Estudio de la dinámica del proceso fermentativo de kéfir de agua mediante métodos enzimáticos y detección por imágenes digitales

SANTIAGO BERNARDINI; NICOLÁS A. NARIO; SEBASTIÁN A. COSTA; CLAUDIA E. DOMINI; MARCOS GRÜNHUT

San Juan

Congreso; XII Congreso Argentino de Química Analítica; 2023

Asociación Argentina de Químicos Analíticos

Introducción. El kéfir de agua es una bebida fermentada obtenida por el agregado de nódulos de kéfir (inóculo) a una mezcla de agua y azúcar1. La fermentación puede ser monitoreada a partir de la cuantificación de diversas especies cuya concentración varía durante el proceso. Para ello, suelen emplearse técnicas cromatográficas, las cuales son costosas, poco amigables con el medio ambiente y no permiten obtener información en tiempo real. La cuantificación colorimétrica de diferentes analitos basada en teléfonos inteligentes es una alternativa prometedora ya que resulta accesible, fácil de usar y amigable con el ecosistema2. Este trabajo propone evaluar la dinámica de fermentación de kéfir de agua mediante una secuencia de reacciones enzimáticas para la determinación de glucosa (GA), glicerol (GL) y lactato (LT) mediante análisis por imágenes digitales. Métodos. Las muestras de kéfir de agua se obtuvieron por agregado de 4,5 g de azúcar mascabo, 10 g de nódulos y 100 mL de agua mineralizada. El proceso fue llevado a cabo en un sistema de 4 microfermentadores lab-made desarrollado con electrónica Arduino e impresión 3D. Se realizaron fermentaciones a distintas temperaturas (23, 27, 31 y 35 ºC) y condiciones de agitación (0 y 40 rpm). El monitoreo se realizó tomando 0,60 mL de muestra cada 2 h y durante 36 h. La determinación de GA se basó en la reacción secuencial de la misma con glucosa oxidasa y peroxidasa dando lugar a un complejo de color rojo. La determinación de GL se basó en la reacción secuencial de glicerol kinasa, glicerol fosfato oxidasa y peroxidasa promoviendo la formación de igual cromógeno. La determinación de LT se basó en la reacción secuencial de este con lactato oxidasa y peroxidasa para formar un cromógeno color violeta. La cuantificación se realizó utilizando imágenes digitales adquiridas con un teléfono celular inteligente (Moto G5Splus). El mismo se acopló a un dispositivo portátil impreso en 3D con ácido poliláctico (PLA), retroiluminación LED y un microplato de 24 sitios de reacción de 300 µL cada uno. Las condiciones de captura en modo manual fueron: enfoque macro, balance de blancos soleado (5875 K), velocidad de obturación 1/45 s, ISO 100 y exposición 0. Se utilizó el software libre ImageJ para analizar las imágenes en formato JPEG y obtener la información de los canales del espacio de color RGB. Se empleó una región de interés (ROI) cuadrada de 900 pixels ubicada en el centro de cada sitio de reacción. Por último, se seleccionó como respuesta analítica la división de los canales verde y rojo (G/R) y se graficó ésta en función de la concentración de los distintos analitos.Resultados. El sistema permitió monitorear satisfactoriamente el proceso fermentativo bajo diferentes condiciones de temperatura, tiempo y velocidad de agitación. El análisis por imágenes digitales permitió cuantificar GA (R2=0,9942; LOD=1,29 mg L-1; RL=6,7-26,7 mg L-1), GL (R2=0,9931; LOD=3,47 mg L-1; RL=6,7-106,7 mg L-1) y LT (R2=0,9930; LOD=0,56 mg L-1; RL=1,0-14,3 mg L-1) con óptimos parámetros analíticos. Así pudieron construirse curvas representando el consumo de GA y la producción de GL y LT a lo largo del tiempo (36 h) y bajo las condiciones descriptas.Conclusión. La metodología propuesta presenta un bajo consumo de muestra y reactivos. La utilización de enzimas proporciona una alta selectividad para el estudio de las especies de interés en una muestra compleja como el kéfir de agua. La utilización de impresión 3D y electrónica Arduino combinada con el análisis de imágenes digitales permitió que el monitoreo del proceso fermentativo pueda llevarse a cabo de manera amigable con el medio ambiente. 1 Laureys D, Aerts M, Vandamme P, De Vuyst L, Food Microbiology 73 (2018) 351.2 Nario NA, Vidal E, Grünhut M, Domini CE, Talanta 261 (2023) 124625.