Los microbios y la biotecnologa Opcin F

4 Parte: Los microbios y la produccin de alimentos

Tema 8 de Biologa NS Diploma BI

Curso 2013-2015

http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/veterinaria/2003897/index.html

Relaciones entre los microorganismos

y la especie humana

Al clasificar las relaciones que los microorganismos establecen con la especie humana en concreto, podemos encontrar tres posibilidades:

- Inocuas: Podemos encontrar muchas especies de microroganismos que directamente no se relacionan con la humana, por lo que no le causan ni beneficio ni perjuicio. Sin embargo, como componentes importantsimos de todos los ecosistemas, siempre hay relaciones, aunque indirectas o ms difcles de de delimitar. Un ejemplo de ello son los ciclos biogeoqumicos, como el del nitrgeno.

- Beneficiosas: El hombre obtiene gran cantidad de beneficios de muchos microorganismos, utilizndolos para la depuracin de aguas residuales, produccin de combustibles, tcnicas biotecnolgicas o produccin de alimentos, entre otros.

- Perjudiciales: Hay muchos microorganismos causantes de enfermedades infecciosas y reciben el nombre de patgenos.

Importancia de los microorganismos en

los procesos industriales

La manipulacin de los microorganismos con fines industriales constituye, desde hace mucho tiempo, otro ejemplo de relacin beneficiosa entre el hombre y los microorganismos.

Los microorganismos juegan un importante papel en la industria alimentaria, entre los que destacan:

- Fabricacin de derivados lcteos (queso y yogur) mediante bacterias lcticas (Lactobacillus y Streptococus).

- Fabricacin de pan y bebidas alcohlicas (cerveza y vino) mediante la levadura Sacharomyces.

- Fabricacin de salsa de soja mediante el hongo Aspergillus.

Lactobacillus y la fabricacin de yogurBE

Existen pruebas de la elaboracin de productos lcteos en culturas que existieron hace 4500 aos, como la de los tracios en la actual Bulgaria.

El yogur natural es el producto de la leche coagulada obtenida por fermentacin lctica mediante la accin de algunas cepas de las bacterias Lactobacillus y Streptococus a partir de leche.

Estas bacterias utilizan la lactosa de la leche para obtener energa y reproducirse rpidamente, siendo su temperatura ptima de crecimiento alrededor de los 40 C.

Metabolismo de las bacterias lcticasBE En condiciones anaerobias, estas bacterias hidrolizan el disacrido

lactosa hasta glucosa y galactosa, gracias a la enzima lactasa.

Posteriormente, en esta reaccin de fermentacin las bacterias rompen los enlaces qumicos de la glucosa generada, obtendiendo 2 molculas de cido lctico y energa (2 ATP) para reproducirse.

La elaboracin del yogur depende del cido lctico producido, ya que ste causa la precipitacin de las protenas de la leche al acidificar el pH de la leche alrededor de 4, y en consecuencia, la leche se coagula.

Este medio cido impide adems el crecimiento de otras bacterias.

Las levaduras y la produccin de pan

Egipto fue la cuna del pan, al descubrir que haba algo que haca que la masa de harina creciera. Dado que las esporas de las levaduras se dispersan por el aire, bien podran haber cado sobre la masa del pan.

El organismo responsable de tal xito en la fabricacin del pan, as como del vino y la cerveza, no fue descubierto hasta 1837 por Louis Pasteur, quien prob que era la levadura Saccharomyces cerevisae.

Las levaduras utilizan los glcidos para obtener energa y reproducirse rpidamente por gemacin.

Video1

Metabolismo de Saccharomyces cerevisiae

En condiciones anaerobias, esta levadura transforma cada molcula de glucosa en 2 molculas de etanol, liberando 2 molculas de CO2 como producto de desecho.

En esta reaccin de fermentacin la levadura rompe los enlaces qumicos de la glucosa para obtener energa para reproducirse.

La elaboracin del pan depende del dixido de carbono gaseoso desprendido en dicho proceso, haciendo al pan ligero y esponjoso.

La cerveza y el vino dependen del etanol para su sabor y contenido en alcohol.

Produccin de pan

La levadura Saccharomyces cerevisiae utiliza como materia prima la harina de cereales (generalmente de trigo), sal y agua.

La descripcin del proceso es la siguiente:

1. Mezcla y amasado. En presencia de agua, las amilasas contenidas en la harina hidrolizan el almidn y producen glucosa libre.

2. Adicin de la levadura a la mezcla rica en glucosa. Se aade la levadura y se mantiene durante unas horas para que el proceso de fermentacin tenga lugar y la masa del pan suba. Esto se debe al dixido de carbono liberado que, al quedar atrapado en el interior de la masa, esponja el pan, incrementando su volumen.

