Las bacterias del ácido acético en la industria alimentaria

μ- NOTA 19

By Víctor Deroncelé

Aquí hablaremos de un grupo de bacterias Gram negativas capaces de oxidar el etanol a ácido acético las conocidas como bacterias del ácido acético. Están ampliamente distribuidas en la naturaleza y desempeñan un papel muy importante en la producción de alimentos y bebidas, como el vinagre, la kombucha, etc…  Aunque también esa capacidad de oxidar el etanol a ácido acético hace que determinadas bacterias del ácido acético, puedan crecer y malograr otras bebidas fermentadas, como el vino, la sidra, la cerveza, entre otras. Estas bacterias también se utilizan en la producción de otros productos metabólicos, por ejemplo, ácido glucónico, L-sorbosa y celulosa bacteriana, que pueden aplicarse en las industrias alimentaria y biomédica.

Las bacterias del ácido acético  pertenecen a la familia Acetobacteriaceae, que incluye 19 géneros: Acetobacter, Acidomonas, Ameyamaea, Asaia, Bombella, Commensalibacter, Endobacter, Gluconacetobacter, Gluconobacter, Granulibacter, Komagataeibacter, Kozakia, Neoasaia, Neokomagataea, Nguyenibacter, Saccharibacter, Swaminathania, Swingsia y Tanticharoenia¹.   Están incluidas en el grupo de las α-Proteobacterias. Son bacilos Gram-negativos, que pueden encontrarse aislados, en parejas o formando cadenas. Son móviles por flagelación polar o perítrica. Presentan actividad catalasa positiva, oxidasa negativa y no forman endosporas. Poseen metabolismo aeróbico estricto, con el oxígeno como aceptor final de electrones.

Son capaces de utilizar diferentes carbohidratos como fuente de carbono, realizando una oxidación incompleta acumulando sus respectivos ácidos orgánicos.  El género Gluconobacter, por ejemplo,  normalmente convierte azúcares a ácido acético y ácido láctico, cuando hay una concentración muy alta de glucosa por la vía de las hexosas y cuando el pH es bajo producen ácido glucónico.

La principal característica de las bacterias del ácido acético  es la capacidad de oxidar una gran variedad de sustratos. Seguramente la  más conocida es la oxidación de etanol a ácido acético. Este proceso bioquímico consta de dos etapas: primero el etanol es transformado en acetaldehído por la acción de la alcohol deshidrogenasa (ADH) y posteriormente, el acetaldehído se transforma en ácido acético por la acetaldehído deshidrogenasa (ALDH). Ambas enzimas están situadas en la membrana celular, con el centro activo hacia el exterior, por lo que su actividad se presenta principalmente en el espacio periplasmático y no en el interior de la célula.

Fig. 1 Las bacterias del ácido acético  producen ácido acético mediante dos reacciones catalíticas sucesivas de la alcohol deshidrogenasa (ADH) y una aldehído deshidrogenasa unida a la membrana (ALDH) que se unen al lado periplásmico de la membrana citoplasmática. Tomado de https://espanol.libretexts.org .

La temperatura óptima de crecimiento de las  bacterias del ácido acético  está entre los  25-30ºC, es decir son microorganismos mesofílicos, y el pH óptimo de crecimiento está entre 5 y 6.5 ; sin embargo, la mayoría de las cepas pueden crecer a pH inferiores a 5, incluso a pH 2-2.2, pero la tolerancia a los bajos pH depende de otros parámetros, como la concentración de etanol y la disponibilidad de oxígeno².

Frateur³ (17), en 1950, propuso un esquema para la clasificación de Acetobacter que se basaba en cinco criterios bioquímicos: (i) la presencia de catalasa, (ii) la oxidación y sobreoxidación del etanol a ácido acético y a dióxido de carbono y agua, respectivamente, (iii) oxidación de lactato a carbonato, (iv) oxidación de glicerol a dihidroxiacetona y (v) producción de ácido a partir de D-glucosa. En la tabla 1 se muestran las principales carácterísticas bioquímicas y morfológicas de los géneros que con una mayor  frecuencia se utilizan para la producción de vinagre o que se aislan a partir de bebidas y alimentos.

Tabla 1: Características diferenciales de los géneros Acetobacter, Gluconacetobacter, Gluconobacter y  Komagataeibacter^4,5.

Las bacterias del ácido acético  son dificiles de aislar y cultivar en medios artificiales, especialmente si se hace a partir de bebidas fermentadas. Es probable que la estrategia  de “viable pero no cultivable” (VBNC, del inglés viable but not culturable), este entre las causas de esta incapacidad para cultivar y enumerar las bacterias del ácido acético, a partir de ambientes con altas concentraciones de ácido acético. La tabla 2 resume algunos de los medios de cultivo (y su composición) utilizados en el aislamiento de las bacterias del ácido acético. No todos favorecen el crecimiento de todos los géneros y de hecho pueden ser en ocasiones medios selectivos de determinadas cepas bacterianas. Los medios con glucosa (GYC) y manitol (YPM) han sido los más utilizados para el aislamiento de bacterias del ácido acético procedentes de mostos, vinos y vinagres. Y la adición de carbonato de calcio (CaCO₃) al medio GYC permite detectar si las colonias aisladas producen ácido, una característica importante de las bacterias del ácido acético.

