USO DE MICROORGANISMOS EN LA PRODUCCIN DE ALIMENTOS

INTRODUCCIN.

Labiotecnologase puede definir como un conjunto de tcni- casen que se utilizan organismos vivos, partes de ellos o mo- lculas derivadasde organismos vivos para fabricar o modifi carproductos.La biotecnologa alimentaria tradicional utiliza ampliamente los microorganismos, que intervienen en diferentes etapas de la produccin de alimentos. Son esenciales para la produccin de muchos alimentos, como el vino, la cerveza, panificados, productos lcteos, entre otros. En muchos de estos productos los micro organismos hacen su funcin durante el proceso de produccin, pero no estn presentes como clulas vivas en el ali- mento. En otros, los microorganismos estn pre- sentes en el producto, como en muchos productos lcteos.

INTRODUCCIN.Los microorganismos se usan tambin ampliamente para producir ingredientes, suplementos y aditivos en la produc cin de alimentos (por ej. vitaminas, bioconservadores, aromatizantes), o enzimas. Ej. Las enzimas purificadas (alfa-amilasa, glucoamilasa, xilosa isomerasa) a partir de microorganismos como: Actinoplanes missouriensis, Bacillus coagulans y Streptomyces spp que se utilizan para producir ingredientes como el jarabe de maz alto en fructosa. Tambin pueden utilizarse subproductos de microorganis- mos (cidos orgnicos, bacteriocinas y protena unicelular).Estos microorganismos y/los subproductos tienen que ser de grado alimenticio y aprobados por agencias regulatorias. Si un microorganismo de grado alimenticio es genticamente modificado, primero debe pasar por un proceso de aprobacin antes de su uso en alimentos, particularmente si el material gentico utilizado proviene de otra fuente.

USO DE MICROORGANISMOS EN LA INDUSTRIA

Ya sea bacteria o levadura, existen varias caractersticas que debe cumplir un microorganismo para su uso en la industria: El tamao de la clula debe ser pequeo para facilitar el intercambio de sustancias con el entorno y permitir, de esta forma, una elevada tasa metablica. Producir la sustancia de inters. Estar disponible en cultivo puro. Ser genticamente estable. Crecer en cultivos a gran escala. Crecer rpidamente y obtener el producto deseado en un corto perodo de tiempo. No ser patgeno para el hombre o para los animales o plantas. El medio de cultivo o nutrientes deben estar disponible en grandes cantidades y ser relativamente econmico.

MICROBIOLOGA DE ALIMENTOS FERMENTADOS

La fermentacin de alimentos involucra un proceso en el cual materiales crudos son convertidos en alimentos fermentados por el crecimiento y actividad metablica de microorganismos deseables.

Los microorganismos utilizan algunos componentes presentes en los materiales crudos como: Sustrato para generar energa Para generar componentes celulares Para incrementar su poblacin Generar subproductos tiles que son excretados en el medio

MICROBIOLOGA DE ALIMENTOS FERMENTADOS

Los materiales crudos pueden ser: Leche Carne Pescado Vegetales Frutas Granos de cereal Semillas

Fermentados individualmente o en combina ciones.A nivel mundial se conocen ms de 3,500 alimentos fermentados.

MICROBIOLOGA DE ALIMENTOS FERMENTADOS

La fermentacin puede ser:Natural Controlada o de Cultivos Puros

1. Natural: Se lleva a cabo a partir de la poblacin microbiana deseable naturalmente presente en los materiales crudos o bien a partir de adicin de microorganismos de una fermen- tacin previa (cultivo madre) a los materiales crudos. Entonces las condiciones de fermentacin son establecidas para favorecer el crecimiento de tipos deseables de microor- ganismos y prevenir o retardar el crecimiento de tipos inde- seables.

MICROBIOLOGA DE ALIMENTOS FERMENTADOS

2. Controlada o de Cultivos PurosLos microorganismos asociados con la fer- mentacin son primero purificados, iden- tificados y mantenidos en el laboratorio. En el momento de ser utilizados se favorece su crecimiento en grandes vol- menes en el laboratorio y entonces se a- dicionan a los materiales crudos. Luego las condiciones de fermentacin son es- tablecidas para favorecer su crecimiento y obtener productos deseables.

