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ELABORACIÓN DE INÓCULOS DE MICROORGANISMOS LÁCTICOS PROBIÓTICOS PARA APLICACIÓN A RACIONES DE ALIMENTO DE CERDOS EN PRIMERAS FASES DE CRECIMIENTO DIANA MARCELA AGUIRRE FERNANDEZ UNIVERSIDAD DEL VALLE FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES Y EXACTAS PROGRAMA ACADÉMICO DE BIOLOGÍA SANTIAGO DE CALI 2009 ELABORACIÓN DE INÓCULOS DE MICROORGANISMOS LÁCTICOS PROBIÓTICOS PARA APLICACIÓN A RACIONES DE ALIMENTO DE CERDOS EN PRIMERAS FASES DE CRECIMIENTO DIANA MARCELA AGUIRRE FERNANDEZ UNIVERSIDAD DEL VALLE FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES Y EXACTAS PROGRAMA ACADÉMICO DE BIOLOGÍA SANTIAGO DE CALI 2009 ELABORACIÓN DE INÓCULOS DE MICROORGANISMOS LÁCTICOS PROBIÓTICOS PARA APLICACIÓN A RACIONES DE ALIMENTO DE CERDOS EN PRIMERAS FASES DE CRECIMIENTO DIANA MARCELA AGUIRRE FERNANDEZ Trabajo de grado como requisito parcial para optar para título de Biólogo Director Germán Bolívar Biólogo, Ph. D. UNIVERSIDAD DEL VALLE FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES Y EXACTAS PROGRAMA ACADÉMICO DE BIOLOGÍA SANTIAGO DE CALI 2009 ii UNIVERSIDAD DEL VALLE FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES Y EXACTAS PROGRAMA ACADÉMICO DE BIOLOGÍA SANTIAGO DE CALI 2009 AUTOR: DIANA MARCELA AGUIRRE (1985) TÍTULO: ELABORACIÓN DE INÓCULOS DE MICROORGANISMOS LÁCTICOS PROBIÓTICOS PARA APLICACIÓN A RACIONES DE ALIMENTO DE CERDOS EN PRIMERAS FASES DE CRECIMIENTO Materias o Tema: Microbiología, Bacterias lácticas, Probióticos, Raciones de alimento, cinéticas de fermentación. Nota de Aprobación iii El trabajo de grado titulado ―Elaboración de inóculos de microorganismos lácticos probióticos para aplicación a raciones de alimento de cerdos en primeras fases de crecimiento‖, presentado por el estudiante DIANA MARCELA AGUIRRE FERNÁNDEZ, para optar al título de Biólogo, fue revisado por el jurado y calificado como: APROBADO ______________________________ Germán Bolívar Director ______________________________ Jurado iv AGRADECIMIENTOS A mi familia por el apoyo que me ofrecieron durante toda mi carrera y el desarrollo de mi trabajo de grado. A mi director de tesis, por brindarme su apoyo y amistad durante la realización de este proyecto. A la profesora Cristina Ramírez, por darme la oportunidad de trabajar en este proyecto, por sus comentarios, sugerencias y por la confianza depositada en mí. A mis compañeras de laboratorio por su apoyo incondicional y su compañía durante el trabajo de laboratorio. A la profesora Neyla Benítez, por su apoyo en mi trabajo de grado. A mis amigas Alejandra, Leidy, Fanny, Aura, Lina y Kathe por su amistad durante toda mi carrera. v Tabla de contenido 1. RESUMEN .................................................. ¡ERROR! MARCADOR NO DEFINIDO. 2. INTRODUCCION ............................................................................................................ 2 3. MARCO TEORICO ......................................................................................................... 5 3.1. Industria porcina……………………………………………………………………...5 3.1.1. Enfermedades tracto gastrointestinales (TGI) en cerdos lactantes ................... 5 3.1.2. Uso de antibióticos ........................................................................................... 6 3.2. Uso de probióticos en la microbiología………………………………………………7 3.2.1. Bacterias Ácido Lácticas .................................................................................. 8 3.2.2. Genero Lactobacillus ........................................................................................ 9 4. OBJETIVOS ................................................................................................................... 11 4.1. General……………………………………………………………………………...11 4.2. Específicos………………………………………………………………………….11 5. MATERIALES Y MÉTODOS ...................................................................................... 12 5.1. Selección de un medio de cultivo para el crecimiento de microorganismos lácticos12 5.1.1 Preservación de cepas del estudio .................................................................... 12 5.2. Optimización del crecimiento de los microorganismos lácticos, mediante cinéticas de fermentación………………………………………………………………………………..13 5.2.1 Determinación de pH ..................................................................................... 14 5.2.2 Determinación de ácidos orgánicos por HPLC ............................................. 14 5.2.3 Conteo de microorganismos viables en placa UFC/mL ................................. 15 5.2.4 Determinación de azúcar total ....................................................................... 15 5.2.5 Evaluación de la producción de biomasa ..................................................... 16 5.3. Elaboración de inóculos e inclusión de los probióticos en la ración………………..17 5.3.1 Cinética de secado de la ración con bacterias lácticas probióticas ................. 18 5.4. Identificación bioquímica…………………………………………………………...18 6 RESULTADOS Y DISCUSIÓN ................................................................................ 20 6.1 Selección de un medio de cultivo para el crecimiento de microorganismos lácticos.20 6.2 Cinéticas de fermentación…………………………………………………………..22 6.4.1 Determinación de pH .................................................................................. 22 vi 6.4.2 Determinación de ácidos orgánicos por HPLC ........................................... 23 6.4.3. Conteo de microorganismos viables en placa UFC/mL ................................. 24 6.4.4 Determinación de azúcar total .................................................................... 26 6.4.5 Evaluación de la producción de biomasa ........................................................ 28 6.6 Identificación bioquímica…………………………………………………………...30 6.7 Elaboración de inóculos e inclusión de los probióticos en la ración………………..32 6.9 Cinética de secado de la ración con bacterias lácticas probióticas………………….34 7 CONCLUSIONES ........................................................................................................... 38 8 LITERATURA CITADA ................................................................................................ 39 vii LISTA DE FIGURAS Pág Figura 1. Tubos con caldo MRS para criopreservación. ..................................................... 13 Figura 2. Coloración de Gram de bacterias lácticas. (a) Pro 1b y (b) Pro 2b. ................... 20 Figura 3. Viabilidad de los cuatro medios de cultivo líquidos a 35°c durante 24 horas. .... 21 Figura 4. Evolución del pH, por parte de las cepas Pro 1b y Pro 2b en el medio de cultivo seleccionado y en medio MRS. ............................................................................................ 23 Figura 5. Viabilidad en UFC/mL y pH de las cepas Pro 1b y Pro 2b, en los medios MRS y M4. ........................................................................................................................................ 25 Figura 6. Consumo de azúcares totales y viabilidad en UFC/mL, por parte de las dos cepas Pro1b y Pro2b, en los dos mediosutilizados. ....................................................................... 27 Figura 7. Galería API 50 CH. (a. Cepa Pro1b y b. Cepa Pro2b). ........................................ 31 Figura 8. Empaque al vacío de inóculos junto con la ración. ............................................. 