Desafíos en la producción de kéfir de agua y limitaciones en el consumo humano: una revisión integral del conocimiento actual
Desafíos en la producción de kéfir de agua y limitaciones en el consumo humano: una revisión integral del conocimiento actual
pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC11259891
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Resumen
El kéfir de agua es una alternativa práctica, sin lácteos, a las bebidas fermentadas a base de leche. Se prepara fermentando una solución de sacarosa con frutas frescas y secas mediante el uso de gránulos de kéfir de agua, y el suero desmineralizado puede utilizarse en su producción. Esta revisión describe el conocimiento actual sobre la producción de kéfir de agua y sus efectos en la salud. Los principales objetivos de este artículo son centrarse en la composición microbiana, las posibles propiedades promotoras de la salud, las limitaciones en el consumo humano y los desafíos en la producción de kéfir de agua. Los gránulos y sustratos de kéfir de agua, incluidos el azúcar moreno, las frutas secas y frescas, las verduras y la melaza, usados en la producción, influyen en las características de fermentación y en la composición del kéfir de agua. Las bacterias ácido lácticas, las bacterias ácido acéticas y las levaduras son los microorganismos involucrados en el proceso de fermentación. Las especies de Lactobacillus son los microorganismos más comunes encontrados en el kéfir de agua. El kéfir de agua contiene diversos compuestos bioactivos que tienen posibles beneficios para la salud. El kéfir de agua puede inhibir el crecimiento de ciertos microorganismos patógenos y bacterias de deterioro de los alimentos, lo que da lugar a varias propiedades promotoras de la salud, incluidas actividades inmunomoduladoras, antihipertensivas, antiinflamatorias, antiulcerogénicas, antiobesidad, hipolipidémicas y hepatoprotectoras.
Palabras clave: Kéfir de agua, Fermentación, Beneficios para la salud, Diversidad microbiana, Bacterias ácido lácticas
1. Introducción
El kéfir de agua tiene una consistencia turbia y pegajosa, un color rubio a amarillento, una textura uniforme, organizada y burbujeante, un sabor ácido (alrededor de 2 % de contenido de ácido láctico) y levaduriforme (menos de 1 % de alcohol), con un matiz de dulzor. Es una bebida fermentada local o casera producida a partir de una solución de sacarosa incorporada con frutas frescas y secas junto con gránulos de kéfir de agua. Hay pocos datos disponibles sobre el origen del kéfir de agua, aunque el primer informe sobre gránulos de kéfir de agua se remonta a la década de 1890, cuando la “planta de cerveza de jengibre” (originaria de la región del Cáucaso) fue introducida en Gran Bretaña por soldados que regresaban de Crimea. Es significativamente diferente del kéfir de leche típico, que se produce a partir de leche bovina fermentada con un conjunto definido de cultivos y posee propiedades fisicoquímicas y microbiológicas distintas [1,2]. Después de colar el producto terminado, en un procedimiento conocido como “inoculación”, los gránulos de kéfir de agua se usan nuevamente para fermentaciones posteriores. El método se conoce como “retroinoculación” si parte de la bebida fermentada se añade a un nuevo lote del proceso de fermentación (además de los gránulos). La temperatura óptima de fermentación varía entre 20 y 25 $ ^{} $ durante 24-72 h, en donde,
por lo general se emplean 6-10 % de sacarosa y 6-20 % de gránulos [3]. El kéfir de agua producido a partir de jugo y orujo de Aronia melanocarpa demostró un enorme potencial en la producción de kéfir de agua, con alto contenido fenólico total, contenido total de flavonoides y antocianinas, y atributos sensoriales aceptables [4]. Otras fuentes utilizadas para la producción de kéfir de agua incluyen suero desmineralizado junto con variedades de uva Dimrit y Shiraz [5]. La fuente de azúcar desempeña un papel importante en la producción de kéfir de agua, y la caña de azúcar cruda junto con higos secos se usan generalmente como base para la fermentación. En general, los microorganismos usados para la producción de gránulos de kéfir de agua pertenecen a bacterias ácido lácticas (BAL), bacterias ácido acéticas (BAA) y levaduras, y la fermentación llevada a cabo por los gránulos de kéfir de agua es espontánea. Sin embargo, algunos informes han identificado cepas de Lentilactobacillus hilgardii que producen dextrano $ (- ( 1) $ -polímero de glucosa enlazado) formando gránulos. La glicosiltransferasa es la principal responsable de la producción de dextrano [6].
La producción de kéfir de agua es un reservorio de una amplia diversidad de microorganismos involucrados en la fermentación. Se han reportado el aislamiento y la secuenciación preliminar del genoma de Oenococcus kitaharae CRBO2176 a partir de kéfir casero preparado con higos [7]. Además, la diversidad de microorganismos presentes en el kéfir de agua y los desafíos asociados con su producción, incluida la fuente de azúcar, la combinación tiempo-temperatura para la fermentación y el escalamiento de la producción, así como sus compuestos bioactivos significativos, incluidos polipéptidos, polisacáridos, ácidos orgánicos y otros compuestos generados durante la fermentación, lo convierten en una parte importante de la dieta humana y desempeñan un papel clave en la mejora y el mantenimiento de la salud [8]. Estas bebidas son más adecuadas para personas que no desean consumir productos de origen animal, ya que el kéfir de agua ofrece un sustituto viable de las bebidas fermentadas lácteas. Debido a la producción de ácido, se inhibe el crecimiento de ciertos microorganismos patógenos, incluidos Salmonella sp., Shigella sp. y Staphylococcus sp. Varios informes han mostrado las actividades inmunomoduladoras, antihipertensivas, antiinflamatorias, antiulcerogénicas, hipolipidémicas y hepatoprotectoras del consumo de kéfir de agua [9], [10], [11]]. Considerando los avances en la producción de kéfir de agua asociados con la diversidad microbiana y los beneficios para la salud, la presente revisión tiene como objetivo explorar la composición microbiana y las propiedades tecnológicas del kéfir de agua, las limitaciones del kéfir de agua para el consumo humano, los desafíos en su producción y los posibles efectos promotores de la salud del kéfir de agua.
2. Diversidad microbiana del kéfir de agua
Los pasos de la producción típica de kéfir de agua y kéfir de leche son algo similares; sin embargo, la composición microbiana y química del kéfir de agua es bastante diferente de la del kéfir de leche. Los gránulos de kéfir de agua y los sustratos como azúcar moreno, frutas secas y frescas, verduras y melaza, que se usan en la producción de kéfir de agua, influyen en las características de fermentación y la composición del kéfir de agua [8]. Los gránulos de kéfir de leche, al igual que los gránulos de kéfir de agua, son ensamblajes de los mismos grupos microbianos principales en una matriz de polisacáridos. No obstante, los gránulos de kéfir de leche pueden contener especies que no se encuentran en el kéfir de agua, como Lb. kefiranofaciens, responsable de producir el heteropolisacárido kefirán. Sin embargo, Lentilactobacillus hilgardii produce un homopolisacárido, el dextrano, que es el
exopolisacárido predominante de los gránulos de kéfir de agua y de las bebidas de kéfir de agua [12,13]. Un estudio en el que se compararon gránulos de kéfir de agua con gránulos de kéfir de leche encontró una diferencia significativa en términos de contenido microbiológico, propiedades químicas y color de los gránulos (p<0.05) [14].
Muchos estudios han informado la composición microbiana del kéfir de agua (también conocido como kéfir de azúcar o azucarado), y todos ellos reportaron la presencia de especies de Lactobacillus (Tabla 1). Según estos estudios, las especies más comunes en el kéfir de agua son L. hilgardii, L. nagelii, L. casei y L. paracasei, mientras que L. hilgardii y L. nagelii son las principales especies de Lactobacillus en los gránulos de kéfir de agua [12]. Además de BAL, los gránulos y bebidas de kéfir de agua contienen levaduras como Saccharomyces cerevisiae, bifidobacterias como Bifidobacterium aquikefiri y BAA como Acetobacter fabarum [13]. El kéfir de agua se fermentó a $ 2 0 , $ durante 72 h, y se caracterizaron los niveles mínimos y máximos de los grupos microbianos. Los niveles máximos y mínimos de BAL, BAA y levaduras se determinaron como $ 9. 0 0^{7} $ UFC/mL frente a $ 2. 8 0^{4} $ UFC/mL, $ 3. 2 0^{6} $ UFC/mL frente a $ 7. 0 0^{2} $ UFC/mL y $ 4. 8 0^{7} $ UFC/mL frente a $ 4. 7 7 0^{5} $ UFC/mL, respectivamente [6]. En un estudio previo, varias especies de BAL (Liquorilactobacillus nagelii, Lentilactobacillus hilgardii, Lentilactobacillus farraginis, Liquorilactobacillus satsumensis, Schleiferilactobacillus harbinensis, Lentilactobacillus diolovorans y Lacticaseibacillus casei/paracasei), especies de BAA (Acetobacter tropicalis, Acetobacter indonesiensis, Acetobacter lovaniensis) y Gluconobacter oxydans fueron aisladas de muestras de kéfir de agua [15].
Tabla 1.
