ESTADO SLIDO Y FERMENTACION SUMERGIDO PARA LA PRODUCCIN DE SUSTANCIAS BIOACTIVAS: UN ESTUDIO COMPARATIVO

RESUMENLa fermentacin ha sido ampliamente utilizada para la produccin de una amplia variedad de sustancias que son altamente beneficioso para los individuos y la industria. Con los aos, las tcnicas de fermentacin han ganado gran importancia debido a sus ventajas econmicas y ambientales. Tcnicas antiguas se han modificado ms all y refinado para maximizar la productividad. Esto tambin ha implicado el desarrollo de nueva maquinaria y procesos. Dos tcnicas de fermentacin amplios han surgido como resultado de este rpido desarrollo: Sumergido Fermentacin (SMF) y fermentacin en estado slido (SSF). Descubrimiento de la actividad beneficiosa de varios metabolitos secundarios producidos por microorganismos (compuestos bioactivos) ha dado lugar a la exploracin adicional de fermentacin como una tcnica de produccin para estos compuestos. A nivel de la investigacin, tanto SSF y SmF se han utilizado; sin embargo, algunas tcnicas dieron mejores resultados que otros. Todava hay mucho trabajo por hacer para identificar la mejor tcnica de fermentacin para cada compuesto bioactivo. Este artculo revisa las diferentes tcnicas de fermentacin para la produccin de compuestos bioactivos. La comparacin de estas tcnicas para la identificacin de la mejor tcnica tambin se aborda.

PALABRAS CLAVE: Enzimas, antibiticos, agentes hipercolesterolmicos, agentes antihipertensivos

INTRODUCCINLa fermentacin es la tcnica de la conversin biolgica de sustratos complejos en compuestos simples por diversos microorganismos tales como bacterias y hongos. En el curso de esta descomposicin metablica, que tambin liberan varios compuestos adicionales aparte de los productos habituales de fermentacin, tales como dixido de carbono y alcohol. Estos compuestos adicionales se denominan metabolitos secundarios. Metabolitos secundarios van desde varios antibiticos a pptidos, enzimas y factores de crecimiento (Balakrishnan y Pandey, 1996; Machado et al, 2004;... Robinson et al, 2001). Tambin se les llama 'compuestos bioactivos "ya que poseen actividad biolgica. Recientemente, los investigadores han demostrado que varios de estos metabolitos secundarios son industrialmente y econmicamente importante. Se han utilizado en una variedad de industrias tales como productos farmacuticos (Demain, 1999) y de alimentos (Rossi, 2009; daverey y Pakshirajan, 2009), especialmente en el campo de los probiticos (Dharmaraj, 2010) y prebiticos (Wang, 2009). La aparicin de estas industrias ha dado lugar a la amplificacin de las tcnicas utilizadas en el laboratorio a gran escala. Esto ha presentado una gran cantidad de problemas, ya que la creacin de un entorno controlado para los microorganismos necesita ser llevado a cabo con la mxima adherencia a los parmetros y procesos. Las condiciones adversas pueden resultar en la produccin de compuestos no deseados en lugar del compuesto bioactivo de inters. El desarrollo de tcnicas tales como la fermentacin de estado slido (SSF) y sumergido Fermentacin (SMF) ha dado lugar a la produccin a nivel industrial de compuestos bioactivos. Estas tcnicas se han perfeccionado an ms en base a varios parmetros tales como los sustratos utilizados, los parmetros ambientales y los organismos utilizados para la fermentacin. Basado en la investigacin, ciertos compuestos bioactivos han encontrado para ser producida en mayores cantidades en la SSF, mientras que otros compuestos han sido extrados usando SMF. La fermentacin se ha clasificado en SSF y SmF basada principalmente en el tipo de sustrato utilizado durante la fermentacin.La fermentacin en estado slido (SSF)SSF utiliza sustratos slidos, como el salvado, el bagazo, y pasta de papel. La principal ventaja de la utilizacin de estos sustratos es que los materiales de desecho ricos en nutrientes pueden ser fcilmente reciclados como sustratos. En esta tcnica de fermentacin, los sustratos se utilizan muy lentamente y de manera constante, por lo que el mismo sustrato se puede utilizar durante perodos largos de fermentacin. Por lo tanto, esta tcnica apoya la liberacin controlada de nutrientes. SSF es el ms adecuado para tcnicas de fermentacin que implican los hongos y los microorganismos que requieren menos contenido de humedad. Sin embargo, no se puede utilizar en los procesos de fermentacin que implican organismos que requieren alta (actividad de agua), tales como bacterias. (Babu y Satyanarayana, 1996).

