EFECTO DE LA FERMENTACIÓN SÓLIDA EN GRANOS DE SOYA CON Rhizopus oryzae (MUCL 28168) SOBRE LOS INHIBIDORES DE TRIPSINA/EFFECT OF SOLID FERMENTATION IN SOY BEANS WITH Rhizopus oryzae (MUCL 28168) ON TRYPSIN INHIBITORS

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RESUMEN

Antecedentes: La soya es una fuente considerable de proteínas y con alto valor nutricional, por lo cual, es muy utilizada para la elaboración de productos para consumo humano y animal. Sin embargo, contiene antinutrientes, en su mayoría, inhibidores de tripsina, que dificultan su digestibilidad; por eso, se necesita un pre tratamiento adecuado que los inactive. Generalmente, se emplean procesos térmicos pero las altas temperaturas causan disminución en la calidad proteínica. Debido a esto, es indispensable la aplicación de métodos alternativos como la fermentación sólida que, requiere menos agua y que produce mejoramiento en las características organolépticas, la digestibilidad y el valor nutricional. Objetivo: Determinar el efecto de la fermentación sólida (FS) con Rhizopus oryzae (MUCL 28168) en granos de soya crudos, sobre los inhibidores de tripsina. Métodos: Se caracterizó la soya cruda mediante análisis proximal y fisicoquímico. Luego, se determinaron las condiciones adecuadas para el proceso de FS, con un diseño factorial completamente al azar de dos factores: temperatura (°C) y tamaño de partícula (mm), con tres niveles cada uno y como variables respuesta: pH, proteínas solubles (PS), azúcares reductores (AR), azúcares totales (AT), y Actividad Inhibidora de Tripsina (AIT). Con estas condiciones, se realizó la cinética de crecimiento para observar el comportamiento del pH, CO2 y AIT a través del tiempo. Por último, se caracterizó la soya fermentada. Resultados: Se observaron mayores cambios en las variables respuesta y un desarrollo más homogéneo del micelio a 34°C y 2,00 mm. Con estas condiciones, se realizó la cinética de crecimiento y se observó que la AIT disminuyó 46% después del proceso y que el CO2 mantuvo un crecimiento constante, indicando el desarrollo del hongo. Finalmente, se comparó la soya sin fermentar y fermentada caracterizadas, encontrándose un aumento de las proteínas totales (5%) y disminución de la AIT (46,34%). Conclusiones: Se comprobó que la FS sobre los granos de soya crudos, tuvo un efecto significativo en la disminución de los inhibidores de tripsina y en el mejoramiento de su calidad nutricional, por lo cual, este proceso puede ser utilizado como tratamiento previo a la elaboración de productos.

Palabras clave: Soya, inhibidores de tripsina, fermentación sólida, Rhizopus oryzae

ABSTRACT

Background: Soy is a significant source of protein and a food of high nutritional value, because of this reason, it uses for the development of products for human and animal consumption. Nevertheless, it contains antinutrients in its composition that make difficult its digestibility, why it requires a proper pretreatment for the inactivation; generally, the heat treatments are used but these can bring about the reduced quality of the protein. Because of this problem, it is necessary to apply alternative methods such as the solid fermentation, which requires a less water and presents improvement in the organoleptic characteristics, digestibility and nutritional value. Objective: Determine the effect of the solid fermentation (SF) with Rhizopus oryzae (MUCL 28168) on the trypsin inhibitors. Methods: The raw soy was characterized by pro- ximate and physicochemical analysis. Then, were determined the suitable conditions to establish an effective process of FS, using a factorial completely randomized design with two factors: temperature (°C) and particle size (mm), with three levels each one, and as response variables: pH, soluble proteins, reducing sugars, total sugars, and Trypsin Inhibitory Activity (TIA). With these established conditions, was accomplished the growth kinetics for the observing the pH, CO2 and AIT behavior. Ultimately, the fermented soy was characterized. Results: Was observed major changes in response variables and a more homogeneous development of the mycelium at a temperature of 34°C and particle size of 2,00 mm. With these parameters, was made the growth kinetics and was observed that the AIT diminished 46 % in the course of the process, and the CO2 had a constant growth, indicated the development of the fungus. Finally, the raw soy and fermented soy characterized were compared and was determined an increased on the total proteins (5%) and a reducing of the AIT (46, 34%). Conclusions: Was verified that the solid fermentation on the grains of raw soy had a significant effect in the decrease of the trypsin inhibitor ones and in the improvement of its nutritional quality, therefore, this process that can be used as previous treatment to making products of soybeans.

Keywords: Soy, trypsin inhibitor, solid fermentation, Rhizopus oryzae.