Composición microbiana de las bebidas de kéfir de agua.
| Origen | Sustratos y fermentación | Técnica | Especies principales | Referencia |
| Malasia | 18 g de GKA, 50 g de azúcar cruda orgánica y 500 mL de agua mineral. | Secuenciación de ARNr 16S | Lb. hilgardii,Lb. harbinensis,Acetobacter lovaniensis,Lb.satsumensis,Acetobacter tropicalis,Lb. zeae,Oenococcus oeni | [16] |
| 24 h a temperatura ambiente |
| Origen | Sustratos y fermentación | Técnica | Especies principales | Referencia |
| Argentina |
|
Secuenciación de ARNr 16S | Azúcar moreno y melaza purificada: Lb.nagelii Melaza de alta prueba: Lb.hilgardii/diolivorans y Lb.casei/paracasei | [17] |
| Japón |
|
Secuenciación de ARNr 16S | Azúcar moreno: Lb.nagelii,S.cerevisiae,A.tropicalis Melaza purificada: A.tropicalis,Lb.farraginis,Lb.sat-sumensis,Oenococcus kita-harae,Lb.casei/paracasei,Lb.nagelii,Lb.harbinensis,Pichia occidentali,S.cerevisiae Melaza de alta prueba: A.Indonesiensis,Lb.casei/paracasei,Lb.diolivorans,Lb.farraginis,Lb.harbinensis,Pichia membranifaciens,S.cerevisiae Especies aisladas por primera vez de bebida de kéfir: Acetobacter indonesiensis,Acetobacter tropicalis,Gluconobacter oxydans,Lb.farraginis,Oenococcus kita-harae,y Pichia occidentalis | [15] |
| Origen | Sustratos y fermentación | Técnica | Especies principales | Referencia |
| Bélgica | ·-Azúcar de caña sin refinar (7.1 %,m/v) y extracto de higo ·(17.6 %,v/v) ·-15 g GKA, 85 mL de medio de simulación de kéfir de agua | Secuenciación metagenómica shotgun | Bifidobacterium aquikefiri,Lb. harbinensis,Lb. hilgardii,Lb. nagelii,Lb. paracasei,Oenococcus oeni,Oenococcus kitaharae Saccharomyces cerevisiae,Dekkera bruxellensis, | [13] |
| Canadá, Reino Unido, Estados Unidos | ·-60 g de gránulos por L de agua mineral esterilizada ·-10 % de sacarosa, un higo seco orgánico ·-24 h a temperatura ambiente | Independiente de cultivo | ·-Zymomonas fue el componente dominante, seguido por bacterias ácido lácticas (Lactobacillus y Leuconostoc) y bacterias ácido acéticas (Acetobacter y Gluconacetobacter). ·-Bifidobacteriaceae estuvo en proporciones bajas. | [18] |
| Alemania | ·-Cuatro gránulos caseros diferentes ·-Mineral con 100 g/L de extracto de higo y 80 g/L de sacarosa ·-72 h a 21℃ | Secuenciación de ARNr 16S | Lactobacillus,Leuconostoc,Acetobacter,Gluconobacter,Bifidobacterium(Bifidobacteriumpsychraerophilum) | [19] |
| Origen | Sustratos y fermentación | Técnica | Especies principales | Referencia |
| Turquía | -GKA 5 %(p/p) añadido a jugos de rosa mosqueta, cornejo, granada, ciruela roja y espino -48 h a temperatura ambiente | Dependiente de cultivo | -Kéfir de rosa mosqueta: mayor Lactobacillus spp. y Lactococcus spp. -Kéfir de cornejo y espino: aumentaron los recuentos de levaduras | [20] |
| Bélgica | -15 g GKA, 85 mL de medio de simulación de kéfir de agua autoclavado -6 g de azúcar de caña sin refinar -65 mL de agua destilada y 20 mL de extracto de higo | Independiente de cultivo | Lb. paracasei,Lb. hilgardii,Lb. nagelii y S. cerevisiae | [21] |
| Alemania | -GKA caseros -1 L de agua de grifo, solución de sacarosa (100 g/L), dos higos secos y una rodaja de limón orgánico -72 h a 21℃ | Secuenciación de ARNr 16S | Lb. hordei,Lb. nagelii,Lc.mesenteroides,Lc.citreum,Acetobacter fabarum,Acetobacter Orientalis,S.cerevisiae,Lachancea fermentati,Hanseniaspora valbyensis,Zygotorulaspora florentina | [22] |
La composición microbiana y las características químicas y sensoriales del kéfir de agua pueden variar, y estos parámetros pueden influir en su calidad. Se encontró que diferentes soluciones de azúcar (azúcar moreno, melaza purificada y melaza de alta prueba) afectaron la microbiota del kéfir de agua durante múltiples fermentaciones de kéfir [17]. Excepto por la bebida de melaza de alta prueba, dominada por Proteobacteria (hasta 78 % de la población total y principalmente Acetobacter lovaniensis y Gluconobacter oxydans/roseus), Firmicutes (cuyas especies principales fueron Liquorilactobacillus nagelii, Lentilactobacillus hilgardii/diolivorans y Lacticaseibacillus casei/paracasei) fueron el principal grupo microbiano en gránulos y bebidas de agua elaboradas con diferentes sustratos azucarados (hasta 98 % de la población total) [17]. De manera similar, un análisis dependiente de cultivo mostró que podrían estar ocurriendo diferentes sucesiones bacterianas en tres sustratos de azúcar distintos (azúcar moreno, melaza purificada y melaza de alta prueba) a lo largo de siete ciclos de inoculación repetida [15]. Otro estudio también mostró que el uso de diferentes tipos de azúcar, como melaza de uva, miel y azúcar sin refinar, produjo un mayor contenido de Lactococcus spp. y levaduras en muestras de kéfir de agua [23]. Se realizó un estudio para investigar la composición microbiana y química de una fermentación de kéfir de agua y su comunidad microbiana asociada combinando técnicas dependientes de cultivo, metagenómica composicional y metabolómica no dirigida [24]. El estudio encontró que la comunidad microbiana cambia con el tiempo durante el proceso de fermentación, con un enriquecimiento de grupos microbianos después de 72 h de fermentación. Los géneros dominantes para BAL y BAA, según los resultados metataxonómicos, son Lactobacillus y Acetobacter, mientras que P. membranifaciens es la especie dominante entre las levaduras. La producción de compuestos bioactivos se ha demostrado mediante análisis metabolómico. Se encontraron isoschaftósidos, conocidos por sus actividades antiinflamatorias y hepatoprotectoras, en la matriz, lo cual no se había reportado antes en ella [24]. Combinar datos químicos, especies cultivadas y datos de biodiversidad microbiana parece ser útil para identificar puntos clave en el proceso de fermentación de alimentos y comprender los patrones de las poblaciones microbianas involucradas. Otro estudio reciente comparó la diversidad bacteriana y fúngica de bebidas de kéfir producidas usando leche o agua azucarada (kéfir de agua) como matrices de fermentación [25]. Los resultados del análisis metatranscriptómico comparativo mostraron que las comunidades bacterianas de todas las bebidas estaban compuestas por Lactobacillaceae y Acetobacteraceae, pero las familias de levaduras diferían entre el kéfir de leche y el de agua. Saccharomycetaceae fue más abundante en kéfir de agua, mientras que Dipodascaceae y Pichiaceae fueron más abundantes en leche. Los investigadores también encontraron que las muestras de kéfir compartían 70 % de ortólogos funcionales para genes de levaduras, pero solo 36 % para genes bacterianos. Esto sugiere que las comunidades de levaduras en las distintas bebidas de kéfir tienen funciones más similares que las comunidades bacterianas [25]. Estos resultados respaldaron que la microbiota del kéfir de agua puede cambiar según los sustratos, como el tipo de azúcar. Por lo tanto, sustratos inadecuados pueden reducir la cantidad de microorganismos con efectos beneficiosos en la salud humana. Además, la cuestión sobre el número de microorganismos vivos en los gránulos después de fermentaciones repetidas para producir kéfir de agua es otro problema importante que debe tenerse en cuenta.
Los gránulos que se usan para obtener kéfir de agua también pueden contribuir a la diversidad microbiana. Recientemente, se han utilizado gránulos tradicionales de kéfir de leche para producir bebidas similares al kéfir de agua. Se ha demostrado que los productos finales no mostraron la misma composición abiótica y biótica que el kéfir de agua. Las bebidas similares al kéfir de agua tuvieron menor cantidad de ácido láctico y sus recuentos, aunque presentaron concentraciones de etanol más altas que el kéfir de leche. Además, todas las bebidas aprobaron la
prueba sensorial y se consideraron aptas para la ingesta [26]. En contraste, debe señalarse que, debido a las técnicas utilizadas para el aislamiento de las especies microbianas, los resultados de los estudios pueden mostrar diferencias entre sí. Las técnicas dependientes e independientes de cultivo (que consisten en la secuenciación de amplicones de las regiones V1-V4 y V4-V5 del gen ARNr 16S usando ADN metagenómico) son los principales enfoques para investigar las especies microbianas presentes en el kéfir de agua y en los gránulos de kéfir [13,19]. Según el método dependiente de cultivo, las principales poblaciones microbianas del kéfir de agua son Lactobacillus, Lactococcus, Leuconostoc, Acetobacter, Saccharomyces, Hanseniaspora/Kloeckera, Zygotorulaspora y Candida. Se usaron cuatro gránulos de kéfir de diferentes países para producir kéfir de agua y se encontró que las bacterias dominantes eran Zymomonas mediante el método independiente de cultivo [18]. Lb. hilgardii y Lb. nagelii fueron identificadas por el método independiente de cultivo; sin embargo, no fueron detectadas por el método dependiente de cultivo [27]. Estos resultados enfatizan que el método independiente de cultivo tiene más ventajas que el dependiente de cultivo. Además, el hecho de que algunas bacterias crezcan lentamente o sean exigentes dificulta su identificación y la vuelve intensiva en tiempo y recursos. Esta es una de las principales limitaciones de los métodos de cultivo. Por lo tanto, se sugiere la secuenciación de nueva generación, ya que ofrece información sobre todo el microbioma al permitir la identificación libre de cultivo de un número teóricamente infinito de enfermedades [28].
