Aplicación de ultrasonidos de baja intensidad para estimular el crecimiento de Lactiplantibacillus plantarum en residuo de zanahoria y evaluación de su impacto sobre las propiedades del producto fermentado | Low intensity ultrasounds used to estimulate Lactiplantibacillus plantarum growth in carrot residue and evaluation of their impact on the fermented product properties | Aplicació d'ultrasons de baixa intensitat per a estimular el creixement de Lactiplantibacillus plantarum en residu de carlota i avaluació del seu impacte sobre les propietats del producte fermentat

[ES] La valorización de residuos agroindustriales mediante fermentación constituye una estrategia sostenible para la obtención de alimentos funcionales, además de contribuir a reducir el impacto ambiental asociado a su desecho. Lactiplantibacillus plantarum es una especie bacteriana ampliamente empleada en procesos fermentativos por su capacidad para adaptarse a diferentes matrices y generar metabolitos bioactivos como compuestos fenólicos. Por otro lado, diversos estudios en matrices lácteas y vegetales han evidenciado que la aplicación de ultrasonidos durante fases tempranas de fermentación puede intensificar la actividad microbiana, incrementar la síntesis de compuestos bioactivos y mejorar las propiedades funcionales del producto final. No obstante, aunque el empleo de ultrasonidos como pretratamiento ha sido ampliamente estudiado, la intensificación de la fermentación mediante ultrasonidos y su efecto sobre los microorganismos no ha sido estudiada en profundidad. Más aún, su aplicación en la fermentación de residuos vegetales como la zanahoria sigue siendo escasamente investigada. En el presente Trabajo Fin de Grado se estudió el efecto de la aplicación de ultrasonidos de potencia a diferentes amplitudes (20, 30, 40%), tiempos (6, 10, 20 min) y fases del crecimiento microbiano, sobre el crecimiento de Lactiplantibacillus plantarum en medio de cultivo MRS (estudio preliminar) y en licuado de zanahoria obtenido a partir de residuos de la industria de IV gama. En medio MRS se analizaron las cinéticas de crecimiento microbiano y el descenso del pH, mientras que en el licuado de zanahoria se evaluaron las cinéticas de crecimiento durante 24 h, el pH, la producción de ácido láctico, el consumo de sólidos solubles (ºBrix) y la evolución de las propiedades antioxidantes (fenoles totales, flavonoides totales y capacidad antioxidante mediante los métodos DPPH y ABTS). Tras 24 horas de fermentación a 37 ºC, el licuado se liofilizó para obtener un ingrediente estable en polvo. Para lograr esto, fue necesario adicionar maltodextrina en diferentes proporciones, determinándose sobre los polvos resultantes las propiedades antioxidantes, la actividad del agua, la humedad, los sólidos solubles y el color. Los resultados mostraron que la sonicación no afectó significativamente la viabilidad bacteriana en el licuado, aunque sí promovió una mayor liberación de sólidos solubles y una mejora en la capacidad antioxidante, especialmente en los tratamientos a 30% y 40% de amplitud durante la fase de latencia. Los resultados obtenidos tanto en medio MRS como en licuado de zanahoria no mejoraron la fermentación tal y como podía esperarse a partir de la bibliografía consultada; sin embargo, sí se constató una menor duración de las fases de latencia y exponencial, sugiriendo que la sonicación del medio inoculado puede contribuir a acortar la duración del tratamiento. En el polvo, los grupos sonicados presentaron una mayor viabilidad microbiana respecto al control, que además se vio mejorada al formular el polvo con mayores proporciones de maltodextrina, sugiriendo que los ultrasonidos podrían haber aumentado la resistencia del microorganismo al tratamiento posterior. También se constató un aumento en la actividad antioxidante, la saturación cromática, y la fracción de sólidos solubles, así como una disminución en la actividad del agua y el contenido de humedad en los grupos sonicados. Estos hallazgos sugieren que la aplicación dirigida de ultrasonidos durante la fase de latencia microbiana puede favorecer la liberación y preservación de compuestos bioactivos durante la fermentación y posterior secado, mejorando tanto el valor funcional como la estabilidad del producto final. Así, esta tecnología se presenta como una herramienta prometedora para la valorización de subproductos vegetales en la industria alimentaria.

[EN] The valorization of agro-industrial residues through fermentation constitutes a sustainable strategy for the obtaining of functional foods, in addition to contributing to reduce the environmental impact associated to their disposal. Lactiplantibacillus plantarum is a bacterial species widely employed in fermentative processes due to its capacity to adapt to different matrices and generate bioactive metabolites such as phenolic compounds. On the other hand, several studies in dairy and vegetable matrices have evidenced that the application of ultrasounds during early phases of fermentation can intensify microbial activity, increase the synthesis of bioactive compounds and improve the functional properties of the final product. Nevertheless, although the use of ultrasounds as a pretreatment has been widely studied, the intensification of fermentation through ultrasounds and their effect on microorganisms has not been studied in depth. Moreover, their application in the fermentation of vegetable residues such as carrot remains scarcely investigated. In the present project, the effect of the application of power ultrasounds at different amplitudes (20, 30, 40%), times (6, 10, 20 min) and phases of microbial growth was studied, on the growth of Lactiplantibacillus plantarum in MRS culture medium (preliminary study) and in carrot juice obtained from residues of the IV range industry. In MRS medium, the microbial growth kinetics and the pH decrease were analyzed, while in the carrot juice the growth kinetics during 24 h, pH, lactic acid production, consumption of soluble solids (°Brix) and the evolution of antioxidant properties (total phenols, total flavonoids and antioxidant capacity through DPPH and ABTS methods) were evaluated. After 24 hours of fermentation at 37 ºC, the juice was freeze-dried to obtain a stable powdered ingredient. To achieve this, it was necessary to add maltodextrin in different proportions, determining on the resulting powders the antioxidant properties, water activity, moisture, soluble solids and color. The results showed that sonication did not significantly affect bacterial viability in the juice, although it did promote a greater release of soluble solids and an improvement in antioxidant capacity, especially in the treatments at 30% and 40% amplitude during the lag phase. The results obtained both in MRS medium and in carrot juice did not improve fermentation as could have been expected from the consulted literature; however, a shorter duration of the lag and exponential phases was observed, suggesting that sonication of the inoculated medium may contribute to shorten the duration of the treatment. In the powder, the sonicated groups presented a higher microbial viability compared to the control, which was also improved when formulating the powder with higher proportions of maltodextrin, suggesting that ultrasounds could have increased the microorganism s resistance to the subsequent treatment. An increase in antioxidant activity, chromatic saturation, and the fraction of soluble solids was also observed, as well as a decrease in water activity and moisture content in the sonicated groups. These findings suggest that the targeted application of ultrasounds during the microbial lag phase may favor the release and preservation of bioactive compounds during fermentation and subsequent drying, improving both the functional value and the stability of the final product. Thus, this technology is presented as a promising tool for the valorization of vegetable by-products in the food industry.

Castera Chassot, P. (2025). Aplicación de ultrasonidos de baja intensidad para estimular el crecimiento de Lactiplantibacillus plantarum en residuo de zanahoria y evaluación de su impacto sobre las propiedades del producto fermentado. https://riunet.upv.es/handle/10251/223874

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