El cultivo simbiótico de bacterias y levaduras (SCOBY) es un cultivo de fermentación simbiótica culinaria ( iniciador ) que consiste en bacterias de ácido láctico (LAB), bacterias de ácido acético (AAB) y levadura que surge en la preparación de alimentos y bebidas agrios como el kombucha . [1] La cerveza y el vino también experimentan fermentación con levadura, pero los componentes de bacterias de ácido láctico y bacterias de ácido acético exclusivos de SCOBY generalmente se consideran una fuente de deterioro en lugar de una adición deseada. [2] [3] Tanto LAB como AAB ingresan en la superficie de la cebada y la malta en la fermentación de la cerveza y las uvas en la fermentación del vino; LAB reduce el pH de la cerveza / vino mientras que AAB toma el etanol producido a partir de la levadura y lo oxida aún más en vinagre, lo que resulta en un sabor y olor agrios. [2] [3] AAB también son responsables de la formación de la celulosa SCOBY. [1]
En su forma más común, el SCOBY es una biopelícula gelatinosa a base de celulosa o una estera microbiana que se encuentra flotando en la interfaz aire-líquido del contenedor. Esta estera de celulosa bacteriana a veces se llama película . [4] Las películas de SCOBY, como los iniciadores de masa madre , pueden servir para continuar el proceso de fermentación en un nuevo recipiente y reproducir el producto deseado. [4] Esto se puede atribuir a la capacidad del SCOBY de albergar no solo el crecimiento simbiótico, sino también una pequeña cantidad del medio y el producto anteriores debido a su capacidad para absorber agua. [1] Los SCOBY pueden variar mucho en densidad celular dentro de la biopelícula debido a las condiciones de fermentación, lo que lleva a posibles variaciones en el producto final; actualmente se están realizando numerosos estudios para determinar la proporción óptima de SCOBY, si la hay, con el cultivo líquido para garantizar la mayor consistencia del producto, ya que no existen procedimientos operativos estándar establecidos. [4] A continuación se puede encontrar más información sobre los organismos y las condiciones de cultivo necesarios para fermentar y formar un SCOBY, las características de la biopelícula y las aplicaciones en alimentos y bebidas con énfasis específico en kombucha. [5]
En función del producto deseado del SCOBY, se utilizan diferentes especies de bacterias y levaduras. Dichos cultivos generalmente incluyen especies AAB aerobias, gramnegativas, como Acetobacter , Gluconobacter y Komagataeibacter , LAB aerobias, grampositivas, como Lactobacillus , así como diversas levaduras, como Saccharomyces y Zygosaccharomyces . [1] [2] Las cepas se seleccionan previamente para determinar su viabilidad en condiciones compatibles, el aumento del rendimiento del producto deseado y su indisposición a competir; una vez elegidas, se modifican diversas condiciones de cultivo para lograr un crecimiento y una productividad óptimos. [6]
En el caso de los SCOBY de kombucha , el primer paso es la fermentación de azúcares como la glucosa del té negro o verde con levadura para obtener etanol y dióxido de carbono. [7] Se informa que Zygosaccharomyces está involucrado en el 84,1 % de todos los procesos de fermentación de SCOBY de kombucha debido a su estabilidad mejorada en condiciones halófilas y con alto contenido de azúcar, mientras que Saccharomyces se utiliza predominantemente por sus eficientes tasas de fermentación y su resistencia a altas temperaturas y contenido de alcohol. [1] También se pueden agregar diferentes variaciones de levadura como un medio complementario para introducir diferentes sabores y aromas o asegurar la finalización de la reacción utilizando diferentes nichos. [1] Si bien estos nichos varían de una levadura a otra, ciertas condiciones de fermentación permanecen constantes. Dichas condiciones incluyen, entre otras, una alta concentración de sustrato, niveles suficientes de oxígeno, temperaturas entre 20 °C y 30 °C y un pH entre 4 y 4,5. [8]
