nacimientos vi-vos por causa de las infecciones gastrointestinales y enalgunos municipios de muy alta marginalidad, dondems del 70% de la poblacin es indgena, se estimaque esta cifra puede ser mayor. De ah la relevancia deldesarrollo de alimentos que contengan probiticos(Balam y col., 2002; CONAPO, 1997).

En Yucatn existen muchas especies de vegetalesque, pese a su abundancia y uso en medicina tradicio-nal, permanecen sin ser completamente caracterizadasqumica y fisiolgicamente. As, est registrado en elconocimiento popular (Peraza, 1986) que varios de es-tos productos agrcolas son usados como coadyuvantesen el tratamiento de diarreas e infeccionesgastrointestinales, mismas que podran tener un efectocomo promotores de crecimiento de especies de la flo-ra intestinal y consecuentemente, servir comoprebiticos-sustancias capaces de estimular el creci-miento selectivo de bacterias benficas en el tracto in-testinal (Roberfroid, 2002). Existe evidencia cientficade que algunos tipos de vegetales tienen un alto poten-

cial como fuentes de oligo y polisacridos(Schrezenmeir y De Vrese, 2001).

El Aloe vera tiene varias propiedades fundamenta-les que han sido estudiadas. Funciona como unantinflamatorio, un fungicida, un antibitico y un agenteregenerativo. Contiene elevados niveles de enzimas,esto lo hace un cultivo de gran valor, ya que las enzimasayudan al cuerpo a absorber los alimentos bsicos y ala vez los purifica (Lawrence, 1998).

Otras propiedades reconocidas del jugo de Aloe verason: su valor nutritivo ya que contiene 19 aminocidosesenciales, necesarios para la formacin yestructuracin de las protenas, que son la base de lasclulas y tejidos, y tambin minerales como el calcio,fsforo, cobre, hierro, magnesio, potasio y sodio, to-dos elementos indispensables para el metabolismo yactividad celular (Batista, 2002). El Aloe vera tambincontiene vitamina A (necesario para el buen funciona-miento de la visin, para el bienestar del cabello y lapiel); vitamina B1, B5, B6 y B 12 (requerido por elsistema nervioso central y perifrico) y vitamina C (res-ponsable del fortalecimiento del sistema inmunolgicoy de la integridad de los capilares del sistemacardiovascular y circulatorio). Tambin se consideradesintoxicante pues contiene cido urnico, elementoque facilita la eliminacin de toxinas a nivel celular, ya nivel general estimula la funcin heptica y renal,primordiales en la desintoxicacin de nuestro organis-mo. Su capacidad bacteriosttica, bactericida yfunguicida (antiviral), elimina bacterias (inclusiveSalmonella y Estafilococos) que causan infecciones,inhibiendo su accin daina (Batista, 2002). Comoagente antinflamatorio tiene una accin similar a la delos esteroides, como la cortisona, pero sin sus efectosnocivos colaterales. Por eso es til en problemas comoartritis, lesiones, golpes, mordidas de insectos, etc.(Robert, 1997). Es tambin un coagulante: Por conte-ner calcio, potasio y celulosa, al aplicar Aloe vera enlas lesiones se favorece la formacin de una red de fi-bras que aseguran las plaquetas de la sangre, ayudandoen la coagulacin y cicatrizacin. El calcio es requeri-do por el sistema nervioso y el potasio juega una fun-cin importante en la actividad muscular y en lacoagulacin (Batista, 2002).

Debido a sus propiedades nutricionales y composi-cin qumica el Aloe vera tiene un alto potencial comoagente promotor del desarrollo de bacterias probiticas(Contreras-Pinzn y col., 2003). Por tal motivo, paraesta investigacin se seleccion como fuente de carbo-no al jugo de la planta de sbila (Aloe vera), pues es unproducto regional de amplio consumo y cuya indus-trializacin como alimento ha sido limitada slo a la

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produccin de jugo. Es importante buscar algunas otrasalternativas para explotar sus caractersticasnutricionales y su uso teraputico en el tratamiento yprevencin de enfermedades. As, la biotransformacindel jugo de Aloe vera con microorganismos probiticosincrementar las propiedades de ste como alimentofuncional, al mismo tiempo que extender su tiempode vida de anaquel debido al efecto protector causadopor el desarrollo y metabolismo de las bacteriasprobiticas, resultando en un producto nuevo con unvalor agregado mayor al jugo sin biodegradar.