En un estudio reciente, con el fin de aumentar la composición postbiótica de los productos fermentados, se desarrolló y posteriormente se examinó la cofermentación de una cultura simbiótica de bacterias y levaduras (SCOBY) y gránulos de kéfir de agua [29]. Se evaluó la actividad antimicrobiana contra Aspergillus niger MIUG M5, Staphylococcus aureus ATCC 25923, Escherichia coli ATCC 25922 y Bacillus subtilis MIUG B1, junto con la acidez total, el pH y la capacidad antioxidante. Las levaduras y bacterias de los microbiomas de los gránulos de kéfir de agua y del SCOBY pudieron coexistir en simbiosis [29].
3. Propiedades tecnológicas del kéfir de agua
El kéfir de agua, también llamado kéfir de azúcar y tíbicos, es una bebida fermentada a base de sacarosa, refrescante aunque ligeramente dulce y auto-carbonatada [30], [31], [32]]. Aunque el origen del gránulo de kéfir de agua no es seguro, según la literatura más reciente los gránulos de kéfir de agua se forman como gránulos fermentados a partir de la savia de las pencas del cactus Opuntia en México [30]. La Fig.1 muestra los diferentes gránulos de kéfir de agua.
Fig.1.
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Gránulos de kéfir de agua. A: gránulo seco de kéfir de agua, B: gránulos de kéfir de agua usados para la producción de kéfir de agua a base de manzanas, C: gránulos secos de kéfir de agua usados para la producción de kéfir de agua a base de jugo de Aronia melanocarpa (imágenes propias).
Los gránulos de kéfir pueden observarse en una forma gelatinosa y elástica similar a una coliflor [33]. Sin embargo, su apariencia también puede describirse como “sal gema”, con un color blanquecino a gris [34]. Los gránulos contienen casi 45 % de mucopolisacáridos, 34 % de proteína y 4 % de grasa, junto con vitaminas del grupo B, vitamina K, calcio, fósforo y magnesio [33].
Físicamente, los gránulos están compuestos por una parte periférica y una parte interna. La parte periférica consiste en bacterias, mientras que la parte interna contiene principalmente levaduras. Entre estas dos partes, bacterias y levaduras poseen largos filamentos de polisacáridos. Mediante refrigeración, liofilización, secado al vacío y congelación, los gránulos pueden conservarse para la siguiente fermentación. Si se almacenan en condiciones óptimas, los gránulos nunca pueden dañarse [33]. En este sistema simbiótico, las levaduras sirven como fuente de nitrógeno que puede ser utilizada por las bacterias para la asimilación [8].
La producción tradicional de kéfir de agua ocurre principalmente a pequeña escala y no hay datos suficientes para investigar las condiciones circundantes ni los cultivos iniciadores [8]. Tradicionalmente, el kéfir de agua se prepara mediante la adición de 5-10 % (p/v) de gránulos de kéfir de agua en una solución de sacarosa al 5-10 % (p/v), seguida de fermentación a temperatura ambiente de 20-25 $ ^{} $ en condiciones anaeróbicas durante 24-72 h [33]. Los gránulos de kéfir de agua requieren una base nutritiva con alto contenido mineral. Por esta razón, a nivel doméstico no se sugiere la utilización de agua destilada, de ósmosis inversa ni filtrada con carbón activado, ya que contienen niveles bajos o trazas de minerales. Además, no se sugiere el uso de agua de grifo por su contenido de cloro y fluoruro, ya que estas sustancias pueden dañar los microorganismos probióticos de los gránulos. Asimismo, no se recomienda usar equipos hechos de hierro, cobre, aluminio u otros metales, ya que los gránulos son reactivos a estos metales [35]. Cuando la fermentación se completa, los gránulos se aíslan del kéfir mediante tamizado; luego se lavan y se secan a temperatura ambiente. Estos gránulos aislados se almacenan en un tanque de enfriamiento para el siguiente procedimiento de fermentación [36]. Antes de la siguiente producción de kéfir de agua, el inóculo de gránulos de kéfir de agua almacenado congelado
se descongela y se reactiva nuevamente durante tres prefermentaciones consecutivas [21]. Sin embargo, este procedimiento puede modificarse según el producto final deseado, y la duración de la fermentación puede ser tan corta como 12 h [37,38]. El pH final generalmente se mide alrededor de 3.5-4.5 y el contenido de alcohol está por debajo de 1 % [33]. Después de la fermentación a temperatura ambiente, el kéfir de agua se vuelve turbio, carbonatado y de color pajizo [30]. Si el kéfir de agua se prepara de la manera correcta, se espera que la sacarosa de la solución base se convierta por completo en dióxido de carbono, exopolisacáridos, etanol, ácido acético, ácido láctico y varios otros productos de fermentación, incluidos compuestos volátiles de aroma [12,32].
Las características del kéfir de agua, como su textura, color, aroma, perfil volátil y composición nutricional y microbiana, pueden verse afectadas por la materia prima, la producción (condiciones de fermentación) y las condiciones de almacenamiento. El kéfir de agua suele tener una textura ligeramente viscosa debido a los polisacáridos producidos durante la fermentación. La textura puede variar de fina y acuosa a ligeramente más espesa y gelatinosa, dependiendo de factores como el tiempo de fermentación y la selección de cepas [39]. Como se pueden usar frutas y verduras secas/frescas para producir kéfir de agua, el perfil fenólico y antioxidante del producto final se ve afectado en consecuencia [40]. Además, el uso de diferentes frutas (caqui y mandarina) ha resultado en buenos parámetros organolépticos y mayor contenido fenólico en muestras de kéfir de agua [41]. Los compuestos volátiles producidos durante la fermentación contribuyen al aroma y sabor del kéfir de agua. Estos compuestos pueden incluir ácidos orgánicos, ésteres, alcoholes y otras moléculas aromáticas, que varían según las condiciones de fermentación y los ingredientes utilizados. El aroma y sabor del kéfir de agua se forman principalmente por levaduras como Saccharomyces sp., Candida sp., Kluyveromyces sp. y Pichia sp [6]. El ácido acético, marcador de la actividad metabólica de los microorganismos en el kéfir de agua, contribuye al sabor y aroma afrutado característico del kéfir de agua, atribuido a sus ésteres [41].
La producción industrial de kéfir de agua incluye los siguientes pasos: fermentación inicial, incubación a baja temperatura y fermentación final. Este proceso requiere 2-4 días de fermentación anaeróbica y, al final de la fermentación final, los gránulos se separan del licor de kéfir mediante tamizado. Los gránulos pueden usarse para la siguiente producción de kéfir de agua. Tomar una alícuota de los gránulos del producto fermentado y luego añadirla al nuevo producto por fermentar se denomina retroinoculación. En la producción de 100 mL de kéfir de agua se usan, en promedio, 15 g de gránulos durante la producción industrial de kéfir de agua. Durante la retroinoculación, el cultivo iniciador de la fermentación previa se alimenta cada 72 h y, durante el procedimiento, la masa de kéfir de agua aumenta hasta 600 g [42]. La temperatura y otras condiciones de fermentación, como el contenido microbiano del gránulo de kéfir, el tipo de sustrato y la duración de la fermentación, deben controlarse estrictamente para obtener las características deseadas del producto [43]. En bebidas industriales de kéfir de agua, la melaza y los jugos de verduras o frutas también pueden utilizarse como solución base [31]. El flujo de producción industrial de las bebidas de kéfir de agua se muestra en la Fig.2.
Fig.2.
Flujo de producción industrial de la bebida de kéfir de agua.
Las especies dominantes en el gránulo de kéfir de agua determinan el aroma, el sabor y la acidez del producto final [8]. Además, la variedad de estas especies depende del origen geográfico de los gránulos, el sustrato y las condiciones de fermentación, como se mencionó antes, lo que coincide con el hecho de que los gránulos de kéfir de agua contienen diferentes tipos de bacterias dominantes principalmente según su origen [8,18]. En diferentes muestras reunidas en el Reino Unido, Estados Unidos y Canadá, se identificaron Actinobacteria, Firmicutes y Proteobacteria. Sin embargo, en las muestras derivadas de Alemania, Lactobacillaceae fueron las más abundantes, seguidas por Bifidobacteriaceae. En las muestras derivadas de Turquía, se identificó un mayor número de L. kefiranofaciens [33]. A pesar de este hecho, todos los factores mencionados anteriormente pueden controlarse y/o modificarse durante la producción para obtener características predefinidas [8].
Otles y Cagindi (2003) enfatizaron que las propiedades sensoriales y químicas del producto final dependen del tipo de sustratos y de la composición microbiana de los gránulos utilizados [44]. Las características químicas que influyen en la calidad sensorial y viceversa también son válidas. Por ejemplo, el kéfir de agua con una mayor concentración de jarabe de Ziziphus jujuba mill (%, v/v) contenía mayores sólidos solubles totales y era más oscuro que la muestra con menor concentración de jarabe (p<0.05) [45]. Puede generalizarse que el color del kéfir de agua cambia de forma aparente durante la fermentación, y se ha reportado que la luminosidad, indicada por el valor $ L^{*} $ , aumenta [46,47].