32 Figura 9. Viabilidad del inóculo junto con la ración pasadas 24 horas. .............................. 33 Figura 10. Cinetica de secado para Lactobacillus plantarum 1, hasta obtener el 12% de humedad. .............................................................................................................................. 34 Figura 11. Viabilidad de los microorganismos lácticos en la ración UFC/g y lectura de AW durante tres semanas. .................................................................................................... 35 viii LISTA DE TABLAS Pág TABLA 1. Formulaciones de los medios de cultivo para la producción de biomasa……..18 TABLA 2. Perfil característico de la producción de ácidos orgánicos por Pro 1b y Pro 2b…………………………………………………………………………………………..30 TABLA 3. Datos cinéticos del crecimiento bacteriano de la cepa Pro 1b en dos medios de cultivo………………………………………………………………………………………35 TABLA 4. Datos cinéticos del crecimiento bacteriano de la cepa Pro 2b en dos medios de cultivo………………………………………………………………………………………36 TABLA 5. Identificación bioquímica de Pro1b y Pro2b por medio de la galería API 50 CHL………………………………………………………………………………………...37 1 1. RESUMEN Los probióticos se están utilizando en estudios enfocados en la alimentación directa por medio de dietas en el campo de la producción porcina, por sus efectos benéficos en el tracto gastrointestinal. Por esta razón, éste trabajo tiene como propósito la estandarización e implementación de inóculos de bacterias lácticos aisladas del intestino de cerdo, en la elaboración de inóculos para incluirlos en raciones alimenticias de cerdos en destete, como potencial alternativa a antibióticos en caso de presentarse infecciones entéricas. Para esto se realizo la selección de un medio de cultivo adecuado, para la elaboración de los inóculos, además se efectuaron cinéticas de fermentación para obtener resultados de la evolución del pH, determinación de ácidos orgánicos, conteo de microorganismo viables en UFC/mL, determinación de azucares totales, evaluación de la producción de biomasa con el fin de estandarizar la producción de inoculo, también se llevo a cabo la identificación bioquímica de las cepas, la elaboración de la ración y cinéticas de secado para la conservación de las raciones; obteniéndose como resultado, que las dos cepas identificadas como Lactobacillus plantarum 1, presentaron un mejor comportamiento en el medio de cultivo M4, logrando un pH entre 3.8 y 3.9 y viabilidades superiores a 10 8 UFC/mL. La cepa Pro1b es homofermentativa por su producción de ácido láctico en un 80%, presentando una viabilidad superior de 10 13 UFC/mL y un tiempo de duplicación menor de 12 horas menor en el M4, en cambio que la cepa Pro2b presento una viabilidad de 10 11 UFC/mL y un tiempo de duplicación de 15 horas en el M4. Además en la realización de la cinética de secado se obtuvieron los mejores resultados por parte de la cepa Pro1b a 40°C, con una viabilidad final de 10 7 UFC/g. Concluyendo que Pro1b presento mejores resultados para su uso como potencial probiótico. 2 2. INTRODUCCION Al estar recién nacidos los cerdos quedan expuestos a microorganismos del ambiente que les rodea, de igual manera entran en contacto con las heces maternas que contienen bacterias que colonizarán su tracto digestivo. Estas bacterias buscan un nicho adecuado, donde compiten e interactúan entre sí, para establecer finalmente una población relativamente estable y compleja que va a representar la microbiota intestinal normal del lechón (Boucourt et al. 2004 & Stamati 2006). Durante las primeras dos o tres semanas de vida del lechón, el patrón de producción de enzimas digestivas está adaptado para digerir la leche materna exclusivamente; en estas tres primeras semanas de vida las enzimas proteolíticas, específicamente pepsina, tripsina y quimiotripsina, son responsables de hidrolizar la fracción proteica del alimento, contribuyendo al buen funcionamiento y la estabilidad del aparato digestivo de los lechones lactantes (Mejía-Silva et al. 2007) Sin embargo, esta estabilidad puede ser alterada por cambios dietéticos o ambientales importantes en el tracto gastrointestinal (TGI), en donde se encuentran normalmente un gran número de especies de bacterias comensales y patógenas; además, al incrementar la cantidad de microorganismos patógenos se pueden producir problemas entéricos y hasta la muerte del lechón; siendo esto, una de las principales causas de pérdidas económicas en la industria porcina (Lázaro et al. 2005 & Boucourt et al. 2004 ), resultando de gran importancia un equilibrio correcto dentro de la microbiota del TGI, para que facilite la digestión y la máxima absorción de nutrientes, aumentando la resistencia a las enfermedades infecciosas de los cerdos, para poder someterlos a la alimentación sólida y son transportados a la producción de las explotaciones agrarias (Lázaro et al. 2005). 3 Al ser, la digestión de estos lechones de gran importancia en la industria, a través del tiempo se han utilizado terapéuticamente antibióticos en la alimentación de animales para mejorar la salud y el bienestar de ellos y para obtener mejores resultados en la industria porcina. Sin embargo, el uso de estos antibióticos ha llevado a un desequilibrio de los beneficios de la flora intestinal, efectos residuales en los alimentos y el desarrollo de cepas de patógenas resistentes para los seres humanos e incluso para los mismos lechones (Duncker 2006 & Pérez et al. 2007). Debido a la acción negativa de los antibióticos en el TGI, las bacterias lácticas con características probióticas se han introducido como una solución alternativa promisoria, siendo suministradas en cantidades adecuadas a través de inóculos, proporcionando el equilibrio de la microbiota intestinal (Brizuela 2003, Taras 2007 & Missotten 2007). Estos probióticos son descritos como ―microorganismos vivos que, cuando se administran en cantidades adecuadas, brindan un beneficio de salud en el hospedero‖. En general, el trabajo con probióticos en alimento para cerdos es estimular el crecimiento, el sistema inmunológico, suprimir los agentes patógenos a través de la competencia, exclusión y / o síntesis de compuestos inhibitorios, además reducen la incidencia de diarreas tanto en su morbilidad como en su mortalidad (Rinkinen et al. 2003, Scharek 2005 &De Angelis et al. 2007). Es de gran importancia tener en cuenta que la respuesta de los probióticos en la dieta depende en parte de la cepa utilizada; pues, no todas las cepas tienen la misma capacidad de acción en la microbiota intestinal o la misma capacidad para unirse a las células intestinales, ya que en gran parte su éxito depende de la resistencia a condiciones especificas del tracto gastrointestinal, como la existencia de sales biliares y pH extremos 4 que hacen del TGI un ambiente hostil (Rodríguez et al. 2003); además tiene que poseer características tales como: ser habitante normal del intestino, tener un tiempo corto de reproducción, ser capaz de producir compuestos antimicrobianos, ser estable durante el proceso de producción, comercialización y distribución para que pueda acoplarse al intestino (Brizuela 2003), las bacterias más prominentes son los Lactobacillus, ya que constituyen parte mayoritariade la flora natural del TGI y son muy importantes en la producción de ácidos orgánicos, los que tienen un efecto benéfico (Boucourt et al. 2004); considerando lo anterior, el presente estudio tiene como propósito la selección de un medio de cultivo, para la elaboración de inóculos de dos cepas de microorganismos lácticos que han sido aislados del intestino de cerdos adultos y caracterizados como probióticos, para aplicarlos en la ración de alimento de cerdos en sus primeras fases de crecimiento, como potencial uso en el control de enfermedades entéricas facilitando el suministro en campo . 