Investigacin y Saberes 2013

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Investigacin y Saberes, Vol. II No. 1 (2013): 13-17

Nota cientfica

CLULAS EN CULTIVO DE LACTOBACILLUS ACIDOPHILUS BAJO LA ACCIN UN CAMPO

ELECTROMAGNTICO DE FRECUENCIA EXTREMADAMENTE BAJA

Tania Mara Guzmn1, Matilde Anaya Villalpanda2, Yarindra Mesa2, Hilda Caridad Cobo Almaguer2 1Universidad Tecnolgica Equinoccial, Km 4 va Chone y Ave. Italia. Santo Domingo. Ecuador. 2Instituto de Investigaciones para la Industria Alimentaria (IIIA), km 3 Carretera al Guatao, Lisa, La Habana, Cuba. 3Centro de Electromagnetismo Aplicado. Universidad de Oriente. Santiago de Cuba.

gatm7012935@ute.edu.ec, taniamariaguzman@gmail.com

Enviado (08.02.2013) Aceptado (23.03.2013)

RESUMEN

Para valorar el efecto del campo magntico (CM) sobre la viabilidad de Lactobacillus acidophilus, se expuso un cultivo a un CM de frecuencia extremadamente baja (CMFEB), comparando respecto al correspondiente control, sin tratamiento magntico. Para ello se realiz un diseo experimental D-ptimo con ayuda del paquete estadstico Design Expert (versin 6.0.1). Como variable dependiente se analiza la viabilidad del microorganismo. Se concluye que el CMFEB afect la viabilidad del microorganismo en los rangos de induccin evaluados (0.1 mT a 0.1 T). El mayor estmulo en cuanto a viabilidad del L. acidophilus (10.71 ufc.mL-1) se logr de 0.5 a 1.2 mT.

Palabras clave: bacterias acido lcticas, probiticos, campos magnticos

ABSTRACT

To assess the effect of no homogeneous magnetic field (MF) on the viability of Lactobacillus acidophilus culture, it was exposed to a extremely low frequency MF (ELFMF) comparing with untreated control. To do it a D-optimal experimental design by Design Expert statistical package (version 6.0.1) was performed. The viability was analyzed as dependent variable. We conclude that the applied ELFMF affected the viability of the microorganism into the experimental induction range (0.1 mT a 0.1 T). The best viability results to L. acidophilus (10.71 ufc.mL-1) were obtained with 0.5 a 1.2 mT.

Keywords: lactic acid bacteria, probiotics, magnetic fields

INTRODUCCIN

Un cultivo probitico contiene microorganismos vivos que mejoran de forma activa la salud de los consumidores, perfeccionando el balance de la microflora en el intestino al ser ingeridos vivos y en cantidad suficiente1. Los cultivos probiticos han adquirido gran importancia en los ltimos aos debido a que a estos microorganismos se les atribuyen numerosos beneficios para la salud, como la eficacia contra virus y diarrea asociada a los antibiticos, entre otros2. Estos microorganismos han sido empleados ampliamente en la industria para elaborar conservas de vegetales, productos lcteos y crnicos fermentados, ya que por su metabolismo producen cido lctico y diversos compuestos aromticos que le confieren a los alimentos cualidades sensoriales agradables3.

Dentro de los probiticos, uno de los gneros bacterianos ms estudiados es el de los lactobacilos, entre los que destaca el Lactobacillus acidophilus; especie muy utilizada en la industria alimentaria para la elaboracin de leches fermentadas.

Las investigaciones actuales demuestran que el metabolismo de diversas bacterias cido lcticas se afecta por la accin del campo magntico de frecuencia extremadamente baja (2-60 Hz)4,5. Varios autores han observado que el CM puede acelerar su crecimiento y su actividad fermentativa6-9. Por otra parte, microorganismos estresados por diferentes procesos (liofilizacin, pasterizacin, centrifugacin), en presencia del CM, se pueden adaptar y activar ms rpidamente, adecuando su metabolismo a un rpido crecimiento10-12. El CM estimula el crecimiento de diversos

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microorganismos y aunque los mecanismos de accin estn sin esclarecer completamente, se explican esencialmente su efecto directo sobre los iones, en el transporte de sustancias a travs de la membrana plasmtica, y en procesos donde intervienen macromolculas como el ADN y las protenas, con repercusiones metablicas importantes10-13. Estos estudios tienen una importancia medular para la industria, ya que la gran mayora de los metabolitos de inters industrial son producidos por microorganismos, estn asociados al crecimiento, y por otra parte, la efectividad de los probiticos como agentes nutracuticos se incrementa con la viabilidad del cultivo1. En tal sentido, con este trabajo se evala el efecto del CMFEB en la viabilidad de Lactobacillus acidophilus.

MATERIALES Y MTODOS

Los tratamientos con CMFEB se efectuaron en un equipo experimental de fabricacin cubana, el mismo produce un CM homogneo de (60 Hz) y una densidad entre 0.1 mT - 0.1 T. El cultivo probitico liofilizado de L. acidophilus se activ segn el procedimiento establecido, realizndose tratamiento con CMFEB en etapa de activacin de cultivo, durante la fase logartmica14. El experimento se realiz a partir del diseo D-ptimo de superficie respuesta por el Design Expert (versin 6.0.1). Los niveles de los factores se seleccionaron segn los valores experimentales informados en la literatura4-7 (Tabla I). Se obtuvieron 12 variantes experimentales. Para ayudar en la comprensin de los resultados, se realizaron controles de cada cultivo.

