Fermentación: tecnología con gran potencial para la producción de ingredientes y proteínas

La fermentación es uno de los procesos alimentarios más utilizados en el mundo para la producción de alimentos. En los últimos años, estamos asistiendo a un crecimiento inusitado en el uso de esta tecnología debido al potencial que demuestra para la generación de todo tipo de ingredientes y proteínas alternativas.

Además, esta tecnología se está convirtiendo en una valiosa aliada para superar dos de los desafíos más importantes a los que se está enfrentando el sector agroalimentario:

• Asegurar el suministro a alimentos nutritivos y seguros para la población mundial, la cual crece año tras año.
• Contribuir a reducir el impacto medioambiental global de la producción de alimentos. Para ello, se están proponiendo vías alternativas para la obtención de proteínas y otros principios nutritivos de alto valor, con un menor uso de superficie y recursos frente a la agricultura y ganadería convencional.

En este sentido, esta tecnología se orienta a tres tipos de aplicaciones para producir alimentos, proteínas o ingredientes:

1.- Fermentación tradicional: consiste en la producción de alimentos fermentados que resultan de la acción de microorganismos vivos sobre diversas matrices alimentarias tanto animal como vegetal. A estos se les dota de propiedades sensoriales y nutricionales, mejorando en algunos casos su digestibilidad o contribuyendo a su conservación. 

Este tipo de fermentación pone a disposición del consumidor una amplia gama de alimentos. En los últimos años, la variedad de alimentos fermentados se ha enriquecido, añadiéndose a los ya tradicionales en Europa (yogures, quesos, encurtidos, embutidos fermentados o bebidas alcohólicas como el vino o la cerveza), otros nuevos como la kombucha, el kimchy o el tempeh, cuya introducción en el mercado europeo se está acelerando en los últimos tiempos.

2.- Fermentación de biomasa: el objetivo principal de esta tecnología es el crecimiento de microorganismos, de modo que se produzca de manera eficiente una biomasa microbiana con un perfil nutricional de interés. En particular, la producción de esta biomasa está despertando un gran interés por su potencial como proteína alternativa de alto valor nutricional.

Quorn, Meati Foods, Moa FoodTech o Innomy son ejemplos de compañías que utilizan esta tecnología para desarrollar sus productos.

3.- Fermentación de precisión: esta tecnología utiliza a los microrganismos como biofactorías o (cell factories) para la producción de moléculas específicas, las cuales pueden convertirse en ingredientes alimentarios. Esto sucede tras un proceso de separación y purificación después del proceso fermentativo. Así, la fermentación de precisión puede producir enzimas, vitaminas, colorantes, aromas o moléculas de mayor tamaño como carbohidratos, proteínas o grasas.

Algunas empresas que trabajan con esta tecnología son: Perfect Day, Remilk o The Every Company, entre otras.

Fermentación de precisión, tecnología en vanguardia

La dificultad para abastecer de proteínas e ingredientes a una población mundial que crece día a día justifica la búsqueda de alternativas para complementar su escasez. En este proceso, una de las tecnologías que más se están desarrollando es la fermentación de precisión, con la que se puede producir proteínas de una forma sostenible y que puede ayudar a solventar el problema de la futura carencia de las mismas.

Esta tecnología no es novedosa en el sector de la alimentación: muchas moléculas bioactivas, como algunas vitaminas (B12 o la riboflavina), y otras moléculas con función tecnológica, como aromas y enzimas alimentarias (proteasas o alfa-amilasas), ya se producen por fermentación desde hace décadas. 

En la actualidad, uno de los retos para que esta tecnología escale más industrialmente se encuentra en lograr incrementar el portafolio de moléculas producidas mediante fermentación de precisión, e incorporar moléculas de mayor tamaño con función estructural (como proteínas, carbohidratos o lípidos) de manera eficiente y económicamente viables. 

Con ello, las líneas de investigación más abordadas, a través de esta tecnología, son las siguientes:

• Producción de ingredientes o proteínas alternativas a los de origen animal o vegetal, como es el caso de las proteínas lácteas u ovoproteínas por vía fermentativa.
• Creación de ingredientes para la mejora a nivel sensorial y la optimización del sabor, el aroma o la textura de los alimentos. 
• Elaboración de ingredientes para la mejora a nivel nutricional, en donde se busca, por ejemplo, el enriquecimiento con cobalaminas o vitamina B12 y grasas saludables tipo omega 3.

Así, para la incorporación de este tipo de ingredientes o proteínas a la producción alimentaria, principalmente, se puede hacer de dos maneras: 

• Ex situ de forma individualizada, para su incorporación posterior en los alimentos a modo de ingrediente.
• In situ directamente en el producto alimentario, incorporando microorganismos especializados al proceso productivo del alimento (este es el caso de los alimentos fermentados).

CNTA y su apuesta por la fermentación de precisión

En los últimos años, CNTA (Centro Nacional de Tecnología y Seguridad Alimentaria), viendo el potencial de la fermentación de precisión, está investigando en el desarrollo y optimización de procesos fermentativos orientados a la producción de proteínas, ingredientes alternativos o alimentos más saludables y con mejores propiedades nutricionales y sensoriales. 