5 3. MARCO TEORICO 3.1. Industria porcina El cerdo es una de las carnes de mayor consumo a nivel mundial, superando algunas veces a la carne de vacuno, aves y pescado. En las últimas décadas los productores de porcinos han mejorado notablemente la calidad de la carne invirtiendo en genética, alimentación, nutrición y manejo. Obteniendo como resultado, la carne de cerdo más magra, conteniendo menos colesterol y calorías, estimulando así su consumo, reflejando un aumento de la producción del cerdo. A pesar de estos adelantos, todavía se presentan dificultades a nivel sanitario y productivo en áreas críticas de los sistemas modernos de producción, así como en el procesamiento de productos cárnicos (Roppa 2006 y Mejía-Silva et al 2007). Una de las etapas de la vida del cerdo que más retos presenta a nivel sanitario es la de lactancia y destete, en la cual es común la presentación de patologías como es el caso de los brotes de diarrea ocasionadas por microorganismos entéricos tales como: E. coli, C. perfringens, S. typhimurium, etc., los cuales son responsables de producir deficientes ganancias de peso, pobre conversión alimenticia, trastornos en su sistema inmunológico y en casos severos la muerte del animal, que pueden llegar alrededor del 41% (Conde 2002 y APCS – AVESUI 2004). 3.1.1. Enfermedades tracto gastrointestinales (TGI) en cerdos lactantes En el tracto gastrointestinal se encuentra normalmente un gran número de especies de bacterias comensales y patógenas; sin embargo, cuando se incrementa la cantidad de microorganismos patógenos se pueden producir alteraciones de la salud del lechón, la eficacia en la digestión animal depende de los microorganismos que viven en su tracto 6 digestivo de forma natural, en donde la interacción de la dieta y de esta microbiota en los mamíferos es extremadamente compleja. Un balance correcto dentro en la microbiota del (TGI), facilita una digestión eficiente y una máxima absorción de nutrientes e incrementa la resistencia a enfermedades infecciosas en cerdos, que se presentan por cambios en el estilo de vida y en la dieta, desequilibrio en estas interacciones y en la ecofisiología del TGI (Lázaro et al. 2005, De Angelis 2006 y Pérez 2007), además los métodos de manejo actuales en los animales de granja también están relacionados con los problemas del TGI, en donde es muy común que los cerdos durante el destete y en las edades tempranas en donde son sometidos a alimentación solida, ocasionando diarrea, pérdida de peso y en algunos casos la muerte. En donde Las principales formas de control de enfermedades entéricas se basan en el uso de antibióticos vía alimento. 3.1.2. Uso de antibióticos En décadas pasadas para contrarrestar estas dificultades, las dietas se han suplementado con antibióticos los cuales han sido efectivos en la disminución de diarreas y para promover el crecimiento (Armstrong, 1986, Parker y Armstrong, 1987), este método común para prevenir enfermedades y aumentar la eficiencia alimentaria ha sido utilizado como promotor del crecimiento, pero se ha comprobado que estos tienen influencias negativas en la composición de la microbiota gastrointestinal, ya que los Lactobacillus son muy susceptibles a los antibióticos. Además, contribuyen a la antibiorresistencia bacteriana y a su presencia residual en las carnes, huevo, leche y otros productos de origen animal. Por esta razón se han introducido los probióticos como una solución alternativa promisoria que cobra cada día mayor interés (Pérez et al. 2007). 7 3.2. Uso de probióticos en la microbiología Desde la aparición de la microbiología, algunos investigadores como Metchnikoff (1907), Tissier (1984), Carre (1987) atribuyeron que las bacterias ácido lácticas presentaban efectos sobre la salud, como el cambio en el equilibrio microbiano intestinal. Metchnikoff (1907) planteó que la ingestión de yogur conteniendo lactobacilos, provocaba una reducción de las bacterias patógenas en el intestino y aumentaba la longevidad del hospedero; Tissier (1984) recomendó la administración de bifidobacterias a infantes que sufrían de diarrea, y postuló que estas bacterias reemplazan las bacterias patógenas que causan la enfermedad, además demostró que estas eran los microorganismos predominantes en la biota intestinal de infantes alimentados con leche materna. Por su parte Rettger y Cheplin (1921), Kopeloff (1926) y Rettger y cols (1935) demostraron en sus investigaciones que Lactobacillus acidophillus podía sobrevivir en el intestino humano mientras que el Lb. bulgaricus no poseía esa capacidad. El importante papel que juega la microbiota intestinal para la resistencia a enfermedades fue mostrado por Bohnhoff y cols (1954) Freter (1954, 1955 y 1956) y Collins y Carter (1978) quienes demostraron que la administración oral de antibióticos a ratones, daba lugar a animales más susceptibles a infecciones con Salmonella typhimurium, Shigella flexneri y Vibrio cholerae; además los probióticos también se han utilizado en conejos y en lechones mejorando el equilibrio microbiano intestinal, sin generar resistencia a patógenos ni residuos indeseables y también se les atribuye una capacidad inmunoestimulante (Chiquieri 2006). Estas bacterias lácticas recibieron el nombre de probiótico, esta palabra se deriva del griego “pro bios” (a favor de la vida) y ha tenido varios significados a través de los años; primero por Lilley y Stillwell (1965) en donde las definieron como sustancias secretadas 8 por un microorganismo que estimulaba el crecimiento de otro; esta definición no persistió y fue subsecuentemente usada por Sperti (1971) para describir extractos de tejido que estimulaban el crecimiento microbiano. No fue, sino hasta 1974 que Parker los definió como: organismos y sustancias que contribuyen al balance microbiano intestinal. Fuller (1989) redefinió los probióticos como ―suplemento alimenticio microbiano vivo que afecta benéficamente al animal huésped mejorando su balance microbiano intestinal‖. En 1992, Havenaar y Huis in’t Velt consideraron los probióticos como aquellos que al ser suministrados en animales o humanos, producen efectos benéficos en la salud del hospedero por el incremento de las actividades de la microbiota nativa. Sin embargo, considerando las definiciones anteriores, Schezenmeier de Vrese (2001) propusieron la definición: ―Preparación de un producto que contiene microorganismos viables en suficiente número, los cuales alteran la microbiota en un compartimiento del huésped provocando efectos beneficiosos sobre la salud del mismo‖ (Oyetayo 2005, Figueroa et al. 2006 & Ortiz et al. 2007). 