MATERIALES Y MTODOS

Materias primas

El jugo y pulpa utilizados en el estudio provenan dehojas de Aloe vera variedad barbariensis y fueron do-nados en sus formas industrializadas por una compa-a agrcola ubicada en el municipio de Oxcutzcab,Yucatn, Mxico. Esta misma compaa proporciontambin la miel orgnica tipo tajonal que se utiliz enlos experimentos como suplemento de carbono y edul-corante en la formulacin del producto final.

Experimentos biolgicos

Se realizaron estudios de biotransformacin a nivel delaboratorio en matraces de 250 mL con 100 mL de jugode sbila donde se utilizaron dos diferentesmicroorganismos lcticos obtenidos de colecciones(Lactobacillus plantarum, NCIMB 11718 y Lactoba-cillus johnsonii, donadas por el Dr. Humberto Hernn-dez, de la Escuela Nacional de Ciencias Biolgicas delInstituto Politcnico Nacional). Ambas cepas fueronmantenidas en medio de Man, Rogosa y Sharpe, MRS(De Man y col., 1960) (Tabla 1).

Se utiliz el jugo de Aloe vera como sustratocarbonoso a cuatro diferentes niveles de concentracin(25, 50, 75, 100%). As mismo, se evalu la biotrans-formacin del jugo en presencia o ausencia de un com-plemento en la fuente de carbono (glucosa y miel aconcentraciones de 1% - 5% m/v). La biorreaccin fuellevada a cabo a las condiciones de incubacin reco-mendadas para cada uno de los microorganismos em-pleados por 48 horas. A cada experimento se lerealizaron tres rplicas y las referencias para cada tipode cultivo fueron medios sin biodegradar.

Al jugo biodegradado se le realizaron anlisisfisicoqumicos que permitieran caracterizar el produc-to: Acidez total (AOAC, 2000), contenido de cido lc-tico (AOAC, 2000) y azcares por el mtodo de DNS

(Miller, 1959 citado en AOAC, 2000). Para evaluar elcambio de composicin nutricional del jugo despusde la biorreaccin se realizaron anlisis bromatolgicosdel alimento original y los productos biodegradados,de acuerdo con lo mtodos descritos en la literatura(AOAC, 2000). La proliferacin microbiana se evalupor medio de cuenta en placa de unidades formadorasde colonias (UFC/mL) en medio MRS. A todos los re-sultados se les realiz un anlisis de varianza en unintervalo de confianza de 95% para determinar la dife-rencia significativa entre ellos, siguiendo las metodo-logas estandarizadas (Pedrero y Pangborn, 1989).

Para determinar si exista algn efecto del jugobiodegradado en la capacidad inhibitoria del mismosobre algunos organismos patgenos, se utiliz esteproducto a escala de laboratorio en una proporcin 1:10y se probaron las bacterias patgenas E. coli O157:H7y Salmonella sp. (Contreras- Pinzn y col., 2003).

Se determin el tiempo de vida til del producto,sus caractersticas fsicas y su contenido de organis-mos probiticos (UFC/mL) a temperaturas de 4C enun periodo de tres a seis meses.

Con los resultados de los estudios de biotransfor-macin se realiz una prueba sensorial de aceptacin anivel consumidor con 130 voluntarios de acuerdo conla metodologa recomendada por Pedrero y Pangborn(1989). De la misma evaluacin se obtuvo informacinsobre los atributos sensoriales ms importantes para laaceptacin del producto (Domnguez, 1995).

