Exopolisacáridos: una alternativa clean label al gluten

En los últimos años, las preferencias del consumidor están cambiando, demandando que la etiqueta de los productos sea comprensible, corta y “limpia”. Este movimiento, conocido por clean label, está transformando diferentes sectores de la industria alimentaria, como por ejemplo dos tan tradicionales como son: el lácteo y el de panadería.

Más en concreto, el desafío al que se enfrenta la industria de panadería es elaborar un buen pan sin gluten. El motivo es que el gluten, proteína que tantos problemas causa a personas con celiaquía o sensibilidad, es también responsable de dar elasticidad, volumen y esponjosidad a la masa. Por lo que sustituir ese gluten supone enfrentarse a panes quebradizos, con poco aire o texturas que provocan el rechazo del consumidor.

Para poder solventar el reto de sustituir al gluten los exopolisacáridos (EPS), polímeros que las bacterias lácticas generan de forma espontánea cuando fermentan azúcares como la sacarosa, son una alternativa con gran potencial. Los EPS están formados por cadenas de azúcares y tienen una capacidad muy interesante: espesan y estabilizan alimentos al igual que lo hacen hidrocoloides clásicos como la carboximetilcelulosa (Saha & Bhattacharya, 2010). La gran diferencia es que estos no provienen de síntesis química, sino de un proceso fermentativo, lo que los convierte en ingredientes clean label.

La literatura científica respalda el potencial de los EPS. Diferentes estudios muestran que los exopolisacáridos pueden mejorar la textura y la retención de agua en panes sin gluten, aportar viscosidad en yogures bajos en grasa e incluso influir en la estabilidad de emulsiones (Prete et al., 2021; Li et al., 2022; Zhang et al., 2024). Sin embargo, la aplicación a gran escala ha tropezado con dos limitaciones:

1. La concentración: no siempre se alcanzan niveles suficientemente altos de EPS durante la fermentación.

2. La estructura: no todos los EPS son iguales; sus propiedades dependen del tamaño molecular, el grado de ramificación o la proporción de cadenas largas y cortas.

Resolver estas dos barreras, implica ir más allá del ensayo-error y entender en detalle cómo se forman los EPS. Para ello, la investigación actual se centra en descifrar la cinética de producción, relacionar las condiciones de fermentación con la estructura del polímero, y, en definitiva, aprender a ‘diseñar’ biopolímeros a medida (Zhang et al., 2024).

En este contexto, CNTA (Centro Nacional de Tecnología y Seguridad Alimentaria), dentro del proyecto FERMODELUP*, está investigando las posibilidades que ofrece la cepa Leuconostoc citreum CNTA 860. Para esto, se diseñó un plan experimental donde se combinan factores como la temperatura, la agitación o la concentración de sacarosa, con el fin de entender cómo cada variable influye en la producción de EPS.

Los resultados son prometedores: bajo condiciones óptimas, esta cepa ha llegado a generar hasta 70 g/L de EPS y viscosidades superiores a 8000 cP en 24 horas, valores que equivalen a transformar un caldo de fermentación en un jarabe espeso que podría ser capaz de sostener la textura de un pan sin gluten.

A partir de la información, generada en los ensayos del plan experimental, CNTA desarrolló en Python (un lenguaje de programación), un modelo cinético que explica ‘cuándo’ y ‘por qué’ se forman los EPS y cómo conviene operar el proceso.

Las conclusiones extraídas de este estudio tienen dos implicaciones operativas claras:

1. Conviene asegurar una disponibilidad adecuada de carbono en la fase de crecimiento del microorganismo para disparar la generación de EPS orientados a generar una textura adecuada.

2. Una vez alcanzado el máximo de producción, forzar más tiempo o más concentración no siempre se traduce en más textura; de hecho, puede favorecer fracciones de tamaño no deseadas o incrementar subproductos que penalicen el proceso.

Con el objetivo de entender qué elementos están detrás de una mayor viscosidad (textura), se construyó una matriz de correlación que puso en relación todas las variables de proceso y las respuestas medidas en la producción de EPS.

En esa matriz se pudo comprobar que la viscosidad se relaciona de forma alta y positiva con la concentración total de EPS y, sobre todo, con la fracción de tamaño intermedio de EPS. En cambio, la fracción de alto tamaño muestra una correlación negativa moderada, señal de que “más grande” no significa “mejor” para generar textura estable. Entre los factores de operación, dos formas muy concretas que la industria puede ajustar: disponibilidad de adecuada de sustrato y energía mecánica para modular no solo cuánto EPS se forma, sino qué tipo.

Con esta información, la conclusión es que lo más interesante no solo es la cantidad, sino la calidad de los exopolisacáridos. Se ha observado que las fracciones de EPS de tamaño intermedio son las que mejor correlacionan con el aumento de viscosidad, lo que abre la puerta a controlar la textura del producto final ajustando las condiciones de fermentación. Esto abre una vía prometedora: no se trata únicamente de producir una gran cantidad de EPS, sino de orientar la fermentación para obtener justo el tipo de polímero que aporta la textura deseada en pan, yogur o cualquier otro alimento.

