Características y aplicaciones de las cepas de bacterias lácticas y requisitos para los tanques de fermentación.

Las bacterias lácticas son un tipo de microorganismos beneficiosos ampliamente utilizados en diversos campos como la alimentación, la medicina y la agricultura. Generan ácido láctico mediante la fermentación de azúcares, lo que no solo mejora el sabor de los alimentos, sino que también desempeña un papel importante en la inhibición de bacterias dañinas, la promoción de la absorción de nutrientes y el fortalecimiento del sistema inmunitario. Con la creciente popularidad del concepto de consumo saludable, la aplicación industrial de las bacterias lácticas se está extendiendo cada vez más. Para lograr una fermentación de bacterias lácticas estable, segura y eficiente, se exigen requisitos más exigentes tanto para las cepas como para los equipos, como los tanques de fermentación.

I. Características de las cepas de bacterias lácticas

Las bacterias del ácido láctico, en un sentido amplio, incluyen múltiples grupos como Lactobacillus, Bifidobacterium, Streptococcus, Streptococcus thermophilus y Lactococcus. Si bien existen diferencias entre ellas, generalmente comparten las siguientes características comunes:

1. Anaeróbico o anaeróbico facultativo

La mayoría de las bacterias lácticas son anaeróbicas o anaeróbicas facultativas, lo que significa que fermentan azúcares para producir ácido láctico en ambientes con bajo contenido de oxígeno o anaeróbicos. Por lo tanto, es necesario controlar el nivel de oxígeno durante el proceso de producción para evitar que afecte su crecimiento.

2. Sensible a la temperatura

Las distintas bacterias lácticas presentan diferentes rangos de temperatura óptimos. La mayoría crece bien entre 30 y 40 °C. Por ejemplo, Streptococcus thermophilus tiene una temperatura óptima de alrededor de 42 °C, mientras que algunas especies de Lactobacillus se desarrollan mejor a 37 °C. Si la temperatura se desvía del rango óptimo, disminuirá la eficiencia de la fermentación e incluso podría provocar la muerte de la cepa.

3. Capacidad de ajuste del pH

Las bacterias lácticas reducen el pH ambiental al secretar ácido láctico, inhibiendo así las bacterias putrefactivas. El pH óptimo para el crecimiento de la mayoría de las bacterias lácticas oscila entre 5,5 y 6,5. Sin embargo, un pH demasiado bajo inhibe su propio crecimiento. Por lo tanto, es necesario ajustar el pH de forma dinámica durante el proceso de cultivo.

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4. Dependencia de nutrientes

Las bacterias lácticas requieren nutrientes abundantes durante su proceso de crecimiento, como aminoácidos, vitaminas del grupo B y fuentes de carbono (glucosa, lactosa, etc.), lo que significa que la fórmula del medio de cultivo tiene un impacto significativo en su actividad.

5. Resistencia a los ácidos y a las sales biliares (parcial)

En particular, las bacterias lácticas probióticas, tras ingresar al tracto digestivo humano, necesitan tolerar el ácido gástrico y las sales biliares. Por lo tanto, seleccionar cepas tolerantes es un indicador importante.

II. Principales campos de aplicación de las bacterias lácticas

La amplia aplicación de las bacterias lácticas se debe a su seguridad, progenie y funcionalidad. Las principales aplicaciones son las siguientes:

1. Campo de la fermentación de alimentos

Las bacterias lácticas son las cepas principales de diversos alimentos fermentados tradicionales, como el yogur, el kimchi, el queso y los encurtidos. No solo mejoran el sabor y prolongan la vida útil, sino que también inhiben las bacterias patógenas y mejoran la seguridad alimentaria.

2. Suplementos funcionales para la salud

Mediante la selección precisa de cepas con funciones específicas (como mejorar la inmunidad, la flora intestinal y regular los lípidos en sangre) y su posterior transformación en cápsulas, polvos, bebidas, etc., se ha convertido en un importante punto de crecimiento en la industria de los probióticos.

3. Alimentación animal y agricultura

La incorporación de bacterias lácticas en la ganadería puede favorecer la salud intestinal de los animales y reducir el uso de antibióticos. En la agricultura, las bacterias lácticas también se utilizan en la fermentación del compost y en la producción de fertilizantes bioorgánicos para aumentar el rendimiento y la calidad de los cultivos.