Se realiz el escalamiento de la biotransformacinde matraces a biorreactores piloto de 6000 mL paradeterminar los parmetros cinticos del proceso. Con

Tabla 1Medio de Man, Rogosa y Sharpe (MRS) para elcultivo de Lactobacillus*

PeptonaExtracto de carneExtracto de levaduraGlucosaK2HPO4Acetato de sodioCitrato de amonioMgSO4.7H2OMnSO4.4H2OTween 80pH final

g/L

1010520252

0.20.21

6.2 6.6

Ingredientes

* Esterilizado a 118C durante 15 minutos en autoclave

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los resultados experimentales obtenidos en losbiorreactores piloto se calcularon los parmetros nece-sarios para la simulacin y diseo del proceso emplean-do el paquete computacional Super Pro Designer, deacuerdo con las instrucciones del licenciador.

RESULTADOS Y DISCUSIN

Biotransformacin de Aloe vera

El Aloe vera fue usado como sustrato en dos presenta-ciones: pulpa (fluido con alto contenido de fibra) y jugo(fluido viscoso filtrado). En los estudios de seleccindel sustrato se encontr que, contrario a lo esperado, lapresencia de mayores contenidos de fibra (38%) en lapulpa no tuvo un efecto significativo (P>0.05) sobre eldesarrollo de los organismos durante la biotransforma-cin, es decir, la fibra de Aloe no ejerce efecto prebiticosobre los organismos usados. Sin embargo, la concen-tracin neta de Aloe en el medio fue determinante parael desarrollo de los cultivos, es decir, en los medioscon menor cantidad de Aloe vera (25% v/v), se regis-traron crecimientos menores hasta de dos rdenes demagnitud (1 x 105 UFC/mL) que en los cultivos quecontenan cantidades mayores de este sustrato. Lascuentas de los cultivos en medio de jugo y pulpa deAloe vera con 50 y 75 % (v/v) fueron las ms altas,ambas del orden de 1x107 UFC/mL (Figura 2).

trgeno, etc.) se haya agotado limitando el crecimientodel microorganismo. Las pruebas de biotransformacinde los medios con base en Aloe demostraron la conve-niencia para trabajar solamente con medios a base dejugo debido a que: Se obtuvo el mismo desarrollo en pulpa y jugo bio-

transformados Las ventajas a nivel tecnolgico que tiene el mane-

jo de jugo, requiriendo tiempos menores para lapreparacin de los medios y una disminucin decostos de mano de obra y de operacin.

La viscosidad de los medios a base de jugo resultser ms baja (8-12 cP/23C), lo que podra reper-cutir en el control del proceso y en los costo deinstalacin (Dond, 2004).

Efecto de la concentracin de la fuente de carbono

El uso de complementos de la fuente de carbono (C)en los medios demostr que, en los medios biotrans-formados con 50 y 75% (v/v) de Aloe la mayor concen-tracin de fuente de carbono (5% p/v)independientemente de su naturaleza (miel o glucosa)con el microorganismo L. plantarum aumenta el rendi-miento de UFC/mL de producto biodegradado (Tabla2). En concordancia con lo encontrado en las pruebaspreliminares, los resultados de proliferacin de L.plantarum en medios con complemento de glucosa omiel y Aloe al 100% (v/v) fueron menores que en losmedios equivalentes con 50 y 75% (v/v), entre los cua-les no se encontr diferencia significativa (P>0.05). Esdecir, que se pueden utilizar concentraciones de 50 y75% (v/v) de jugo de Aloe vera con un 5% (p/v) decualquiera de los dos complementos (miel o glucosa)para obtener un mayor desarrollo de cualquiera de lasdos cepas lcticas evaluadas.

