Revista de Divulgación Científico-Tecnológica del Gobierno del Estado de Morelos

De México al mundo, el sabor de la vainilla


Dr. Ali Asaff Torres
Centro de Investigación en Alimentación y Desarrollo (CIAD A.C.)
Sonora, Hermosillo, México.
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El sabor es la impresión que causa un alimento u otra sustancia, determinado por nuestros sentidos del olfato y del gusto. Uno de los sabores más reconocidos por muchos probablemente sea el de vainilla, presente en una gran variedad de alimentos elaborados como helados, chocolates, dulces, caramelos, diferentes bebidas, productos de panadería, entre otros. 
Tradicionalmente el sabor de vainilla se obtiene como extracto o esencia de las vainas de semillas de un género de orquídeas (Vanilla sp.). Esta planta, originaria de México, era usada en ceremonias religiosas por el pueblo Totonaca al considerarla sagrada. Años más tarde fue conocida también por los aztecas quienes la usaban como saborizante para preparar un brebaje conocido como chocolate. Luego de la conquista, ambos productos serían llevados a Europa por los españoles, extendiéndose su uso por todo el orbe. México continuó siendo el principal productor de vainilla de la mejor calidad hasta mediados del siglo XIX, tiempo en el cual su cultivo se extendió a los trópicos de otros países y en la actualidad Madagascar es el más importante.

El extracto natural de vainilla contiene una gran cantidad de compuestos que le confieren su aroma y sabor característicos. En 1858, se aisló por primera vez el componente mayoritario (>98%) y principal responsable de sus propiedades que fue denominado como “vainillina”. Debido al alto costo y a la escasez del extracto natural de vainilla, hubo un marcado interés en la preparación sintética de la vainillina. Su preparación comercial empezó a realizarse a finales del siglo XIX a partir de un compuesto natural conocido como eugenol, extraído del clavo de olor. Actualmente, la vainillina sintética es producida a partir de guayacol proveniente de la industria petroquímica o a partir de la lignina, un constituyente natural de la madera, la cual es un subproducto de la industria del papel. Prácticamente más del 90% del consumo mundial de saborizante y aroma de vainilla es cubierto con vainillina sintética.

El incremento en las últimas décadas de una serie de enfermedades, como el cáncer, ha sido asociado en algún grado al consumo de alimentos elaborados, provocando que se restrinja o sustituya el uso de aditivos alimentarios como los saborizantes. En el caso de la vainillina sintética se conoce que algunos de sus precursores como el fenol, el catecol u otros derivados lignocelulósicos de la industria del papel son sustancias nocivas para la salud. Debido al riesgo de que alguna de esas sustancias pudiera ser arrastrada como trazas en el producto final, existe una marcada tendencia en los mercados de consumo, sobre todo europeos, por retomar el uso de extracto natural de vainilla. Sin embargo, se debe considerar que la producción de vainilla es insuficiente para cubrir la gran demanda y que además existe una enorme diferencia de precios entre la vainillina sintética (15 $uS/Kg) y el extracto natural de vainilla, con un contenido equivalente de este compuesto (2000 a 4000 $uS/Kg).
Por esta razón, desde la década de los noventa, se han venido estudiando alternativas menos riesgosas y económicamente competitivas para la producción de vainillina. A partir del año 2000, la empresa Rhodia empezó la venta de vainillina producida biotecnológicamente por la acción de microorganismos capaces de transformar ácido ferúlico extraído de cascarilla de arroz. Con un precio de 700 $uS/Kg, este producto no es competitivo en precio con la vainillina producida por síntesis química; sin embargo, a diferencia de esta última, puede ser etiquetada como saborizante natural y competir con el extracto natural de vainilla.
El ácido ferúlico es un compuesto ampliamente distribuido en la naturaleza al ser un componente de la pared celular de varias especies de plantas como el arroz, el maíz, la remolacha azucarera, la caña de azúcar, entre muchas otras. Para obtener esta sustancia en forma pura, los residuos agrícolas o subproductos de estos cultivos, como sus salvados (cascarillas) o bagazos, deben ser tratados química o enzimáticamente para luego recuperar y purificar el ácido ferúlico liberado.


En la naturaleza la materia viene siendo constantemente transformada por la acción de los microorganismos. Cierto tipo de hongos y bacterias, entre los que destacan algunos miembros de la familia de los actinomicetos, convierten el ácido ferúlico en vainillina y otros productos, como parte de un mecanismo de destoxificación. Gracias a esta cualidad, dichos microorganismos son utilizados en diferentes procesos biotecnológicos para la producción del saborizante.