Después de la fermentación completa, se sabe que los metabolitos principales son ácido láctico y etanol; sin embargo, en cantidades menores también se producen ácido acético, glicerol y manitol. Además, se encontraron algunos compuestos volátiles como acetato de etilo, acetato de isoamilo, hexanoato de etilo, octanoato de etilo y decanoato de etilo [30,48]. Entre todos los compuestos volátiles, se encontró que el acetato de isoamilo, el hexanoato de etilo, el octanoato de etilo y el decanoato de etilo tienen el mayor impacto en el aroma del producto, lo que contribuye a un sabor afrutado floral $ ^{[46]} $ , $ ^{[47]} $ , $ ^{[48]} $ ].
Durante la fermentación del kéfir de agua, cambian las concentraciones de azúcar y sólidos solubles totales (SST, Brix). La sacarosa como sustrato principal se hidroliza en glucosa y fructosa mediante una enzima invertasa producida por las levaduras. El contenido de SST tiende a disminuir junto con el contenido de sacarosa [49]. Además, la producción de ácidos orgánicos disminuye rápidamente el pH, y las concentraciones de ácido láctico y ácido acético aumentan después de 72 h de fermentación [48]. Por lo general, el kéfir de agua preparado con jugos de verduras contiene mayores cantidades de ácido láctico y ácido acético en los productos finales que el kéfir de agua preparado con jugos de frutas [46,47,50]. Según un estudio previo, tanto el kéfir de leche como el de agua fueron fermentados usando los mismos gránulos de kéfir, y las concentraciones de etanol se midieron más altas en el kéfir de agua (hasta 2.14 $ $ 0.12 % p/v), mientras que las concentraciones de ácido láctico fueron menores (hasta 0.16 $ $ 0.01 % p/v) [26]. Por otro lado, el contenido químico del kéfir de agua también depende del tipo e intensidad de los procesos tecnológicos. Por ejemplo, pasteurizar el kéfir de agua aumentó el contenido de acetato y propionato en comparación con las muestras no pasteurizadas después de 6 h (p<0.001). También se encontró que los niveles de butirato eran más altos en las muestras pasteurizadas a las 24 h, mientras que el contenido de amoníaco era menor en las muestras pasteurizadas a las 24 h [51].
Otro componente importante formado durante la producción de kéfir de agua es el kefirán. El kefirán es un polisacárido soluble en agua que contiene cantidades iguales de glucosa y galactosa. Se clasifica como un exopolisacárido encontrado en los gránulos de kéfir y fue descubierto en 1967. Aunque muchos otros microorganismos participan en el proceso, Lactobacillus kefiranofaciens contribuye en mayor medida a la formación de kefirán. En la industria alimentaria, el kefirán se usa por sus propiedades fibrogénicas, importantes en el envasado de alimentos. También mejora la viscosidad de los productos en los que se utiliza. Además, se emplea como espesante, estabilizante, emulsionante, sustituto de grasa y agente gelificante en la industria alimentaria [33]. También tiene efectos hidrocoloides y formadores de espuma [23]. El efecto formador de espuma se considera una causa de la producción de etanol y dióxido de carbono debido al crecimiento de levaduras [23]. El kefirán se considera un material seguro y no citotóxico [33].
El kéfir de agua es preferido principalmente por individuos que tienen alergias, intolerancias o siguen dietas específicas como las dietas veganas, y por quienes no pueden consumir productos lácteos debido a prácticas religiosas [33,46,47,52,53]. Para satisfacer la mayor demanda de bebidas fermentadas no lácteas y crear bebidas más sabrosas y nutritivas, se usan diversos jugos de frutas y verduras (higos secos, uvas, limones, granadas, col, espino, soja, etc.) en la producción tecnológica de kéfir de agua [33,[54],[55],[56]]. La fermentación de gránulos de kéfir con jugos de frutas libera glutatión, ácidos orgánicos y compuestos fenólicos, todos considerados antioxidantes [33,53]. El té negro y el té verde se usan como alternativa a los jugos de frutas y verduras para la producción de kéfir de agua. Las infusiones herbales son ricas en compuestos bioactivos y pigmentos beneficiosos para la salud [57]. El objetivo principal de combinar gránulos de kéfir de agua con diversos extractos herbales o jugos es ampliar la gama de productos de mercado para el gusto de los
consumidores. Se espera que la popularidad y el consumo de bebidas a base de kéfir de agua aumenten de esta manera [31,46,47]. Aunque todavía no es tan popular como se espera, en algunas partes del mundo el kéfir de agua se considera una bebida tradicional. En países latinoamericanos, se usan piña, azúcar moreno, canela y gránulos de kéfir para la producción de “tepache”; en Italia, “kefir d’uva”; y en zonas rurales de Grecia se consume kéfir de agua a base de jengibre [37]. Sin embargo, independientemente del tipo de producto, se ha reportado que la aceptabilidad general del consumidor para el kéfir de agua disminuyó después de almacenarlo durante 21 días a 4 $ ^{} $ [45].
4. Limitaciones del kéfir de agua para el consumo humano
Los principales microorganismos responsables de la fermentación del kéfir de agua son BAL, BAA y levaduras [30], [31], [32]]. No obstante, la cantidad y los tipos de microorganismos varían mucho entre muestras en relación con su origen [30,58]. Estos microorganismos se combinan para formar una estructura transparente y elástica de 5-20 mm de diámetro con enlaces laterales lineales $ $ -1,6 y $ $ -1,3 [34,59].
El principal factor que influye en el proceso de fermentación de la producción de kéfir de agua incluye la falta de disponibilidad de un cultivo definido. Por lo tanto, el método más utilizado en la práctica es el método de retroinoculación, que emplea el uso de un cultivo indefinido y complejo de una fermentación a los ciclos posteriores. Varios autores han investigado el efecto de diferentes cultivos sobre su eficiencia en la fermentación del kéfir de agua y han obtenido resultados variados.
Existen algunas limitaciones para el consumo de kéfir de agua, tanto en el consumo humano como en los procesos tecnológicos. La fermentación inestable y el bajo crecimiento de los gránulos son las principales limitaciones de la producción industrial de kéfir de agua. El reaislamiento de los gránulos es crucial para el siguiente proceso de fermentación [33]. Laureys y De Vuyst (2014) indicaron que los gránulos forman 86 % del kéfir de agua y que, durante el proceso de congelación, los cristales de hielo pueden dañar la estructura polisacárida de los gránulos [48]. Esto también es válido para el proceso de descongelación, y este tipo de daño es generalmente irreversible; la estructura del gránulo no puede restaurarse durante la prefermentación ni la producción [60]. Por esta razón, se han sugerido otros métodos, como congelar gránulos frescos de kéfir de agua en nitrógeno líquido antes del proceso de secado [19]. Otra razón del bajo crecimiento del kéfir son las concentraciones excesivas de sustrato, que producen alto estrés osmótico [60]. Además, los microorganismos probióticos son muy sensibles a estreses fisicoquímicos como pH, acidez, temperatura y conservantes, y estos factores pueden dañar el crecimiento de las especies [33]. Otra limitación es la posible existencia de algunos contaminantes que pueden causar problemas de salud en humanos. El agua preparada o almacenada inadecuadamente puede contaminarse con bacterias indeseadas, mohos u otros patógenos. La contaminación puede ocurrir durante el proceso de fermentación o por prácticas de higiene inadecuadas al manipular los ingredientes o el equipo. Una revisión sistemática reciente examinó trabajos tanto sobre kéfir de leche como de agua y concluyó que las bebidas de kéfir son uno de los bioabsorbentes más eficientes para eliminar contaminantes alimentarios. Además, emplear kéfir como anticontaminante puede ofrecer beneficios como alta eficacia, asequibilidad, simplicidad y especificidad. Como resultado, los bioabsorbentes de kéfir muestran gran promesa para reducir contaminantes de la industria alimentaria y, por tanto, mitigar posibles riesgos para la salud humana [61]. Se estudiaron contaminantes xenobióticos en el kéfir de agua, y se encontró que era seguro para todos los contaminantes, incluidos alquilfenol,
bisfenol y etoxilatos de alquilfenol [62]. Se estudió la capacidad de los gránulos de kéfir de agua para eliminar aflatoxina B1 (AFB1), una micotoxina tóxica, bajo diversas condiciones. Los resultados mostraron que los gránulos de kéfir de agua, dominados por Lactobacillus, Acetobacter y otros microorganismos, eliminaron eficazmente AFB1 en diferentes rangos de pH y temperatura. La eliminación se produjo principalmente por absorción, con 49.63 % de AFB1 retenida después del lavado. El tratamiento con GKA redujo la mutagenicidad inducida por AFB1 y disminuyó los niveles de AFB1 en leche de vaca y sopas de té en más de 54 %, lo que indica su potencial como bioabsorbentes para la detoxificación en alimentos y piensos [63]. Aunque la literatura no presenta riesgos graves para la salud asociados con el kéfir de agua, es muy crucial señalar que deben seguirse medidas de control de calidad. Esto sería beneficioso para evitar/minimizar el riesgo potencial para la salud asociado con el consumo de kéfir de agua. Por lo tanto, es importante seguir medidas de control de calidad en cada punto del sistema alimentario hasta que el producto llegue a los consumidores. Los productores deben seguir prácticas adecuadas de higiene durante la producción y almacenamiento del kéfir de agua, además de usar materias primas alimentarias de alta calidad.