3.2.1. Bacterias Ácido Lácticas Las características más comunes de este grupo de bacterias son: gran positivas, inmóviles, no esporuladas, cocos y bacilos, catalasa negativas, presentan carencia de citocromos (lo que se refleja en la ausencia de metabolismo respiratorio generador de energía), no licuan gelatina y no producen sulfuro de hidrogeno (Betancourt & Quintero 2002). Estas bacterias también se encuentran distribuidas en diferentes morfologías como: cocos, que pueden presentar una forma esférica y otros, una forma más o menos alargada entre 0.5y 2 µm llamados coco-bacilos, se presentan en pares tétradas o cadenas de numero 9 variado. Los géneros Streptococcus, Lactococcus, Vagococcus y Enterococcus están dispuestos en pares o cadenas, los géneros Pediococcus y Tetragenococcus forman células dispuestas en tétradas. Los bastones regulares pueden tener un diámetro variable entre 0.5 y 2 µm y una longitud hasta de más de 10 µm, presentándose solos en pares o en cadenas largas; a este grupo pertenecen los Lactobacillus y por último tenemos los bastones irregulares los cuales son característicos de las bacterias lácticas del genero Bifidobacterium y son típicos por sus aspectos extremadamente variables a otra (Betancourt & Quintero 2002). Además las bacterias ácido lácticas (BAL) desdoblan carbohidratos y producen ácido láctico y otros metabolitos descendiendo el pH hasta 4,7; se clasifican en homo o heterofermentativas. Las bacterias homofermentativas sintetizan sólo ácido láctico sin liberar CO2. Entre ellas está Lactobacillus plantarum, utilizado para fabricación de masas ácidas, leches ácidas, cárnicos madurados y vegetales fermentados (1, 3, 4). Las bacterias heterofermentativas generan, además de ácido láctico, una cantidad apreciable de etanol, acetato y CO2, como Lactobacillus brevis y Leuconostoc sp (León et al 2006). 3.2.2. Genero Lactobacillus El grupo de las bacterias ácido lácticas comprende una gran variedad de géneros y especies, que se clasifican dentro de este grupo, las cuales producen como producto final de su metabolismo ácido láctico. Este grupo incluye a los Lactobacillus, los cuales tienen un metabolismo fermentativo estrictamente sacarolítico y de acuerdo a la producción de ácido se clasifican en homofermentativas estrictas que producen fundamentalmente ácido láctico como producto principal (entre 70-80%) de su metabolismo, mientras que las 10 heterofermentativa producen además ácido acético, CO2, y etanol con un 50% de producción de ácido láctico. Pueden producir diferentes isómeros ópticos del ácido láctico que incluyen la forma D, L, ó DL, es importante señalar que tanto el tipo de ácido láctico producido como la ruta metabólica empleada son características distintivas de las diferentes especies, aunque las condiciones medio ambientales pueden influir en el balance de los productos finales de la fermentación (Brizuela 2003), además estas bacterias toleran moderadas concentraciones de acidez (pH entre 3 y 4) por varias semanas, sin sufrir grandes alteraciones en su viabilidad y fisiología. Sin embargo, valores de pH por debajo de estos pueden provocar afectaciones en sus características e inclusive hasta su muerte (Brizuela 2003). 11 4. OBJETIVOS 4.1. General Elaborar inóculos con microorganismos lácticos, aisladas del intestino de cerdo con características probióticas, para la preparación de raciones de alimento de cerdos destetados. 4.2. Específicos - Seleccionar un medio de cultivo para el crecimiento de los microorganismos lácticos. - Realizar un estudio de optimización del crecimiento de los microorganismos seleccionados en el medio elegido, mediante estudio de cinéticas de fermentación. - Estandarizar la adición de inóculos en la ración de alimento, para obtener la viabilidad microbiana requerida para alimento probiótico. - Identificar bioquímicamente las dos cepas probióticas seleccionadas en el estudio preliminar. 12 5. MATERIALES Y MÉTODOS 5.1. Selección de un medio de cultivo para el crecimiento de microorganismos lácticos. Se llevó a cabo, una selección del medio de cultivo, para las dos cepas escogidas preliminarmente. Se probando con los cuatro medios de cultivo hechos a partir de soya, suero de leche, azúcar y salvado de trigo, comparándolos contra el medio comercial MRS. Los medios de emplearon con el fin de desarrollar un medio de cultivo económico, viable a nivel industrial pero que permita condiciones de crecimiento similares o mejores a las del medio de cultivo comercial. La variable de respuesta fue la viabilidad de la cepa, evaluada a las 24 horas de fermentación. Tabla 1. Formulaciones de los medios de cultivo para la producción de biomasa. Medio Composición MRS(1) D-glucosa 20g/L; extracto de carne 8 g/L; extracto de levadura 4g/L. Medio 2 (M2) 20g/l sacarosa; 14g/l leche de soya; 130g/l suero de leche; 30g/l salvado de trigo Medio 3(M3) 15g/l sacarosa; 12g/l leche de soya; 120g/l suero de leche; 10g/l salvado de trigo Medio 4 (M4) 10g/l sacarosa; 15g/l % leche de soya;150g/l suero de leche; 10g/l salvado de trigo 5.1.1 Preservación de cepas del estudio Cada una de las cepas aisladas previamente en el proyecto preliminar, de diferentes trayectos intestinales, principalmente de colon y recto, y de materia fecal, provenientes de cerdos adultos sanos, fueron cultivadas en medio MRS con azul de anilina para ayudar al reconocimiento de los microorganismos lácticos según lo recomendado por Giraud (1992) 13 y Ramírez (2005), ya que las bacterias lácticas pueden diferenciarse por la asimilación del azul de anilina presente en el medio; el material fue sembrado por dilución de acuerdo a lo requerido, incubando a 30 ˚C en aerobiosis para selección de microorganismos facultativos; luego se verifico su pureza mediante coloración de Gram y se resembraron en tubos con caldo MRS, para ser criopreservarlas con 25% de glicerol a -20˚C (Figura 1). Una parte del material purificado fue preservado en tubos inclinados y en caldo para ser utilizado en este proyecto. Figura 1. Tubos con caldo MRS para criopreservación. 5.2. Optimización del crecimiento de los microorganismos lácticos, mediante cinéticas de fermentación Con las cepas seleccionadas como las mejores probióticas y el mejor medio seleccionado, se efectuaron cinéticas de fermentación para verificar y optimizar las mejores condiciones para producción de biomasa y elaboración de los inóculos para aplicar en la ración. Las cinéticas se efectuaron en un fermentador de 2 litros a 30˚C, con velocidad de agitación de 120 r.p.m.; en este caso no se hizo control de pH de los microorganismos seleccionados. Las mediciones o toma de muestras se efectuaron cada tres horas durante 24 horas, los parámetros que se consideraron en el proceso de fermentación fueron: evolución del pH, 14 conteo de células viables UFC/mL, consumo de azúcar total y producción de ácidos orgánicos por HPLC, en el medio de cultivo seleccionado y en MRS. 5.2.1 Determinación de pH Las medidas de evolución del pH se realizaron con un pHmetro ORION, cada tres horas por 24h, los datos obtenidos de la evolución indicaron la producción de ácidos en el proceso. 