Las fuentes de carbono son principalmente D-glucosa y D-manitol y, en algunos casos, se añaden etanol y ácido acético en diferentes concentraciones. También se suelen añadir fuentes de nitrógeno, como peptona y extracto de levadura, y minerales, como KH₂PO₄, Na₂HPO₄ y MgSO₄, para mejorar la recuperación de los microorganismos. También pueden encontrarse medios con inhibidores selectivos de la microbiota grampositiva, incluidos el violeta cristal, el verde brillante y el desoxicolato de sodio. El desoxicolato de sodio, por ejemplo,  reduce el crecimiento de todas las especies de Acetobacter.

Tabla 2: Principales medios de cultivo para la recuperación de bacterias del ácido acético⁴.

Las bacterias del ácido acético pueden aislarse a partir de diversasfuentes naturales, aunque con mayor frecuencia se aislan a partir de fermentados como la sidra, el vino o la cerveza. Las bacterias del ácido acético, además de desempeñar importantes papeles en la producción de alimentos y bebidas, también pueden estropear otros alimemtos y bebidas. Asi, por ejemplo,  las bacterias del ácido acético de los géneros Acetobacter y Gluconobacter son contaminantes reconocidos de la cerveza y el vino. Gluconobacter spp., son resistentes a conservantes como el ácido sórbico, el ácido benzoico y el dimetildicarbonato y,  son la causa más frecuente de deterioro bacteriano de los refrescos a pH bajos.

Las bacterias del ácido acético pueden al producir  ácido acético, en condiciones aeróbicas (o de microaerofilia), hace que baje el pH y el contenido de alcohol en las bebidas, además de hichazón de los envases, sabores desagradables, avinagrados, turbidez y consistencia viscosa.

Pero en el lado bueno, las bacterias del ácido acético se utilizan en la producción comercial de vinagre. Pero no solo producen acético, tambien oxidan glucosa a ácido glucónico, la galactosa a ácido galactónico, la arabinosa a ácido arabónico, etc., etc.. Tambien se aprobechan estas “otras oxidaciones” en la producción de ácido ascósbico, a partir de la sorbosa, o de la oxidación del sorbitol. Luego esta la posibilidad de producir celulosa bacteriana, muy similar a la celulosa vegetal, pero a diferencia de esta no esta mezclada con otros polímeros, además de que se produce extracelularmente.

Más información sobre  las bacterias del ácido acético, puede obtenerse a partir de la revisiones bastante actualizadas (y que se citan en las referencias de esta mnota) en temas relacionados con la identificación, la clasificación y la ecología de estas bacterias^1,6, aplicaciones biotecnológicas^7,8, mecanismos de resistencia⁹ , entre otros temas.

Referencias.

1. Trček J, Barja F. Updates on quick identification of acetic acid bacteria with a focus on the 16S–23S rRNA gene internal transcribed spacer and the analysis of cell proteins by MALDI-TOF mass spectrometry. International journal of food microbiology 2015;196:137-144.
2. Wang B, Shao Y, Chen F. Overview on mechanisms of acetic acid resistance in acetic acid bacteria. World Journal of Microbiology and Biotechnology 2015;31:255-263.
3. Frateur J. Study of the systematic of A cetobacter. Cellule 1950;53:287-289.
4. Gomes RJ, Borges MF, Rosa MF, Castro-Gómez RJH, Spinosa WA. Acetic Acid Bacteria in the Food Industry: Systematics, Characteristics and Applications. Food Technol Biotechnol 2018;56(2):139-151.
5. Boone DR, Castenholz RW, Garrity GM, Brenner DJ, Krieg NR, Staley JT. Bergey\’s Manual® of Systematic Bacteriology. Springer Science & Business Media; 2001.
6. Yamada Y. Systematics of acetic acid bacteria. Acetic acid bacteria: Ecology and physiology 2016:1-50.
7. Saichana N, Matsushita K, Adachi O, Frébort I, Frebortova J. Acetic acid bacteria: A group of bacteria with versatile biotechnological applications. Biotechnology advances 2015;33(6):1260-1271.
8. Yang H, Chen T, Wang M, Zhou J, Liebl W, Barja F, Chen F. Molecular biology: Fantastic toolkits to improve knowledge and application of acetic acid bacteria. Biotechnology Advances 2022;58:107911.
9. Qiu X, Zhang Y, Hong H. Classification of acetic acid bacteria and their acid resistant mechanism. Amb Express 2021;11:1-15.