Cheese whey wastewater-derived Chlorella biomass promotes growth and β-galactosidase activity of Pediococcus sp. isolated from Gundurk

En el mundo de la producción de alimentos, el desperdicio suele ser un subproducto inevitable, pero para los científicos, puede ser un recurso oculto. Uno de esos productos de desperdicio es el suero de leche de queso, el líquido que queda después de transformar la leche en queso. Aunque es rico en nutrientes como azúcares y proteínas, este líquido es difícil de eliminar porque puede agotar el oxígeno en las vías fluviales si se libera sin tratar. Para resolver esto, los investigadores recurren a los diminutos recicladores de la naturaleza: las microalgas. Estas son organismos microscópicos, de apariencia vegetal, que utilizan la luz solar para crecer, pero también pueden alimentarse de los nutrientes orgánicos presentes en los flujos de desechos. Cuando estas algas crecen, transforman el desperdicio en una biomasa sólida y rica en nutrientes. Esta biomasa no es solo tratamiento de residuos; es un ingrediente alimentario potencial cargado de proteínas y grasas. En el otro lado de la ecuación se encuentran las bacterias ácido lácticas, las trabajadoras detrás de los alimentos fermentados como el yogur y el chucrut. Estas bacterias son esenciales para la salud humana y la preservación de los alimentos, pero requieren condiciones específicas para prosperar y producir enzimas beneficiosas. La pregunta que impulsó esta investigación fue si las algas cultivadas en desechos podrían realmente ayudar a estas bacterias a hacer mejor su trabajo, creando un ciclo donde el desperdicio se convierte en una herramienta para fabricar alimentos más saludables.

Un equipo de investigadores del Instituto de Investigación en Biociencia y Biotecnología en Nepal se propuso probar esta idea utilizando dos tipos específicos de microorganismos locales. Primero, recolectaron agua de un estanque de agua dulce en Banepa para encontrar una cepa silvestre de Chlorella, un tipo común de microalga verde. También recolectaron muestras de Gundurk, un plato de vegetales fermentados tradicionales hecho de hojas de mostaza, para aislar una cepa específica de bacteria ácido láctica llamada Pediococcus. Los investigadores luego crearon dos entornos diferentes para el crecimiento de las algas. Uno era una solución de nutrientes estándar de laboratorio, y el otro era una mezcla de aguas residuales de suero de leche de queso y agua. Permitieron que las algas crecieran durante ocho días en ambos entornos. Los resultados mostraron que las algas crecieron tan bien en el suero de leche de queso como en la solución estándar de laboratorio. De hecho, al final del experimento, las algas en el suero de leche de queso produjeron un número ligeramente mayor de células, alcanzando una densidad de 17.3 millones de células por mililitro, comparado con los 15.9 millones de la solución estándar. Más importante aún, las algas cultivadas en el desperdicio produjeron significativamente más material sólido, rindiendo 1.40 gramos de biomasa seca por litro, mientras que la solución estándar solo produjo 0.30 gramos.

Los investigadores luego examinaron qué había dentro de las células de las algas para ver si el desperdicio cambiaba su composición. Utilizando una técnica que mide cómo la luz rebota en las moléculas, descubrieron que las algas cultivadas en suero de leche de queso tenían una composición química diferente a las cultivadas en el laboratorio. Específicamente, las algas cultivadas en el desperdicio contenían más lípidos, que son grasas y aceites, mientras que las algas cultivadas en el laboratorio parecían tener una firma proteica más fuerte. Esto sugiere que los nutrientes en el suero de leche de queso, como la lactosa y otros compuestos orgánicos, impulsaron a las algas a almacenar más energía en forma de grasas. El equipo luego tomó esta biomasa de algas secas y la añadió al medio de cultivo para las bacterias Pediococcus. Querían ver si alimentar a las bacterias con esta alga las ayudaría a crecer más rápido o a trabajar más duro. Los resultados fueron claros: añadir la biomasa de algas ayudó a las bacterias a multiplicarse más rápidamente durante su fase de crecimiento activo. Las bacterias crecieron significativamente mejor en presencia de las algas que sin ellas, particularmente después de 18 a 24 horas de crecimiento.

Más allá de simplemente ayudar a las bacterias a crecer, las algas también potenciaron una función específica que es altamente valiosa para la salud humana: la capacidad de descomponer la lactosa. Las bacterias Pediococcus producen naturalmente una enzima llamada beta-galactosidasa, que ayuda a digerir el azúcar que se encuentra en la leche. Esto es crucial porque una gran parte de la población adulta no puede digerir la lactosa adecuadamente. Cuando los investigadores midieron la actividad de esta enzima, encontraron que las bacterias alimentadas con algas produjeron mucha más de lo que produjeron aquellas con una dieta estándar. Las bacterias alimentadas con algas cultivadas en el suero de leche de queso produjeron un nivel de actividad enzimática de 49.33 unidades, mientras que aquellas alimentadas con las algas cultivadas en el suero de leche de queso produjeron 38.82 unidades. Ambos números fueron significativamente más altos que las 18.34 unidades producidas por el grupo de control sin algas. Esto indica que la biomasa de algas actúa como un potente potenciador para el rendimiento enzimático de las bacterias, incluso aunque las algas cultivadas en el desperdicio produjeron una actividad enzimática ligeramente menor que las cultivadas en el laboratorio.

El estudio concluye que este enfoque ofrece un beneficio dual para el medio ambiente y la ciencia de los alimentos. Al utilizar el suero de leche de queso para cultivar algas, los investigadores demostraron una forma de limpiar un flujo de desechos problemático mientras se crea simultáneamente una biomasa de alto valor. Esta biomasa, a su vez, sirve como un aditivo alimentario funcional que mejora el rendimiento de las bacterias beneficiosas. Los hallazgos sugieren que los microorganismos silvestres de entornos locales, como estanques de agua dulce y alimentos fermentados tradicionales, pueden combinarse en un sistema unificado. Este sistema no solo recupera nutrientes de los desechos lácteos, sino que también genera un producto que puede mejorar la calidad de los alimentos fermentados y potencialmente ayudar en la digestión de los lácteos para aquellos que son intolerantes a la lactosa. Aunque el proceso mostró que las algas cultivadas en el desperdicio tuvieron un efecto ligeramente diferente en la producción de enzimas en comparación con las cultivadas en el laboratorio, el resultado general confirma que la biomasa derivada de desechos es una herramienta viable y efectiva para apoyar el crecimiento y la función de las bacterias beneficiosas.