Medio de Fermentación Bioestimulante: Cómo los Polisacáridos de Algas Verdes Mejoran los Productos Microbianos Agrícolas
En nuestro artículo anterior, presentamos el concepto de “Medio de Fermentación Bioestimulante”, que amplía el enfoque tradicional del desarrollo de medios de fermentación. En lugar de centrarse únicamente en el suministro de nutrientes, este concepto considera también cómo el medio puede influir en el estado fisiológico y el desempeño funcional de los microorganismos.
En este artículo, utilizamos los polisacáridos de algas verdes como ejemplo para presentar nuestros resultados preliminares sobre su aplicación en productos microbianos agrícolas.
La calidad del producto no está determinada únicamente por el número de células viables
En el desarrollo de productos microbianos, el número de células viables al final de la fermentación ha sido tradicionalmente uno de los principales indicadores de evaluación.
Sin embargo, los microorganismos presentes en los productos comerciales no pasan directamente del fermentador al campo. Antes de llegar al agricultor, pueden estar sujetos a procesos de transformación, almacenamiento, transporte y distribución. Por ello, al diseñar un medio de fermentación bioestimulante, es importante considerar no solo la cantidad de biomasa microbiana producida durante la fermentación, sino también la capacidad de las células para tolerar el estrés durante las etapas posteriores.
En nuestros estudios con inoculantes líquidos de Bacillus subtilis, observamos que la adición de polisacáridos de algas verdes al sistema de cultivo mejoró la supervivencia bacteriana después de 7 días de almacenamiento a 40 °C.
Con una adición del 2‰, la tasa de supervivencia aumentó un 7,5%, mientras que con el 3‰, el aumento alcanzó el 13%.
Microorganismo utilizado: Bacillus subtilis
Método de ensayo: Se añadieron polisacáridos de algas verdes a la suspensión bacteriana en concentraciones de 2‰ y 3%, respectivamente. El número de células viables se comparó después de 7 días de almacenamiento a 40 °C.
| Tratamiento | Recuento celular (×10⁸ UFC/mL) | Tasa de supervivencia (%) |
|---|---|---|
| Control | 225 | 71,4 |
| + 2‰ de polisacáridos de algas verdes | 248,7 | 78,9 |
| + 3‰ de polisacáridos de algas verdes | 266 | 84,4 |
Los polisacáridos de algas verdes también pueden ayudar durante el secado por aspersión
En los productos microbianos en polvo, las altas temperaturas y la rápida deshidratación durante el secado por aspersión pueden causar daños importantes en las células bacterianas. Por ello, es una práctica habitual en la industria utilizar agentes protectores durante este proceso.
Esto nos llevó a plantear otra pregunta:
¿Pueden los polisacáridos de algas verdes proteger las células bacterianas durante el secado por aspersión y mejorar su supervivencia?
Para investigar esta posibilidad, Seawin Biotech realizó un estudio sobre la aplicación de polisacáridos de algas verdes durante el secado por aspersión de Bacillus subtilis.
Microorganismo utilizado: Bacillus subtilis
Método de ensayo: Se añadieron polisacáridos de algas verdes al caldo de fermentación en concentraciones de 2‰ y 3%, respectivamente. El número de células viables en el producto en polvo se comparó después del secado por aspersión.
| Tratamiento | Recuento celular en polvo (×10⁸ UFC/g) | Aumento de la tasa de supervivencia (%) |
|---|---|---|
| Control | 875 | — |
| + 2‰ de polisacáridos de algas verdes | 875 | 0 |
| + 3‰ de polisacáridos de algas verdes | 1110 | 26,8 |
Con la adición de un 3‰ de polisacáridos de algas verdes, la supervivencia bacteriana después del secado por aspersión aumentó un 26,8%.
Los resultados también mostraron que el efecto dependía de la dosis. Con un 2‰, se observó poco cambio en comparación con el control. Sin embargo, con un 3‰, el recuento de células viables en el polvo aumentó de 875 × 10⁸ UFC/g a 1.110 × 10⁸ UFC/g.
Estos resultados sugieren que, además de favorecer el crecimiento bacteriano, los polisacáridos de algas verdes pueden ayudar a las células bacterianas a tolerar mejor las condiciones de estrés durante el almacenamiento y el procesamiento, contribuyendo potencialmente a una mayor estabilidad del producto.
Al mismo tiempo, la dosis adecuada debe determinarse caso por caso, ya que los resultados pueden variar según la cepa microbiana, las condiciones de cultivo y los métodos de procesamiento posteriores.
De la protección celular al desempeño funcional de los microorganismos
Los dos primeros ensayos se centraron principalmente en la protección y supervivencia de las células. Sin embargo, a medida que avanzaron nuestros estudios, comenzamos a observar efectos que iban más allá de la supervivencia microbiana.
En el sistema de cultivo de Bacillus subtilis, la adición de polisacáridos de algas verdes aumentó la capacidad de formación de biopelículas.