5. Desafíos en la producción de kéfir de agua
Como se mencionó antes, el kéfir de agua se produce fermentando una solución acuosa que incluye frutas (manzana, pera, kiwi, uva, melón, tomate y otras), verduras (cebolla, jengibre, soja, zanahoria, etc.) y una fuente de azúcar usando gránulos de kéfir de agua [8]. Estos gránulos están compuestos aproximadamente por 10-14 % de materia seca, y la temperatura y duración de la fermentación suelen oscilar entre 21 y 30 $ ^{} $ durante 4-8 días, respectivamente [34]. Como no existe un cultivo definido para la producción de kéfir de agua, su producción se ha realizado principalmente a escala doméstica o en condiciones menos asépticas. Numerosos factores afectan los parámetros de producción del kéfir de agua, incluida la fuente del sustrato, las condiciones de fermentación, la no disponibilidad de cultivos definidos y las interacciones de metabolitos. A pesar de estos esfuerzos, el principal desafío es abordar el problema del escalamiento de la producción de kéfir de agua.
Los higos frescos/secos se usan con mayor frecuencia para la producción de kéfir de agua. Se considera que producen una fermentación óptima en comparación con otras frutas porque los primeros consumen glucosa a una velocidad más rápida y mantienen la tasa óptima de producción de diferentes metabolitos como ácido láctico, ácido acético, dióxido de carbono y etanol. Se informa que aproximadamente 30 compuestos diversos se generan durante la fermentación para la producción de kéfir de agua. Los principales factores atribuidos a los higos son su capacidad de actuar como factores promotores del crecimiento, como el calcio, que puede extraerse en agua fría, y su capacidad de resistir tratamientos térmicos moderados [64]. Además, el calcio y la mayor capacidad amortiguadora influyen en el aumento de la masa de gránulos, porque un pH más bajo inhibe el proceso de fermentación al influir en la actividad de la glucansucrasa de BAL, lo que finalmente resulta en menor formación de glucano y de masa de gránulos [65]. Como el higo seco contiene mayores cantidades de calcio que los higos frescos y otras frutas, se cree que el higo es la mejor fuente para la producción de kéfir de agua. Por una razón similar, se informa que el agua dura que contiene más iones de calcio y magnesio es más adecuada para la producción de kéfir de agua. La presencia o ausencia de oxígeno también influye en gran medida en la producción de kéfir de agua. Una de las bacterias dominantes encontradas en el kéfir de agua es BAA, y su proliferación varía con el aumento de la masa de gránulos. Se cree que las BAA crecen tanto en condiciones aeróbicas como anaeróbicas; sin embargo, las primeras condiciones son más propicias para su proliferación. Una mayor proliferación de BAA resulta en una mayor producción de ácido acético y acetato de etilo y una menor
producción de ésteres afrutados, lo que reduce drásticamente el pH y, por tanto, disminuye el crecimiento de los gránulos de kéfir de agua. Además, dependiendo de la fuente del sustrato, el crecimiento de los gránulos de kéfir de agua varía. Las bajas concentraciones de nutrientes durante la producción de kéfir de agua resultan en una actividad metabólica reducida, acompañada por una salida limitada de oxígeno y menor producción de dióxido de carbono. Todas estas actividades son propicias para la proliferación de BAA y resultan en menor crecimiento del kéfir de agua. El contenido de nutrientes también contribuye significativamente a la diversidad del crecimiento de los microorganismos fermentativos [3]. Por ejemplo, altas concentraciones de nutrientes promueven el crecimiento de bacterias BAL, incluidas Lb. nagelii y S. cerevisiae, mientras que bajos nutrientes inhiben el crecimiento de Lb. hilgardii y D. bruxellensis. Debido a los posibles efectos sobre qué especies predominan y los efectos posteriores en las características de la bebida final en términos de metabolitos generados, su concentración y el sabor y aroma finales de la bebida, el sustrato utilizado y las condiciones de fermentación deben considerarse cuidadosamente.
Se usaron gránulos de kéfir de agua que contenían cepas BAL aisladas, incluidas Lb. hilgardii, S. cerevisiae y A. tropicalis, y se estudiaron sus interacciones metabólicas [66]. Así, se informó que el kéfir de agua producido poseía una estructura gelatinosa, y los metabolitos producidos eran principalmente ácido láctico y ácido acético. También se han hecho menos intentos en los que se investigaron cultivos mixtos para la producción de “bebidas similares al kéfir” a partir de frutas [47] y jugos de verduras [46]. Curiosamente, se ha identificado que un cultivo liofilizado comercial contiene Lactobacillus, Lactococcus, Leuconostoc y Saccharomyces con un recuento de $ 1 0^{9} $ UFC $ g^{-1} $ . Además, escalar la producción de kéfir de agua siempre ha seguido siendo el mayor desafío para la industria. Esto se debe principalmente a la no disponibilidad de procesos de fermentación definidos y optimizados, incluidos cultivo iniciador definido, combinación tiempo-temperatura de fermentación y técnicas de conservación. Estos resultados en la calidad variada de las bebidas de kéfir de agua obstaculizan la posibilidad de escalamiento a nivel industrial. El único informe disponible en la literatura relacionado con el escalamiento de la producción de kéfir de agua es una fermentación por lotes de 6 L [60]; sin embargo, los desafíos reportados con este experimento incluyeron crecimiento limitado de los gránulos y condiciones de fermentación inestables. Además, los gránulos almacenados a temperatura de congelación profunda de aproximadamente $ -1 8 $ a $ -2 0 $ $ ^{} C $ dañaron irreversiblemente la estructura, que no pudo recuperarse incluso después del método de retroinoculación [67]. Además, las industrias emplean principalmente el uso de agua desmineralizada, que generalmente carece de calcio y tiene baja capacidad amortiguadora. El uso de tela de muselina durante el proceso de fermentación también permite que el proceso esté en modo aeróbico, lo que finalmente resulta en mayor proliferación de BAA, inhibiendo así el crecimiento de los gránulos de kéfir de agua [21].
Aunque existen algunos desafíos en la producción de kéfir de agua, como se mencionó anteriormente, se ha convertido en una bebida popular porque es apropiada para dietas basadas en plantas, veganas o sin lactosa. Diferentes tipos de alimentos pueden usarse para obtener kéfir de agua, lo que da lugar a diferencias en sabor y aroma. Esto permite a los productores ofrecer diversas opciones a los clientes y aumentar su aceptación del kéfir de agua. Las tendencias del mercado han mostrado que el creciente consumo de kéfir de agua está estrechamente vinculado con una mayor conciencia del consumidor sobre los beneficios de la fermentación y la disponibilidad creciente de probióticos en diversos productos alimentarios [6,68]. Un estudio informó que la aceptación del consumidor del kéfir de agua es positiva, con 53 % de agrado por el producto y 50 % dispuesto a comprarlo [69]. Se pronostica que el mercado global de kéfir, valorado en 1.23 mil millones de dólares en 2019, alcanzará 2.40 mil millones de dólares para 2032 [70].
Algunos estudios han proporcionado bebidas novedosas usando kéfir de agua como base [71]. Este estudio tuvo como objetivo comprender los aspectos fisicoquímicos, reológicos y sensoriales de una bebida de jugo de zanahoria enriquecida con suero (proporciones jugo de zanahoria:suero de 100:0; 95:5; 85:15; 75:25; 65:35) fermentada con kéfir de agua o cultivos iniciadores de leche durante 21 días a $ 4 $ $ ^{} C $ . Los valores de densidad, pH y sólidos solubles totales generalmente disminuyeron con tiempos de almacenamiento más largos para todas las muestras estudiadas. Sin embargo, a medida que se extendieron los tiempos de almacenamiento, aumentaron las cantidades de etanol, sólidos disueltos totales y grado de fermentación. Además, se descubrió que cada muestra modelo mostraba comportamiento pseudoplástico. Todas las muestras, independientemente del cultivo iniciador utilizado, fueron consideradas más aceptables cuando incluían 25 % (% p/p) de suero [71]. Koh et al. (2018) exploraron la posibilidad de elaborar una nueva bebida de kéfir de agua a partir de calabaza fermentada. Para crear una bebida a base de calabaza, se reportaron como ideales las concentraciones de puré de calabaza y azúcar moreno de 22.28 y 9.07 % p/v, respectivamente. La mezcla se fermentó luego durante 24 h a $ 32 ,^{} C $ usando gránulos de kéfir de agua. Se mostró que la bebida de kéfir de agua elaborada con calabaza fermentada era libre de alcohol y tenía gran viabilidad celular de levaduras- $ 10^{9} $ $ AAB $ - $ 10^{9} $ , y Lactobacillus- $ 10^{12} $ UFC mL $ ^{-1} $ [72]. Usando olivas rusas, se estudió un producto novedoso de kéfir de agua con alta actividad antioxidante y posibles actividades probióticas. Se encontró que las condiciones óptimas de fermentación eran una temperatura de incubación de $ 31.2 ,^{} C $ , una duración de 24 h y una concentración de 30 % de jugo de oliva rusa, que tuvo el mayor contenido fenólico total, actividad antioxidante y supervivencia microbiológica de microorganismos de kéfir de agua [73].