Las especies microbianas usadas en la fermentacin controlada se denominan cultivos iniciadores.

PROCESO DE FERMENTACIN

La fermentacin es el proceso ms comn que interviene en la obtencin de alimentos a partir de microorganismos. El trmi- no fermentacin es entendido de forma distinta en el contex- to de la biologa celular que en el contexto industrial.

En el sentido biolgico la fermentacin es un proceso de ob- tncin de energa en condiciones anaerbicas, que puede generar como producto final cido lctico (fermentacin lctica, por las bacterias cido-lcticas) o etanol.fermentacin alcohlica por levaduras). La reaccin de la fermentacin lctica sera:Glucosa ---------> cido Lctico + energa + H2OLa reaccin de la fermentacin alcohlica sera:Glucosa -------> Etanol + energa + CO2

PROCESO DE FERMENTACIN

En el contexto industrial, se denomina fermentacin a un proceso microbiano a gran escala, que se puede realizar en condiciones aerbicas como anaerbicas.

Las fermentaciones ms comunes en la industria de alimentos son la delazcar, con formacin dealcoholetlico, en la elaboracin de vino,cerveza, sidra; la del alcohol, con formacin de cido actico, en la elaboracin del vinagre; y la de la lactosa, fermentacin lctica, en la elaboracin de lcteos.Estas se pueden clasificar en :Fermentaciones no Alcohlicas.Fermentaciones Alcohlicas Fermentaciones CrnicasFermentaciones Lcteas

FERMENTACIN NO ALCOHOLICAElaboracin de pan: Las levadurasson un conjunto demicroorganismosunicelularesque tienen por objeto alimentarse del almidn y de los azcares existentes en la harina. Este proceso metablico da lugar a lafermentacin alcohlicacuyo resultado esetanol (CH3-CH2-OH), dixido de carbono (CO2) en forma degas. Elgas liberado hace que la masa del pan se hinche, aumentando de volumen. Elalcohol etlicose evapora durante el horneado del pan, debido a las temperaturas alcanzadas en su interior. La especie de levadura que se utiliza para la fer- mentacin del pan es Saccharomyces cerevisiae, aunque se utilizan tambin otros microorganis- mos para influir sobre el aroma y sabor del pan. Los ms frecuentes son bacterias del gnero Lactobacillus y otras levaduras como: Saccharomyces pastorianus, Saccharomyces ellipsoideus, Mycoderma cerevisiae, Torula utilis)

FERMENTACIN ALCOHOLICAEste proceso es el que se utiliza principalmente para la elabo- racin de los distinto tipos de cervezasy para el proceso de elaboracin de losdistintos vinos. En estos casos se divide comnmente el proce- so en tres etapas. Molienda, hervor y fermen- tacin.

El tipo de fermentacin alcohlica de la cerveza es en donde la accin de la cimasa segregada por la levadura convierte los azcares simples, como la glucosa y la fructosa, en alcohol etlico y dixido de carbono

En el caso delos vinos, la qumica de la fermentacin es la derivacin del dixido de carbono del aire que penetra las hojas del viedo y luego es convertido en almidones y sus derivados. Durante la absorcin en la uva, estos cuerpos son convertidos englucosas y fructosas (azcares). Durante el proceso de fermentacin, los azucares se transforman enalcohol etlicoy dixido de carbono

FERMENTACIN LCTICA

BACTERIAS CIDO LCTICAS / BALSon bacilos y cocos Gram +. Producen cido lctico como nico o principal producto de fermentacin. Obtienen su energa a partir de la fosforilacin a nivel de sustrato.Anaerobios aerotolerantes.La mayora obtienen energa a partir del metabolismo de carbohidratos.Tienen por lo general capacidades biosintticas limita- das, por lo que sus complejas necesidades nutricionales incluyen: aminocidos, vitaminas, purinas y pirimidinas.

