La vainilla es cada vez más escasa y cara, siendo el 99% de la vainilla que consumimos, versiones sintéticas de la vanilina, un compuesto orgánico, que es el principal componente del sabor a vainilla. La producción de vanilina a partir de la planta es muy escasa (apenas unas 40-50 Toneladas/año), convirtiéndola en la tercera especie más cara del mundo (detrás del azafrán y el cardamomo), mientras que la producción de vanilina de forma sintética, asciende a más de 16-20.000 Toneladas/año y va en incremento.

Prácticamente el 99% de la vainilla que consumimos es «artificial», ya que la producción de la vainilla «natural» es escasa y muy cara, convirtiéndola en la tercera especie más cara detrás del azafrán y el cardamomo. Esto se debe en parte, a que de las 110 especies del género Vanilla, apenas se explotan comercialmente 3 o 4 y en unas zonas geográficas muy determinadas, debido a las necesidades de luz, agua, clima, los elevados cuidados que requiere la planta y el bajo rendimiento por cultivo.

Mientras que los extractos de la vanilina (el componente primario de la vaina de la vainilla y que da el sabor de vainilla) obtenidos de las vainas de la planta está en unos 4.000 dólares/kilo, la vanilina natural obtenida de producción microbiana está en unos 1000 dólares/kilo, el equivalente sintético e idéntico a la vanilina de la planta; obtenido a partir del guayacol; un derivado del petróleo, está en unos 11-15 dólares/kilo.

A pesar de esta diferencia de precio, el sabor de la vainilla natural no es comparable al sintético o al obtenido por producción microbiana, ya que en las vainas curadas de la vainilla hay más de 200 componentes químicos diferentes, frente a 2 en el caso de las alternativas (vanilina y azúcar). (Schrader et al., 2004; Serra et al., 2005; Palama 2010).

** Nota: Puede que leas que el kilo de vainilla natural está a 30 dólares, aunque a esos 30 dólares lo que se venden las vainas de las que se extrae luego la vanilina.

¿Por qué es tan cara y escasa la vainilla natural?

A pesar de que el género Vanilla tiene unas 110 especies, apenas se cultivan 3 especies de forma comercial y en estas tres especies, se requieren unas especiales condiciones de temperaturas diurnas y nocturnas, un rango de altitud determinado, condiciones de luz determinadas, elevada humedad, poder crecer sobre otro árbol además de que la polinización es compleja (puede hacerla un tipo de abejas determinadas), pero en la mayoría de los casos esta polinización; que es en realidad una autopolinización, hay que realizarla a mano.

La orquídea de la vainilla, evolucionó para producir vanilina, un glucósido que se almacena en la planta para protegerse contra los patógenos. Es en la curación de las vainas de vainilla, cuando se convierte el glucósido a glucosa y posteriormente a vanilina, siendo una especie de cristales/fibras blancas en el exterior de las vainas, que apenas representa el 2% de su peso seco.

Vainas de vainilla con los cristales/fibras de vanilina; que es de donde se obtiene el sabor de la vainilla – Fotografía de Bakto Flavors

Un ejemplo de la complejidad de la obtención de la vainilla natural, es que las vainas de la vainilla tienen que pasar entre 9 y 10 meses después de la polinización y ser curados durante meses hasta que se inicia el proceso enzimático para obtener el glucósido que finalmente queda en las vainas de vainilla.

Además, el rendimiento es muy bajo ya que para producir 1 kilogramo de vainilla de la propia planta, se requieren cerca de 500 kilogramos de vainas de vainilla, que corresponden a la polinización de unas 40.000 flores, lo que deriva que apenas el 1% de la producción mundial de vainilla sea de las vainas de la planta (Hansen et al. 2009).

Las tres especies comerciales que comentábamos anteriormente son: i) V. planifolia, la de mejor calidad y que representa el 90-95% de la producción mundial entre Indonesia, China, México, Madagascar (produce en torno al 60% de la Vainilla mundial), Comores y Reunión (siendo estos tres países productores del cultivar Bourbon); ii) V. pompona, cultivada en Florida, México, Costa Rica, Panamá y las Antillas Menores y iii) V. tahitensis, cultivada en Tahití y otras islas de la Polinesia, con un eculiar sabor a anís y a pimienta.

El gusto puede variar según el país de origen, el proceso de cultivo (se está introduciendo la producción intensiva mediante invernaderos; aunque se pierde calidad), la madurez de la vainilla al momento de la cosecha y el proceso de secado y curación utilizados, lo que hace variar fuertemente el precio final de la vainilla.

Además, que sea un mercado bastante restringido por las especiales condiciones de producción y los pocos países productores, hace que esté sometido a una gran inestabilidad en el precio; aunque generalmente bastante elevado, debido a la meteorología y la especulación.