Los datos de esta investigación abren la puerta a que, por ejemplo, en sectores como el de las alternativas lácteas, la incorporación de EPS de estas características, capaces de aportar viscosidad, retención de agua y estabilización sin necesidad de aditivos, permitan elaborar bebidas vegetales más cremosas o análogos de yogures vegetales con una textura estable, atractiva y clean label.

Si nos ceñimos a la industria del pan sin gluten, incorporar EPS mejorarían la elasticidad de la masa y la retención de agua, además de poder elaborar panes más esponjosos sin necesidad de añadir aditivos artificiales.

Los avances de la investigación de CNTA en modelización de procesos fermentativos y caracterización estructural permiten vislumbrar una nueva generación de ingredientes capaces de transformar la formulación de productos clean label. Existen reportes en la literatura actual de panaderías experimentales donde ya se han probado EPS en mezclas sin gluten, con mejoras en volumen y jugosidad del pan (Li et al., 2022).

Más en concreto, se podría operar el proceso para favorecer esas cadenas intermedias que aportan viscosidad útil a la masa madre líquida. La ventaja de esta aproximación es que el espesado se genera in situ por fermentación, alineándose con la filosofía clean label y con la evidencia de que los EPS bacterianos pueden mejorar textura y retención de agua en matrices panarias (Prete et al., 2021; Li et al., 2022). Otra ventaja del uso de masa madre líquida es que permite obtener panes sin gluten con perfiles aromáticos más complejos y atractivos.

En conjunto, la investigación de CNTA ha seguido un enfoque basado en el uso de diseños experimentales multifactoriales para fijar el espacio de operación y apoyarse en herramientas cinéticas y correlaciones estructura– propiedad para afinar la calidad del polímero. Con ello, se pueden asegurar condiciones de fermentación que maximizan tanto la cantidad de EPS como la fracción que mejor explica la textura que puede interesar más a la industria.

En conclusión, los exopolisacáridos se posicionan como una potencial solución clean label en donde se pone de manifiesto la importancia de la biotecnología, para aportar textura y estabilidad en los alimentos. Si a esto se le suma el origen fermentativo de los EPS, estos se convierten en un candidato idóneo para responder a la doble demanda de los consumidores: productos funcionales y etiquetas limpias.

Y es que los EPS no solo pueden llegar a ser una alternativa al gluten, sino también un ingrediente importante en la reformulación de alimentos. Quizás dentro de unos años, cuando alguien compre un pan sin gluten esponjoso o, por ejemplo, un análogo de yogur vegano cremoso descubra que el secreto detrás de esa textura no esté en un aditivo añadido, sino en la fermentación silenciosa de unas bacterias produciendo exopolisacáridos.

*El Gobierno de Navarra ha financiado el proyecto FERMODELUP en CNTA del doctorando Nicolás Armendáriz Ferrández en el marco de la convocatoria de ayudas ‘Doctorados Industriales 2023’. El trabajo que se describe en este artículo se está realizando gracias a la ayuda para la realización de Tesis Doctorales del Gobierno de Navarra.

Referencias

1. Saha D, Bhattacharya S. Hydrocolloids as thickening and gelling agents in food: a critical review. J Food Sci Technol. 2010 Dec;47(6):587-97.

2. Prete R, Alam MK, Perpetuini G, Perla C, Pittia P, Corsetti A. Lactic Acid Bacteria Exopolysaccharides Producers: A Sustainable Tool for Functional Foods. Foods. 2021 Jul 17;10(7):1653.

3. Li J, Ai L, Xu F, Hu X, Yao Y, Wang L. Structural characterization of exopolysaccharides from Weissella cibaria NC516.11 in distiller grains and its improvement in gluten-free dough. Int J Biol Macromol. 2022 Feb 28;199:17-23.

4. Zhang K, Liu S, Liang S, Xiang F, Wang X, Lian H, et al. Exopolysaccharides of lactic acid bacteria: Structure, biological activity, structure– activity relationship, and application in the food industry: A review. Int J Biol Macromol. 2024 Feb 1;257:128733.

5. Li S, Mao J, Zhao Y, Sui W, Wu T, Liu R, et al. Correlation of glass transition features and macroscopic, mesoscopic properties of dough regulated by molecular weight of dextran. Food Hydrocoll. 2024 Jun 1;151:109844.

Los exopolisacáridos (EPS) son polímeros que las bacterias lácticas generan de forma espontánea cuando fermentan los azúcares como la sacarosa. Estos se están posicionando como una potencial solución clean label al uso del gluten y también como un ingrediente importante para la reformulación de alimentos para elaborar productos de etiqueta limpia y funcionales.