5.2.2 Determinación de ácidos orgánicos por HPLC Para evaluar la síntesis de metabolitos fue utilizada la cromatografía líquida de alta eficiencia HPLC. Esta técnica permitió determinar la concentración de ácidos orgánicos, azúcares simples y complejos por los mecanismos de separación de moléculas por acción combinada de intercambio iónico, separación molecular e interacciones hidrofóbicas usando columnas con resina (Aminex HPX 87H, 300mm). La producción de ácidos puede comprometer la inhibición del crecimiento bacteriano durante la evolución del proceso. Debido a esto se requiere, verificar su producción y correlacionar con el crecimiento microbiano. La evaluación de la síntesis de estos metabolitos se llevó a cabo siguiendo las mismas condiciones descritas anteriormente 15 5.2.3 Conteo de microorganismos viables en placa UFC/mL La técnica de conteo en placa propicia la información del número de células viables durante el proceso en términos de UFC/mL, permitiendo determinar la evolución de la producción de biomasa. No se efectuaron medidaspor peso seco ni por turbidimetría debido a las elevadas cantidades de sólidos en suspensión del medio de cultivo. Para los conteos se diluyó 1 mL de muestra en 9 mL de agua peptonada al 0,1% y efectuadas las diluciones decimales hasta 10 -12 , de cada dilución fueron transferidos 0.1mL a cajas de Petri con medio MRS-azul de anilina, para siembra en superficie. Las cajas fueron incubadas en estufa a 30 ˚C y observadas entre las 24 y 48 horas y consideradas las cajas de Petri con conteos de UFC/mL entre 30 y 300 colonias. El número de colonias fue multiplicado por el inverso de la dilución y por 10 para obtener las UFC/mL formadas (Lanara 1981). 5.2.4 Determinación de azúcar total La cuantificación de azúcar permitió determinar el consumo de estos para el crecimiento de los microorganismos y ayuda a establecer la relación de consumo/crecimiento celular. Los azúcares fueron determinados por el método de Dubois (1956), conocido por el método de antrona. Se preparó previamente una curva patrón con diferentes concentraciones de la solución patrón glucosa; los valores obtenidos de la lectura de densidad óptica (D.O) a 525 nm fueron graficados versus la concentración en mg/L. 16 La dosificación de los azúcares presentes en las muestras en estudio fue efectuada sobre 2,5 mL de muestra previamente diluída en agua destilada y adicionados 5 mL de antrona preparada en ácido sulfúrico. Los valores obtenidos de las muestras se calcularon por la ecuación de la recta, obtenidos en la curva patrón y multiplicados por el factor de dilución. 5.2.5 Evaluación de la producción de biomasa Los resultados obtenidos permitieron determinar las cepas que resultaron ser más adecuadas en términos tiempo-tasa de crecimiento durante el proceso de fermentación para establecer el tiempo de duración en la producción de biomasa. Los cálculos de fermentación para las cinéticas son los definidos por Crueger (1993) y Rodríguez et al., (2003). La velocidad específica de crecimiento definida por la ecuación tiempo de duplicación celular. Siendo la velocidad específica de crecimiento definida por la ecuación: v max = dln X dt El tiempo de duplicación celular: td = ln2 v 17 La velocidad específica de formación de productos está basada en la producción de manitol en la fase exponencial de crecimiento dado que este es un producto asociado de la fermentación estará definido como: q p = P T Los resultados obtenidos permitieron determinar las condiciones o tratamientos más adecuados en términos de tiempo - tasa de crecimiento, rendimiento durante el proceso de fermentación. 5.3. Elaboración de inóculos e inclusión de los probióticos en la ración Los inóculos se elaboraron utilizando las cepas y el medio seleccionado que presentó mayor viabilidad a las condiciones definidas en la cinética, de acuerdo con Ramírez (2005). Para el proceso de elaboración de los inóculos, la fermentación se interrumpió al final de la fase logarítmica, la población microbiana producida durante la fermentación no puede ser menor de 10 8 UFC/mL para poder conseguir posteriormente poblaciones mínimas de 10 7 UFC/g en la ración elaborada, la ración probiótica se elaboró a partir del inoculo adicionándola al concentrado para cerdos suministrado por CERVALLE en forma de pellet. Fueron pesados 30 gramos de pellet al cual se le incorporó el 20% del inoculo de la cepa seleccionada, donde se incubó a 40° C por 24 horas; finalmente se efectuó un conteo de viabilidad (UFC/g) para la ración con la cepa incorporada. 18 5.3.1 Cinética de secado de la ración con bacterias lácticas probióticas Para obtener raciones que reunieran las condiciones óptimas de secado, que presentasen las condiciones de humedad finales requeridas de 12% con una viabilidad no menor a 10 8 UFC/g, siendo esto recomendado para un alimento probiótico. Fue necesario efectuar una curva o cinética de secado; para el ensayo se consideraron tres repeticiones. Se determinó la humedad de la muestra inicial y la pérdida de peso mediante el porcentaje de humedad en el tiempo, siguiendo el método recomendado por Pregnolatto-Pregnolatto (1985), la ración inoculada fue sometida a un proceso de secado en una estufa con circulación de aire vertical en bandejas perforadas, considerando las temperaturas de 35°C y 40°C hasta alcanzar una humedad de 12%, siendo medida la humedad de las muestras cada tres horas. De este modo se obtuvo el resultado óptimo de secado en el tiempo. Posteriormente las raciones se empacaron en bolsas con 5 gr del alimento y se dejaron a temperatura ambiente siguiendo lo recomendado por Ocampo (2006) y Lertworasirikul (2008). La determinación de la vida útil de las raciones secas con inoculo incluído, se determinó siguiendo los métodos recomendados por Alexandre (1997); mediante la medición de la viabilidad de los microorganismos lácticos en la ración por UFC/g durante cuatro semanas y la lectura de la actividad de agua (AW). 5.4. Identificación bioquímica Esta prueba de identificación bioquímica se realizaró solo con las cepas seleccionadas que presentaron las mejores características como probióticas La identificación inicial se efectuó mediante la fermentación de carbohidratos con utilización de las galerías API 50 CHL para 19 identificación bioquímica de bacterias lácticas (Biomereux) De ROISSART y LUQUET (30). El API 50 CHL permitió el estudio de la fermentación de 49 azúcares. El microorganismo a ser estudiado fue colocado en suspensión en el medio y luego inoculado cada tubo de la galería API 50 CHL. Durante la incubación el catabolismo de glúcidos conduce a la formación de ácidos orgánicos que permiten el cambio del indicador del pH. Los resultados obtenidos permitieron determinar el perfil bioquímico de cada cepa, facilitando la identificación de la cepa. Las pruebas de fermentación de carbohidratos se realizaron en cultivos de 24 horas de crecimiento en caldo MRS. Las lecturas fueron hechas a las 24 y 48 horas después de la inoculación en las galerías API. 20 6 RESULTADOS Y DISCUSIÓN 6.1 Selección de un medio de cultivo para el crecimiento de microorganismos lácticos Las dos cepas de microorganismos lácticos (Figura 1), que se utilizaron, fueron aisladas previamente del estudio () intestino grueso de cerdo, denominadas Pro1b y Pro2b; con el propósito de ser utilizadas en la misma especie, siendo esto fundamental por la especificidad por el hospedero. Figura 2. Coloración de Gram de bacterias lácticas. (a) Pro 1b y (b) Pro 2b. Lo que constituye una alternativa que se centra en la limitación del crecimiento de patógenos en el intestino, fomentando el crecimiento de otras bacterias que compitan contra estas en la colonización de los nichos intestinales, es decir la ―exclusión competitiva‖ (Pluske & Pethick 2005), gracias a esto el animal fortalece su sistema inmunológico, facilitando así la colonización de las bacterias lácticas y su acción prebiótica. a. b. 21 De acuerdo a la metodología descrita en el ítem 5.1, se selecciono el medio de cultivo más eficiente para cada cepa, siendo la variable respuesta la viabilidad de los microorganismos en cada medio de cultivo evaluados; además para cada cepa se determinó también la viabilidad