Un equipo de investigadores adelanta una propuesta sobre producción de proteínas vegetales alternativas usando un proceso de fermentación con hongos.
Por: Angie Hurtado Campo
Agencia de Noticias Univalle

Desde inicios del 2024, en el laboratorio del Grupo de Investigación de Microbiología y Biotecnología Aplicada – MIBIA, el equipo de investigación conformado por Yineth Viáfara, Cristina Ramírez, Germán Bolívar y Paula Cuatin experimenta con una diversidad de alimentos que brotan de la tierra: la soya, la arveja, la quinua, los garbanzos, los blanquillos, el frijol y el maíz.

Su propuesta consiste en producir proteínas o harinas vegetales más nutritivas y digeribles mediante un proceso de fermentación con hongos, que sirvan como base de diferentes productos destinados a la alimentación humana y animal. Aunque el uso de hongos en la fermentación es una técnica antigua, la iniciativa del grupo responde a la necesidad actual de alternativas alimenticias más sostenibles y con menor impacto medioambiental, abordando los grandes desafíos del nuevo siglo, tales como el cambio climático, la seguridad alimentaria y la salud pública.

Tane- Koji: Cultivando hongos en el laboratorio

En el laboratorio MIBIA existe un lugar especial para la preservación de microorganismos como bacterias, levaduras y hongos: el cepario. En este espacio, equipado con estanterías y refrigeradores para almacenar muestras, Yineth Sofía, investigadora e ingeniera de alimentos, selecciona tres cepas de hongos fundamentales para la producción de las proteínas vegetales: Aspergillus oryzae u hongo Koji, Rhizopus oryzae y Rhizopus oligosporus. Estos hongos filamentosos, considerados GRAS o de consumo seguro para la alimentación humana, son cultivados o inoculados siguiendo el método Tane-Koji, el cual consiste en inocular sustratos o materiales sólidos como el arroz o la soya con las esporas de los hongos.

Las esporas son células que contienen la información genética del microorganismo y permiten que, en cualquier momento y dadas las condiciones óptimas, se desarrollen nuevos individuos.

Vista en estereoscopio del hongo Aspergillus oryzae Fuente: Fotografías por Grupo MIBIA

La preparación de los inóculos o cultivos de hongos se hace durante la primera semana y se procura obtener una cantidad de reserva suficiente para futuros experimentos. El primer día Yineth llega temprano, entre las siete u ocho de la mañana, y su primera tarea consiste en desinfectar los instrumentos y organizar los materiales que utilizará en la elaboración. En el segundo día, cocina arroz integral y luego lo coloca en unas bandejas, a las cuales se les agrega el hongo seleccionado. Esta mezcla se deja fermentar durante 75 horas en un horno que controla las variables de temperatura y humedad, buscando fomentar el desarrollo de las esporas.
Durante este tiempo, los primeros dos días se destinan al crecimiento de los microorganismos. En la bandeja reluce una capa blanquecina que cubre el arroz. Al tercer día, el agua de la mezcla es eliminada por completo y se da inicio a una nueva fase: la liberación de esporas. El desarrollo de estas células trae consigo el cambio de color. De blanco a verde para el koji del hongo Aspergillus, y de blanco a gris si se trata de los kojis con Rhizopus. Una vez esté completamente esporulado, el inóculo se seca a 45 °C durante 24 horas, se muele y se almacena en un recipiente esterilizado. El producto resultante es un cultivo de microorganismos que se utilizará en el proceso de fermentación de alimentos como la soya, la quinua o los garbanzos.

Inóculo o Tane-Koji de Aspergillus oryzae.

La alquimia de la fermentación con hongos
A lo largo de la historia, diversas culturas han utilizado los procesos de fermentación con hongos para la conservación y mejora de alimentos. Para el profesor Germán Bolívar, doctor en Ciencias Biológicas, este “es un arte heredado, en especial, de los países orientales”, famosos por la creación de bebidas y alimentos fermentados con hongos como la salsa de soya, el miso, el sake y el tempeh.
En la cultura japonesa, el cultivo de Koji se valora casi como un arte. Ha sido una práctica transmitida de generación en generación. Los maestros de Koji son altamente respetados y la producción de este alimento se considera una habilidad valiosa. Asimismo, el Aspergillus oryzae se ha utilizado en los procesos fermentativos desde hace siglos, por lo que puede encontrarse en diferentes partes del mundo y no solo cuando se inocula en los alimentos.

En el laboratorio MIBIA, la fermentación con estos microorganismos es utilizada para el desarrollo de productos alimenticios con un perfil nutricional mejorado. Así, la elaboración de las harinas o proteínas vegetales, se realiza mediante un proceso fermentativo que dura aproximadamente una semana. Por ejemplo, la soya, que ha demostrado ser un medio óptimo para el crecimiento de estos hongos, debe ser sometida a remojo durante 12 horas. Posteriormente, se descascara y se cocina durante 10 minutos. En el caso de otros alimentos como los garbanzos y los blanquillos, no es necesario descascarar.