Un ejemplo de la meteorología, fue en el año 2000 cuando Madagascar (40% de la producción mundial en 1999) sufrió la llegada de los ciclones Eline y Hudah, y los precios de las vainas de vainilla se dispararon desde los 50$/kilo de 1999 hasta los 300 $/kilo de 2004, lo que provocó que países como Indonesia, China, Uganda, Papúa Nueva Guinea y México  reactivaran mediante cultivo intensivo la producción, además de la mayor producción de la vainilla sintética.

Producción de Vainilla en Madagascar

El sustituto sintético

Cuando Gobley en 1858 fue el primero en aislar e identificar la vanilina, el principal componente de la vaina de vainilla y responsable del sabor a vainilla, se inicia una carrera por intentar lograr un sustituto a lo que era un planta rara pero que ya entonces tenía un gran uso.

En 1874-75, apenas 20 años después del aislamiento e identificación de la vanilina, es cuando se obtiene la primera vanilina sintética obtenida a partir del Eugenol, un aceite esencial de diversas plantas, como el clavo que comienza a venderse en su momento a 176 dólares/kilo frente a los entre 100 y 800 dólares de la vanilina obtenida de la planta. (Hocking, 1997).

El sustituto sintético de la Vanilina, vainillina o 3-metoxi-4-hidroxibenzaldehído es un aldehído fenólico idéntico al natural y principal responsable del sabor a vainilla en alimentos, medicamentos, etc pero con una forma de obtención más barata.

Para la obtención de la vanilina sintética existen tres vías:

i) A partir del Eugenol del Clavo, con un rendimiento del 84% pero que es un proceso demasiado caro y que se utiliza poco.

ii) El proceso que mayoritario en la actualidad aunque cada vez en menos uso, a partir del Guayacol y del ácido glioxilico, obteniendo el guayacol a partir del refinado del petróleo como fuente de carbono, que es un proceso bastante barato pero con una menor eficiencia (70%).

iii) En el proceso de la elaboración de la pasta de papel, a partir de la lignina de la madera, pero con un rendimiento muy bajo (7-25%) en un proceso que sin embargo es muy muy barato.

En 1981, alrededor del 60% de la vanilina sintética del mundo provenía de los residuos de lignina producida por una única fábrica de papel en Ontario (Canadá).

A pesar del bajo coste que tiene este proceso, se generaba una cantidad elevadísima de residuos (180 kilos de residuos por cada kilo de vanilina producida) lo que llevó que a inicios de los 90 se cerraran las últimas plantas que empleaban este método, siendo un método prácticamente en desuso en la actualidad (aunque a mediados de la década pasada aún quedaba alguna planta en Canadá, Estados Unidos y Noruega).

Como el proceso de obtención de la vanilina sintética a partir del guayacol sigue siendo ineficiente (el rendimiento es de un 70%, se obtiene a partir de un recurso no renovable y que genera residuos) cada vez más, hay un mayor desarrollo de la biotecnología, para obtener la vanilina a partir de los aceites esenciales de alimentos o mediante fermentación alcohólica, lo que pretende ser una revolución.

Nuevas vías de producción de vainilla: Vuelta a lo «natural»

En los últimos 20 años se han hecho muchos esfuerzos para la obtención de vanilina natural por procesos biológicos, los cuales emplean microorganismos (bacterias, levaduras, hongos), células vegetales o sus sistemas enzimáticos.

En este sentido, hay dos empresas que prometen revolucionar la producción de la vanilina, como son la belga Solvay (Rhodia) y la suiza Evolva, donde la primera obtiene vanilina a partir del refinado del aceite del arroz y la segunda a partir del azúcar, participando en ambos casos una fermentación por levaduras, aunque de momento, aún no se ha logrado una producción suficiente como para lograrlo a escala industrial y abaratar los precios.

Reinventando la vía de la lignina

En el caso de Rhodia (grupo Solvay), ha ido transformando su producción de vanilina a partir de lignina hacia una producción donde obtiene la vanilina de la fermentación del ácido ferúlico, un componente de la pared vegetal de los vegetales y que en este caso se extrae del arroz (por ser rico en este compuesto), un proceso tuvo su gran explosión a partir del 2000, cuando coinciden unos malos años de producción de vainilla en los países productores y hay una subida brutal de los precios.

Realmente el proceso Rhodia, consiste en una reinvención del proceso de la lignina, pero con la salvedad de que se producen muchos menos residuos y mayor rendimiento.El proceso consiste en una fermentación del ácido ferúlico producida por Aspergillus niger y por Pycnoporus cinnabarinus, para obtener finalmente la vanilina (Lesage-Meessen et al. 1996).

A pesar de que es un proceso caro (unos 1000 dólares/kilo), es de los mejores procesos que han imitado la vanilina natural, convirtiéndola en la actualidad en la líder mundiales de producción de vanilina. A finales del año pasado, la empresa anunció que duplicaría su capacidad de hacer la vanilina natural, en sus instalaciones de Melle (Francia) y en sus instalaciones en China.