Debido a que L. plantarum es una cepa que se adap-ta fcilmente y tiene resistencia a ambientes poco pro-picios se decidi estudiar si el comportamientoobservado por esta cepa era extrapolable a otros culti-vos lcticos y, para ello, se llevaron a cabo biodegra-daciones de Aloe vera en jugo al 50 y 75% (v/v) conuna cepa probitica de Lactobacillus. En ellas se veri-fic el potencial de este alimento como sustrato paraeste tipo de organismos. Se utiliz, como ya se men-cion en la metodologa, la cepa L. johnsonii. Los re-sultados fueron mejores que lo esperado, ya queinicialmente se pens que su desarrollo podra ser nulodebido a que L. johnsonii es mucho ms sensible paraadaptarse a los medios. Sin embargo, se obtuvo unaproliferacin mxima (maximum growth, en ingls)de 5 - 6 x1010 UFC/mL en los medios con miel al 5%

Figura 2. Desarrollo de L. plantarum en los produc-tos de pulpa y jugo de Aloe vera al finalde la biotransformacin.

log(

UFC

/mL

)

UFC/mL de jugo UFC/mL de pulpa

25% 50% 75% 100%

1.00E+08

1.00E+07

1.00E+06

1.00E+05

1.00E+04

1.00E+03

1.00E+02

1.00E+01

1.00E+00

Concentracin de aloe vera

Al hacer la comparacin estadstica de las mediasde las cuentas viables y sus desviaciones estndar seencontr que los contenidos bacterianos de ambosmedios no presentaron una diferencia significativa(P>0.05) haciendo pensar que existe una concentracinlmite de Aloe vera alrededor del 50% (v/v), donde eldesarrollo del cultivo sea independiente de la concen-tracin de sustrato o que algn nutriente (carbono, ni-

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(p/v), sin haber diferencia significativa entre las con-centraciones de Aloe de 50 y 75%(v/v). Como era tam-bin de esperarse, el menor desarrollo se obtuvo en losmedios de jugo sin fuentes de carbono adicionales (7.6x 107 UFC/mL).

Los resultados de las cuentas viables finales fueroncomparados con los de tres productos lcteos que exis-ten en el mercado (Yakult, Chamito y Actimel).Los productos biodegradados a base de Aloe vera pre-sentaron caractersticas similares (pHfinal: 3.23; 2.8x1012UFCL.plantarum /mL y 4.45x1010 UFCL. johnsonii/mL), a lasdel producto comercial Actimel (pHfinal: 3.82; 2.5x1010 UFC/mL).

Con estos resultados, se puede decir que no exis-ten diferencias significativas (P>0.05) entre los me-dios biodegradados con jugo de Aloe vera en lasconcentraciones de 50 y 75% (v/v) y cualquiera deestas concentraciones con un 5% (p/v) de fuente decarbono (glucosa o miel). Se obtuvieron unidadesformadoras de colonias superiores a las obtenidas enalgunos de los productos comerciales. Esto indica quees factible la elaboracin de productos biodegradadosmediante el uso de ambas cepas (L. plantarum y L.johnsonii).

Prueba sensorial

De las 130 personas que se encuestaron, 91 de ellasaceptaron consumir el producto. El 30% de la po-blacin a la cual no le agrad el producto afirmque esto fue principalmente por el color del produc-to ya que adquiri el color de la miel y no del Aloe

vera (11%), un 7% objet que la textura no era la deun producto biotransformado comn (porque escompletamente un jugo y no un fluido viscoso o pas-toso como el yogurt) y un 12% no lo acept, las ra-zones que expresaron en los cuestionarios fueronprincipalmente el olor y sabor lctico del producto.Sin embargo, cualquiera de estos problemas puedeser solucionado reformulando el producto mediantegomas comestibles (para darle mayor consistencia),esencias, edulcorantes, etc. De las personasencuestadas, cuando se les propuso la opcin de lareformulacin del producto, la mayora mencion ques lo consumiran.