INTRODUCCIÓN

La soya es reconocida por ser una fuente considerable de proteínas y otros macronutrientes como carbohidratos y grasa, por lo que es muy utilizada para la elaboración de alimentos de consumo humano y animal12. A pesar de su calidad nutritiva, ésta presenta en su composición antinutrientes que dificultan su digestibilidad y que pueden causar efectos adversos, por lo que se requiere de un pre tratamiento adecuado de la semilla para inactivarlos; generalmente, se emplean tratamientos térmicos pero estos pueden traer consigo daños en la calidad de la proteína4. Debido a esta problemática, es indispensable la aplicación de métodos alternativos como la fermentación sólida, que es un proceso de fermentación que se efectúa sobre un sustrato sólido que funciona como soporte físico y fuente de nutrientes para los microorganismos, con poca cantidad de agua libre9; presenta ventajas como mayor tiempo de vida útil, temperaturas bajas y tiempos cortos de cocción, y contribuyen a mejorar las características organolépticas, la digestibilidad y el valor nutricional del alimento6. EL objetivo de este trabajo fue determinar el efecto de un proceso de fermentación sólida con Rhizopus oryzae (MUCL 28168) en granos de soya cruda, sobre los inhibidores de tripsina y sobre la calidad nutricional del producto.

MATERIALES Y MÉTODOS

Caracterización de materia prima

La soya se trituró en un molino de discos y se retiró la cascara. Luego, se caracterizó mediante los siguientes análisis: humedad (NTC 4888), proteína (ISO 1871), grasa (AOAC 922.06), cenizas (NTC 4648), fibra cruda (NTC 5122), carbohidratos, (por diferencia); presencia de aflatoxinas (NTC 1232), pH (AOAC 945.10), contenido de azúcares totales (Método de Antrona), reductores (Método DNS), proteína soluble (Método de Lowry) y Actividad Inhibidora de Tripsina (AIT) (NTC 5149).

Reactivación del microorganismo y producción del inoculo iniciador

Se utilizaron esporas secas de Rhizopus oryzae (MUCL 28168). Para su reactivación y propagación, se llevó a cabo la técnica del Tane Koji.

Preparación de las muestras

Los granos de soya partidos fueron triturados nuevamente en el molino de discos y se tamizaron en tres tamaño de partícula: 2,00 mm, ,18 mm y 0,6 mm; luego, fueron empacados al vacío y almacenados a 5°C para su conservación. Después, se inocularon por separado, con 1% de Rhizopus oryzae (MUCL 28168) a una humedad de 31% (b. h.), que según ensayos preliminares, fue la humedad en la cual el hongo se desarrolló de manera homogénea en la soya.

Evaluación de las variables del proceso de fermentación

El proceso fue llevado a cabo en un biorreactor tipo columna8, compuesto por columnas empacadas con 60 g de soya humedecida e inoculada, que se pusieron en un baño de agua termorregulado y se acoplaron a un sistema de presión controlada (100 mm3/ min).

Según ensayos iniciales, el tiempo en el cual el hongo presentó un desarrollo más homogéneo del micelio fue 30 horas. Las pruebas se realizaron considerando un diseño experimental factorial 32, como se muestra en la Tabla 1, con 9 tratamientos de 3 réplicas cada uno, para un total de 27 corridas.

Cinética de fermentación en columna

Se escogieron las condiciones más favorables y se llevaron a cabo las cinéticas de crecimiento, para obtener los parámetros de crecimiento del Rhizopus oryzae (MUCL 28168) sobre la soya cruda. Desde el inicio de la cinética y cada 3 horas, hasta completar las 30 horas del tiempo de fermentación, se tomaron muestras directas a las cuales se les determinó el pH, producción de CO2, como indicador de crecimiento del hongo (Método respirómetro) y comportamiento de la AIT.

Caracterización de la soya fermentada

La soya fermentada fue caracterizada según el ítem 1.

RESULTADOS

Caracterización de la soya cruda y fermentada

La tabla 2 muestra los resultados de la caracterización de la soya cruda sin fermentar y fermentada.

Evaluación de los parámetros de fermentación

Se realizó la prueba comparativa ANOVA para cada uno de los parámetros evaluados, como se muestra en la tabla 3.

Se realizaron las pruebas de comparación correspondientes con cada uno de los factores a evaluar, los resultados se muestran en la Tabla 4.

Según lo anterior, las condiciones en las que se presentan mayores cambios en las variables de respuesta fueron: tamaño de partícula = 2,0 mm y temperatura = 34°C

Cinética de fermentación en columna

Se realizó la cinética de fermentación con las variables de proceso establecidas. La Figura 1 muestra el comportamiento del CO2, pH y AIT durante la cinética de crecimiento.

DISCUSION

Caracterización de la soya cruda y fermentada

De acuerdo a la Tabla 2, la soya fermentada presentó una humedad mayor a la soya cruda, debido al agua agregada para el crecimiento del R. oryzae. Se evidenció una disminución en el pH, debido al efecto metabólico del microorganismo que genera ácidos orgánicos como ácido láctico, málico, acético, propiónico y fumárico11, 10 y 13. Se presentó un aumento en un 5,06% de la proteína total, representada en la aparición del micelio 7, mientras que, la proteína soluble disminuyó debido a la producción de proteasas, generadas por este hongo5. La grasa total disminuyó 14,48% en la soya fermentada, debido a que las lipasas producidas por el R. oryzae hidrolizaron los triglicéridos de la soya en ácidos grasos libres, utilizados por el microorganismo para su crecimiento 4; estos ácidos grasos se consideran una de las fuentes importantes de energía del R. oryzae para su crecimiento1.