Produccin de pan

3. Coccin. El pan se trocea, para favorecer la salida del CO2, se da forma y se hornea. La coccin elimina agua, evapora el alcohol producido en la fermentacin y destruye las levaduras.

Resumiendo:

Video2

- La levadura fermenta los azcares de la masa del pan.

- El CO2 hace que el pan aumente de volumen.

- La coccin en el horno mata las levaduras, para la fermentacin y evapora el etanol.

Produccin de cerveza

La materia prima utilizada es la cebada u otros cereales, como el maz, el arroz (sake), etc. La descripcin del proceso es la siguiente:

1. Malteado. La primera fase de la elaboracin de la cerveza es la elaboracin de la malta y suele hacerse en unas bodegas especiales.

El objetivo es obtener al mismo tiempo el almidn y los enzimas (la mayora de tipo -amilasa y -amilasa) que permiten convertirlo en azcares (maltosa).

Para lograr esto se colocan los granos en remojo, con lo que empiezan a germinar liberando amilasas (enzimas hidrolticas) que transforman el almidn en maltosa y glucosa. A continuacin, se secan los granos para evitar que continue el proceso de germinacin.

Produccin de cerveza

2. Obtencin del mosto de la cerveza. Se filtra la mezcla obtenida en la fase anterior y se aaden las flores del lpulo, que le proporciona el sabor amargo caracterstico y protege la cerveza del crecimiento bacteriano. La mezcla se cuece para detener la hidrlisis (se desnaturalizan las amilasas) y el resultado se filtra de nuevo.

Produccin de cerveza

3. Adicin de la levadura a la mezcla rica en glucosa. La fermentacin

dura 5-7 das y se produce a una temperatura entre 14-23 C y un pH cido (4-

5). Para finalizar, se separa la levadura y se deja madurar la cerveza durante

un cierto tiempo.

La turbidez, producida por protenas, se elimina mediante proteasas,

habitualmente papana, producida por bacterias. Para evitar la alteracin de la

cerveza por la accin de levaduras o bacterias, el resultado se filtra y

pasteuriza o esteriliza. El resultado final es un 2-6% de alcohol.

Produccin de cerveza

Resumiendo:

-Produccin de mosto (lquido dulce) a partir de la malta.

-Adicin de lpulo, hervido y enfriamiento.

-Fermentacin por las levaduras produce cerveza conteniendo alcohol y CO2.

Video3

Produccin de vino

Dentro de la especie Saccharomyces cerevisiae existe una gran diversidad gentica, cada una de las cuales se denominan variedades o cepas.

Las cepas que se utilizan en la elaboracin de la cerveza no soportan concentraciones de alcohol superiores al 6%, mientras que las cepas de Saccharomyces que se utilizan en la fabricacin del vino soportan un 11-15% de alcohol y continan fermentando.

A diferencia de lo que se hace en la produccin de cerveza, en la elaboracin del vino las clulas de levadura no se eliminan por calor.

Diferentes cepas de levadura producen diferentes sabores, por lo que los productores de vino son muy particulares en la eleccin de la cepa de levadura.

Produccin de vino

Los pasos que se siguen en la elaboracin del vino son:

1. Vendimia. Recoleccin de la uva en su estado de maduracin ptimo.

2. Obtencin del mosto. Las uvas son prensadas y el zumo azucarado es recogido.

3. Fermentacin. Se aade la levadura al mosto y se dejan en un tanque de fermentacin a temperatura controlada, que vara en funcin del tipo de vino (blanco, fino, tinto, etc.). El CO2 producido se deja liberar, quedndose el etanol en el tanque.

Video4

Produccin de salsa de soja por Aspergillus oryzaeBI

La salsa de soja se fabrica en China desde hace 5000 aos, y se debe al hongo Aspergillus oryzae.

La materia prima utilizada es la soja, o bien una mezcla de trigo y soja a partes iguales, lo que le confiere un toque un poco ms dulzn y menos agresivo.

La descripcin del proceso es la siguiente:

1. Hidratacin y adicin del hongo. Los granos de trigo y de soja se mezclan con el hongo y se dejan reposar durante 3 das a temperatura controlada de 30C movindolo dos veces en el transcurso de este tiempo.

Este proceso da como resultado un producto verdoso (por efecto del hongo) llamado koji.

2. Salmuera y fermentacin. Este koji se cubre con sal y agua y se deja reposar entre 6 meses y un ao en unos enormes contenedores de madera de cedro (el uso de estos contenedores est cayendo en desuso desgraciadamente y siendo sustituido por otros ms higinicos y baratos de fibra de vidrio).

Produccin de salsa de soja por Aspergillus oryzaeBI

3. Filtracin y pasteurizacin. Una vez concluido el proceso la pasta ligera obtenida, llamada moromi, se exprime bajo mucha presin obteniendo de este modo la salsa de soja y el aceite de soja. Tras unos das de