en el medio de cultivo patrón MRS. En el estudio de viabilidad en el tiempo en los cuatro inóculos, se presento una mayor viabilidad en el medio 4 (M4) por parte de las dos cepas (Figura 3). Figura 3. Viabilidad de los cuatro medios de cultivo líquidos a 35°c durante 24 horas. La cepa Pro1b y Pro2b, presentaron un comportamiento similar en el medio MRS, M3 y en el medio M4. Mientras que la viabilidad más alta se observo en el medio M4;este medio aunque contenga mayor cantidad de suero de leche, siendo este la fuente de carbono y de nitrógeno (Urribarrí et al. 2006), los otros componentes del medio están presentes en menores cantidades, resultando ser un medio más económico que el medio comercial (MRS) y más recomendable para el crecimiento de los microorganismos. Debido que los precios relativamente altos de los medios de cultivo comerciales para la producción de probióticos, da como resultado que el uso de estos productos no sea rentable en el sector porcino, una producción conjunta de grandes cantidades de biomasa en un medio de cultivo 22 más económico y adecuado podría ser una alternativa adecuada para resolver este problema (Pérez 2007, Mayra & Bigret 1993). 6.2 Cinéticas de fermentación Las bacterias lácticas han sido utilizadas tradicionalmente como cultivos iniciadores para la fermentación de ciertos sustratos (Betancuor & Quintero 2002), en este caso las cinéticas que se le realizaron a las dos cepas en los medios de cultivo permitió comparar el comportamiento de los parámetros que se siguieron para control del crecimiento; como la evolución del pH, los tipos de ácidos orgánicos que se produjeron, el final de la fase logarítmica, el consumo de azucares totales y la producción de biomasa. 6.4.1 Determinación de pH Se realizaron las medidas de pH durante la cinética de fermentación, encontrando que cada tres horas el pH disminuía, llegando a un pH final de 3,8 Pro1b y 3,9 Pro2b en el M4 (Figura 3). Estos resultados se presentan, debido a que las bacterias lácticas son capaces de disminuir el pH del sustrato donde se encuentran por debajo del valor 4.0; esta acidificación del medio se presenta por la propiedad de las bacterias lácticas de producir ácido láctico, logrando de esta forma disminuir o evitar el crecimiento de casi todos los otros microorganismos competidores, exceptuando el de otras bacterias lácticas y el de las levaduras (Bergey 1992, Bolívar 2008 & Vásquez 2009), además, las bacterias lácticas se encuentran entre los microorganismos empleados para la producción de ácido láctico, en donde consume los nutrientes presentes en el suero de leche del medio de cultivo, principalmente la lactosa; siendo capaz de convertir el 85 % de la fuente de carbono 23 suministrada en ácido láctico (Urribarrí et al. 2006), lo que podría estar indicando que a medida que pasa el tiempo la producción de acido láctico incrementa, bajando el pH, evitando así la proliferación de patógenas . Se observó que la disminución de pH, no afectó la viabilidad de las bacterias lácticas del estudio y que fue muy similar al control. Figura 4. Evolución del pH, por parte de las cepas Pro 1b y Pro 2b en el medio de cultivo seleccionado y en medio MRS. 6.4.2 Determinación de ácidos orgánicos por HPLC Con respecto a la prueba de HPLC (Tabla 4), se encontró que la cepa Pro 1b es homofermentativa por su producción de acido láctico en un 80%, de acuerdo a lo expresado por (Brizuela 2003) para considerar una cepa homofementativa, mientras que la cepa Pro 2b produjo un 76% de acido láctico, identificándola como heterofermentativa; esta prueba 24 demuestra que las dos cepas presentaron diferencias, en la producción de ácidos orgánicos, encontrando que fuera de producir en mayor cantidad acido láctico, hay mayor producción de acido cítrico por parte de Pro 1b y acido acético por parte de Pro 2b. Tabla 2. Perfil característico de la producción de ácidos orgánicos por Pro 1b y Pro 2b Ácido Cítrico Glucosa Acido Succínico Acido Láctico Acido Acético Etanol Pro 1b 2,82(g/l) 3,95(g/l) 0,72 (g/l) 25,39 (g/l) 80,94% 1,51(g/l) 0,93(g/l) Pro 2b 1,89 (g/l) 2,66( g/l) 0,12( g/l) 17,42 (g/l) 76,0% 3,48 (g/l) 0,02 (g/l) Es de gran importancia seleccionar bacterias lácticas homofermentativas, como candidatos para el desarrollo de aditivos con potencialidades probióticas (Brizuela 2003), por esta razón la determinación de producción de acido láctico por HPLC, permite escoger cual de la dos cepas bacterianas es la mas apropiada en la inclusión de la ración, debido a su alta producción de acido láctico. Además las bacterias acido lácticas homofermentativas son muy utilizadas, porque este ácido es altamente palatable, además permite la eliminación de bacterias indeseables a nivel del tracto gastrointestinal (Brizuela 2003); aunque se encontró que solo una de las dos cepas era homofermentativa, se opto por realizar los estudios con las dos cepas, debido que son nativas del intestino de cerdo; además, aunque la producción de acido láctico de la cepa Pro 2b no sea tan elevada, al realizar la medición de pH, presentó un pH de 3.9 siendo este valor recomendado por Londoño-Uribe (2008), para la supervivencia en el tracto gastrointestinal y la inhibición de bacterias patógenas. 6.4.3. Conteo de microorganismos viables en placa UFC/mL 25 Al realizar el conteo de microorganismos viables en UFC/mL, se pudo establecer una comparación entre el medio comercial MRS y el establecido por Ramírez (2005), para determinar en cuál de los dos hay una mayor producción de biomasa y como evoluciona el pH (Figura 4). Figura 5. Viabilidad en UFC/mL y pH de las cepas Pro 1b y Pro 2b, en los medios MRS y M4. Se encontró que tanto en medio comercial como en M4, las dos cepas estudiadas alcanzaron una viabilidad superior de 10 8 UFC/mL, valor reportado por Brizuela (2003), como valor ideal para el empleo de estos microorganismos en la obtención de preparaciones probióticas. Es de gran importancia que al realizar estudios para la selección de cepas de Lactobacillus como potenciales probióticos en animales, se observe si los 26 componentes de los medios de cultivo le aportan a los microorganismos lo necesario para presentar un crecimiento óptimo; esto fue lo que presentó en el medio M4 en donde da una viabilidad de 10 11 UFC/ml por parte de las dos cepas. Se observó un comportamiento uniforme del pH, en la cepa Pro1b se encontró que hasta las 9 horas el pH en el medio MRS es mayor que el del medio M4, pero al descender el pH del medio MRS se estabiliza con el del M4; observándose los mismos resultados para Pro2b, en donde hasta las 9 horas se presenta una diferencia en el pH de los dos medio. Indicando que en cuestión de obtener un pH bajo tanto las dos cepas, como los dos medios de cultivo pueden ser utilizados, como potenciales probióticos, pero para obtener una viabilidad alta se recomienda el uso del medio M4. 6.4.4 Determinación de azúcar total Al realizar el estudio de azucares totales, se obtuvo el porcentaje de consumo de azúcar, por parte de las dos cepas en el M4 y en el MRS (Figura 5). 