Fermentación asistida por ultrasonidos para intensificar la fermentación de residuos agroindustriales con Lactiplantibacillus plantarum | Ultrasounds assisted fermentation for the intensification of agroindustrial residues with Lactiplantibacillus plantarum | Fermentació assistida per ultrasons per a la intensificació de residus agroindustrials amb Lactiplantibacillus plantarum

[ES] Las necesidades actuales de consumo, junto con la creciente preocupación por la seguridad alimentaria, demandan la valorización de los residuos derivados de la actividad agroindustrial para su posterior introducción en la cadena, contribuyendo así a una economía más circular y al desarrollo de sistemas alimentarios más sostenibles. Entre las distintas aproximaciones para la valorización de residuos, destaca la fermentación mediante Lactiplantibacillus plantarum como estrategia para obtener un producto con características nutricionales y organolépticas distintas al sustrato vegetal original. Esta es una bacteria grampositiva responsable de la fermentación de diversos productos de origen vegetal debido a su capacidad adaptativa y su metabolismo ácido láctico. No obstante, el tiempo necesario para llevar a cabo una fermentación dificulta su uso para la valorización de residuos. Los ultrasonidos de baja intensidad se plantean como una herramienta capaz de incrementar la actividad microbiana y modificar la síntesis de compuestos bioactivos debido al posible efecto de la cavitación sobre el microorganismo, la actividad enzimática y la estructura de la matriz vegetal. En este contexto, el presente Trabajo de Fin de Grado abordó el estudio preliminar del efecto de diferentes momentos de aplicación (fase logarítmica y fase de latencia), tiempos (6, 10 y 20 min) y amplitudes (20%, 30% y 40%) de ultrasonidos de baja intensidad sobre la cinética de crecimiento de Lactiplantibacillus plantarum en medio de cultivo MRS. Posteriormente, se estudió el efecto de los ultrasonidos para intensificar la fermentación de un licuado de residuo industrial de brócoli. Con el fin de obtener un ingrediente funcional estable, los licuados fermentados se sometieron a una liofilización tras la incorporación de distintos porcentajes de maltodextrina. Los resultados del estudio preliminar sugieren que la aplicación inmediata de ultrasonidos de baja intensidad permite acelerar el inicio de la fase exponencial, siendo la inducción mayor según el tiempo de exposición. Por otro lado, en el licuado de brócoli, el tratamiento de ultrasonidos favorece además el aumento de las propiedades antioxidantes a lo largo de la fermentación. Tras la liofilización los resultados sugieren que la aplicación de ultrasonidos contribuye a preservar la viabilidad microbiana durante la liofilización, al igual que a aumentar y conservar las propiedades antioxidantes. También se relaciona el tratamiento con ultrasonidos con una mayor estabilización del color, así como con una menor actividad del agua, humedad, y una mayor liberación de sólidos. En conclusión, los resultados del presente trabajo contribuyen a que la fermentación asistida por ultrasonidos y posterior liofilización con maltodextrina se perfilen como herramientas prometedoras para la valorización de subproductos vegetales, en este caso el brócoli, con potencial aplicación en el desarrollo de nuevos ingredientes funcionales en la industria alimentaria.

[EN] Current consumption needs, together with the growing concern for food safety, demand the valorization of residues derived from agro-industrial activity for their reintegration into the production chain, thus contributing to a more circular economy and the development of a more sustainable food systems. Among the different approaches to residue valorization, fermentation with Lactiplantibacillus plantarum stands out as a strategy to obtain a product with nutritional and organoleptic properties different from those of the original plant substrate. This Gram-positive bacterium is responsible of the fermentation of various plant-based products due to its adaptive capacity and lactic acid metabolism. However, the time required for fermentation represents a limitation for its application in residue valorization. Low-intensity ultrasound emerges as a promising tool to enhance microbial activity and modulate the synthesis of bioactive compounds, owing to the possible effects of cavitation on microorganisms, enzymatic activity, and the structure of the plant matrix. In this context, the present undergraduate thesis conducted a preliminary study on the effect of different application times (logarithmic and lag phases), durations (6, 10, and 20 min), and amplitudes (20%, 30%, and 40%) of low-intensity ultrasound on the growth kinetics of Lactiplantibacillus plantarum in MRS medium. Subsequently, the effect of ultrasound was evaluated as a means to intensify the fermentation of a broccoli industrial by-product juice. To obtain a stable functional ingredient, the fermented juices were freeze-dried after the incorporation of different percentages of maltodextrin. The preliminary results suggest that the immediate application of low-intensity ultrasound accelerates the onset of the exponential phase, with greater induction observed as exposure time increases. In broccoli juice, ultrasound treatment also promoted an increase in antioxidant properties throughout fermentation. Following freeze-drying, the results indicate that ultrasound application contributes to preserving microbial viability, as well as enhancing and maintaining antioxidant properties. Moreover, ultrasound treatment was associated with greater color stabilization, lower water activity and moisture content, and higher release of solids. In conclusion, the results of this study highlight ultrasound-assisted fermentation combined with maltodextrin-based freeze-drying as promising tools for the valorization of plant by-products—broccoli in this case—with potential application in the development of novel functional ingredients for the food industry.

Juan Gironés, J. (2025). Fermentación asistida por ultrasonidos para intensificar la fermentación de residuos agroindustriales con Lactiplantibacillus plantarum. https://riunet.upv.es/handle/10251/227213

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