El segundo paso en la formación de SCOBY es la introducción de diferentes bacterias en el cultivo líquido para convertir el producto de etanol de la fermentación en ácidos orgánicos como el ácido láctico o el ácido acético. Estos procesos se conocen como fermentación del ácido láctico y metabolismo del etanol respectivamente. [7] Un posible subproducto de esta reacción es la celulosa, que sirve como base para la biopelícula SCOBY. [4] Al igual que las levaduras, las especies de bacterias elegidas, así como las condiciones de cultivo, afectan directamente tanto a las características del producto líquido de kombucha como a la composición y morfología de la película SCOBY. Si bien hay muchas especies que tienen los mecanismos necesarios para formar celulosa, como Acetobacter y Komagataeibacter , Gluconaceobacter es una de las más utilizadas, residiendo entre el 86 y el 99% de los cultivos líquidos y de biopelícula. [1] Las condiciones de cultivo necesarias de estas bacterias son similares a las de las levaduras, pero requieren más oxígeno debido a su naturaleza aeróbica en la oxidación del etanol para formar ácidos orgánicos. [9]
Una vez que las condiciones internas del co-cultivo están dadas, la mezcla simbiótica se deja fermentar. Algunos estudios han afirmado que el tiempo óptimo de fermentación es de 10 días, pero la duración se puede modificar para cambiar el contenido del producto; los tiempos de fermentación más largos se correlacionan con niveles más altos de ácidos orgánicos y otros aminoácidos, lo que puede contribuir a los matices ácidos de algunas kombuchas. [9] A pesar de los controles establecidos, las especies que componen los cultivos mixtos aún pueden iniciar cambios metabólicos de una preparación a otra con el más mínimo cambio en las condiciones del co-cultivo y alterar las cualidades del producto, como la concentración de azúcar, por lo que es necesario un control adecuado cuando se trabaja en modo continuo o se reutiliza un cultivo iniciador . [1]
La formación de la película de celulosa en la superficie del caldo produce un producto con características únicas que tanto las bacterias como los consumidores encuentran ventajosas. Tras la inoculación en el cultivo, las bacterias como Acetobacter comienzan inmediatamente a juntar las moléculas de glucosa fuera de la célula y a unirlas a través de enlaces β(1-4) para formar estructuras largas y delgadas que se extienden desde sus membranas celulares llamadas fibrillas . [1] La nanocelulosa que compone estas fibrillas demuestra una gran resistencia y estabilidad al tiempo que permite interacciones hidrófilas y biocompatibilidad, lo que la convierte en un gran recurso para el cultivo. [10] Una variedad de eventos de unión inter e intramolecular unen numerosas fibrillas en las estructuras finales, mucho más grandes, conocidas como microfibrillas; debido a la integridad de las microfibrillas y la naturaleza organizada y lineal de los enlaces de celulosa, la biopelícula resultante también puede denominarse matriz o estera. [10] Esta biopelícula es un mecanismo de defensa natural para el cocultivo y puede soportar condiciones extremas como la temperatura y la radiación UV. [10] Dos características adicionales de la celulosa nanofibrilar SCOBY (su alta pureza y cristalinidad) son actualmente un objetivo en la investigación biomédica en la formación de estructuras de tejido biocompatibles, componentes cardiovasculares como vasos sanguíneos, injertos óseos y reemplazos de tejido conectivo. [11] Las fibrillas de nanocelulosa también se pueden extraer mediante hidrólisis ácida y usarse en las industrias de envasado de alimentos , ropa y tratamiento de aguas residuales. [1] [10]
El grosor de un SCOBY de kombucha depende de todas las condiciones de elaboración, pero un estudio informó un grosor promedio de dos a cinco milímetros. [12] Los SCOBY se pueden dividir para iniciar múltiples cultivos o deshidratar para almacenarlos y usarlos más adelante. Una vez retirado, el cultivo comenzará a regenerar una nueva película conocida informalmente como "SCOBY bebé". Este proceso se puede repetir varias veces durante meses. [13]
Además del kombucha, hay una variedad de otros alimentos y bebidas que requieren una "cultura simbiótica" similar en su producción, como:
La Universidad Tecnológica de Queensland y la Biblioteca Estatal de Queensland han estado utilizando scoby de kombucha para producir un biotextil funcional, llamado " cuero vegano ". [14]
Un pequeño equipo internacional de ingenieros de materiales e informáticos del Reino Unido, Italia y Grecia ha probado la posibilidad de utilizar SCOBY de kombucha para producir placas de circuitos electrónicos . [15]