BACTERIAS CIDO LCTICAS / BAL

Por su comportamiento metablico sobre carbohidratos (hexosas y pen- tosas), las especies de BALs han si- do divididas en dos grupos.

El grupo I incluye bacterias homo- fermentativas (producen principal- lmente cido lctico).

Los grupos II incluyen bacterias he- terofermentativas (pueden producir cido lctico, actico, frmico, eta- nol, CO2 y otros productos).

DIFERENCIAS ENTRE LOS PRINCIPALES GNEROS DE BALForma y organizacin celularGnerosCocos en cadenas o ttradas HomofermentativosStreptococcusLactococcusPediococcus

HeterofermentativosLeuconostoc

Bacilos tpicamente en cadenas HomofermentativosLactobacillus HeterofermentativosLactobacillus

CULTIVOS INICIADORES LCTICOS

Dentro del grupo de las bacterias cido lcticas (BAL) se incluyen 12 gneros por su habilidad para metabolizar grandes cantidades de cido lctico a partir de lactosa.LactococcusStreptococcusLeuconostocPediococcusLactobacillusEnterococcus

Los cinco primeros gneros son utilizados actualmente como cultivos iniciadores.

AerococcusVagococcusTetragenococcusCarnobacteriumWeissellaOenococcus

Oenococcus

Oen. oeni se encuentra en el medio ambiente vitivincola. Algunas veces usado para acelerar la fermentacin malolctica en vino.

Las clulas del microorganismo transportan el malato genera do durante la produccin del vino y lo metabolizan a cido lctico y CO2, este proceso reduce la acidez del vino.

PROBITICOS

Probitico palabra de origen griego que signi- fica "a favor de la vida es el trmino utilizado para definir a microorganismos vivos que se adicionan a un alimento.Productos que contiene microorganismos vivos, que al ser ingeridos en ciertas cantidades (por humanos 109 cl/da, animales y aves) ofrecen beneficios para la salud mayores a los inherentes a la nutricin general. Deben ser ingeridos, llegar viables y permanecer activos en el intestino para que puedan ejercer importantes efectos fisiolgicos. En los ltimos aos se han llevado a cabo estudios para de terminar las ventajas especficas para la salud deriva das del con sumo de clulas vivas o bacterias benficas, las cuales pue den ser consumidas de tres fuentes:

PROBITICOS

Productos lcteos fermentados.Suplementos de alimentos y bebidas con clulas vivas.Productos farmacuticos con clulas vivas (tabletas, cpsulas o grnulos).

EFECTOS FAVORABLES DE LOS PROBITICOSBrindan proteccin contra patgenos entricos.Aportan enzimas que ayudan a metabolizar algunos nutrientes de los alimentos (lactasa).Estimula el sistema inmune del intestino y Mejorar la actividad peristltica delos intestinosReduccin de niveles de colesterol en suero. Reduccin del cncer de colon

PREBITICOS

Se define como un ingrediente alimentario (hidrato de carbo no no digerible) que posee un efecto favorable sobre la flora intestinal; ya que estimula selectivamente el crecimiento de bacterias benficas.La INULINA y la OLIGOFRUCTOSA (FOS = fructooligosacridos) son, hasta el momento, son los prebiticos ms experimentados. Los mismos son fermentados selectivamente por la mi- croflora del colon, lo cual origina una poblacin bacteriana especfica donde predominan las bifidobacterias. Este procedimiento da a las especies del gnero Bifidobacterium una ventaja selectiva en su creci- miento y permite que su poblacin alcance nmeros eleva dos. Otros prebiticos son: lactulosa, lactitol, galactooligo sacridos, y lactosucrosa

BIOGNICOS

Los beneficios para la salud derivados del con- sumo de productos lcteos fermentados se atribuyen a las BAL usadas en su fermenta- cin, as como a los subproductos que gene ran al metabolizar los nutrientes de la leche. El termino biognicos incluye a los compuestos que derivan de la actividad metablica microbiana ej. peptidos produ- cidos por exoprotenasas de algunas BAL que reducen la pre sin arterial de sujetos hipertensos (en estudio).