Sumergido Fermentacin (SMF) / Lquido Fermentacin (LF)SmF utiliza sustratos lquidos que fluyen libremente, como la melaza y caldos. Los compuestos bioactivos se secretan en el caldo de fermentacin. Los sustratos se utilizan con bastante rapidez; por lo tanto, necesitan ser reemplazados constantemente / complementado con nutrientes. Esta tcnica de fermentacin es el ms adecuado para los microorganismos tales como bacterias que requieren alto contenido de humedad. Una ventaja adicional de esta tcnica es que la purificacin de los productos es ms fcil. SmF se utiliza principalmente en la extraccin de metabolitos secundarios que deben ser utilizados en forma lquida.

Sustratos utilizados para la fermentacinEl resultado de la fermentacin altamente vara para cada sustrato; por lo tanto, es extremadamente importante elegir el sustrato derecha. Tcnicas de fermentacin tienen que ser optimizado para cada sustrato. Esto se debe principalmente a la razn de que un organismo reacciona de manera diferente a cada sustrato. Las tasas de utilizacin de los diversos nutrientes difieren en cada sustrato, y lo mismo ocurre con la productividad. Algunos de los sustratos comunes utilizados en la fermentacin en estado slido son salvados de trigo, arroz y paja de arroz, heno, frutas y residuos vegetales, pasta de papel, bagazo, fibra de coco, y medios sintticos (Pandey et al., 1999). Algunos sustratos comunes utilizados en la fermentacin sumergida son azcares solubles, melaza, medios lquidos, zumos de frutas y vegetales, y aguas residuales / desechos.

Compuestos bioactivos extradosVarios compuestos bioactivos tales como antibiticos (Maragkoudakis et al, 2009;. Saykhedkar y Singhal, 2004; Ohno, 1995), pigmentos, enzimas (Dharmaraj et al, 2009). (Aguilar et al, 2008;. Kokila y Mrudula 2010), agentes hipercolesterolmicos (Xie y Tang 2007; Pansuriya y Singhal, 2010), antioxidantes, agentes antihipertensivos, agentes antitumorales, biotensioactivos (Tafulo et al., 2010) (Nakahara et al, 2010). (Ruiz-Snchez et al, 2010). Y pptidos bioactivos (Pritchard et al., 2010) se han extrado por medio de la fermentacin. Ha habido poca informacin sobre el estudio comparativo de estas tcnicas de fermentacin con respecto a la produccin de compuestos bioactivos. Esto se ha convertido en una necesidad ya que la productividad debe ser maximizada para satisfacer la demanda. Esta opinin hace un intento de enumerar las tcnicas de fermentacin para la produccin de estos sustancias bioactivas, y las comparan para la identificacin de la mejor tcnica.

EnzimasLa fermentacin es la tcnica principal para la produccin de diversos enzimas. Ambos hongos y bacterias producen una gran variedad de enzimas invaluable cuando se fermentan en sustratos apropiados. Tanto en estado slido y fermentacin sumergida se utilizan para la produccin de enzima. SmF se implementa normalmente en el caso de la produccin de la enzima bacteriana, debido a la exigencia de un mayor potencial de agua (Chahal, 1983). SSF se prefiere cuando las enzimas tienen que ser extrado de los hongos, que requieren menor potencial hdrico (Troller y Christian, 1978). Ms que 75% de las enzimas industriales se producen usando SmF, una de las principales razones es que SmF apoya la utilizacin de organismos modificados genticamente a un mayor grado que SSF. Otra razn por la cual es ampliamente utilizado SMF es la falta de parafernalia con respecto a la produccin de diversos enzimas utilizando SSF. Esto es muy crtico debido al hecho de que el metabolismo exhibida por los microorganismos es diferente en SSF y SmF, y la afluencia de nutrientes y flujo de salida de materiales de desecho debe ser llevado a cabo sobre la base de estos parmetros metablicos. Cualquier ligera desviacin de los parmetros especificados dar lugar a un producto indeseable.

Las enzimas de hongosVarias enzimas de importancia industrial han sido extradas de los hongos pertenecientes al gnero Aspergillus. La importancia de este gnero es tanto, que se ha estudiado como un organismo modelo para la produccin de la enzima fngica (Holker et al., 2004). De hecho, A. niger es, con mucho, la mayor fuente de hongos de las enzimas. Las diferencias metablicas entre SSF y SmF tienen un impacto directo en la productividad de los hongos. Esto puede ser claramente ilustrado en la Tabla 1 (Holker et al., 2004). La fitasa se obtuvo utilizando fermentacin sumergida de Thermoascus auranticus (Nampoothiri et al., 2004) y su actividad se encontr que era 468,22 U / mL.

