A través de bioprocesos o tratamientos enzimáticos que se aplican a ciertas plantas e incluso a desechos orgánicos que son considerados basura, se pueden recuperar compuestos con propiedades antioxidantes, antimicrobianas, anticarcinogénicas o antivirales, y ser utilizados para consumo humano, cosmético, farmacéutico y agroindustrial.
Al ver la eficiencia de algunos hongos filamentosos que crecían sobre materiales a veces difíciles de degradar, y con el objetivo de aprovechar su potencial, el doctor Cristóbal Noé Aguilar González, director de la Facultad de Ciencias Químicas de la Universidad Autónoma de Coahuila, y su equipo de trabajo iniciaron los primeros estudios con estos organismos en 2004.
En entrevista para la Agencia Informativa Conacyt, el especialista mencionó que posteriormente continuaron el proyecto de investigación con residuos orgánicos como cáscaras de granada, naranja y otros cítricos, así como residuos de uva y café, con el propósito de recuperar antioxidantes y antimicrobianos.
“Nuestra propuesta tecnológica es el uso de microorganismos o proteínas catalíticas, enzimas, para que con la aplicación de cultivos microbianos o procesos enzimáticos podamos recuperar compuestos de valor industrial a partir de dos fuentes”, indicó.
Aguilar González se refirió a residuos agroindustriales, materiales considerados basura, que en realidad son fuentes ricas en compuestos una vez removidos a través de dichos procesos; y plantas que se encuentran localizadas en el semidesierto mexicano (recursos forestales no maderables de bajo uso a nivel industrial), que son sometidas a los cultivos microbianos y a la tecnología enzimática para liberar compuestos de interés en altas concentraciones.
“Estos compuestos luego son recuperados, concentrados, purificados, identificados y aplicados en los diferentes productos que se generan a partir de ellos”, abundó el investigador.
Detalló que el proyecto ha tenido financiamiento por parte de Fondos Sectoriales y Fondos Mixtos del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt): “Empezamos a trabajar con el Fondo Sectorial Conacyt-Conafor en 2004. Nos permitió explorar plantas del semidesierto mexicano y logramos incrementar los rendimientos de extracción con los bioprocesos de compuestos como ácido gálico, ácido elágico y una serie de potentes antioxidantes que se encuentran incluso en algunos productos comerciales”.
El doctor señaló que estos compuestos tienen varias aplicaciones: una es para consumo humano, “porque vienen derivados de frutas que luego son inmovilizados en cubiertas comestibles que se les aplica a los alimentos; así incrementamos el valor nutricional y también prolongamos la vida de anaquel de estos productos”, dijo.
En el caso del sector agronómico, agregó que por su poder antimicrobiano estos compuestos son utilizados en el control de enfermedades en cultivos hortofrutícolas. En la industria cosmética, en particular con el uso del ácido elágico, “la idea es que el compuesto forme parte de productos para reducir rápidamente, de forma natural y biológica, el nivel de pigmentación en cara por su efecto antioxidante aclarador: las manchas de la piel se desvanecen rápidamente”, indicó.
Etapas del proceso
El doctor en Biotecnología por la Universidad Autónoma Metropolitana (UAM) y miembro del Sistema Nacional de Investigadores (SNI) con el nivel III, manifestó que él y su equipo trabajan con hongos de los géneros Aspergillus, Penicillium y Trichoderma.
“Para cada residuo tenemos que elegir el hongo que tiene la capacidad de crecer en ese material y que pueda liberar los compuestos que nos interesan. Nos lleva mucho trabajo encontrar cuál es el microorganismo más adecuado. Por eso lo llamamos diseño de bioproceso”, expresó.
Aguilar González aseguró que en el laboratorio se cercioran de que Aspergillus, Penicillium, Trichoderma, o cualquier otro organismo, sean permitidos para consumo humano o reconocidos como seguros. “Las sepas que manejamos no tienen que ser tóxicas”, enfatizó.
El laboratorio del especialista cuida que el crecimiento del microorganismo –sobre camas de residuos o plantas– se logre con base en nutrientes como azúcares y proteínas, y no con los compuestos objetivo; y que con su mismo metabolismo rompa las células vegetales exponiendo los compuestos de interés: polifenoles, elagitaninos, terpenos, carotenoides y antocianinas, que son permitidos, están reconocidos como seguros y pueden emplearse para consumo directo del ser humano y animal.
