Producción de aceites ricos en ácidos grasos poliinsaturados por fermentación

Aunque los estudios sobre lípidos de microorganismos se iniciaron hace más de 100 años, los intentos por llevar a cabo una producción a nivel industrial de aceites de origen microbiano, single cell oils (SCO), se inició a mediados de los años 80. En aquellos años el aceite en cuestión era producido por el hongo Mucor circinelloides, contenía una alta concentración del ácido-linolénico (GLA; 18:3, n-6), un ácido graso poliinsaturado (PUFA), y era utilizado como una alternativa al, por entonces caro, aceite de onagra. Al tener que competir en un mercado dominado por los aceites de origen vegetal, en la actualidad la producción de lípidos por fermentación se centra, fundamentalmente, en la obtención de productos de alto valor añadido como los ácidos grasos poliinsaturados (PUFAs) de las series n-3 (omega 3) y n-6 (omega 6).
Si bien todos los microorganismos deben sintetizar una pequeña cantidad de lípidos para sus membranas y otras cuestiones funcionales y estructurales, sólo un pequeño número son capaces de acumular lípidos en una cantidad superior al 20 % de su masa celular como material de reserva. A estos microorganismos se les denomina “oleaginosos” de forma similar a lo que sucede con las semillas vegetales. Entre las más de 600 especies de levaduras y 70.000 especies de hongos conocidas, sólo unas 125 son capaces de acumular concentraciones de lípidos superiores a este porcentaje.
Los microorganismos oleaginosos son considerados como una fuente alternativa atractiva de lípidos debido a la posibilidad de reducir el coste de los procesos de producción mediante la utilización de substratos baratos, así como por su capacidad para sintetizar un abanico de productos diferentes, la posibilidad de búsqueda de cepas más eficientes y la disponibilidad de técnicas genéticas para su mejora.
Los organismos oleaginosos se encuentran entre las bacterias, levaduras, hongos filamentosos y algas. Aunque la mayoría de las bacterias producen como polímeros de reserva poli-hidroxi-butiratos o poli-hidroxi-alcanoatos, existen algunas capaces de producir lípidos en cantidad. Sin embargo, éstas no revisten interés debido a que son difíciles de crecer, los lípidos son difíciles de extraer y, además, se encuentran asociados con factores alérgicos y tóxicos. Por tanto, las especies oleaginosas de interés son eucariotas.
En algunos casos el contenido de aceite acumulado por los microorganismos puede superar el 70 % de la biomasa. Además, el aceite acumulado se encuentra, casi en su totalidad, en forma de triglicéridos que es exactamente la misma forma en la que se encuentra en los aceites procedentes de las plantas.
El primer proceso biotecnológico para la producción de SCO se llevó a cabo en el Reino Unido con el objetivo de obtener un aceite rico en el ácido-linolénico (GLA; 18:3, n-6) y ser una alternativa a los aceites de onagra y borraja. El interés comercial radicaba en la utilización de este ácido para aliviar o tratar una serie de afecciones menores entre las que destacan el tratamiento de eczemas o la reducción de la tensión sanguínea durante el periodo menstrual.  La búsqueda de microorganismos capaces de producir SCO ricos en GLA permitió obtener diferentes especies de hongos del orden Mucorales, capaces de acumular aceites conteniendo más de un 20 % de GLA. Dos cepas, Mucor circinelloides y Mortierella isabelina se seleccionaron al mostrar un contenido relativamente alto de aceite (20 % de la biomasa) con un porcentaje de GLA del 20 %. Los procesos comerciales se realizaron en el Reino Unido en 1985 y en Japón en 1988. Aunque la producción en el Reino Unido se suspendió en 1990 por problemas de marketing, en Japón la producción continuó utilizando una nueva cepa Mortierella rammaniana var. angulispora capaz de producir aceites con un contenido de GLA superior al 25 % de la biomasa. 
El segundo proceso para la producción de SCO-PUFAs fue el ácido araquidónico (ARA, 20:4, n-6). El ARA se incorpora en fórmulas infantiles ya que desempeña un papel muy importante durante la gestación, lactancia e infancia al formar parte de los fosfolípidos de las membranas celulares y de las estructuras neuronales. Las fuentes tradicionales de este ácido graso eran las yemas de huevo e hígados de animales. Los microorganismos utilizados para la producción de ARA pertenecen al orden Mucorales destacando cepas de Mortierella alpina como las mejores productoras. Actualmente existen, al menos, tres procesos de producción a gran escala (fermentadores de 50-100 metros cúbicos) desarrollados por DSM (Italia), Wuham Alking (China) y Cargill (China-EE UU).
El aceite denominado lifesARA™, producido por DSM, fue aprobado por la FDA (Food and Drug Administration) para su uso en fórmulas infantiles en 2001. Además,  se suministra en combinación con aceite rico en DHA en diferentes preparaciones comerciales por todo el mundo.