Prueba de inhibicin de patgenos

Se realiz prueba de inhibicin in vitro al jugobiodegradado de Aloe vera con L. plantarum y L.johnsonii. Los productos biodegradados con L.plantarum fueron ms efectivos para inhibir Salmonellasp. (halos de inhibicin de 3.5 mm) que para el patge-no E. coli 0157:H7. La inhibicin observada en losmedio de jugo de Aloe vera sin biorreaccin (contro-les) fue nula (Figura 3). La mxima inhibicin se obtu-vo siempre en los medios biodegradados con glucosaal 5% (p/v).

En los productos de biotransformacin del jugo al50% (v/v) con 5% (p/v) de glucosa los resultados obte-nidos con la bacteria L. johnsonii fueron mejores quelos obtenidos con L. plantarum, tanto para E.coli0157:H7 como para Salmonella sp. donde se obtuvie-ron halos de inhibicin de 4 a 4.5 mm, respectivamente.

Tabla 2Cuentas viables de L. plantarum en diferentes medios de cultivo cuya fuente de carbono era jugo de Aloe Vera

Aloe vera sin complemento.

1% glucosa

5% glucosa

1% miel

5% miel

25%

3.8 x 108(4.73x107)1.8 x 1010

(2.24x109)3.6 x 1011

(4.48x1010)5.9 x 108

(7.34x107)3.1 x 109

(3.86x108)

% (p/v) de fuente decarbono

* Esterilizado a 118C durante 15 minutos en autoclave

50% 75% 100%

6.9 x 108(8.59x107)3.6 x 1011

(4.48x1010)1.0 x 1012

(1.24x1011)6.8 x 1011

(8.46x1010)2.8 x 1012

(3.48x1011)

1.0 x 1010(1.24x109)9.0 x 1010

(1.12x1010)1.8 x 1012

(2.24x1011)4.3 x 1010

(5.35x109)7.8 x 1012

(9.71x1011)

5.8 x 109(7.22x108)2.4 x 1011

(2.99x1010)2.6 x 1011

(3.24x1010)8.4 x 108

(1.05x108)4.8 x 1010

(5.97x109)

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Viabilidad de las bacterias lcticas en el jugobiotransformado en almacenamiento

En la prueba de viabilidad del microorganismo, despusde los 90 das se obtuvieron valores de 106 UFC/mL y altrmino de 180 das, se obtuvieron 3.58 x 104 UFC/mL enel jugo biotransformado de Aloe vera. Con estos resulta-dos, se determin el tiempo mximo de anaquel, el cualdebe ser menor a tres meses, ya que despus de este tiem-po el nmero de UFC/mL es menor a 106 UFC/mL,obtenindose as un producto con un porcentaje de acep-tacin bueno y un tiempo de vida estimado y con caracte-rsticas especficas para proceder a realizar el escalamientodel proceso de biotransformacin de Aloe vera.

Escalamiento 1: 10 de la biorreaccin en jarras yclculo de la cintica

Para la obtencin de la cintica de la reaccin para eljugo de Aloe vera biotransformado se tomaron 12 mues-tras en un perodo de 48 h. Con los datos obtenidos sedetermin la tasa mxima de proliferacin (maximumgrowth, en ingls) de las bacterias, la cual estuvo alre-dedor de 12 h, as como las fases de desarrollo durantela biorreaccin (Figura 4). Para el clculo de la (ve-locidad o rapidez de proliferacin) se utilizaron los pun-tos centrales de la fase de desarrollo exponencial, yaque esta seccin de la curva garantiza la tasa mximade proliferacin de los microorganismos. Se obtuvo laconstante de 1.59 h-1. El valor de Ks (constante deMonod) se calcul de acuerdo con la ecuacin

+= CsKsCs

max

donde: velocidad de proliferacinmax:tasa maxima de proliferacinCs: concentracin de sustrato limitante

Obteniendo como resultado Ks = 0.1 g/L. Los resul-tados de la proliferacin de L. plantarum en el medioMRS, se muestran en la Figura 5. De estos datos secalcul la constante de velocidad o rapidez en elinculo obteniendo un valor de 1.8921h-1.