Tabla I. Esquema de variantes experimentales para el Design Expert.

La determinacin microbiolgica de la viabilidad de cada cultivo se realiz despus de un periodo de incubacin de 4 horas, considerando el total de microorganismos viables mediante siembra en placa segn las normas establecidas en el banco de cepas14. La viabilidad se expres como (Log ufc mL-1).

RESULTADOS Y DISCUSIN

El comportamiento del cultivo microbiano se ajust a una ecuacin cuadrtica (R2 = 0.96). Destaca en el modelo matemtico, que existen diferencias significativas (p 0,05) de la viabilidad con respecto a la densidad de CM, pero no significativas (p 0.05) con relacin al tiempo de exposicin. En la literatura se describe que el crecimiento de algunas especies microbianas bajo un CM se afecta ms por la densidad de campo que por el tiempo de exposicin6,7,15. Se ha observado que al

Factor 1 Factor 2

Corridas A:

Densidad B:

Tiempo

1 10.50 10.00

2 20.00 60.00

3 20.00 60.00

4 20.00 10.00

5 20.00 10.00

6 1.00 10.00

7 10.50 35.00

8 20.00 35.00

9 1.00 60.00

10 1.00 35.00

11 1.00 10.00

12 10.50 60.00

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retirarse el campo, la respuesta se mantiene a lo largo de varias generaciones, debido a afectaciones permanentes del metabolismo celular y en las propiedades del medio de cultivo7 (Tabla II).

Tabla II. Ecuacin de modelo y variables experimentales.

R2 Ecuacin del modelo

Valores de probabilidad (p)

Densidad

(A)

Tiempo

(B)

0.96/0.76 V =10.71- 0.87*A -0.032*B -3.40* A2 - 0.22* B2 -0.073*AB 0.0002 0.778

En este caso (Fig. 1) inicialmente a la densidad de 0.1mT el cultivo mantiene la misma viabilidad del control; sin embargo, al aumentar el campo se manifiesta una mayor viabilidad del cultivo, que alcanza valores mximos de 10 ciclos Log en un rango de densidad de 0.5 a 1.2 mT. Se observa que a partir de los 1.3 mT, la viabilidad decrece con la intensidad del campo, obtenindose un valor mnimo de viabilidad (6.1 ciclo Log) a los 2.0 mT. La viabilidad mxima alcanzada por L. acidophilus (10.6) fue alrededor de los 1.0 y 1.1mT, y al compararlo con el control, se aprecia que el cultivo se estimula, 2 ciclos logartmicos por encima en ese rango.

Se ha observado que dependiendo de la frecuencia, el crecimiento microbiano puede ser estimulado o inhibido por el campo electromagntico por cambios directos en sus funciones y estructuras celulares15. Sin embargo, todava se desconocen los mecanismos por los cuales el CMFEB estimula o inhibe los microrganismos13,16,17. En varios artculos se sugieren mecanismos que dependen mucho de la naturaleza del medio acuoso donde se desarrollan, siendo que las ondas transversales de los CM varan su velocidad, dependiendo del medio4-8. En tal sentido varios autores sealan que de 4 y 8 Hz, se pueden encontrar diversos efectos biolgicos tanto de estimulacin como de

inhibicin16-19

.

Tambin se ha verificado que en diversos rangos, las variables respuestas asociadas al metabolismo pueden aumentar o disminuir en funcin de la densidad del CM, hasta un punto denominado ventana a partir del cual se produce un efecto contrario al inicial, o no se produce efecto4-7, 20. Este resultado ha sido observado de forma repetida en varias investigaciones y est demostrado que cualquier variacin en las condiciones experimentales (microorganismo, sustrato, tipo de campo, polaridad, conductividad elctrica del fluido) puede mover la ventana de un lado a otro del rango de estimulacin, o experimentar saltos muy alejados del inicial6-18,12,20. En ese sentido el microorganismo ms estudiado es E. coli, que en un medio concentrado muestra una tpica ventana a los 40 G con un pico de crecimiento de 12 ciclos Log, mientras que en otro medio pero ms diluido, la ventana se desplaza hacia atrs, hasta 1 G con un pico de 14 ciclos Log 20,21.

Considerando los resultados obtenidos en la figura 1 y en correspondencia con lo antes planteado; en las condiciones experimentales trabajadas, la ventana para el cultivo de L. acidophilus es 1 mT (10 G), pero sera preciso esclarecer los efectos del CM a una densidad menor que 1 G, ya que la ventana podra estar desplazada a valores menores, no evaluados en este estudio.

CONCLUSIONES

Se puede incrementar significativamente (p 0.05) la viabilidad (2 ciclo Log) del cultivo de L. acidophilus en un rango de densidad de CM (0.5 a 1.2 mT) aplicando el tratamiento durante tiempo mnimo de 10 min. Bajo condiciones controladas, el CMFEB puede contribuir al proceso de activacin de cultivos liofilizados, mejorando su estado para el proceso productivo. Estudios futuros pueden establecer rangos ms precisos de trabajo donde se verifique una mayor respuesta al crecimiento, sin afectar la integridad celular.

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