La disminución tanto de los azúcares totales como reductores fue significativa (62,36% y 46,34%, respectivamente), esto se debe a que los carbohidratos solubles como monosacáridos y oligosacáridos son utilizados como principal fuente de energía por el género Rhizopus spp. 4; a pesar de que éstos disminuyeron, los carbohidratos totales en la soya fermentada aumentaron con respecto a la soya cruda, posiblemente debido a que la fibra del sustrato se incrementó a medida que el micelio, con gran cantidad de fibra, fue desarrollándose sobre la soya. Finalmente, se observó que el proceso de FS sobre la soya cruda tuvo efecto sobre la disminución de la AIT (46,24%), debido a la degradación que las proteasas causa sobre los inhibidores de tripsina, los cuales son globulinas de bajo peso molecular que se modifican durante el proceso, perdiendo así su actividad para unirse a la tripsina3.

Evaluación de los parámetros de fermentación

La prueba POST-ANOVA (Tabla 4), mostró un mayor efecto del pH a temperaturas de 36 y 34°C con un tamaño de partícula de 0,6, 1,18 y 2,00 mm. La temperatura óptima de crecimiento está cerca a los 37°C 11.

Se observó una disminución de las proteínas solubles después del proceso de fermentación; según la prueba POST-ANOVA, las temperaturas no tuvieron un efecto significativo, mientras que, con un tamaño de partícula de 2 mm, se obtuvieron valores entre 5 y 9 % (b. s.), equivalentes a una disminución de 63% (b. s.).

Se evidenció un efecto significativo de los tratamientos y su combinación; este nutriente disminuyó de manera general. Según la Tabla 4, el tratamiento con temperatura de 32°C y tamaño de partícula de 1,18 mm, fue significativamente diferente a todos los tratamientos realizados, obteniendo una mayor disminución en los azúcares totales, equivalente a 2,5% (b. s.).

De acuerdo al análisis comparativo de Tukey (Tabla 4), se encontró una mayor disminución de los azúcares reductores con el aumento de la temperatura, obteniendo una diferencia estadísticamente significativa para un tamaño de partícula de 1,18 mm y una temperatura de 36°C. ,

En cuanto a la AIT, se observó una disminución después del proceso; de acuerdo al análisis de varianza realizado. La temperatura y el tamaño de partícula no ejercieron un efecto significativo por sí solas. Los parámetros con los cuales se obtuvo una mayor disminución, según el análisis POSTANOVA de Tukey (Tabla 4) fueron las siguientes interacciones: 32°C con tamaño de partícula de 2,00 y 0,60; 34°C con tamaño de partícula de 0,60 mm; y 36°C con tamaño de partícula de 2,00 mm y 1,18 mm, obteniendo valores cercanos a 0,7 mg/g.

Cinética de fermentación en columna

Según la figura 1, se pudo notar un incremento en la producción del CO2 a medida que la fermentación se fue llevando a cabo; esto como indicio de crecimiento del hongo. Por su parte, el pH se incrementó durante las primeras horas debido al amoniaco liberado tras la proteólisis realizada por el hongo como adaptación fisiológica al sustrato, y posterior crecimiento del mismo; ya a partir de las 12 horas hasta finalizar el proceso, se evidenció su disminución ya que el hongo ha usado los azúcares para sintetizar ácidos orgánicos, lo cual acidifica el medio de crecimiento; además, la hidrolisis de compuestos fenólicos también ocasiona la liberación de moléculas acidas.

La figura 2, mostró que la AIT disminuyó e el transcurso de la fermentación; esto se atribuye a que estos microorganismos a medida que van desarrollándose, producen proteasas capaces de hidrolizar y degradar los complejos inhibidores de tripsina-proteína, separando y degradando estos antinutrientes, así como su capacidad de unirse a la tripsina .

CONCLUSIONES

Se determinó que bajo las condiciones establecidas para el proceso de FS con Rhizopus oryzae (MUCL 28168) sobre la soya cruda, se redujo la AIT en un 46,34%; además, se obtuvo una materia prima con características nutricionales favorables como la ausencia de aflatoxinas, mayor digestibilidad representada en la hidrólisis de la proteína soluble, disminución de grasa y degradación de azúcares. Por lo cual, este proceso puede ser llevado a nivel industrial como pre tratamiento para la soya en productos elaborados a partir de la misma, pues también, precisa bajos costos de producción al utilizar soya cruda, así mismo, este proceso se simplifica al tener bajas exigencias en el mantenimiento del microorganismo y el uso de poca cantidad de agua para el crecimiento del hongo.

References

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