Enzimas bacterianasLas bacterias se han utilizado para producir diversos enzimas tales como amilasa, xilanasa, L-asparaginasa, y celulasa. Se cree que antes de que el mejor mtodo de produccin de enzimas de las bacterias es mediante el uso de fermentacin sumergida. Sin embargo, estudios recientes han demostrado que el SSF es ms eficiente que SmF para la produccin de la enzima bacteriana. La razn principal se puede atribuir a las diferencias metablicas. En el caso de SmF, la acumulacin de una variedad de metabolitos resultados intermedios en la actividad enzimtica rebajado y eficiencia de la produccin. Una visin general de la produccin de la enzima bacteriana se ha ilustrado en la Tabla 2.

Agentes hipercolesterolmicosAgentes hipercolesterolmicos son aquellas sustancias que bloquean la sobreproduccin de colesterol en el hgado. Son de gran importancia mdica niveles de colesterol en la sangre lo ms alto (hipercolesterolemia) se cree que son una de las causas principales de la aterosclerosis que conduce a la enfermedad cardaca coronaria. El primer agente hipercolesterolmicos ser descubierto fue compactina. Durante los aos, la investigacin ha llevado al descubrimiento de otros agentes hipercolesterolmicos tales como lovastatina, mevastatina, pravastatina, y simvastatina (Manzoni y Rollini, 2002). Compactina, lovastatina, pravastatina y son productos directos de la fermentacin; que tambin se llaman estatinas naturales. Cepas naturales poseen una parte polictido y una parte hidroxilo naftaleno-hexahidro a la que las cadenas laterales estn unidos (Manzoni y Rollini, 2002). La simvastatina es una estatina sinttica semi obtenido por la bioconversin de lovastatina. Simavstatin difiere de las estatinas naturales en la posesin de un grupo metilo adicional. El cambio en el estilo de vida humana ha llevado a la aceleracin repentina en los casos de arthrosclerosis lo largo de los aos, que ha impulsado la demanda de estatinas. Esto ha dado lugar a la necesidad de alcance maneras nuevas y ms eficientes para producirlos. La fermentacin es una manera rentable de la produccin en masa de las estatinas. Tanto SSF y SmF se han utilizado para este propsito. Los hongos son ampliamente utilizados para la produccin de estatinas. Las diferentes cepas utilizadas se aclaran en la Tabla 3.

AntibiticosLos antibiticos son la categora ms importante de compuestos bioactivos extrados de microorganismos utilizando la fermentacin. El primer antibitico que se extrae comercialmente mediante la fermentacin fue la penicilina de Penicillium notatum. Esto se hizo ya en la dcada de 1940 el uso de SSF y tambin SmF. Ahora, hay una multitud de antibiticos que han sido producidos utilizando la fermentacin. Esto incluye ciclosporinas, tetraciclinas, surfactinas, estreptomicina, y cefalosporina. La tabla 4 muestra la lista de los antibiticos producidos utilizando la fermentacin. Los primeros mtodos de produccin se basaron en la utilizacin de fermentacin sumergida. En los ltimos tiempos, el desarrollo de sustratos adecuados ha llevado al uso generalizado de fermentacin en estado slido durante la fermentacin sumergida. Sin embargo, la comparacin de los resultados muestra que ciertas cepas son ms adecuadas para SSF y algunos son ms adecuados para SMF. Por lo tanto, la tcnica de fermentacin debe decidirse basado en el microorganismo que se utiliza para la produccin. Los avances recientes han sugerido que los antibiticos producidos a travs de SSF son ms estables y producido en cantidades ms altas que SMF. Esto puede atribuirse a una menor produccin de compuestos intermedios en SSF. Sin embargo, la aplicacin de la SSF est limitada por la calidad y las caractersticas del material de sustrato utilizado. Debido a esta razn, es necesario poner a prueba la capacidad de produccin de una amplia variedad de sustratos antes de la optimizacin del proceso de fermentacin.