Además de los enfoques novedosos hacia bebidas de kéfir de agua, se han sugerido técnicas innovadoras de fermentación (selección de cepas, métodos de encapsulación para mejorar la estabilidad probiótica y la vida útil) para superar los desafíos asociados con la producción de kéfir de agua. Se ha propuesto el desarrollo de una nueva cultura de kéfir mediante la microencapsulación de bacterias dominantes en gránulos de kéfir, ofreciendo mejor estabilidad y control sobre los procesos de fermentación [73,74]. Este estudio tuvo como objetivo encapsular microorganismos de kéfir de agua y compuestos bioactivos en kéfir de agua de oliva rusa usando secado por aspersión como método de encapsulación, desarrollando así un polvo funcional simbiótico. Estos resultados fueron prometedores en términos de características fisicoquímicas y microbianas [74]. Además, el método de retroinoculación se ha establecido para la producción a gran escala de bebidas de kéfir, aumentando significativamente la producción mientras se mantienen las características microbiológicas, nutricionales y fisicoquímicas [75].
6. Aspectos de salud del consumo de kéfir de agua
Se sabe que el kéfir de agua tiene varios beneficios para la salud, incluidas actividades antimicrobianas, antiinflamatorias, antiulcerogénicas y antioxidantes, reducción del estrés oxidativo, inmunomodulación, efectos anticancerígenos y antiobesidad, que se han demostrado en muchos estudios clínicos y preclínicos [8,11,33,37,51,55,66,[76], [77], [78]]. Se encontró que el kéfir de agua tiene un efecto protector contra la alteración de la barrera intestinal inducida por inflamación. Después del consumo de agua, aumentaron la producción beneficiosa de ácidos grasos de cadena corta (AGCC) y las especies de Bifidobacterium en el intestino, mientras que disminuyeron los compuestos excesivos de fermentación proteolítica. La pasteurización del kéfir de agua pareció potenciar estos efectos beneficiosos para la salud mencionados [51].
Se ha informado que los gránulos de kéfir de agua demuestran actividad antimicrobiana contra microorganismos patógenos como Candida albicans, Salmonella typhi, Shigella sonnei, Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Listeria monocytogenes, Streptococcus pyogenes, Streptococcus salivarius y Pseudomonas aeruginosa [31]. Esto puede lograrse mediante la adhesión de estos microorganismos a la mucosa intestinal [37]. En otras palabras, la actividad antimicrobiana del kéfir de agua se debe a la presencia de ácidos propiónico, cítrico y málico en el kéfir de agua, que aumenta la acidez intestinal e inhibe el crecimiento de patógenos [79]. Silva et al. (2009) demostraron que los gránulos de kéfir de agua obtenidos al final de la fermentación de azúcar moreno inhibieron significativamente la actividad reproductiva de Candida albicans después de 144 h [80].
El efecto detoxificante de los gránulos de kéfir de agua sobre iones de metales pesados se ha demostrado en algunos estudios [38,81]. Alsayadi et al. (2013) encontraron que el kéfir de agua podía reducir el complejo $ ^{3+}/ $ a la forma ferrosa [38]. Los gránulos pueden interactuar con iones de metales pesados disueltos en una solución acuosa, y su actividad metabólica parece depender del contenido de azúcar, el tiempo de contacto, el pH, el tampón y la proporción gránulo de kéfir-solución metálica. Sin embargo, estos iones de metales pesados podrían absorberse en la superficie del gránulo solo en presencia de sacarosa. Además, se encontró que si el valor inicial de pH es demasiado bajo (3.5), los iones metálicos pueden permanecer en la solución. En cambio, si el pH inicial es demasiado alto (6.0), los iones metálicos parecen adsorberse rápidamente [81].
Los antioxidantes son sustancias que neutralizan los efectos negativos para la salud de los radicales libres o especies reactivas de oxígeno que dañan las células [37,38]. Alsayadi et al. (2013) identificaron la actividad antioxidante del kéfir de agua examinando la actividad de eliminación del radical 2,2-fenil-1-picrilhidrazil (DPPH), la inhibición de la autooxidación del ascorbato y la actividad de poder reductor. La actividad de eliminación de DPPH se encontró entre 9.88-63.17 %, mientras que la inhibición de la oxidación del ascorbato se observó entre 6.08-25.57 % [38]. Se cree que los derivados de ácidos fenólicos y flavonoides en el kéfir de agua son responsables de la capacidad antioxidante [16]. Se sabe que las bebidas de kéfir de agua que tienen una base de jugos de frutas o verduras presentan una actividad antioxidante mejorada [37]. Además, la actividad captadora del kéfir de agua con jugo de fruta fermentado parece ser 10 % mayor que la del kéfir preparado con puré de fruta [82].
El kefirán tiene un efecto particularmente hipocolesterolémico y hepatoprotector en la salud humana [33]. El efecto del kefirán en la reducción del colesterol sérico fue respaldado por un estudio [83]. Parece que el kefirán solo no puede inhibir la absorción del colesterol en el alimento en sí, pero limita la circulación enterohepática del colesterol en el intestino, y esto puede prevenir trastornos hepáticos causados por el colesterol sérico. También se ha demostrado que tiene un efecto positivo en trastornos hepáticos y disminuye la histamina intestinal, reduciendo la intolerancia a la histamina. También puede usarse como agente cicatrizante para curar algunas infecciones debido al aumento de la producción de interferón $ $ -cortisol y noradrenalina en células humanas [33]. El kefirán puede aumentar el número de bifidobacterias en el colon y mejorar el sistema inmunitario [83].
Las bacterias ácido lácticas, que abundan en el kéfir de agua, tienen efectos hepatoprotectores en modelos animales $ [ [ 8 4 ] ] $ $ [ 8 5 ] $ $ [ 8 6 ] $ . Específicamente, Lb. plantarum AR501 mejora el estado antioxidante en ratones con lesión hepática. Cuando Lb. plantarum AR501 se administró oralmente a ratones lesionados in vivo, mejoró su estado antioxidante al reducir la peroxidación lipídica y restaurar la actividad de enzimas antioxidantes. Mientras tanto, la expresión génica del factor nuclear eritroide 2 relacionado
con el factor 2 (Nrf2) del grupo Lb. plantarum AR501 se elevó notablemente. Esto llevó a la regulación al alza de múltiples genes antioxidantes en el hígado de ratones, incluida hemo oxigenasa-1, NAD(P)H:quinona oxidorreductasa-I, glutatión S-transferasa y glutamato cisteína ligasa [84].
Afifudin (2019) demostró los efectos hepatoprotectores del kéfir de agua. El hígado es el órgano más crítico para el metabolismo lipídico [87]. Si la concentración de lípidos supera cierto nivel, los niveles de la antioxidante superóxido dismutasa (SOD) comienzan a disminuir. Este antioxidante es conocido por su efecto hepatoprotector y disminuye el riesgo de enfermedades hepáticas. En este estudio, una muestra de 15 ratas macho (Rattus norvegicus) se alimentó ad libitum durante 8 semanas. Se administró yema de huevo de codorniz (5 mL/200 g de peso corporal) a otros grupos (segundo y tercero) durante 4 semanas. Durante las siguientes 4 semanas, al tercer grupo también se le dieron 5 mL de kéfir de agua a base de naranja por cada 200 g de peso corporal. El tercer grupo, al que se administró kéfir de agua de naranja, tuvo niveles significativamente más altos de actividad SOD en el hígado [87]. En otro estudio, se investigó el efecto hepatoprotector del kéfir de agua en ratas Sprague-Dawley. Las ratas se dividieron en cuatro grupos y recibieron diferentes dosis de kéfir de agua con solución de azúcar (solución de azúcar de 1, 2 y 3 mL, respectivamente) durante siete días. Posteriormente, se administró a las ratas una dosis subletal de acetaminofén (640 mg/kg) para crear daño hepatocelular. El efecto hepatoprotector del kéfir de agua se midió mediante los niveles de aspartato aminotransferasa (AST) y alanina aminotransferasa (ALT). Los resultados mostraron que el kéfir de agua disminuyó significativamente los niveles de AST y ALT $ ( p<0.05) $ , lo cual es responsable del efecto hepatoprotector. Además, cuanto más kéfir de agua se administró (3 mL), mayores fueron los efectos reductores de AST y ALT. Se cree que el kéfir de agua afecta los niveles de AST al proteger las mitocondrias del estrés oxidativo inducido por la toxicidad del acetaminofén y mantener la integridad de la membrana mitocondrial [88].
El consumo de kéfir de agua redujo la proliferación, migración e invasión de células 4T1 en ratones. A ratas con células cancerosas 4T1 se les administró agua de kéfir durante 4 semanas. Se encontró que el agua de kéfir era citotóxica hacia células 4T1 a $ _{50} $ (concentración inhibitoria media máxima) de 12.5 y 8.33 mg/mL durante 48 y 72 h, respectivamente. El tamaño y peso del tumor (0.9132 $ $ 0.219 g) disminuyeron significativamente y las células T cooperadoras (5 veces) y las células T citotóxicas (7 veces) aumentaron en el grupo tratado con agua de kéfir. La tasa de metástasis en pulmón y médula ósea y las citocinas relacionadas con el tumor también fueron menores en el grupo de ratas que en el grupo control. Además, los marcadores proinflamatorios y proangiogénicos se redujeron significativamente en el grupo tratado con agua de kéfir [89]. Soares et al. (2021) confirmaron el potencial terapéutico del kéfir de agua en el cáncer de mama mediante un estudio de revisión integradora [90].
