El cultivo de células vegetales presenta una opción biotecnológica de vanguardia para la producción de sustancias naturales de interés alimentario, como los colorantes.

El objetivo de la investigación fue diseñar un proceso a nivel de laboratorio y de biorreactor para la producción de pigmentos naturales mediante esta tecnología utilizando al betabel (Beta vulgaris L.) como modelo de estudio.

Por selección recurrente de cultivos axénicos en un medio de cultivo B5 modificado se obtuvieron líneas celulares clasificadas con base en el color, siendo estadísticamente la roja (FR) la de mayor estabilidad fenotípica. Los pigmentos se identificaron como betalaínas mediante espectrofotometría, cromatrografía en capa fina y líquidos de alta resolución con una relación betacianinas/betaxantinas de 2.9; las principales fracciones fueron la betanina y vulgoxantina I. Con FR se estableció el cultivo en suspensión, presentando las células un tiempo de duplicación de 4.8 d y productividad de 5.2 mg. de pigmento/gps d. La fuente de carbono utilizada fue la sacarosa; el fósforo, nitrato y amonio se consumieron de manera sistemática. El proceso se llevó a biorreactor utilizando un sistema de tanque agitado operado por lotes; la cinética de crecimiento celular tuvo una duración de 20d, con un perfil sigmoidal y un tiempo de duplicación de 2.1 d. La concentración de biomasa que se alcanzó fue de 9.8 gps/1 a la cual presentó un comportamiento reológico tipo no newtoniano-pseudoplástico; la productividad fue de 17..25 mg. de pigmentos/gps 1. El kla fue de 38h-1, sin observarse formación de agragdos de gran tamaño ni lisis celular. En cuanto a las características colorimétricas y estabilidad de los pigmentos, se encontraron diferencias significativas en los valores de L, a, b y DE con relación al testigo preparado con tubérculo. FR presentó cinéticas de deterioro de primer orden con respecto al pH, temperatura y luz; el pH de máxima estabilidad fue de 6 y el tiempo de vida media se situó entre 0.3 y 24 hrs. de acuerdo al parámetro evaluado; la energía de activación fue de 15.2 Kcal/mol y la velocidad de deterioro se duplicó en intervalos de 10°C.

Se concluye que el proceso constituye una alternativa técnicamente viable, pudiendo ser considerado además como un sistema “modelo” para la producción de otros metabolitos de interés alimentario a partir de recursos bióticos de origen vegetal.

Desde hace varios años, la Legislación de diversos países ha restringido e incluso prohibido la utilización de diversas sustancias químicas sintéticas colorantes para alimentos, debido a su toxicidad (18,27,30); destacan aquellas que imparten el color amarillo y rojo.

Las Betalaínas son pigmentos naturales que se encuentran en la mayoría de las plantas del orden de las Centrospermas, siendo el betabel (Beta vulgaris L:) la más representativa (8,33,43); poseen diversas características tecnológicas favorables para la industria alimentaria, como son su solubilidad, dispersabilidad, fácil incorporación y capacidad de combinación con otros compuestos para dar el color deseado a un gran número de alimentos procesados, principalmente salsas, botanas, bebidas carbonatadas, sopas, confitería y productos lácteos y cárnicos (30,41). El cultivo de tejidos y células vegetales está considerada como una alternativa biotecnológica de vanguardia para la producción de sustancias naturales para alimentos (11,32), particularmente pigmentos (21,42).

Con base en lo señalado anteriormente los objetivos planteados en esta investigación fueron los siguientes:

I. Obtener por cultivo de células, líneas productoras de betalainas utilizando al betabel (B. vulgaris) como modelo de estudio..
II. Establecer el cultivo en suspensión y efectuar la caracterización cinética de la línea fenotípica más estable.
III. Escalar el cultivo a nivel de biorreactor y caracterizar el comportamiento cinético, reológico e hidrodinámico de éste.
IV. Identificar los pigmentos producidos por el fenotipo seleccionado mediante técnicas modernas de análisis y realizar su caracterización calorimétrica.
V. Evaluar la estabilidad fisicoquímica de los pigmentos frente a diversos parámetros que son causa de deterioro.

Existen reportes sobre la obtención de colorantes naturales por cultivo de tejidos (21,41,42) y particularmente betalainas (1,4,17,22,46), limitándose unos cuantos para este caso, a establecer el cultivo en suspensión.

De igual manera, son pocos los estudios relacionados con la obtención de líneas fenotípicamente estables (23) y a nivel de biorreactor (40); a la par, se desconocen la mayoría de los parámetros ingenieriles utilizados como criterios para escalar el proceso (11,36,45): Entre estos ensayos destacan los relacionados con las cinéticas de crecimiento celular y producción del pigmento en el biorreactor, el comportamiento reológico (48) e hidrodinámico del cultivo (11,28) y la estabilidad fisicoquímica del pigmento obtenido frente a diversas características deteriorativas.

El estudio que aquí se plantea, amen de ser original en este aspecto, es útil para establecer parte de esos criterios y con ellos definir si el proceso se puede llevar a niveles superiores de producción.