27 Figura 6. Consumo de azúcares totales y viabilidad en UFC/mL, por parte de las dos cepas Pro1b y Pro2b, en los dos medios utilizados. Se presentó un mayor consumo de azúcar por parte de la cepa Pro1b en los dos medios de cultivo, al finalizar la fase logarítmica. Para Callewaert y De Vuyst (1996), la principal causa de la finalización de la fase activa de crecimiento celular, es el agotamiento de la glucosa como fuente de energía; pudiendo indicar que la cepa Pro1b es una alta consumidora de glucosa, como fuente de alimento. De esta manera, se podría decir que el M4 es el medio que le proporciona una mayor cantidad de glucosa, obteniéndose un crecimiento apropiado para su uso como probiótico. Mientras que en el MRS la cepa consume menor cantidad de glucosa, posiblemente porque la formulación este medio solo 28 tiene una fuente de azúcar. Mientras que la cepa Pro2b, consumió una mayor cantidad de glucosa en el M4, que en el MRS; dando como resultado que el medio M4 es el adecuado para su crecimiento, pero Pro2bconsumió en menor cantidad la glucosa del medio que Pro1b, obteniendo como resultado una viabilidad menor que Pro1b al finalizar la fase logarítmica, indicando que la glucosa posiblemente puede actuar como limitante de crecimiento de la cepa Pro2b. Por lo tanto el M4 es recomendable para un crecimiento apropiado de los microorganismos lácticos aislados del intestino de cerdo. 6.4.5 Evaluación de la producción de biomasa Para la selección de cepas lácticas como potenciales probióticos, se deben tener en cuenta parámetros como la velocidad de crecimiento, tiempo de duplicación y una viabilidad alta, para así favorecer la competencia de estos microorganismos frente a microorganismos patógenos a nivel del Tracto Gastrointestinal (Tuomola y Cols 2001), por esta razón, se realizo la evaluación de producción de biomasa a partir de las cinéticas de crecimiento. En el caso de Pro 1b (Tabla 5), se encontró diferencias entre los dos medios de cultivo en la velocidad específica de crecimiento siendo menor (0,61 h -1 ) en el M4. Según Brizuela (2005), plantea que los valores de velocidad específica de crecimiento alcanzados deben de estar cercanos a 0.5 h-1 con tiempos de duplicación que se acercan a valores de una hora, lo que concuerda con lo encontrado en el crecimiento de Pro1b, en los dos medios de cultivo. Además Gilliland & Gorbach (1991), evaluaron las potencialidades probióticas de Lactobacillus acidophillus, encontrando que esta cepa utilizada para la preparación de productos probióticos eficaces deben poseer tiempos de duplicación de una hora o menores que esto. Por esta razón aunque el M4 presente una velocidad específica de crecimiento y 29 una viabilidad al final de la fase logarítmica de 10 9 UFC/mL, menor que el MRS, su fase logarítmica solo demora 12 horas y presenta un tiempo de duplicación más cercano a una hora que el MRS; indicando que para la elaboración del inoculo como potencial probiótico, en menor tiempo y costos se recomienda la utilización del M4 para la cepa. Tabla 3. Datos cinéticos del crecimiento bacteriano de la cepa Pro 1b en dos medios de cultivo. Cepa Pro 1b Medio M4 MRS Fase lag 0 0 Velocidad específica de crecimiento (μ h -1 ) 0,61 0,73 Fin fase log 12 15 Tiempo de duplicación 68,16 73,46 Incremento cel. Total 4,50E+08 9,48E+08 Incremento cel. Fin fase log 9,45E+09 3,10E+10 % azúcares consumidos totales 60 25,45 % azúcares consumidos fin log 44,04 24,75 r 2 = 0,98 0,91 En cambio para Pro 2b (Tabla 6), se encontró un comportamiento muy similar en los dos medios de cultivo, tanto en la velocidad específica de crecimiento y en el tiempo de finalización de la fase logarítmica, siendo a las 15 horas para los dos medios. Pero al observar el tiempo de duplicación, se encuentra que es menor en el medio MRS, posiblemente porque su incremento celular al final de la fase logarítmica es de 10 9 UFC/mL, produciendo un menor número de células. En cambio en el M4, aunque el tiempo de duplicación sea mayor, presenta al final de la fase logarítmica una viabilidad de 30 10 11 UFC/mL, determinándose el mejor comportamiento para este medio y presentando las mejores viabilidades como inoculo iniciador. Tabla 4. Datos cinéticos del crecimiento bacteriano de la cepa Pro 2b en dos medios de cultivo. Cepa Pro 2b Medio M4 MRS Fase lag 0 0 Velocidad específica de crecimiento (μ h -1 ) 0,5 0,5 Fin fase log 15 15 Tiempo de duplicación 88,47 83,16 Incremento cel. Total 1,85E+07 2,93E+08 Incremento cel. Fin fase log 1,27E+11 4,99E+09 % azúcares consumidos totales 34,04 6,57 % azúcares consumidos fin log 19,70 4,85 r 2 = 0,880 0,980 6.6 Identificación bioquímica Por medio de la galería API 50 CHL (Figura 6, Tabla 7), fueron identificadas bioquímicamente las cepas Pro 1b y Pro 2b como pertenecientes a Lactobacillus plantarum 1 aisladas del intestino grueso de cerdos adultos. Estos dos microorganismos presentaron un comportamiento bioquímico similar al fermentar el azúcar 2-cetogluconato y se diferenciaron en la fermentación del azúcar D-sorbitol por parte de Pro 2b; para diferenciar estas dos cepas se nombraron como Lb. plantarum 1 H 1 (Pro1b) y Lb. plantarum 1 H 2 (Pro2b). Al encontrarse estas diferencias metabólicas, no es suficiente para corroborar su género y especie, por esta razón se recomienda realizar en estudios posteriores una identificación molecular o procedimientos mas finos. 31 Figura 7. Galería API 50 CH. (a. Cepa Pro1b y b. Cepa Pro2b). Tabla 5. Identificación bioquímica de Pro1b y Pro2b por medio de la galería API 50 CHL. Lb.plantarum 1 H1 (Pro1b) Lb.plantarum 1H2 (Pro2b) Lb.plantarum 1 H1 (Pro1b) Lb.plantarum 1H2 (Pro2b) 48h 48h 48h 48h TESTIGO - - Metil-αD- Mmanopiranosida + + Glicerol - - Metil-αD- Glucopiranosida + - Eritritol - - N-AcetilGlucosamida + + D-ARAbinosa - - Amigdalina + + L-ARAbinosa + + ARButina + + D-RIBosa + + ESCulina + + D-XILosa - - SALicina + + L-Xilosa - - D-Celobiosa + + D-Adonitol - - D_Maltosa + + Metil-BD- Xilopiranosida - - D-LACtosa origen bovino + + D-Galactosa + + D-MELibiosa + + D-GLUcosa + + D-SACarosa + + D-Fructosa + + D-TREhalosa + + D-Mamnosa + + INUlina - - L-SorBosa - - D-MeLeZitosa + + INOcitol - - L-RHAmnosa - + D-Manitol + + DULcitol - - D-SORbitol + - - - a b 32 Estas cepas de L. plantarum 1 corresponden a lo reportado por la literatura como microorganismos GRAS, es decir, microorganismos generalmente reconocidos como seguros (Collins 1978), lo que nos indica que este género que se encuentran en la flora normal de los cerdos, es segura para utilizarse en probióticos y adicionar a las raciones de alimento de cerdos, igualmente Balcázar et al. (2008), reportaron que estos microorganismos también se utilizan en presentaciones comerciales con una mezcla de microorganismos probióticos. Lo que representa una ventaja para la elaboración posterior de inóculos, debido que estas cepas no representan peligro alguno para los animales, y son reconocidos como microorganismos probióticos. 6.7 Elaboración de inóculos e inclusión de los probióticos en la ración. Se realizo el proceso de elaboración de los inóculos, interrumpiendo el tiempo de incubación de cada una de las cepas al finalizar la fase logarítmica, colocando el material a 5°C, para ser utilizado en las próximas 12 horas; para así incorporar el probiótico a la ración y empacarlo al vacío (Figura 7). Figura 8. Empaque al vacío de inóculos junto con la ración. 