Se estudiaron los efectos gastroprotectores del kéfir de agua sobre la inducción de úlceras con etanol ácido en ratas macho. El pretratamiento con kéfir de agua continuó durante 14 días. Ratones macho (C57BL/J6) se separaron en cinco grupos: el grupo control recibió vehículo sin inducción de úlcera; el grupo ulcerado recibió vehículo; el grupo lansoprazol recibió 30 mg/kg/día de lansoprazol; y los grupos de kéfir de agua (WK15 y WK30) recibieron KA en una dosis de 0.15 o 0.30 mL/kg/día, respectivamente. La gastroprotección se midió por área de úlcera, índice de úlcera y porcentaje de reducción de úlcera. El pretratamiento con kéfir de agua tuvo un efecto gastroprotector similar al del lansoprazol. Se pensó que el efecto gastroprotector era resultado de la disminución del estrés oxidativo debido al consumo de kéfir de agua. El consumo de kéfir de agua también disminuyó
la oxidación de proteínas y aumentó la actividad de SOD y catalasa. El kéfir de agua aumentó la actividad de la enzima antioxidante y previno lesiones gástricas inducidas por etanol acético. El kéfir de agua también previno el daño a la mucosa gástrica inducido por el consumo de alcohol en animales [76].
Se investigó el efecto del kéfir de agua a base de naranja sobre los niveles de malondialdehído (MDA) en los riñones de ratas hiperlipidémicas. Durante la investigación, las ratas se dividieron en 3 grupos: K+ (grupo control positivo), K (grupo control negativo) y B (grupo intervenido). K+ y B recibieron yema de huevo de codorniz durante 4 semanas (5 mL/200 g PC); el grupo K fue alimentado ad libitum. Durante las siguientes 4 semanas, los grupos K+ y K solo fueron alimentados ad libitum, y al grupo B se le dio kéfir de agua combinado con jugo de naranja a cada rata como 5 mL/200 g PC (50 % kéfir de agua-50 % jugo de naranja). El grupo de ratas hiperlipidémicas alimentado con kéfir de agua de naranja mostró niveles mejorados de MDA en el tejido renal. Se concluyó que el kéfir de agua puede proteger contra el daño celular renal, que puede causar trastornos metabólicos [91].
La diabetes mellitus tipo 2 (DM2) es una enfermedad sistémica crónica que constituye un problema global de salud pública [92]. La diabetes afecta al 10.5 % de la población adulta (20-79 años), y casi la mitad de los afectados desconoce la enfermedad. Según la Federación Internacional de Diabetes (IDF), uno de cada ocho adultos, o aproximadamente 783 millones de personas, tendrá diabetes para 2045, un aumento de 46 % [93]. La diabetes tipo 2 afecta a más del 90 % de las personas con diabetes y es causada por variables socioeconómicas, demográficas, ambientales y genéticas. Sin embargo, la diabetes puede reducirse implementando medidas preventivas para la DM2 y proporcionando diagnóstico temprano y buena atención para todos los tipos de diabetes [93]. Además, se ha demostrado que el kéfir de agua podría tener un impacto beneficioso en la DM2 [94]. En un estudio previo, ratas Wistar adultas fueron inducidas a diabetes mediante inyección intraperitoneal de estreptozotocina. A un grupo se le dio kéfir en el agua (concentración de 10-30 %) durante 5 semanas. Se midieron peso corporal, glucosa sérica y niveles de lípidos. Se observó un aumento del peso corporal y perfiles mejorados de lípidos (colesterol total, triglicéridos, lipoproteínas de baja densidad y lipoproteínas de muy baja densidad) y glucosa en ratas diabéticas en comparación con el grupo control [95]. Otro estudio encontró que el consumo de kéfir de agua de coco filipino reduce los niveles de colesterol mediante la actividad de hidrolasa de sales biliares [96]. En un estudio de diseño de bloques aleatorizados, se investigó el efecto antihiperglucémico del kéfir de agua frente a la metformina en ratones diabéticos inducidos por aloxano. El aloxano fue inducido (65 mg/kg de peso corporal) en 75 ratones adultos hembras y machos (peso corporal entre 35 y 50 g). Los niveles séricos de glucosa se registraron al final de la primera hora, y los ratones con un nivel de glucosa superior a 200 mg/mL se clasificaron como diabéticos. Luego, los ratones se dividieron en cinco grupos de tratamiento: control negativo, control positivo, consumo de kéfir de agua de dosis baja, dosis media y dosis alta. El consumo de kéfir de agua redujo significativamente los niveles séricos de glucosa en el grupo que recibió dosis media y alta en las siguientes 0.5, 1, 2 y 3 h. En el grupo de tratamiento de dosis baja no se observó efecto antihiperglucémico [97]. En otro estudio se demostró que el kéfir de agua mejora los perfiles lipídicos séricos y hepáticos de ratas [98].
Más recientemente, se evaluó el potencial antidiabético de Lb. paracasei aislado de gránulos de kéfir de agua de Malasia, que previamente se había encontrado que tenía cualidades probióticas sobresalientes y actividades antioxidantes significativas. Para crear un modelo de DM2, se realizó inducción con dieta alta en grasa/estreptozotocina, seguida de tratamiento con Lb. paracasei aislado de gránulos de kéfir de agua. Después de 14 semanas, los grupos tratados con Lb. paracasei mostraron menor intolerancia a la insulina en comparación con ratones diabéticos no tratados. Además, en ratones diabéticos, el tratamiento con
Lb. paracasei de gránulos de kéfir de agua alteró la expresión de numerosos genes involucrados en la homeostasis de la glucosa y el metabolismo lipídico, así como redujo el estrés oxidativo causado por la hiperglucemia [94].
Existe menos evidencia científica enfocada en los efectos del consumo de kéfir de agua sobre la salud humana. Por ejemplo, $ $ -galactosidasa es una enzima que hidroliza la lactosa en glucosa y galactosa, lo que podría usarse en el tratamiento de la intolerancia a la lactosa. En particular, se mostró que el kéfir de agua de coco es una fuente rica de microorganismos productores de $ $ -galactosidasa, que pueden ser útiles para tratar la intolerancia a la lactosa [99]. Otro posible beneficio para la salud del consumo de kéfir de agua es su efecto neuroprotector. Kumar et al. (2021) encontraron que el kéfir de agua mostró una capacidad neuroprotectora contra el estrés oxidativo inducido por $ {2} {2} $ en células diferenciadas de neuroblastoma humano (SH-SY5Y) [100].
Además de todos los efectos de salud antes mencionados, cada miembro de la comunidad microbiana de los gránulos de kéfir de agua tiene un efecto específico en la salud. Lb. paracasei, aislado del kéfir de agua, mostró tener efectos antimicrobianos, antifúngicos y antioxidantes sobre la salud humana [11]. Se encontró que la cepa Lb. rhamnosus GG tiene un efecto antidiabético. Una dieta suplementada con Lactobacillus Mali APS1, aislado de gránulos de kéfir azucarado, fue efectiva para mantener los niveles de glucosa en sangre en ratas obesas [101,102]. Lacticaseibacillus casei, Lb. acidophilus y Bifidobacterium longum tienen efectos hipocolesterolémicos [103]. Lb. Mali K8 toleró grados bajos de pH como 2.5 y fue resistente a los efectos dañinos de las sales biliares, pepsina y pancreatina [102]. Existe una gran variedad de otros beneficios para la salud de los microorganismos existentes en los gránulos de kéfir de agua, como inmunomodulación, efectos antialérgicos, antiobesidad, anticolitis, antiasmáticos, regulación de células T, impulso de la pérdida de peso y mantenimiento de la homeostasis de glucosa [104], [105], [106], [107]]. Una lista de todos los posibles efectos de salud del consumo de kéfir de agua se muestra en la Tabla 2.
Tabla 2.
Posibles efectos sobre la salud del consumo de kéfir de agua.