Posterior a la cocción, se inocula a temperatura ambiente con las esporas del microorganismo deseado. La mezcla se almacena en bolsas plásticas con pequeñas aberturas para que el hongo respire y luego se coloca dentro de la cámara ambiental a una temperatura y humedad adecuadas. Después de dos días de fermentación, la mezcla se observa completamente blanca. De este proceso de fermentación sólida, en el cual los microorganismos crecen en materiales sólidos sin presencia de agua libre, se obtiene un producto denominado tempeh (si se usa R. oryzae o R. oligosporus) o Koji (si se usa A. oryzae) . El material es secado durante 24 horas en un horno y después se muele, procurando que no haya contaminación. Finalmente, se obtiene una harina con alto contenido de proteína y digestibilidad, que sería la base de otros productos como galletas, carnes veganas y sopas.

Del valle de la muerte viene el despegue
Según la profesora Cristina, doctora en Procesos Biotecnológicos, no siempre los microorganismos crecen, pues en el proceso “todo depende”. El cambio del lugar de fermentación y las condiciones afectan su crecimiento. Cada uno de los hongos empleados es “especial” y algunos son “resabiados”, pues “hacen lo que quieren y cuando quieren, como si tuviesen una personalidad distinta”, dice Yineth. Mientras el Aspergillus es un hongo pacífico, tranquilo y poco conflictivo con otros microorganismos, el Rhizopus es un hongo invasivo y dominante. “Se aprende en la medida que se trabaja con ellos” complementa la investigadora, quien no termina de comprender lo irónico que resulta cómo el cuidado y el amor no son garantía para el crecimiento de los hongos, los cuales pueden crecer, incluso, en condiciones de menos cuidado y control.
Cuando se lleva una semana preparando todo y encuentran algo que frena el proceso, se cae en “el valle de la muerte” y “levantarse de allí no es fácil hasta descubrir qué fue lo que pasó”, opina Cristina. Por ejemplo, en la creación del inóculo, la muestra se contaminó. Las investigadoras se tardaron al menos un mes en descubrir qué era lo que la estaba generando. Yineth cuenta cómo insistía en repetir los procedimientos las veces que fueran necesarias hasta descubrir el factor de error.

“De cada error se aprende. En principio no sabemos qué pasa y la gente pierde los ánimos, pero cuando lo descubrimos no nos volvemos a equivocar. Del valle viene el despegue”, exclama Cristina. Así, en el vaivén entre el ensayo y el error, “uno le coge el tiro al asunto, corrige los errores y ya no hay pérdida. Aunque existen existen unos principios básicos establecidos para el desarrollo adecuado de los hongos, esto es algo que no se hace copiando una receta de cocina. Hay que hacerlo y sentirlo”, comenta.

Hasta el momento, el equipo ha trabajado con garbanzos, arvejas y quinua, pero “ha sido un dolor de cabeza porque los microorganismos tienen sus gustos y crecen de acuerdo a sus necesidades fisiológicas y no en todos los medios se adaptan igual. Es allí cuando se deben efectuar algunas modificaciones” dice Yineth. En este sentido, es necesario crear condiciones para que ellos crezcan.
Una vez se tienen las harinas, estas se someten a diferentes pruebas para analizar los cambios en la cantidad de azúcares, humedad, acidez o alcalinidad (pH), fenoles o antioxidantes y proteína. Asimismo, dependiendo del microorganismo, las harinas pueden desprender aromas diversos, como chocolate, nueces o champiñones.

Las proteínas vegetales llegaron para quedarse

Los resultados obtenidos hasta el momento, muestran que la fermentación tiene un efecto significativo en las características nutricionales de la harina de soya, especialmente en el aumento de proteína y cantidad de fenoles. Esto implica una mayor capacidad antioxidante y, por ende, un impacto positivo para la salud, la prevención de enfermedades y el fortalecimiento del sistema inmune.

Los fenoles o polifenoles son conocidos por sus propiedades antioxidantes, antiinflamatorias y anticancerígenas. Estos incrementan la capacidad del cuerpo para combatir el estrés oxidativo, un factor que está relacionado con el desarrollo de enfermedades crónicas, cardiovasculares y neurodegenerativas.

Asimismo, los investigadores observaron que los hongos, particularmente del género Rhizopus, producen unas enzimas potentes que dividen las proteínas complejas de la soya en componentes más simples como los aminoácidos, los cuales son indispensables para el cuerpo humano. Esto implica que la soya sea más digerible, es decir, que sus nutrientes se pueden procesar y absorber con mayor facilidad.