 

Producción de aceites ricos en DHA
Otros PUFAs cuya producción también se realiza a partir de microorganismos (en este caso a partir de microalgas) son los ácidos docosohexaenoico (DHA, 22:6, n-3) y eicosopentaenoico (EPA, 20:5, n-3). Estos dos PUFAs se encuentran en el aceite de varios pescados y son numerosas las recomendaciones para su uso como suplementos nutricionales debido a sus efectos beneficiosos frente a problemas cardiovasculares, o atenuantes de los factores asociados de riesgo (reducción de los niveles de colesterol y triacilglicéridos totales). La FDA emitió una nota en 2004 indicando que los alimentos que contienen estos dos PUFAs pueden contribuir a reducir el riesgo de sufrir enfermedades coronarias.
En los últimos años, se ha incrementado la utilización del DHA, como ingrediente a alimentos para adultos (por ejemplo: lácteos, zumos, etc.), fórmulas infantiles y también como nutracéutico, debido a sus efectos beneficiosos científicamente demostrados sobre el sistema nervioso.
Numerosos estudios han mostrado que tanto el DHA como el ARA desempeñan funciones muy importantes durante la gestación, lactancia e infancia, por lo que es necesario aportar cantidades adecuadas de ambos para el crecimiento y desarrollo funcional del cerebro, así como para la agudeza visual en niños. Tanto la integridad neuronal como su función pueden ser permanentemente dañadas por el déficit en estos dos ácidos grasos esenciales durante el desarrollo fetal y neonatal.
Sin embargo, el EPA está contraindicado en las dietas infantiles ya que compite con el DHA a la hora de incorporarse a los lípidos de la retina y tejidos neuronales. Por ello, tanto la FDA como la EFSA (European Food Safety Agency) no permiten la utilización de aceites que contengan EPA. Esta restricción impulsó la búsqueda de procesos alternativos para lograr producir aceites con un alto contenido en DHA sin la presencia de EPA. Debido a que la separación de ambos ácidos grasos a partir del aceite de pescado es muy difícil, se iniciaron proyectos para utilizar microorganismos como fuente de SCOs ricos en DHA.
A diferencia de los aceites provenientes del pescado azul, el producto obtenido a través de la fermentación de microalgas está libre de contaminantes y otorga independencia frente a proveedores y factores climáticos, siendo un proceso de producción totalmente controlado.
Los aceites producidos por microalgas, suponen una fuente muy rica en DHA, con más de un 30 % de dicho ácido graso,  mientras que el aceite de pescado presenta una concentración menor.
Los aceites vegetales comercializados como ricos en omega 3 contienen los ácidos grasos linoleico y linolénico. En el cuerpo humano sólo el 10 % de estos ácidos grasos se convierte en DHA, lo que hace a los aceites provenientes de microalgas la mejor alternativa para el consumo de DHA.
Hay dos principales tipos de microalgas utilizadas para la producción comercial de SCO-DHA: Cryptcodinium cohnii y algunas especies pertenecientes a los traustoquítridos. El primero es un dinoflagelado del que hace años se conoce su capacidad para producir  DHA, aunque sólo desde principios de los 90 se desarrolló un proceso comercial. Este organismo no es fotosintético y crece heterotróficamente. La primera compañía que puso a punto el proceso fue Martek Biosciences Co. (compañía que forma parte del grupo DSM desde el 2010). El producto final (life´sDHA™) es un  aceite con un contenido de DHA superior al 40 % que en el año 2001 fue aprobado por la FDA para su incorporación en fórmulas infantiles.
Los traustoquítridos son un grupo de organismos marinos que pertenecen al Phylum Heterokonta. Algunas especies pertenecientes a los géneros Thraustochytrium y Schyzochitrium han sido investigadas para la producción de DHA. En todos los casos el aceite contiene un 40-50 % de DHA, y un 12 % de ácido docosapentaenoico (DPA, 22:5, n-6).  El DPA no tiene ningún efecto perjudicial sobre la eficacia del DHA a la hora de incorporarse a los lípidos de las membranas celulares. El proceso de producción también lo realizó Martek Biosciences Co. aunque en volúmenes menores. El producto obtenido, también fue aprobado en 2003 por la FDA para su uso como suplemento nutricional para adultos.
Nutrinova GmbH (Alemania) también ha desarrollado un proceso utilizando otra especie perteneciente al género Ulkenia capaz de producir un aceite con un perfil muy similar ya que contiene un 45 % de DHA y un 11 % de DPA. Este negocio fue adquirido en 2005 por Lonza (Suiza).  
Una característica importante de los aceites producidos por estos microorganismos, y que los diferencia de aquellos obtenidos a partir de plantas o animales, es que en estos últimos existe siempre un amplio rango de ácidos grasos saturados e insaturados. Sin embargo, el perfil de los ácidos grasos de los SCO-PUFAs muestra que el ácido graso de interés (generalmente DHA) es muy mayoritario, cuando no el único PUFA, y que los otros ácidos grasos presentes son el ácido oleico (18:1), y los ácidos grasos saturados palmítico (16:0) y esteárico (18:0).
El desarrollo de microorganismos para la producción de SCO ricos en EPA también ha sido objeto de estudio, pero el mercado para estos aceites es incierto. En estos momentos no existe ningún proceso para la producción a nivel comercial de este tipo de aceite.

Malena Valdivieso PhD. Neuron Bio

 

Referencias
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Publicado en la revista Tecnifood núm.82 (julio/agosto 2012).

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