33 Debido que los probióticos son más efectivos cuando son administrados directamente en los alimentos, de esta manera los probióticos pueden colonizar el tracto digestivo rápidamente, inhibiendo la acción de los microorganismos patógenos (Ramírez 2005, Vieira 2006 & Bolívar 2008). Al incubarse el inoculo junto con la ración durante 24 horas se obtuvieron los siguientes resultados (Figura 8). Figura 9. Viabilidad del inóculo junto con la ración pasadas 24 horas. Mostrando una viabilidad mayor por parte de la cepa Pro1b de 10 12 UFC/g, en cambio la cepa Pro2b presento una viabilidad de 10 9 UFC/g, teniendo como resultado que las dos cepas presentaron una viabilidad superior de 10 8 UFC/g, siendo estas adecuadas para ser adicionadas a la ración y utilizarlas como potencial probiótico en la alimentación de cerdos. Brizuela (2005), plantea que las bacterias que tienen su mejor crecimiento entre 36-44ºC, presentan una característica deseable en los microorganismos utilizados como probióticos, facilitando el proceso de producción del preparado tanto desde el punto de vista del proceso fermentativo como del de recuperación y formulación. TantoPro1b como Pro2b, 34 presentan esta característica creciendo a 40°C, favoreciéndolas para utilizarlas como probióticos. 6.9 Cinética de secado de la ración con bacterias lácticas probióticas Se determino la curva de secado en el tiempo a 35°C y a 40 °C, para determinar el tiempo necesario para adquirir un 12% de humedad (Figura 9). Figura 10. Cinetica de secado para Lactobacillus plantarum 1, hasta obtener el 12% de humedad. Una vez determinado el tiempo necesario de secado para las temperaturas utilizadas, se determino la viabilidad en el tiempo en UFC/g y la AW (Figura 10). 35 Figura 11. Viabilidad de los microorganismos lácticos en la ración UFC/g y lectura de AW durante tres semanas. Al observar la viabilidad de las dos cepas, encontramos que luego de tres semanas la viabilidad que se obtuvo es la requerida para que el probiótico sea efectivo durante ese tiempo, aunque haya presentado una viabilidad de 10 7 UFC/g. Al realizar la cinética a 35°C, encontramos que tanto la cepa Pro1b la cepa Pro2b, presentan una viabilidad uniforme, alcanzando hasta 10 6 UFC/g en la cuarta semana. Mientras que al realizar la cinética a 40°C, de las dos cepas seleccionadas, Pro1b es la que logra obtener una 36 viabilidad mayor de 10 7 UFC/g hasta la cuarta semana. Lo que puede indicar que aunque las dos cepas presenten los valores de viabilidad requeridos, se recomienda utilizar a la cepa Pro1b en la cinética de secado a una temperatura de 40°C, siendo este un producto recomendable para utilizarse en la alimentación de los lechones durante las 4 semanas. Al observar los resultados de AW, se encontró, que se presento una AW menor en los ensayos realizados a 40°C. Aunque cada semana la actividad de agua va disminuyendo en las raciones a las dos temperaturas, ocasionando que la cantidad de agua disponible para el crecimiento bacteriano, se reduzca; las cepas bacterianas mantuvieron una viabilidad superior a 10 6 UFC/g. Indicando que aunque los microorganismos necesitan niveles de agua disponible para llevar a cabo sus reacciones químicas, al disminuir esta los microorganismos crecen solamente si se encuentra el valor de AW optimo para su crecimiento; en el caso del genero Lactobacillus, su desarrollo se puede realizar a valores de AW entre 0.94 y 0.95 (Astudillo 2004). Pero en este caso, estos microorganismos se encuentran en un substrato adecuado para el crecimiento, aunque la actividad de agua sea menor a 0.9, necesaria para su crecimiento, siendo probablemente esto, lo que ayudo al microorganismo a mantenerse en condiciones de resistencia, reduciendo su metabolismo. La cinética de secado podría considerarse como un método alternativo a la liofilización, debido que ésta es más costosa y lenta, que otros métodos tradicionales de secado; pero en el caso de la liofilización al no emplear calor da como resultado productos de mayor calidad, evitando en gran medida las pérdidas nutricionales (Zamora 2003). El calor excesivo puede desnaturalizar proteínas, romper emulsiones, destruir vitaminas y resecar los alimentos al eliminar la humedad; sin embargo la ración de alimento que se utiliza posee más o menos un 13% de humedad, lo que indica que al ser tan bajo el porcentaje de humedad del alimento, posiblemente no sufre tantas alteraciones en su composición, http://es.wikipedia.org/wiki/Nutriente 37 además a la temperatura (40°C) que se obtuvo los mejores resultados de la cinética de secado, no ocurre una desnaturalización de la proteínas, debido que Ramírez (2005), plantea que para que ocurra una desnaturalización de proteínas se necesitan temperaturas superiores de 40°C; lo que puede indicar que a la temperatura que se realizo la cinética no afecta a la ración. Una de las ventajas que se presentan al obtener una AW muy baja, es que otros microorganismos como hongos o levaduras, no son capaces de crecer en substratos con una actividad de agua mucho menor, a la que ellos crecen. Por esta razón se recomienda la realización de la cinética de secado a 40°C, con los dos microorganismos en el M4, para la elaboración adecuada de productos probióticos para su manejo y almacenamiento a nivel industrial. Al observar los resultados en las diferentes pruebas, se encontró que la cepa Pro1b presento las mejores características probióticas en el M4, en cuanto su viabilidad, presentar una mayor cantidad de ácido láctico y una viabilidad requerida para conservar la ración realizando cinéticas de secado a 40ºC; resultando ser un inoculo de microorganismos lácticos adecuado para su uso en raciones de alimento de cerdos destetados, y su potencial uso en la industria. 38 7 CONCLUSIONES En el medio M4 las dos cepas aisladas presentaron una viabilidad en el tiempo superior de 10 8 UFC/mL, siendo este el indicado para la realización de los inóculos para su potencial uso como probióticos. El pH final obtenido (3.8-3.9) en los medios de cultivo, por parte de las cepas, es el ideal como característica de bacteria láctica por la producción de ácido láctico, logrando de esta forma disminuir o evitar el crecimiento de patógenos. La cepa Pro1b resultó ser homofermentativa, siendo esto una característica de gran importancia, para ser candidata en el desarrollo de aditivos como potencial probiótico e inclusión en la ración alimenticia. La cepa Pro1b, al presentar una velocidad específica de crecimiento menor que la cepa Pro2b en el M4 y al finalizar su fase logarítmica en menor tiempo, presentando una viabilidad al final de 10 9 UFC/mL, presentaría una ventaja mayor en la elaboración del inoculo como potencial probiótico, en menor tiempo, que la cepa Pro2. Al realizar la cinética de secado a una temperatura de 40°C, la cepa Pro1b, presento la viabilidad requerida para que el probiótico sea efectivo durante tres semanas de conservación. La cinética de secado podría considerarse como un método alternativo a la liofilización, debido que este es más económico y rápido que otros métodos tradicionales de secado. Las cepas seleccionadas en el estudio preliminar fueron identificadas como Lactobacillus plantarum 1 mostraron un gran perfil de bacterias lácticas con características probióticas, siendo una alternativa para uso potencial como inóculos. 39 8 LITERATURA CITADA 1. AILEXANDRE, J.L. 1997. Conservación de Alimentos. Ed. Universidad Politécnica de Valencia, España. 508 pg. 2. APCS – AVESUI. Respostas fisiológicas de suínos à dietas com misturas de ácidos orgânicos. Disponível. 2004 (Fecha de acceso 9 de enero de 2005) URL disponible en: http://www.apcs.com.br 3. ASTUDILLO, M. 2004. Biología de los alimentos. Programa editorial de la universidad del valle. 155pp 4. BALCÁZAR, JL., VENDRELL, D., BLAS, I., RUIZ-ZARZUELA, I., y JL, MUZQUIZ. 2008. 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