Evaluación de inóculos microbianos en el proceso de fermentación de cacaos especiales para la mitigación del contenido de cadmio en grano

Abstract

El cacao colombiano es reconocido por los mercados internacionales como fino y de aroma, característica que ha incrementado su valor comercial. Por tal razón, el cultivo de cacao se ha convertido en una opción cada vez más atractiva para los agricultores y de mayor importancia económica para el país. Sin embargo, en algunas zonas cacaoteras de Colombia se superan los límites de cadmio establecidos en el reglamento de la Unión Europea impactando de manera negativa las exportaciones. Aunque existen diferentes metodologías para la extracción de metales pesados, la mayoría no son compatibles con el sistema de producción de cacao o son altamente costosas. En respuesta a esta problemática, en esta investigación se evaluó la capacidad de inóculos microbianos para disminuir el contenido de cadmio en los granos de cacao durante el proceso de fermentación. Para tal fin, se aislaron microorganismos del proceso fermentativo y se seleccionaron dos cepas de bacterias y una de levadura con capacidad para disminuir el contenido de cadmio en medio acuoso (10 mg Cd+2/L) a diferentes valores de pH inicial (3,5; 4,5 y 5,5). Las cepas seleccionadas fueron evaluadas de manera individual y en combinación durante el proceso de fermentación de cacao bajo condiciones de campo. Además, se definieron condiciones apropiadas para el crecimiento de uno de los microorganismos seleccionados. Estas condiciones incluyeron el diseño de un medio de cultivo de bajo costo y la definición de parámetros de operación adecuados (pH y temperatura) para la producción de biomasa a través de diseños factoriales fraccionados. La cepa Bacillus subtilis M21HB (46,23 mg Cd+2/gBS), tanto de manera individual como en cultivo mixto con Bacillus megaterium M17HB (50,18 mg Cd+2/gBS) a pH 4,5, demostró la máxima capacidad para secuestrar cadmio. Además, se observó que a este pH se favorece la captura del metal tanto para las cepas individuales como para aquellas en cultivo mixto. Sin embargo, los microrganismos seleccionados en las pruebas a nivel in vitro, al ser inoculados en el grano durante el proceso de fermentación bajo condiciones de campo, no disminuyeron la concentración de cadmio en el grano. Aunque los microorganismos obtenidos e identificados en este trabajo demostraron ser potencialmente útiles para la biorremediación de metales pesados, es necesario realizar estudios posteriores que permitan definir condiciones adecuadas para su implementación durante el proceso de fermentación de cacao. (Tomado de la fuente)

Colombian cocoa is recognized by international markets as fine-flavor-cocoa. This characteristic increases its commercial value and makes cocoa cultivation an important economic alternative for farmers and the country. However, in some cocoa-growing areas of Colombia, high levels of cadmium (Cd+2) exceed the limits established by European Union regulations, negatively impacting exports. Although there are different methodologies to extract heavy metals in foods, these are very expensive or incompatible with the cocoa production system. In response, this research evaluated the bioremediation capacity of microbial to mitigate cadmium content in cocoa beans during fermentation process. First, microorganisms involved in cocoa fermentation process were isolated. The capacity to reduce cadmium content in liquid medium (10 mg Cd+2/L) was evaluated and two bacterial and one yeast strains were selected. The selected strains were evaluated individually and in consortium under field conditions at a scale of 100 kg. In addition, the appropriate conditions for the in vitro production of biomass (culture medium, pH and T) of one of the selected microorganisms were defined by using fractional factorial designs. The strain Bacillus subtilis M21HB (46.23 mg Cd+2/gBS) inoculated individually, or in mixed culture with Bacillus megaterium M17HB (50.18 mg Cd+2/gBS), exhibited the maximum capacity to sequester cadmium in the liquid medium at pH 4.5. In addition, it was observed that at this pH the capture of the metal is favored both for individual strains and for those in mixed culture. However, these strains did not have the capacity to decrease cadmium levels in cocoa beans during the fermentation process. Although the microorganisms obtained and identified in this work proved to be potentially useful for the bioremediation of heavy metals, it is necessary to carry out subsequent studies to define suitable conditions for their implementation.