Simulacin y diseo conceptual de la planta parauna escala de 1:300

La simulacin y diseo del proceso se realiz con eljugo de Aloe vera al 50% y 5% de glucosa, las razo-nes por la que se emple el 5% de glucosa y no demiel como en el escalamiento, es debido a que losclculos de azcares reductores se realiz con basenicamente en glucosa as como el balance de mate-ria, lo que significa que los parmetros calculados ysimulados son adecuados y como se ha presentado enel transcurso del trabajo no se presenta diferenciaen el crecimiento microbiano entre ambas fuentes decarbono.

Bajo estas condiciones, se realiz el diagrama debloques del diseo conceptual del proceso (Figura 6),donde se muestran las principales operaciones realiza-das para la elaboracin del jugo biotransformado deAloe vera, que son las mismas que se realizaron a nivelde laboratorio. La primera parte del diseo fue elbiorreactor, donde se utilizaron las propiedades que seobtuvieron en el escalamiento. Los parmetros cinticosque se simularon fueron los que se obtuvieron en el

Figura 3. Inhibicin de E. coli 0157:H7 en (a) 50 y 75% (v/v) de jugo de Aloe vera con 5% (m/v) de glucosasin biotransformacin, (b) 50 y 75% (v/v) de jugo de Aloe vera con 5% (m/v) de glucosabiotransformada con L. plantarum

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escalamiento, con un tiempo de residencia de 48 h yuna temperatura de 30C1. La capacidad del procesoes de 1500 litros/75 h (por cada lote) de jugobiotransformado de Aloe vera.

permiten un mezclado efectivo en todo el tanque evi-tando problemas de lquido estancado. Para evitar vr-tices o torbellinos dentro del tanque se recomienda eluso de placas deflectoras.

Los tanques de mezclado consisten en un recipientecilndrico, cerrado o abierto dependiendo del flujo quese maneje y un agitador mecnico, montado en un eje yaccionado por un motor elctrico. En el proceso se re-quieren cuatro tanques: tres cerrados y uno abierto. Lostanques cerrados son necesarios, ya que el flujo que semaneja debe estar en condiciones estriles y el abiertoes solamente para realizar la mezcla del jugo con elcomplemento carbonoso a la concentracin estipuladaen el proceso.

Las dimensiones del tanque se obtuvieron medianteel clculo en lnea que permite determinar el diseo deuna geometra bsica o estndar para tanques agitadosde mezcla con flujo axial o radial (Dond, 2004).

Para los esterilizadores se utiliza como servicio decalentamiento vapor saturado de agua de baja presina 152C y para los intercambiadores de calor se utilizacomo servicio de enfriamiento agua de 5 a 10C. Losintercambiadores de calor recomendados son de tipode doble tubo ya que el rea de transferencia requeridaes muy pequea y, por lo tanto, estos intercambiadoresson pequeos y fciles de limpiar y esterilizar si es ne-cesario.

CONCLUSIONES

Se pudo comprobar que tanto el jugo como la pulpa deAloe vera son un buen sustrato para promover el desa-

Figura 4. Fases de proliferacin de L. plantarum enjugo de Aloe vera al 50% (v/v) con 5%(m/v) de miel a 30C durante 48 horas

I

II III

IV

I

II

III

IV V

VI

1.00E+16

1.00E+14

1.00E+12

1.00E+10

1.00E+08

1.00E+06

1.00E+04

1.00E+02

1.00E+00

log

(UFC

/mL

)

1.00E+12

1.00E+10

1.00E+07

1.00E+06

1.00E+04

1.00E+02

1.00E+00

log

(UFC

/mL

)

0 10 20 30 40 50 600 10 20 30 40 50 60

Tiempo (h) Tiempo de biorreaccin (h)

Desarrollo exponencialDesaceleracinEstacionariaDeclinacin o muerte

Retardada LagAceleracin del crecimientoDesarrollo exponencialDesaceleracinEstacionariaDeclinacin o muerte