“Montamos nuestros procesos de fermentación sólido en donde los materiales son empleados como soporte, como el medio de cultivo en el que van a crecer los hongos. Lo monitoreamos constantemente para ver el tiempo en el cual el hongo ha logrado romper las estructuras y los compuestos han sido liberados. Después, los arrastramos con métodos de extracción tradicional y así obtenemos parte de nuestros extractos ricos en componentes de interés”, describió el entrevistado.
Para crecer sobre los materiales residuales, el microorganismo tiene que contar con ciertas condiciones ambientales y cuidados. Se hace una serie de estudios y se repiten hasta encontrar el estado en el que la liberación de los compuestos es mayor, explicó el experto.
“Empleamos en esta etapa diseños experimentales que nos permitan evaluar el proceso del cultivo microbiano bajo ciertas condiciones; lo comparamos y luego vemos en cuál tenemos nuestras respuestas máximas de acumulación de compuestos, que serán las condiciones en las cuales se estarán replicando posteriormente los bioprocesos, incluso escalado o una mayor dimensión, para tener más concentración de los compuestos que estamos recuperando”, describió.
Añadió que una vez obtenidas estas fracciones o extractos ricos en estos compuestos, los pasan a través de una columna de separación. Dichos compuestos son afines a una resina llamada Amberlite XAD16, que permite interaccionar con los compuestos de interés: los atrapa, los inmoviliza, y lo demás se pasa.
Los otros compuestos se lavan. “Imagínate una columna en donde está la Amberlite, que parecen perlas o cristales de arena, está empaquetada la columna con eso. Es como un filtro de carbón. Entonces empezamos a verter nuestros extractos y lo que no sirve se está arrastrando, y se quedan inmovilizados nuestros compuestos de interés”, explicó Aguilar González.
Posteriormente se agregan agentes alcohólicos, etanólicos, que permiten arrastrar los compuestos de interés en un volumen pequeño. Los compuestos son separados por cromatografía líquida y espectometría de masas, y después analizados. “Podemos utilizar toda la gama de compuestos que posee ese material, y sabemos hacia dónde dirigir cada uno de los componentes obtenidos porque tenemos un diseño de fraccionación, de separación de cada uno de los materiales”, abundó.
Proyectos alternos
Existe un proyecto bilateral México-Argentina a través de los Fondos Institucionales del Conacyt (Conacyt-Conicet), en donde se utilizan residuos de alimentos como olote de maíz, cáscaras de piña y manzana; así como plantas: gobernadora, hojasen, damiana, sangre de drago y orégano, aseguró el doctor Aguilar.
“Generalmente, el orégano es utilizado para extraer el aceite de orégano, y cuando se extrae, toda la planta que quedó libre del aceite se tira; nosotros fermentamos ese material con los hongos para recuperar todavía remanentes de compuestos antimicrobianos que se quedaron presentes”, ejemplificó el investigador.
Economía
El doctor Cristóbal Noé Aguilar González aseguró que esta tecnología es económica pero requiere intensa mano de obra. Detalló que la etapa más cara no es el bioproceso como tal sino la recuperación de los componentes; sin embargo, el costo de los productos vuelve rentable el diseño de los mismos.
“Intensa mano de obra porque una vez que se selecciona el material y el hongo, una vez que empieza el proceso, tiene que estar una persona dando seguimiento o monitoreo para evitar contaminaciones o que haya una pérdida de control en el mismo; si la hay, lo que va a pasar es que las moléculas que estamos pretendiendo obtener puedan perder la actividad biológica: cambios de temperatura y/o pH. Se echaría a perder si eso ocurriera”, advirtió.
De manera paralela, el laboratorio del doctor Aguilar González ha creado una micoteca (colección de hongos) principalmente con Aspergillus, aunque también tienen otros géneros; estos son de lugares mexicanos, de ambientes extremos del semidesierto de Coahuila.
“Nuestros alumnos desde el 2000 han estado haciendo visitas a estos lugares alrededor de Cuatrociénegas, del bosque de Arteaga, varias zonas de condiciones ambientales especiales. Se muestrean plantas y suelos, se traen los hongos al laboratorio, se cultivan, purifican, identifican y conservan”, afirmó.