Justamente, este proyecto del grupo de investigación MIBIA ha orientado su mirada hacia el aumento de la digestibilidad de las proteínas y su valor nutricional, teniendo en cuenta investigaciones pasadas relacionadas con la alimentación animal, donde el equipo notó que la presencia de algunos microorganismos aumentaba la digestión, nutrición y ganancia de peso en los animales.
Con 25 años de experiencia y trabajo, el grupo MIBIA nació de un interés compartido en los procesos de fermentación con bacterias probióticas, levaduras y hongos filamentosos. El profesor Germán recuerda cómo, junto a Cristina, comenzaron a aprender y aplicar la fermentación metabólica para crear los primeros productos. Desde entonces, no han dejado de innovar. Iniciaron con la salsa de soya y el miso, condimentos que, aunque aún se importan desde otras partes del mundo, también se elaboran en el laboratorio MIBIA.

Cristina Ramírez, Yineth Viáfara y Germán Bolívar en el Laboratorio del Grupo de Investigación MIBIA.
Fuente: Fotografía por Angie Hurtado

“Fermentación, apliquémosla”, pensó Cristina, quien tuvo en cuenta el boom del nuevo siglo asociado al cambio en los hábitos alimenticios y la necesidad de proteínas alternativas y de origen vegetal, dada la expansión de consumidores más conscientes de sus decisiones alimentarias y las consecuencias de estas para la salud y el medio ambiente.

Además de tener una menor huella ambiental, las proteínas vegetales como legumbres, tofu, tempeh, seitán, entre otros alimentos, son altamente nutritivas y proporcionan nutrientes, fibra, vitaminas y minerales. Estas, a excepción de la soya y la quinua, tienden a carecer de alguno de los 9 aminoácidos esenciales, estructuras fundamentales de las proteínas que nuestro organismo no puede sintetizar por sí mismo y, por tanto, deben ser obtenidos a través de la dieta.

De este modo, el mundo se enfrenta a un nuevo paradigma, en el cual las alternativas basadas en plantas se han convertido en una opción a largo plazo. Según el Informe del Estado de Seguridad Alimentaria y Nutrición Mundial, la ausencia de mejoras en la seguridad alimentaria y el acceso inequitativo a dietas saludables, en especial, para los países de bajos ingresos, genera incertidumbre respecto a la posibilidad de alcanzar el objetivo de Hambre Cero en el mundo para el 2030. Para garantizar la seguridad alimentaria, ya no será suficiente la intensificación de la producción animal, pues se estima que la demanda mundial de alimentos se duplicará para el 2050 y, con ello, la presión sobre los ya escasos recursos.

Para Yineth, la investigación tiene un impacto positivo y directo sobre la seguridad alimentaria de países como el nuestro, que cuenta con un alto potencial para la producción de materias primas vegetales como legumbres y cereales. En sus palabras, “la gente ya no tiene esa solvencia económica para poder alimentar a sus familias, pero siempre tenemos los granos: frijoles, lentejas o arvejas y esa es la base de la alimentación de las familias, en especial, en los pueblos, donde se cultivan los alimentos en las propias casas”.

En América Latina y el mundo, el mercado de alimentos plant-based o basados en plantas ha crecido rápidamente. De acuerdo con el informe Plant-Based Foods Poised for Explosive Growth (Los alimentos basados en plantas están preparados para un crecimiento explosivo) de Bloomberg Intelligence, se estima que este mercado mundial aumentará su valor a 162.000 millones de dólares para 2030 (con respecto a los 29.400 millones que costaba en 2020), representando un 7,7 % del mercado mundial de proteínas para ese año. En el caso latinoamericano, este alcanzó un valor promedio de 1.05 mil millones de dólares en 2022, de la mano de un despliegue de dietas veganas, vegetarianas y flexitarianas, lideradas, en particular, por consumidores jóvenes impulsados por preocupaciones ambientales y de salud.

Por su parte, Cristina espera que este tipo de iniciativas no solo permitan una accesibilidad mayor de estos alimentos para las personas que por salud, convicción u otro motivo, deciden voluntariamente no consumir proteína animal, sino que también reduzcan los costos del levante animal, es decir, del proceso que incluye la alimentación, nutrición, sanidad y bienestar de los animales. La disminución de estos costos de producción y, por ende, del precio de venta de productos de origen animal, podría permitir que los alimentos sean más accesibles para las personas, diversificar las dietas, mejorar el perfil nutricional de los productos, mejorar las condiciones de vida de los animales y contribuir a la sostenibilidad ambiental.

Asimismo, para Germán, es necesario que surja una base tecnológica de apoyo, industrias e iniciativas de innovación local para la producción de proteínas vegetales, cuya producción cuenta con un fuerte potencial futuro, pero que aún aborda desafíos en términos de infraestructura, equipos, innovación tecnológica, visibilidad y educación de los consumidores sobre los beneficios de estas alternativas y su valor nutricional.