IIIIIIIV

IIIIIIIVVVI

Figura 5. Fases de proliferacin de L. plantarum enmedio MRS a 30C durante 48 horas

Se obtuvo un rendimiento de 0.3 g biomasa /g deglucosa y 0.04 g cido lctico /g de glucosa) con res-pecto al cido lctico. Los biorreactores son tanquescerrados de acero inoxidable ya que el jugobiotransformado obtenido tiene valores de pH meno-res a cuatro, lo que significa que es un fluido cido y,por lo tanto, un material corrosivo. El fondo del tanquedebe ser redondeado con el fin de eliminar los bordesrectos o regiones en las cuales podra haber problemasspticos, adems de mezclado ineficiente. Los agita-dores del tanque deben ser de tipo turbina con seis pa-letas verticales, que producen corrientes turbulentas que

Tanquede mezclado

Pasteurizador

Tanquesemilla

Biorreactor

Tanqueagitado

Jugo de Aloe Verabiotransformado

Agua

Aloe vera: 500 L

Precultivo de bacterias L.Plantarum

EdulcoranteMiel

(materia orgnica)

Figura 6. Diagrama de bloques del proceso de bio-transformacin de Aloe vera

42 Tecnol. Ciencia Ed. (IMIQ) vol. 22 nm. 1, 2007

rrollo de bacterias lcticas y la consecuente produc-cin de cido lctico. La proliferacin mxima (max)se obtuvo a las concentraciones de 50 y 75% (v/v) dejugo de Aloe vera y con una fuente de carbono de 5%(m/v) de miel o glucosa con un aumento de hasta 1012UFC/mL.

El jugo biodegradado tuvo un tiempo de vida deanaquel de 3 meses, con halos de inhibicin de las bac-terias patgenas de Salmonella sp. y E. coli de 2.5 y1.0 mm, respectivamente.

De las pruebas sensoriales se obtuvo una aceptacindel producto del 70%, siendo la principal objecin elcolor del jugo (ligeramente pardo debido a la adicinde miel como edulcorante).

Con la concentracin de 50% (v/v) de jugo y 5%(m/v) de miel se realiz el escalamiento obteniendo losparmetros cinticos de la biorreaccin como la velo-cidad especfica de proliferacin () de 1.59 h-1, la cons-tante de Monod (Ks) fue de 0.1g/L y la constante deproduccin de cido lctico (qp) de 0.186 h-1. Para laproduccin de inculo se obtuvo una velocidad espe-cfica de proliferacin () de1.89 h-1.

El diseo del proceso hecho por computadora plan-te cuatro mezcladores, tres intercambiadores de ca-lor, tres esterilizadores, un biorreactor de tipointermitente de 69 litros de capacidad (tanque semilla)y un biorreactor tambin intermitente con una capaci-dad de 1691 litros (reactor principal). Todos los tan-ques y los dos biorreactores sern de acero inoxidable,ya que el jugo biodegradado es cido (con valores depH menores de 4).

NOMENCLATURA Y ABREVIATURAS

BAL Bacterias cido-lcticasC Fuente de carbono adicional al medio base

de jugo de Aloe veraCs Concentracin de sustrato limitanteDNS Mtodo de determinacin de azcares reduc-

tores basado en el uso del cido dinitrosalic-lico (D.N.S)

Growth Palabra en ingls que significa proliferacin odesarrollo ya que las clulas de las bacteriasno crecen sino que proliferan (se subdividen)

Ks Constante de MonodMRS Medio de Man, Rogosa y Sharpe para el cul-

tivo de Lactobacillusqp Produccin de cido lcticoTajonal Miel producida por las abejas obreras a partir

del nctar de las flores o de las secrecionesprocedentes de la floracin tajonal (Viguieradentata)

UFC Unidades formadoras de colonias% m/v Porcentaje de masa/ unidad de volumen% v/v Porcentaje volumen /volumenmax Tasa mxima de proliferacin (en ingls,

maximum specific growth rate), h-1

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