OTROS CULTIVOS INICIADORES

Bifidobacterium Han sido aisladas de heces de humanos, anima- les y pjaros. Son consideradas benficas para la salud normal del tracto digestivo. Son adicionadas como clulas vivas en grandes cantidades en productos lcteos para restaurar y mantener la salud intestinal en humanos (probiticos). Propionibacterium El gnero lcteo se asocia con la fermentacin natural del que queso tipo suizo y como cultivo iniciador en fermentaciones controladas. Han sido aislados de leche cruda, algunos tipos de queso, productos lcteos y ensilados.

BrevibacteriumEl gnero tiene aplicaciones en la pro- duccin de quesos madurados y fer- mentaciones industriales.

Acetobacter La especie Ace. aceti produce cido actico a partir de alcohol Oxidan etanol a cido actico y cido lctico a CO2 y H2O. Se encuentran naturalmente en frutas, sake, sidra, cerveza, jugo de caa y suelo. Algunas especies de este gnero sintetizan grandes cantidades de celulosa.

LEVADURAS Y HONGOS

Muchos hongos y levaduras son importan- tes en alimentos por causar el deterioro de los mismos y la produccin de mico- toxinas. Sin embargo, algunas son utili- zadas en el bioprocesado de alimentos. Modificaciones genticas han permitido mejoras en sus caractersticas deseables. Levaduras Algunos gneros se asocian con: Fermentacin de alimentosProduccin de alcoholProduccin de enzimas para uso en alimentosProduccin de Protena Unicelular (SCP).Aditivos para impartir sabores deseables en alimentos.

Saccharomyces cerevisiae Es el gnero y especie ms utilizada para leudar el pan y producir cerve- za, vino, licores destilados y alcohol industrial; producen enzima invertasa / sacarasa y sabores para alimentos (sopas).Candida utilis Empleada para producir protena unicelular.Kluyveromyces marxianus y Klu. marxianus var. lactis Pueden hidrolizar lactosa y sido aso- ciadas con fermentaciones naturales, junto con otras levaduras y BALs producen bebidas alcohlica como el kefir. Se utilizan para producir -galactosidasa (lactasa) que hidroliza la lactosa y se emplea en la elaboracin de leche baja en lactosa.

Hongos Se utilizan en el procesado de alimentos y para producir aditivos y enzimas para uso en alimentos. Los gneros empleados son:AspergillusPenicillumRhizopusMucor

Se deben seleccionar cepas no productoras de micotoxinas.

Aspergillus oryzae Se usa en la fermentacin de diversos ali- mentos orientales (sake, salsa de soya, miso). Tambin usado como fuente de algunas enzimas de alimentos.

Aspergillus nigerSe usa para producir:cido ctrico y cido glucnico a partir de la glucosaFuente de enzimas pectinasas y amilasas.Penicillium roquefortii Usado para la maduracin de quesos Roquefort, Gorgonzola y azul. Algunas cepas pueden pro- ducir la neurotoxina roquefortin, por lo que este aspecto requiere consideracin especial en la seleccin de cepas.Penicillium camembertii Usado para produccin de queso Camembert.Penicillium caseicolumUsado para producir queso Brie y la enzima glucosa-oxidasa.

FERMENTACIN DEL CACAO PARA PRODUCIR CHOCOLATE

Los granos de cacao tienen un sabor cido desagradable, por lo que para obtener cacao con el color y el sabor del chocolate deben ser fermentados, tostados y secados.En el proceso de fermentacin participan los microorganismos que se encuentran naturalmente en los granos, de entre los cuales actan primeramente las levaduras. Posteriormente actan las bacterias lcticas y, finalmente, intervienen las bacterias acticas, los bacillus y las enterobacterias.Hanseniaspora guilliermondii es la levadura predominante durante las primeras 24 horas. Candida silvae, Candida zemplinina y Candida diversa son levaduras que se encuentran comnmente en las fermentaciones en charolas, posiblemente por la mayor concentracin de oxgeno en ese tipo de fermentacin. Alas 36-38 horas dominan Saccaromyces cerevisiae y Pichia membranaefaciens.