4. Terapia médica adyuvante

Algunas bacterias lácticas tienen la función de regular la inmunidad, aliviar el síndrome del intestino irritable y ayudar en el tratamiento de la infección por Helicobacter pylori, y se utilizan cada vez más en el tratamiento auxiliar de enfermedades relacionadas con el intestino.

III. Requisitos básicos para Tanques de fermentación en la fermentación de bacterias lácticas

El cultivo a gran escala de bacterias lácticas requiere equipos de fermentación altamente automatizados con un control preciso de la temperatura y el oxígeno. Los tanques de fermentación de alta calidad no solo garantizan la actividad de las bacterias, sino que también mejoran la capacidad de producción y la estabilidad de la calidad.

1. Requisitos del material: Resistente a la corrosión ácida y fácil de limpiar.

Debido a la importante producción de ácido por parte de las bacterias lácticas, la pared interior del tanque debe estar fabricada de acero inoxidable resistente a la corrosión (como el acero inoxidable 316L) y debe contar con funciones CIP/SIP (limpieza/esterilización in situ) para garantizar la esterilidad y facilitar el mantenimiento.

2. Sistema de control de temperatura: Alta precisión en el control de temperatura.

El control de la temperatura durante el proceso de fermentación está directamente relacionado con la actividad de las bacterias. Se requiere que el sistema de control de temperatura tenga una precisión de ±0,1 °C. Asimismo, se debe configurar una estructura de control de temperatura mediante baño de agua o camisa para lograr un calentamiento o enfriamiento estable.

3. Control del oxígeno disuelto: Ajuste preciso en un entorno con bajo contenido de oxígeno.

Para la mayoría de las fermentaciones con bacterias lácticas, se debe mantener un nivel bajo de oxígeno disuelto o un ambiente libre de oxígeno. Por lo tanto, el tanque debe estar equipado con un sistema de válvulas reguladoras de gas y un sistema de control de presión negativa para regular con precisión el entorno gaseoso.

4. Sistema de agitación: Agitación moderada para evitar daños por cizallamiento.

Una agitación adecuada favorece la uniformidad del medio de cultivo y la consistencia de la temperatura, pero una agitación excesiva puede dañar las bacterias, especialmente las pequeñas del género Lactococcus. Se recomienda utilizar agitadores de baja velocidad o sistemas de agitación magnética.

5. Sistema de ajuste automático de pH

Debido a la continua generación de ácido láctico durante la fermentación, el pH del medio de cultivo disminuye. Es necesario contar con un sistema de monitorización de pH en línea y un sistema automático de adición de solución alcalina para mantener el rango óptimo de pH de fermentación y aumentar el rendimiento y la tasa de supervivencia.

6. Control de la formación de espuma

La formación de espuma suele producirse durante la fermentación de las bacterias lácticas, por lo que es necesario contar con sensores de espuma y dispositivos automáticos para la adición de antiespumantes, con el fin de evitar el desbordamiento de la espuma y la contaminación.

IV. Tendencias y desafíos del desarrollo

• Con el rápido crecimiento del mercado de probióticos, la industria de las bacterias lácticas se está modernizando hacia la "alta actividad, alta funcionalidad y automatización industrial". Los principales desafíos para el futuro incluyen:
• Selección precisa de cepas y verificación funcional
• Inteligente y modular equipos de fermentación sistema
• Ecologización de las materias primas y optimización de los procesos de fermentación con bajas emisiones de carbono;
• Innovación en la presentación del producto (como la aplicación combinada de probióticos con fibra dietética y péptidos);

Fermentador totalmente automático MIKEBIO de 500-6000 L

Conclusión

Las bacterias lácticas, como recurso microbiano altamente funcional, impulsan el desarrollo de múltiples industrias. Desde las características de la cepa hasta los estándares del proceso de fermentación industrial y la liberación precisa del producto, los requisitos tecnológicos y de equipamiento a lo largo de toda la cadena son cada vez mayores. En el futuro, con la integración de la bioingeniería y los equipos de fermentación inteligentes, la aplicación de las bacterias lácticas se generalizará y contribuirá significativamente a la salud humana y al desarrollo agrícola sostenible.

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