En un estudio innovador que promete reducir los costos de producción de la forma más potente de vitamina K - Menaquinona-7, los investigadores de Penn State han desarrollado un método novedoso para mejorar el proceso de fermentación que crea el suplemento mediante fermentación líquida agitada en una biopelículareactor.
El nuevo proceso, suponiendo que pueda ampliarse a la producción industrial, es importante porque estudios recientes realizados por universidades de los Países Bajos y la Facultad de Medicina de la UCLA, entre otros, muestran beneficios esenciales para la salud asociados con grandes dosis de vitamina K, especialmentela forma de menaquinona-7, conocida como MK-7. Estos beneficios incluyen la reducción de los riesgos de enfermedades cardiovasculares y accidentes cerebrovasculares, osteoporosis e incluso la lucha contra el cáncer.
Los alimentos que son ricos en vitamina K, como la col rizada, la carne roja y la yema de huevo, no proporcionan suficiente vitamina para lograr terapias de dosis altas, que requerirán suplementos.
Sin embargo, la producción de MK-7 a nivel industrial es costosa y limitada porque la fermentación bacteriana necesaria para crear la vitamina hasta ahora se ha basado en estrategias de fermentación "estáticas" que son inadecuadas para aumentar la producción de la vitamina.
El sistema de producción actual, que incorpora bandejas poco profundas de microorganismos sólidos de crecimiento medio a base de soja solo en la superficie, no respaldará la mayor demanda esperada de vitamina K, explicó el investigador Ehsan Mahdinia, un investigador postdoctoral en ciencias de los alimentos en PennEstado.
"El uso de reactores de biopelículas, sin embargo, parece ser una alternativa práctica", dijo Mahdinia. "Los reactores de biopelículas proporcionan un ambiente controlado para que los microorganismos formen biopelículas maduras y robustas que les permitan producir productos de valor agregado como la vitamina K coneficiencia incrementada."
Integrales a la capacidad de los reactores de biopelículas para producir vitamina K son soportes internos compuestos de plástico especialmente diseñados a los que se adhieren los microorganismos y sobre los cuales construyen colonias entrelazadas, llamadas biopelículas, que pueden resistir la aireación y la agitación necesarias para estimular los microorganismos para secretarmás vitamina K.
"Los soportes [comprenden] cascos de mitad de plástico y mitad de soja, con otros nutrientes mezclados, que se extruyen juntos a altas temperaturas", dijo Mahdinia. "El material compuesto es lo suficientemente poroso como para permitir que los microbios lo colonicen y lo retengan.Al mismo tiempo, es bastante difícil que los soportes no se desmoronen cuando están en el líquido ".
El estudio analizó la producción de MK-7 con un proceso de fermentación mejorado, comparando el rendimiento de las cepas de los microorganismos que crean vitamina K. Los investigadores evaluaron especies de Bacillus como Bacillus subtilis natto , Bacillus licheniformis y Bacillus amyloliquifaciens .
Bacillus subtilis natto de acuerdo con Mahdinia, se determinó que era el microorganismo más eficiente para ser utilizado en futuros estudios de Penn State en reactores de biopelículas.
señaló que es un tipo de bacteria que produce alimentos de soya fermentados, como el natto pegajoso tradicional japonés.
"Natto es una sustancia pegajosa que resulta de los microbios que digieren parcialmente la soja, y como todos los alimentos fermentados, es muy nutritiva", dijo. "Básicamente es soja podrida. Me han dicho que no sabe bien, pero deboadmitir que nunca he tenido el coraje de probarlo "
Finalmente, los investigadores experimentaron con el medio líquido, suspendiendo y alimentando a los microorganismos en ciclos de fermentación de 12 días. El medio comenzó como un caldo de soja suplementado con un 0,8 por ciento de extracto de levadura. En el estudio, probaron la adición de glucosa y glicerol alos medios de base en los reactores de biopelículas.
Mahdinia señaló que la adición de la fuente de carbono parecía crucial en las fermentaciones por lotes.
"Nuestros resultados indicaron que las estrategias de 'lote alimentado' pueden ser significativamente efectivas en medio a base de glucosa, lo que hace que los reactores de biopelícula sean un reemplazo prometedor para las estrategias de fermentación estática. En las mismas condiciones operativas y medias, biorreactores de células suspendidas sinbiofilm presente no pudo alcanzar concentraciones de MK-7 superiores a 8,7 miligramos por litro, mientras que en reactores de biopelículas las concentraciones fueron superiores a 28,7 miligramos por litro, una mejora de 2,3 veces ".
Ali Demirci, profesor de ingeniería agrícola y biológica de Penn State, cuyo grupo de investigación en la Facultad de Ciencias Agrícolas realizó el estudio, tiene grandes esperanzas para esta nueva tecnología. Está planeando ampliar los reactores de biopelícula de laboratorio de 2 litros e introducirfermentadores a escala piloto de quizás 200 litros.
"Creemos que esos reactores de biopelícula a escala piloto pueden producir una cantidad significativa de vitamina K para competir con lo que se hace en la industria en este momento", dijo. "Entonces esperamos poder convertir esto en una patente e ir a la industria ydiga, 'puede escalar fácilmente estos fermentadores líquidos a miles de litros, similar a lo que se usa ahora para la producción de bioetanol'. Cada fermentador puede alcanzar hasta 850,000 galones de volumen y producir cantidades mucho mayores de vitamina K. "
La investigación, publicada recientemente en Microbiología aplicada y biotecnología , fue la tesis doctoral de Mahdinia. Recientemente se graduó con un doctorado en ingeniería agrícola y biológica.
También colaboró en la investigación Aydin Berenjian, Universidad de Waikato, Nueva Zelanda.
El Instituto Nacional de Alimentos y Agricultura del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos apoyó este trabajo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Estado Penn . Original escrito por Jeff Mulhollem. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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