Optimization of lactic acid production from dairy whey using indigenous lactic acid bacteria

Cada vez que se fabrica queso, se deja atrás una gran cantidad de líquido. Por cada kilogramo de queso producido, se generan aproximadamente diez litros de este subproducto acuoso, conocido como suero de leche dulce. Aunque parece agua, en realidad es rico en azúcares, proteínas y vitaminas que el proceso de elaboración del queso no capturó. En muchos lugares, este líquido rico en nutrientes es tratado como un residuo. Cuando se vierte en los ríos o se deja pudrir, consume el oxígeno en el agua y crea una pesada carga ambiental. Sin embargo, este mismo líquido posee un potencial oculto: los azúcares dentro de él pueden ser alimentados a diminutos microorganismos naturales para crear ácido láctico. Esta sustancia es un bloque de construcción versátil utilizado para fabricar desde conservantes de alimentos y cosméticos hasta plásticos biodegradables. Convertir un producto de desecho contaminante en un material valioso representa un cambio hacia una economía circular, donde nada se desperdicia y cada salida se convierte en una entrada para algo nuevo.

En las tierras altas del norte de Ruanda, donde la industria láctea ha crecido rápidamente, los investigadores se enfrentaron al desafío de gestionar los grandes volúmenes de suero producidos por los queseros locales. Un equipo de INES-Ruhengeri se propuso ver si podían transformar este residuo en ácido láctico utilizando bacterias que ya vivían en la región. En lugar de importar cultivos especializados del extranjero, buscaron en el yogur local, un alimento fermentado tradicional, para encontrar los microorganismos adecuados. Recolectaron muestras de suero de tres diferentes procesadores de queso y yogur de un mercado local para comenzar su búsqueda. El suero que probaron fue confirmado como una sopa rica en lactosa, el azúcar que se encuentra en la leche, junto con pequeñas cantidades de proteína y minerales, lo que lo convierte en una fuente de alimento ideal para la fermentación.

Los investigadores primero aislaron varias cepas de bacterias lácticas a partir del yogur local. Estas son los mismos tipos de microbios amigables responsables de convertir la leche en yogur. Después de probarlas en suero estéril, seleccionaron una cepa específica, a la cual llamaron LAB-4, porque demostró ser la más eficiente en la conversión del azúcar del suero en ácido. Esta cepa fue capaz de reducir significamente el pH del suero en tres días, una señal de que estaba trabajando vigorosamente. Con esta bacteria nativa en mano, el equipo pasó a la siguiente fase: encontrar el entorno perfecto para que trabajara. Sabían que la temperatura, la acidez inicial del líquido y la cantidad de bacterias añadidas cambiarían el resultado, por lo que utilizaron un método sistemático para probar cientos de combinaciones para encontrar el punto óptimo.

A través de estas cuidadosas pruebas, los científicos descubrieron que las bacterias funcionaban mejor cuando se mantenían a una temperatura cálida de 37 grados Celsius, con un pH inicial de 6.0, y cuando la mezcla contenía una cantidad específica de la cultura bacteriana. Bajo estas condiciones optimizadas, el proceso fue notablemente efectivo. En solo 48 horas, las bacterias convirtieron la lactosa en el suero en ácido láctico, alcanzando una concentración de 43.2 gramos por litro. Este resultado significó que por cada gramo de azúcar consumido, las bacterias produjeron casi 0.87 gramos de ácido láctico, una alta eficiencia que rivaliza con los métodos que utilizan bacterias comerciales importadas. El proceso también limpió las aguas residuales; la demanda química de oxígeno, una medida de cuánta contaminación había en el líquido, disminuyó en más de dos tercios, demostrando que la fermentación estaba tratando simultáneamente el residuo y creando un producto.

Una vez completada la fermentación, el equipo necesitaba separar el ácido láctico del líquido. Utilizaron un método sencillo que implicaba el uso de hidróxido de calcio para convertir el ácido en una sal sólida, que luego fue filtrada y tratada con ácido para liberar el ácido láctico puro. Este paso de recuperación fue exitoso, rindiendo alrededor del 75 por ciento del ácido disponible con una pureza del 82.5 por ciento. Si bien esta pureza es inferior a la que logran las máquinas industriales avanzadas, es suficiente para muchos usos alimentarios y técnicos. Los investigadores también analizaron la economía del proceso a pequeña escala, estimando que producir un kilogramo de este ácido láctico costaría unos 2.10 dólares estadounidenses. Este punto de precio sugiere que el método es financieramente viable para los procesadores lácteos locales, ofreciendo una forma de convertir un pasivo ambiental en una fuente de ingresos.

El estudio demuestra que las soluciones locales pueden abordar problemas globales. Al utilizar bacterias nativas de la región y optimizar su crecimiento sobre residuos locales, los investigadores demostraron que los procesadores lácteos ruandeses podrían gestionar su suero de manera más sostenible. El trabajo confirma que el suero de leche dulce es un sustrato adecuado para la producción de ácido láctico y que las bacterias autóctonas son capaces de realizar el trabajo eficientemente sin la necesidad de costosos cultivos importados. Aunque los experimentos actuales se realizaron en matraces y el método de recuperación es básico, los resultados proporcionan una base sólida para el desarrollo futuro. El proceso ofrece una ruta práctica y de bajo costo para la valorización de residuos que se alinea con los objetivos del país para la protección ambiental y el crecimiento económico, convirtiendo un contaminante potencial en un recurso valioso.