Añadió que el laboratorio cuenta con tres sistemas de conservación de sepas: criogénicos de conservación, liofilizados y en sistemas en agua. Esto permite almacenar el microorganismo hasta por 20 o 30 años.
De la familia, Aspergillus niger tienen casi mil hongos diferentes, porque han sido aislados de diversas zonas. Es un hongo de uso industrial muy importante, expresó. “Creemos que los Aspergillus niger que se han desarrollado en Coahuila poseen potenciales biotecnológicos aún inexplorados y que son recursos biológicos propios que debemos conocer y aprovechar; hemos ido explorándolos poco a poco”, finalizó.
Cristóbal Noé Aguilar González
Área de investigación:
Bio-procesos en alimentos y biotecnología de fermentaciones.
Información académica
Químico Fármaco-biólogo; especialidad en Bromatología. 1992. Univ. Autónoma de Coahuila.
Maestría en Ciencia y Tecnología de Alimentos; 1995 Univ. Autónoma de Chihuahua.
Doctorado en Biotecnología. Fermentaciones 2000. Universidad Autónoma Metropolitana.
Post-doctorado. Microbiología Molecular 2001. IRD-Marsella, Francia.
Estancias de investigación: CCRC-Universidad de Georgia (EU), ESIL-Universidad de Marsella. (Francia), Universidad Paul Cezanne (Francia), Universidade do Minho (Portugal).
Distinciones selectas:
1. Miembro del Sistema Nacional de Investigadores desde 1998. Actualmente SNI Nivel-II.
2. Premio Nacional de Investigación 2010. Academia Mexicana de Ciencias. Area Tecnología e Ingenieria.
3. Premio Nacional de la Sociedad Mexicana de Biotecnología y Bioingeniería “Carlos Casas Campillo” México, D.F. Junio 2008.
4. Presidente de la Asociación Mexicana de Ciencia de los Alimentos, 2008-2009.
5. Presidente de la Delegación Coahuila de la Sociedad Mexicana de Biotecnología y Bioingeniería 2004-2007.
6. Premio Nacional AgroBIO 2005 por la dirección de la tesis AgroBio. México D.F. 2005
7. Premio Nacional en Ciencia y Tecnología de Alimentos. CONACYT-Coca Cola México, D. F. 2003
Últimos seis artículos publicados en revistas científicas indexadas:
1) Martins S, Aguilar CN, Garza-Rodriguez I, Mussatto SI, Teixaira JA. 2010. Kinetic study of nordihydroguaiaretic acid recovery from Larrea tridentata by microwave-assisted extraction. Journal of Chemical Technology and Biotechnology. 85: 1142–1147.
2) Buenrostro-Figueroa J, de la Garza-Toledo H, Ibarra-Junquera V, Aguilar CN. 2010. Juice extraction from mango pulp using enzymatic complex of Trichoderma sp produced by solid-state fermentation. Food Science
and Biotechnology. 19(5): 1387-1390 (2010).
3) Castillo F, Hernández D, Gallegos G, Mendez M, Rodríguez R, Reyes A. Aguilar CN. 2010. In vitro antifungal activity of plant extracts obtained with alternative organic solvents against Rhizoctonia solani Kühn. Industrial
Crops and Products 32 : 324–328.
4) Rodríguez-Jasso RM, Mussatto SI, Pastrana L, Aguilar CN, Teixeira JA. 2010. Fucoidan-degrading fungal strains: screening, morphometric evaluation, and influence of médium composition. Applied Biochemistry and
Biotechnology, 162: 2177-2188.
5) Ochoa E, Saucedo-Pompa S, Rojas-Molina R, de la Garza,H, Charles-Rodríguez AV, Aguilar CN. 2011. Evaluation of a Candelilla Wax-Based Edible Coating to Prolong the Shelf-Life Quality and Safety of Apples. American Journal of Agricultural and Biological Sciences 6 (1): 92-98.
6) de la Cerda-Gómez A, Reyes-Valdés MH, Meléndez-Rentería NP, Rodríguez-Herrera R & Aguilar CN. 2011. Tannase production under solid and submerged culture by xerophilic strains of Aspergillus and their genetic relationships. Micología Aplicada International., 23(1): 21-27.