Otra idea en el sentido de reinventar la vía de la lignina, es una idea de unos investigadores de Malasia; que aunque le queda bastante camino por recorrer, puede suponer una nueva vía de obtención de la vanilina a partir de serrín mediante el empleo de sales en estado líquido, un posterior proceso de oxigenación y filtrado de la vanilina, con la ventaja de que el subproducto resultante del proceso, sería una sal prácticamente inocua y líquida a temperatura ambiente (Shamsuri & Abdullah; 2013) pero no deja de ser uno de tantos papers.

Levaduras, algo más que cerveza y pan.

Es la tecnología de la modificación genética de levaduras (What’s That Smell? Exotic Scents Made From Re-engineered Yeast), como ocurre con la obtención de la vital insulina, la que puede tener un mayor crecimiento para la producción de vanilina «natural», mediante el uso de cepas de levaduras modificadas como en el caso de Evolva (A sustainable production route).

Esta empresa suiza obtiene un glucósido precursor de la vanilina, que luego convierte a la vanilina propiamente dicha, aunque este proceso tiene una gran pega y es que no se puede producir una gran cantidad de vanilina en la levadura porque mataría a la levadura, ya que recordemos que la vanilina que genera la planta es una defensa contra el ataque de patógenos, por lo que aún le queda un poco de camino por recorrer hasta ser producido a gran escala.

Para terminar, si alguno le sobra 1.25 Millones de dólares, puede comprarse este invernadero de Vainilla en Hawaii

NOTA: Idea la noticia (y titular) vía Antonio Villareal (@bajoelbillete) a partir de la noticia de CEN Following Many Routes To Naturally Derived Vanillin

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Más información

– Chemical & Engineering News ISSN 0009-2347 – Following Many Routes To Naturally Derived Vanillin

– CEN – Fine Chemicals Firms Enable Flavor And Fragrance Industry. CENEAR 81 28 p. 54 ISSN 0009-2347

– Lesage-Meessen et al. 1996. A two-step bioconversion process for vanillin production from ferulic acid combining Aspergillus niger and Pycnoporus cinnabarinus. Journal of Biotechnology Volume 50, Issues 2–3, 1 October 1996, Pages 107–113

– Hocking 1997 – Vanillin: Synthetic Flavoring from Spent Sulfite Liquor – J. Chem. Educ., 1997, 74 (9), p 1055-1059 DOI: 10.1021/ed074p1055

– Lomascolo et al 1999 – Basidiomycetes as new biotechnological tools to generate natural aromatic flavours for the food industry. Trends Biotechnol. 1999 Jul;17(7):282-9. doi: 10.1016/S0167-7799(99)01313-X

– Schrader, J., Etschmann, M. M. W., Sell, D., Hilmer, J.-M., Rabenhorst, J., 2004. Applied biocatalysis for the synthesis of natural flavour compounds – current industrial processes and future prospects. Biotechnol. Lett. 26, 463-472

– Serra, S., Fuganti, C., Brenna, E., 2005. Biocatalytic preparation of natural flavours and fragrances. Trends Biotechnol. 23, 193-198

– Barghini et al. 2007 – Vanillin production using metabolically engineered Escherichia coli under non-growing conditions

– Hansen EH, Møller BL, Kock GR, Bunner CM, Kristensen C, Jensen OR, Okkels FT, Olsen CE., Motawia MS, Hansen J (2009) De novo biosynthesis of Vanillin in Fission yeast (Schizosaccharomyces pombe) and Baker’s yeast (Saccharomyces cerevisiae). Applied and Environmental Microbiology 75: 2765-2774

– Paterson (2010) Vanilla: natural or not? Chemistry Eduction in New Zealand. February 2010 – PDF

– Palama 2010 – NMR-based metabolomic characterization of Vanilla planifolia. Doctoral Thesis, Leiden University http://hdl.handle.net/1887/15674

– Sustainable recovery of pure natural vanillin from fermentation media in a single pervaporation step, Carla Brazinha, Dalje S. Barbosa and João G. Crespo, Green Chem., 2011, DOI: 10.1039/C1GC15308K

– A.A. Shamsuri, D.K. Abdullah A Preliminary Study Of Oxidation Of Lignin From Rubber Wood To Vanillin In Ionic Liquid Medium. arXiv:1306.2442 [physics.chem-ph]

– Technology Review – Green Chemists Synthesise Vanillin From Sawdust

– Rhodia – Guaiacol – PDF

– Production of vanillin in microbial cells US 20060172402 A1

– Evolva – A sustainable production route

– Vanilla – 2013 Market Report on Vanilla

– The Star – What is happening to the world’s vanilla trade?

– Vanilla prices soar as fungal attack hits global output

– Caoba – El esclavo que revolucionó la industria de la vainilla

– Proceso para producir vainillina a partir de microorganismos inmovilizados por cultivo de superficie WO 2008130210 A1

– What’s That Smell? Exotic Scents Made From Re-engineered Yeast