Left: water control; Center: cultured with green algae polysaccharides;Right: conventional culture
La formación de biopelículas se observó tanto en el cultivo convencional como en el tratamiento suplementado con polisacáridos de algas verdes. La coloración más intensa observada en el tratamiento con polisacáridos indicó una mayor capacidad de formación de biopelículas, lo que podría favorecer la colonización bacteriana en la superficie de las raíces y en la rizosfera.
También observamos un mayor efecto inhibidor del caldo de fermentación contra los patógenos asociados a la marchitez por Fusarium en fresa y la marchitez por Fusarium en jengibre.
Estas observaciones plantearon otra posibilidad: ¿podría el medio de fermentación influir no solo en la supervivencia de los microorganismos, sino también en sus características funcionales?
Los polisacáridos de algas verdes pueden influir en la producción de metabolitos microbianos
Se observaron tendencias similares en nuestros estudios sobre metabolitos relacionados con la promoción del crecimiento vegetal.
Utilizando Bacillus subtilis y Bacillus amyloliquefaciens como cepas de ensayo, observamos que la adición de polisacáridos de algas verdes aumentó aproximadamente un 120% la producción de ácido indol-3-acético (AIA) en ambas cepas en comparación con el sistema de cultivo convencional.
Cuando los correspondientes caldos de fermentación se aplicaron a plántulas de pimiento, tanto la altura de las plantas como su peso fresco fueron superiores a los de los grupos de control.
Método de ensayo: Se añadieron polisacáridos de algas verdes al medio de fermentación en una concentración del 2‰. Se realizaron aplicaciones mediante riego radicular en plántulas de pimiento utilizando caldos de fermentación producidos con y sin polisacáridos de algas verdes. También se midió y comparó la producción de AIA en los caldos de fermentación.
| Cepa | Tratamiento | Altura de planta (cm) | Peso fresco por planta (g) | AIA (ppm) |
|---|---|---|---|---|
| B. subtilis | Control con agua | 12,28 | 1,95 | — |
| B. subtilis | Caldo de fermentación convencional | 14,32 | 2,36 | 18,57 |
| B. subtilis | Caldo de fermentación + polisacáridos de algas verdes | 15,54 | 2,57 | 40,70 |
| B. amyloliquefaciens | Control con agua | 12,28 | 1,95 | — |
| B. amyloliquefaciens | Caldo de fermentación convencional | 13,58 | 2,10 | 16,22 |
| B. amyloliquefaciens | Caldo de fermentación + polisacáridos de algas verdes | 14,58 | 2,40 | 35,55 |
Growth-promoting effect of Bacillus subtilis on pepper seedlings
Left: water control; Center: conventional fermentation broth; Right: fermentation broth with green algae polysaccharides
Growth-promoting effect of Bacillus amyloliquefaciens on pepper seedlings
Left: water control; Center: conventional fermentation broth; Right: fermentation broth with green algae polysaccharides
Estos resultados sugieren que la influencia de los polisacáridos de algas verdes en los productos microbianos agrícolas puede extenderse más allá de una sola etapa de producción. Sus posibles efectos pueden observarse durante la fermentación, el procesamiento, el almacenamiento y, finalmente, en el desempeño funcional de los microorganismos después de la aplicación.
Repensando el diseño de medios de fermentación para productos microbianos agrícolas
Estos resultados preliminares respaldan aún más el valor práctico del concepto de Medio de Fermentación Bioestimulante.
Tradicionalmente, los medios de fermentación se diseñan principalmente para proporcionar a los microorganismos los nutrientes necesarios para su crecimiento. Sin embargo, en los productos microbianos agrícolas comerciales, una elevada biomasa microbiana no significa necesariamente un mejor desempeño del producto.
Una evaluación más completa debería considerar si los microorganismos pueden:
sobrevivir al procesamiento y almacenamiento;
tolerar condiciones de estrés ambiental;
mantener o mejorar sus características funcionales;
colonizar las raíces de las plantas o la rizosfera; y
producir metabolitos beneficiosos después de la fermentación.
En otras palabras, el diseño del medio de fermentación puede evolucionar desde un enfoque centrado simplemente en favorecer el crecimiento microbiano hacia un enfoque que también busque influir en el desempeño funcional general del producto final.
Si los productos microbianos agrícolas dependen principalmente de la capacidad de los microorganismos para sobrevivir, colonizar y actuar, los sistemas microbianos diseñados plantean una cuestión diferente: ¿cómo pueden las condiciones de fermentación dirigir el metabolismo microbiano hacia la producción del producto objetivo deseado?
En nuestro próximo artículo, compartiremos nuestros resultados sobre la aplicación de polisacáridos de algas verdes en sistemas microbianos diseñados y exploraremos más a fondo el potencial del concepto de Medio de Fermentación Bioestimulante en la biomanufactura industrial.
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