| Constituyente/consumo de kéfir de agua | Posible(s) efecto(s) sobre la salud | Referencias |
| Exopolisacáridos | Los exopolisacáridos de gránulos de kéfir de agua mostraron actividad antibacteriana contra Escherichia coli y Staphylococcus aureus | [108] |
| Consumo de kéfir de agua | Agente detoxificante frente a iones de metales pesados | [109] |
| Consumo de kéfir de agua | Potencia antimicrobiana contra Bacillus subtilis,Bacillus pumilus,Staphylococcus aureus,Escherichia coli,Pseudomonas aeruginosa y especies de Candida albicans | [56] |
| Constituyente/consumo de kéfir de agua | Posible(s) efecto(s) sobre la salud | Referencias |
| Lentilactobacillus hilgardii,Lacticaseibacillus paracasei,Liquorilactobacillus satsumensis,Lactobacillus helveticus y Lentilactobacillus kefiri | Probióticos potenciales, incluida buena supervivencia en ambientes ácidos y biliares, actividad de hidrolasa de sales biliares, actividad antioxidante, no citotoxicidad y alta adhesión a células Caco-2, y ausencia de genes de virulencia o resistencia antimicrobiana | [58,110] |
| Saccharomyces paradoxus y Saccharomycodes ludwigii | Pueden sobrevivir bajo condiciones que simulan el tracto gastrointestinal, adherirse a mucina en altos porcentajes; excelente actividad antioxidante y potencial probiótico; sensibles a antimicóticos, excepto Saccharomycodes ludwigii | [111] |
| Consumo de kéfir de agua | Promovió la abundancia de Bacteroidetes; aumentó concentraciones de acetato, propionato y butirato; glucanos hidrolizados de Liquorilactobacillus satsumensis tienen propiedades prebióticas | [110] |
| Lactobacillus mali,Lactobacillus casei,Leuconostoc mesenteroides,Gluconobacter hansenii y Saccharomyces cerevisiae | Efecto antihiperglucémico | [112] |
| Consumo de kéfir de agua | Actividad captadora de DPPH (9.88-63.17 %); inhibe la oxidación de ascorbato (6.08-25.57 %); fuente de antioxidantes naturales | [38] |
| Consumo de kéfir de agua | Efectos hipoglucémicos e hipolipidémicos | [95] |
| BAL aisladas de kéfir de agua de coco filipino | Probióticos económicos, seguros y eficientes con propiedades reductoras del colesterol | [96] |
| Consumo de kéfir de agua | Capacidad reductora de metales pesados | [81] |
| Lactobacillus maliK8 | Caracterización del potencial probiótico in vitro, resistencia antibiótica, actividad hemolítica, tolerancia a pH 2.5 y resistencia a sales biliares, pepsina y pancreatina, comparable a la de Lactobacillus rhamnosus GG ATCC 53103 (cepa de referencia). | [102] |
| Lactobacillus maliAPS1 | Mejoró la esteatosis hepática modulando el metabolismo lipídico y la actividad antioxidante mediante la manipulación de microbiota intestinal específica asociada a NAFLD in vivo | [105] |
| Consumo de kéfir de agua | Mejoró el perfil lipídico | [98] |
| Constituyente/consumo de kéfir de agua | Posible(s) efecto(s) sobre la salud | Referencias |
| Consumo de kéfir de agua de naranja | Aumentó significativamente la actividad de superóxido dismutasa en el tejido hepático de ratas hiperlipidémicas | [87] |
| Consumo de kéfir de agua de naranja | Mejoró el nivel de malondialdehído en tejido renal del modelo de rata hiperlipidémica, protector contra daño celular renal que puede conducir a trastorno metabólico. | [91] |
| Consumo de kéfir de agua | Aumentó la actividad de enzimas antioxidantes, previniendo lesiones gástricas contra el modelo de úlcera HCl/etanol al mantener el rendimiento antioxidante en tejido gástrico | [113] |
| Consumo de kéfir de agua | Capacidad antioxidante | [95] |
| Consumo de kéfir de agua | Actividades hipocolesterolémicas y hepatoprotectoras; la fermentación operada por gránulos de kéfir sobre fruta libera glutatión, ácidos orgánicos y compuestos fenólicos, todos los cuales actúan como antioxidantes | [33] |
| Consumo de kéfir de agua | Los efectos antioxidantes, antiapoptóticos y neuroprotectores están mediados por la regulación al alza de superóxido dismutasa y catalasa, así como por la modulación de genes apoptóticos (Tp73, Bax y Bcl-2). | [100,113] |
| Consumo de kéfir de agua | Efecto preventivo y utilización en el tratamiento de insuficiencia hepática aguda causada por acetaminofén | [114] |
| Lactobacillus sp. | Efecto probiótico | [16] |
| Consumo de kéfir de agua | Aumentó la producción beneficiosa de ácidos grasos de cadena corta a nivel microbiano, redujo compuestos perjudiciales de fermentación proteolítica y aumentó la abundancia del género Bifidobacterium; los beneficios observados aumentan por pasteurización, los productos pasteurizados mejoran la alteración de la barrera epitelial intestinal inducida por inflamación y aumentan IL-10 e IL-1β en comparación con el grupo control | [51] |
| Consumo de kéfir de agua | Gastroprotección contra úlceras inducidas por HCl/etanol, muy similar al pretratamiento con lansoprazol; disminuyó la oxidación proteica mientras aumentó la actividad de superóxido dismutasa y catalasa, aumentó enzimas antioxidantes | [76] |
| Constituyente/consumo de kéfir de agua | Posible(s) efecto(s) sobre la salud | Referencias |
| Consumo de kéfir de agua | Efectos antibacterianos, antiinflamatorios, antidiabéticos, antihiperlipidémicos, antiulcerogénicos y antioxidantes | [34,77,115] |
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Además de los posibles efectos sobre la salud del kéfir de agua, es crucial señalar las regulaciones relacionadas con el kéfir de agua. Las regulaciones globales de alimentos y bebidas fermentados, incluidas las Normas del Codex Alimentarius, han sido cubiertas ampliamente en la literatura [116]. Como el kéfir de agua es una bebida fermentada, existen diferentes regulaciones según el país. En la Unión Europea, el kéfir de agua se comercializa como producto probiótico bajo regulaciones de seguridad alimentaria, aunque no está listado explícitamente en el codex alimentario [6]. En Estados Unidos, el kéfir de leche está listado bajo “Code of Federal Regulations, Title 21: Food and Drugs” [117]. En Australia, el kéfir de agua está regulado bajo “Standard 2.6.2 Non-alcoholic beverages and brewed soft drinks, classified within the Brewed soft drink category”. Según esta norma, el producto debe producirse mediante un proceso de fermentación usando agua, azúcar y uno o más extractos o infusiones de frutas o verduras. Además, no debe contener más de 1.15 % de alcohol por volumen [118].
7. Conclusión
El kéfir de agua es una bebida fermentada con una composición y diversidad microbiana únicas. A diferencia del kéfir de leche, el kéfir de agua se produce a partir de gránulos de kéfir de agua y diversos sustratos, incluidos azúcar, frutas y melaza. La composición microbiana del kéfir de agua incluye BAL, levaduras y BAA, y depende de muchos parámetros como origen, sustrato y condiciones de fermentación. Las especies de Lactobacillus, particularmente Lb. hilgardii y Lb. nagelii, se encuentran comúnmente en gránulos de kéfir de agua y contribuyen al aroma, sabor y acidez del producto final. La elección del sustrato influye en la comunidad microbiana y las propiedades químicas del kéfir de agua. El proceso de producción, incluido el tiempo y la temperatura de fermentación, también afecta la diversidad microbiana. El kéfir de agua ofrece una alternativa viable a las bebidas fermentadas a base de lácteos para individuos con alergias, intolerancias o preferencias dietarias específicas, y se ha asociado con varios beneficios para la salud, incluidas actividades inmunomoduladoras y hepatoprotectoras. Sin embargo, existen algunos desafíos en la producción de kéfir de agua, como fermentación inestable, bajo crecimiento de los gránulos y sensibilidad de los microorganismos probióticos a estreses fisicoquímicos. Los contaminantes y la manipulación inadecuada también pueden representar riesgos para la salud. Superar estos desafíos requiere un control cuidadoso de las condiciones de fermentación, manejo y almacenamiento adecuados de los gránulos, así como adherencia a estándares de calidad y seguridad. Las necesidades de investigación futura podrían incluir investigaciones sobre procesos de fermentación optimizados, desarrollo de cultivos definidos y estandarización de métodos de producción para asegurar una calidad constante de las bebidas de kéfir de agua. Además, el uso de métodos independientes de cultivo, como la secuenciación de nueva generación, puede proporcionar una comprensión más profunda de la composición microbiana del kéfir de agua y sus posibles aplicaciones en salud y nutrición, además de avances tecnológicos para superar problemas
relacionados con la producción de kéfir de agua. Por último, dado que existe una gran brecha en estudios humanos, ensayos en humanos bien diseñados podrían explorar los mecanismos detrás de los beneficios observados para la salud del kéfir de agua y sus posibles aplicaciones en diversas condiciones de salud.
Declaración de disponibilidad de datos
Los datos que se recopilaron y analizaron durante este estudio están contenidos en este artículo publicado, y los datos que se usaron para respaldar los hallazgos de esta revisión están listados en las referencias al final del artículo.
Financiamiento
La publicación de este artículo fue financiada por el Fondo de Acceso Abierto de la Leibniz Universität Hannover.
Declaración de contribución de autoría CRediT
Eda Bozkir: Redacción - revisión y edición, Redacción - borrador original, Conceptualización. Birsen Yilmaz: Redacción - revisión y edición, Redacción - borrador original, Conceptualización. Heena Sharma: Redacción - revisión y edición, Redacción - borrador original, Conceptualización. Tuba Esatbeyoglu: Redacción - revisión y edición, Redacción - borrador original, Supervisión, Conceptualización. Fatih Ozogul: Redacción - revisión y edición, Redacción - borrador original, Supervisión, Conceptualización.
Declaración de intereses contrapuestos
Los autores declaran que no tienen intereses financieros contrapuestos conocidos ni relaciones personales que pudieran haber parecido influir en el trabajo reportado en este artículo.
Agradecimiento
Este trabajo fue apoyado por el Consejo de Investigación Científica y Tecnológica de Turquía (TUBITAK); subvención No: 123N064 (PRIMA Programme Section 2) y el programa PRIMA bajo el proyecto InnoSol4Med (Project ID 1836). El programa PRIMA es apoyado por la Unión Europea. Los autores agradecen a COST Action 20128 PIMENTO - Promoting Innovation of ferMENTed fOods (https://fermentedfoods.eu/, https://www.cost.eu/actions/CA20128/, consultado el 24 de mayo de 2024), donde TE forma parte del comité de gestión y es miembro de los grupos de trabajo 3. COST es una agencia de financiación para redes de investigación e innovación.
Información de colaboradores
Eda Bozkir, correo electrónico: eda.bozkir@gmail.com.
Birsen Yilmaz, correo electrónico: dytbirsen@gmail.com.
Heena Sharma, correo electrónico: s.heenavet@gmail.com.
Tuba Esatbeyoglu, correo electrónico: esatbeyoglu@foh.uni-hannover.de.
Datos asociados
Esta sección recopila cualquier cita de datos, declaraciones de disponibilidad de datos o materiales suplementarios incluidos en este artículo.
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