Uno de los proyectos en el que CNTA ha estado investigando ha sido la incorporación a los productos lácteos de microorganismos (bacterias lácticas) especializados en la producción de exopolisacáridos, que permiten durante la fermentación:

• Reducir el contenido en azúcares simples del alimento.
• Mejorar la textura, dotando al alimento de la consistencia deseada.
• Incrementar el contenido en fibra alimentaria.

Estas bacterias lácticas son capaces de adaptarse a diversas condiciones de fermentación (láctea, panaria u otras bebidas fermentadas) para promover la vía metabólica, naturalmente presente en el microorganismo, y llevar a la producción de expolisacáridos (como por ejemplo los oligofructosacáridos).

Para crear estos expolisacáridos, CNTA dispone de una gran variedad de bacterias lácticas, en su colección de microorganismos o cepario, que pueden producir los compuestos antes mencionados. Algunas de ellas son: Leuconostoc mesenteroides, Leuconostoc citreum, Weisella cibaria y/o Weisella confusa.

Asimismo, una de las líneas de trabajo actuales de CNTA es conseguir una concentración importante de expolisacáridos de fibra de bajo peso molecular (EPS), una fibra que cuenta con propiedades prebióticas, que produce con una de sus cepas hiperproductoras.

A través de la fermentación de precisión, se alcanzan concentraciones de EPS próximas a 200 gramos por litro, una cifra interesante de fibra prebiótica en un alimento, ya que supone que cuando este llegue al intestino estimulará de forma positiva la microbiota intestinal.

Otra línea de investigación que se está desarrollando desde CNTA es la producción de vitaminas mediante fermentación de precisión. Concretamente de vitamina K o menaquinona, ya que se trata de una clase de vitamina que ayuda al cuerpo a construir huesos y tejidos saludables, a través de las proteínas, y que, además, favorece la producción de proteínas que fomentan la coagulación de la sangre.

Algunos alimentos que cuentan con gran cantidad de vitamina K o menaquinona son: el natto [soja fermentada de origen japonés que contiene aproximadamente 1.000 microgramos (µg) de vitamina K por cada 100 gramos], el queso (entre 40-50 µg de vitamina K por cada 100 gramos) o el chucrut (13 µg de vitamina K por 100 gramos).

Para la elaboración de la vitamina K, CNTA dispone de cepas de bacterias lácticas propias que producen gran cantidad de este tipo de vitamina. Una de ellas es la cepa 555, con la que CNTA está desarrollando (en colaboración con diferentes empresas) bebidas o alimentos fermentados ricos en esta vitamina. Este proyecto está dando lugar a productos funcionales que fomentan la salud ósea y cardiovascular, dirigidos a personas con esta clase de problemas como niños o ancianos, principalmente.

Nuevo horizonte para la producción de ingredientes-proteínas alternativas

El potencial de la fermentación está por desarrollarse aún más y esta tecnología promete tener un gran crecimiento en los próximos años. Más en concreto, según ResearchandMarkets.com, se estima que los ingredientes o productos obtenidos mediante fermentación de precisión, a nivel mundial, tengan un valor de 1.600 millones de dólares durante este año y la proyección es que alcancen los 36.300 millones de dólares en 2030, registrando un CAGR (tasa de crecimiento anual compuesto) del +48,1% en términos de valor.

La fermentación es una herramienta biotecnológica y países como Estados Unidos, mediante una orden ejecutiva firmada en septiembre de 2022 por el presidente Joe Biden, ya han mostrado su apoyo a la investigación sobre biotecnología, que incluye la exploración de nuevas innovaciones en el sector agrícola, y menciona específicamente el avance de las proteínas alternativas (muchas de ellas se elaboran a través de procesos fermentativos).

La producción de proteínas alternativas a través de fermentación es ya una realidad y se pueden encontrar diferentes ejemplos de este tipo, con lanzamientos en los últimos meses de proteínas o ingredientes alternativos, elaborados mediante fermentación de precisión, como la nueva línea de leche de Strive Nutrition, en la que se incluye la proteína de suero de leche de Perfect Day o la asociación entre esta última y Mars para lanzar una chocolatina 100% libre de animales.

Igualmente, en estos últimos meses hemos conocido la creación de la startup de fermentación de precisión por parte del gigante lácteo neozelandés Fonterra y la compañía de biociencias, Royal DSM, o el desarrollo de caseína láctea por parte de la startup europea Those Vegan Cowboys.

Asimismo, otras startups optan por producir proteínas o ingredientes alternativos a través de fermentación de biomasa, una tecnología que también va creciendo en importancia en los últimos meses como hemos podido comprobar con novedades como las de Mycorena, Mighty Mushroom, Zero Acre o Grey Silo, entre otras.

Nota

(1) Aunque el término fermentación tiene diferentes significados en función de la disciplina en la que se emplee, en Biología se denomina así a la expresión de una vía metabólica específica que utilizan algunos microorganismos para generar energía en ausencia de oxígeno. En Alimentación, el término ha ampliado su significado, refiriéndose a un conjunto de vías metabólicas que los microorganismos pueden expresar y que llevan a fines diversos; desde el crecimiento y producción de biomasa a la producción de diversas biomoléculas de manera más o menos especializada.