Dado el gran potencial de mercado del saborizante natural de vainilla, la empresa BIOKAB S.A. de C.V., situada en Cuernavaca, Morelos, impulsó el desarrollo de procesos propios, primeramente para la obtención de ácido ferúlico y luego para su transformación en vainillina. Se conoce que durante la nixtamalización del maíz, utilizada para la elaboración de la tortilla, se libera el ácido ferúlico contenido en el pericarpio del grano. El compuesto libre es arrastrado en las aguas de cocimiento conocidas como “nejayote” junto con otras sustancias que también son liberadas o extraídas. En la mayoría de los casos, el nejayote es vertido directamente al drenaje sin ningún tratamiento, desperdiciándose la posibilidad de uso de sus componentes. Luego de varios estudios se logró desarrollar un proceso que permite separar eficientemente al ácido ferúlico de los otros componentes del nejayote. Gracias a este método no solo se recupera el compuesto de interés a partir de efluentes de desecho sino que se disminuye la carga orgánica del nejayote, reduciendo también su carácter contaminante. Además se asegura la provisión de materia prima más barata para el proceso de obtención de vainillina, evitando la dependencia de su disponibilidad y de las fluctuaciones de sus precios de mercado.


Los procesos descritos para la obtención biotecnológica de vainillina se desarrollan en sistemas líquidos de fermentación, donde inicialmente se dejan crecer los microorganismos seleccionados. Una vez que los nutrientes se han agotado, se agregan soluciones concentradas de ácido ferúlico, que luego de un cierto periodo de incubación es transformado en vainillina. Finalizada esta etapa, los microorganismos son separados y la vainillina producida es extraída del medio líquido para su purificación. En BIOKAB se desarrolló un proceso alternativo, a partir de microorganismos inmovilizados por fermentación de superficie, que consta de los siguientes pasos: (a) inmovilizar un microorganismo del orden de los actinomicetos en un soporte poroso inerte compresible; (b) agregar una solución de ácido ferúlico; (c) incubar para llevar a cabo la reacción de biotransformación; (d) recuperar por compresión o centrifugación la solución de biotransformación obtenida en el paso (c) y (e) extraer la vainillina de la solución de biotransformación obtenida en el paso (d). El proceso puede ser repetido cíclicamente a partir del paso (b) siendo una de sus principales ventajas en relación a otros procesos descritos. Además, el método desarrollado permite alcanzar una productividad elevada y sus costos de inversión y producción son menores.
Ambos procesos pueden considerarse como uno solo donde el ácido ferúlico, recuperado de un efluente usualmente considerado de desecho, es transformado en vainillina, un producto de alto valor agregado. Para finalizar, cabe destacar que el escalamiento a nivel industrial de este proceso innovador no solo tendría un impacto económico, social y ambiental, sino también permitiría a México recuperar un papel protagónico en la producción del saborizante de mayor uso a nivel mundial, asimismo, esta investigación fue reconocida en este 2007 con el Premio a la Innovación en Salud y Alimentación en la categoría Alimentos.


El Dr. Ali Asaff Torres es ingeniero químico por la Universidad de San Francisco Xavier (UMSFX) en Bolivia, realizó su maestría en Biotecnología y Bioingeniería en el Centro de Investigación y de Estudios Avanzados (CINVESTAV-México) y su doctorado en la Universidad Autónoma Metropolitana (UAM-Iztapalapa). Actualmente es investigador asociado “C” del Centro de Investigación en Alimentación y Desarrollo (CIAD A.C.), en Hermosillo, Sonora y miembro del Sistema Nacional de Investigadores. Ha participado en proyectos de investigación y desarrollo biotecnológico, tanto a nivel académico, como en la industria y cuenta con diversas publicaciones y solicitudes de patentes.


Agradecimientos

Los desarrollos tecnológicos brevemente aquí descritos, son el resultado del trabajo de varios años de un equipo multidisciplinario. Particularmente, se reconoce el impulso y colaboración brindados al proyecto por los Ing. Antonino Berrondo y Roberto Macías, la asistencia técnica de Rossy Arias, Maggy Limón y Sandra Silva de la empresa BIOKAB, así como la asesoría de la Dra. Mayra de la Torre.