Compuestos bioactivos obtenidos a partir de los alimentos fermentados pptidos antihipertensivosPptidos antihipertensivos son una clase de pptidos que se utilizan para inhibir la actividad de la enzima convertidora de angiotensina (ACE). Esta actividad tambin se llama AngiotensinConverting actividad inhibidora de la enzima (ACEIA). Esta enzima es crtica para la regulacin de la presin arterial, y es una causa importante para la hipertensin. Debido a los altos niveles de estrs entre las personas hoy en da, ahora se recomienda que una parte de estos agentes antihipertensivos se debe incluir en la dieta diaria de una persona. Esto constituye los Enfoques Alimenticios para Detener plan de Hipertensin (DASH) para la lucha contra la hipertensin. El descubrimiento de la produccin de compuestos antihipertensivos en productos alimenticios fermentados ha sido un paso de gigante en el campo de nutracuticos. Varios microorganismos han sido seleccionados para la produccin de estos compuestos. De stas, las bacterias de cido lctico han sido los ms exitosos. La tcnica habitual utilizada para la produccin de estos alimentos fermentados es la fermentacin lquida. Segn un estudio llevado a cabo por Stefanova et al., Cepas de Lactobacillus como Lactobacillus helveticus y Lactobacillus delbrueckii spp. Bulgaricus se han utilizado para la produccin de productos lcteos fermentados con ACEIA. Las cepas de Lactobacillus casei y Lactobacillus delbrueckii spp. Lactis tambin se han utilizado para el mismo. La actividad ACEIA se encontr a aumentar en el producto fermentado como aument el tiempo de incubacin. El pH y la temperatura se mantienen por lo general constante. Es de notar que mucho trabajo que hay que hacer con respecto a la extraccin del pptido puro a partir del producto fermentado. Pptidos antihipertensivos tambin se encontraron en el queso(Pritchard et al., 2010). Quesos modificados por la enzima tambin contienen algunos pptidos hipertensos (Halieselassie et al., 1999; Tonouchi et al., 2008). Otros productos fermentados como la salsa de soja y salsa de pescado tambin contienen propiedades hipertensos (Okamoto et al., 1995). Se inform que la Condimento soja fermentada pptido enriquecido (FSS) para tener 2,7 veces ms alta concentracin de pptidos hipertensos que la salsa de soja normales (Nakahara et al., 2010). Varios alimentos fermentados tradicionales como Douchi, natto y nyufu tambin contienen compuestos bioactivos con ACEIA. En tales casos, tanto en estado slido y lquido de fermentacin se utilizan para la produccin de estos productos alimenticios. Es de sealar que la cantidad de pptidos antihipertensivos vara entre los alimentos fermentados. Desde desviacin de las tcnicas de fermentacin / produccin tradicionales puede afectar la autenticidad del producto, un estudio comparativo de diferentes mtodos de fermentacin para cada alimento fermentado an no se ha realizado.

B-Carboline AlcaloidesAlcaloides B-carbolina son derivados de la pirido (b) indoles, y muestran una variedad de actividades anticancergenas, antimicrobianas y antivirales. Sus usos mltiples que han rendido muy importante farmacuticamente. Ejemplos de estos compuestos son 1, 2, 3,4-tetrahidro-B-carbolina-3-carboxlico y cido 1-metil-1, 2, 3,4-tetrahidro-B-carbolina-3-carboxlico. Hasta ahora, se han producido mediante el proceso convencional llamado la reaccin de Pictet-Spiegler entre indoethylamines y aldehdos o I-cetocidos (Brossi, 1993). Esta reaccin produce muy menos alcaloide B-carbolina y tambin es muy caro. Debido a esto, ha habido una necesidad de descubrir formas alternativas de produccin. La fermentacin tiene el potencial de producir naturalmente estos compuestos de una manera rentable. Weber et al., (1993) propuso la utilizacin de la verrucaria Myrothecium hongo para la produccin de derivados de B-carbolina. Su mtodo se basa principalmente en fermentacin sumergida y se utiliza una variedad de sustratos tales como metanol y etanol. Se obtienen 0,5 g de derivado de B-carbolina usando este mtodo. Recientemente, Singh et al., (2010) propuso la extraccin de estos compuestos a partir de Trichoderma harzianum por SSF. Sin embargo mucho trabajo todava se necesita hacer para explorar la produccin de estos alcaloides de tcnicas de fermentacin alternos.

CONCLUSINEl brote reciente de la demanda de la medicina natural ha hecho el descubrimiento de mtodos de produccin alternativos a la necesidad de la hora. La fermentacin, con su amplia gama de aplicaciones y beneficios inmensos, ha demostrado ser un contendiente principal para llenar este vaco. Sin embargo, debido a las variaciones entre las diferentes tcnicas de fermentacin, un montn de trabajo todava se necesita hacer en trminos de comparacin de estas tcnicas. Adems, una gran cantidad de exploracin an debe ser llevado a cabo para identificar los sustratos y procesos sostenibles para mantener la productividad y la calidad. Estos pueden ayudar en el aumento de la produccin y reduciendo el coste de estos compuestos.