Bebidas funcionales de frutas bioenriquecidas en Selenio

Abstract

Los jugos de frutas fermentados con bacterias lácticas (BAL), son una alternativa a los productos lácteos ya que contienen fibra, antioxidantes y vitaminas y no tienen colesterol ni proteínas alergénicas. En Argentina, la ingesta de selenio (Se, micronutriente esencial) se encuentra por debajo de la ingesta diaria recomendada (IDR). Algunas BAL pueden biotransformar el selenito de sodio (tóxico) en seleno-aminoácidos y nanopartículas de Se (SeNPs). El objetivo de esta tesis doctoral fue formular una bebida fermentada a base de jugos de frutas tropicales del Noroeste Argentino bioenriquecida con Se. Los jugos pasteurizados y sin pasteurizar de mango, maracuyá o la combinación de ambos se adicionaron con selenito de sodio y fermentaron por Lactiplantibacillus plantarum CRL2051, Fructobacillus tropaeoli CRL2034 o por ambas cepas. La pasteurización de los jugos fue fundamental para asegurar su seguridad microbiológica. Dado que se observó selenito de sodio residual en los jugos fermentados, las cepas fueron pre-inoculadas con selenito de sodio (selenización) y usadas como cultivo iniciador. Se seleccionó el jugo de mango maracuyá fermentado con ambas cepas selenizadas por su mayor actividad antioxidante y concentración de Se. Las BAL sobrevivieron a las condiciones de almacenamiento del jugo y al pasaje por el tracto gastro intestinal in vitro. Se encontró que doscientos mililitros de la bebida formulada contienen el 40% de la IDR de Se y una vida útil sensorial de 30 días. Se analizó la expresión diferencial de los genes glutatión reductasa (gshR) y tioredoxina reductasa (trxR), relacionados con el metabolismo del Se. Luego de la selenización se observó que en L. plantarum CRL2051 estos genes estaban reprimidos, mientras que en F. tropaeoli CRL2034 todos ellos fueron sobreexpresados, sugiriendo estrategias diferentes para reducir el selenito de sodio ya que en ambas cepas se comprobó la producción de SeNPs, de naturaleza dual (amorfa y cristalina) con recubrimiento compuesto por polisacáridos y proteínas, lo que les confirió estabilidad coloidal. Asimismo, se analizó la expresión diferencial de proteínas de las BAL selenizadas y no selenizadas cultivadas en un medio de cultivo óptimo (MRSf) respecto a su crecimiento en un medio similar al jugo de frutas (SF). En ambas cepas en SF se observó la desregulación positiva de la síntesis de proteínas relacionadas con el metabolismo del piruvato, el ácido málico, el citrato y proteínas relacionadas con la síntesis de lípidos de membrana. También sobreexpresaron proteínas relacionadas con el transporte de oligopéptidos y aminoácidos. L. plantarum CRL2051 reprimió proteínas relacionadas con el funcionamiento de la maquinaria traduccional y la replicación del ADN. Cuando F. tropaeoli CRL2034 creció en SF se sobreexpresaron proteínas relacionadas con la reorganización de la pared celular y la síntesis de aminoácidos. En las cepas selenizadas se sobreexpresaron proteínas implicadas en la replicación, reparación y estabilidad del ADN y proteínas relacionas con la activación de mecanismos de detoxificación, protección frente al estrés oxidativo y del metabolismo del Se. La respuesta adaptativa de F. tropaeoli CRL2034 se vio reflejada en un mayor crecimiento de esta cepa en SF con respecto a L. plantarum CRL2051.

Fruit juices fermented by lactic acid bacteria (LAB) represent a healthy alternative to dairy products because they contain fiber, antioxidants, vitamins, and are cholesterol-free and do not contain potential allergenic milk proteins. On the other hand, in Argentina, selenium ingestion (Se, an essential micronutrient) is below the recommended daily intake (RDI). Some LAB can biotransform toxic sodium selenite into seleno-amino acids and selenium nanoparticles (SeNPs). This doctoral thesis aimed to formulate a fermented beverage based on tropical fruits from Northwest Argentina bio-enriched with Se using selected LAB. Pasteurized or unpasteurized mango, passion fruit, or a combination of both fruit juices were added with sodium selenite and fermented by Lactiplantibacillus plantarum CRL 2051, Fructobacillus tropaeoli CRL2034, or both strains. The results indicated that pasteurization of the juices was necessary to ensure their microbiological safety. Since residual sodium selenite was observed in the fermented juices, a pre- incubation of the strains with sodium selenite (selenization) was performed to further carry out juice fermentations. Fermented mango-passion fruit juice containing both selenized strains was selected due to its higher antioxidant activity and Se concentration. Both strains of the lactic starter culture survived the juice storage conditions and the passage through the in vitro gastrointestinal tract. It was found that two hundred milliliters of this formulated beverage contained 40% of the Se RDI and has a sensory shelf life of 30 days. Also, the differential expression of genes related to Se metabolism, such as glutathione reductase (gshR) and thioredoxin reductase (trxR) were analyzed after selenization. L. plantarum CRL2051 repressed these genes, while F. tropaeoli CRL2034 overexpressed them, suggesting different strategies to reduce sodium selenite, since the production of SeNPs were detected in both strains. The SeNPs showed dual nature (amorphous and crystalline), and a biological coating composed of polysaccharides and proteins, which conferred them colloidal stability. In addition, the differential protein expression of selenized and non-selenized LAB was analyzed when grown in an optimal culture medium (MRSf) compared to a fruit juice-like medium (SF). Both strains in SF upregulated proteins related to the metabolism of pyruvate, malic acid, citrate, and proteins related to membrane lipid synthesis. They also upregulated the expression of proteins related to oligopeptide and amino acid transport. L. plantarum CRL2051 repressed the expression of proteins related to the functioning of the translational machinery and DNA replication. F. tropaeoli CRL 2034 expressed more proteins related to cell wall reorganization and amino acid synthesis in SF. Selenized cells of this strain upregulated proteins involved in DNA replication, repair and stability, and differentially expressed proteins related to the activation of detoxification mechanisms, protection against oxidative stress, and Se metabolism. The adaptive response of F. tropaeoli CRL2034 was reflected as a greater growth of this strain in SF with respect to L. plantarum CRL2051.