6 Alimentos Fermentados

ALIMENTOS FERMENTADOS… …y microorganismos utilizados para su producción

Origen de las cepas industriales  La fuente última de todas las cepas de m.o. industriales en el Ambiente natural  Hoy en día la ciencia permite contar con colecciones de cultivo

Colecciones de cultivos que suministran cultivos industriales            

ATCC CBS CCM CDDA CMI DSM FAT IAM NCIB NCTC NRRL PCC

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Estados Unidos Holanda República Checa Canada Reino Unido Alemania Japón Japón Escocia Reino Unido Estados Unidos Francia

Propiedades de un m.o. industrial • Debe producir la sustancia de interés • Es preciso disponer del organismo en cultivo axénico (puro) • Genéticamente estable • Debe crecer en cultivo a gran escala • Debe ser posible mantener cultivos del organismo durante un período de tiempo largo en el laboratorio y en la planta industrial

Propiedades de un m.o. industrial… • El cultivo debe producir preferentemente esporas o alguna otra forma celular reproductora, para que los organismos se puedan inocular fácilmente en los grandes fermentadores • Debe crecer rápidamente y producir el compuesto deseado en un período relativamente corto

Propiedades de un m.o. industrial… • Debe ser capaz de crecer en un medio de cultivo líquido y relativamente barato, que se pueda obtener en grandes cantidades (licor de maceración de maíz, suero, etc) • Debería no ser dañino para las personas ni para los animales y plantas economicamente importantes

…Propiedades de un m.o. industrial • Que sea posible eliminar las células microbianas del medio de cultivo, con relativa facilidad • Debería ser susceptible de manipulación genética

Productos Industriales • Células: Levadura cultivada como alimento, para panadería o para industria cervecera • Sustancias producidas por las células: Enzimas como la Glucosa isomerasa, agentes farmacológicamente activos como los antibióticos, esteroides y alcaloides, especialidades y aditivos alimentarios como el educolcorante “aspartame”, así como productos químicos tales como el etanol

Crecimiento y síntesis del producto en procesos industriales • Producto deseado: Metabolito microbiano • • •

Primario: Se forma durante la fase primaria del crecimiento del microorganismo (Etanol) Secundario: Se forma cerca del final de la fase de crecimiento (antibióticos) La mayoría de los metabolitos secundarios son moléculas orgánicas complejas que para su formación requieren un gran número de reacciones enzimáticas específicas

Trofofase e idiofase • En el metabolismo secundario, las dos fases distintas del metabolismo se denominan trofofase e idiofase • Trofofase: fase de crecimiento (trofos:crecimiento) • Idiofase: fase de producción de metabolitos

Características de las fermentaciones a gran escala • El recipiente en el que se realiza el proceso industrial se denomina fermentador • El tamaño de los fermentadores puede variar • 5 a 10 litros (laboratorio) • 500,000 litros (industrial)

Características de las fermentaciones a gran escala… • El tamaño del fermentador utilizado depende del proceso y de cómo se va a operar • Los procesos que operan con medio no renovado, requieren fermentadores más grandes • Los procesos que funcionan de modo continuo o semicontinuo, requieren fermentadores más pequeños

…Características de las fermentaciones a gran escala • Los fermentadores industriales pueden dividirse en dos clases principales: • Los usados para procesos anaeróbicos (equipamiento más simple) • Los usados para procesos aeróbicos (equipamiento más elaborado

Construcción de un fermentador aeróbico • Construcción en acero inoxidable • Cilindro cerrado por arriba y por abajo • Posee una camisa de refrigeración • Puede contener serpentines internos • Dispositivo de aireación “difusor” • Instrumento para revolver “impulsor”

Control y vigilancia del proceso • Los factores ambientales frecuentemente monitorizados son: • • • • •

la temperatura, la concentración de oxígeno el pH la masa celular La concentración del producto

Cambio de escala en fermentación (escalado) Etapas: 1. Los experimentos realizados en un matraz de laboratorio (primera indicación de que el proceso de interés comercial es posible) 2. El fermentador de laboratorio (5 a 10 litros de capacidad, en el que se hacen los primeros intentos de escalado 3. La etapa en la planta piloto (300 a 3000 litros) 4. Fermentador comercial (10,000 a 500,000 litros)

El Vinagre •

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Producto resultante de la conversión del alcohol etílico en ácido acético por la acción de las bacterias del ácido acético: Géneros Acetobacter y Gluconobacter La palabra vinagre se deriva de la palabra francesa vinaigre, que literalmente significa “vino agrio” Puede producirse a partir de cualquier sustancia alcohólica, aunque el material habitual es el vino o la sidra

El Vinagre… • Existen tres procesos diferentes: 1. Tinaja abierta o método de Orleans 2. Método de goteo 3. Método de burbujeo

El Vinagre… • Tinaja abierta o método de Orleans  El vino se coloca en tinajas planas con considerable exposición al aire y las bacterias del ácido acético se desarrollan como una capa mucilagenosa sobre la superficie del líquido

El Vinagre… • Método del goteo  En el que el contacto entre las bacterias, el aire y el sustrato ha aumentado al gotear el líquido alcohólico sobre leña fina de haya o virutas de madera de hayas apiladas en una tinaja o columna, mientras que una corriente de aire entra por el fondo y pasa hacia arriba

El Vinagre… • Método del bubujeo  El líquido alcohólico se va añadiendo a un ritmo suficiente para equilibrar la retirada del vinagre

El ácido cítrico y otros compuestos orgánicos • • •

Microorganismo utilizado: Aspergillus niger Fermentación aeróbica Medio deficiente en Hierro, para evitar formación de quelatos

El ácido cítrico y otros compuestos orgánicos

Levadura •

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Las levaduras son los m.o. más importantes y más ampliamente utilizados por la industria Se cultivan por: • • •

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sus propias células, por sus componentes celulares Por los productos finales que producen durante la fermentación alcohólica

Las células de la levadura se utilizan en la fabricación del pan y también como fuente de alimento, de vitaminas y de factores de crecimiento

Levadura… •

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La fermentación a gran escala por la levadura es responsable de la producción de alcohol para fines industriales Fabricación de bebidas alcohólicas: cerveza, vinos y licores La producción de células de levadura y de alcohol por la levadura, son dos procesos industriales muy diferentes: • •

El primero requiere la presencia de Oxígeno (aeróbico) El segundo es anaeróbico

Levadura… •

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Prácticamente en todos los procesos industriales se utiliza la misma especie o especies similares de levadura: Saccharomyces cerevisae Como han sido cultivadas en laboratorio durante tanto tiempo se han ido seleccionando y mejorando cepas según distintas propiedades Es posible alterar las levaduras genéticamente (mejoramiento de cepas)

Levadura… •

… su producción

La levadura para panadería o para fines alimentarios se cultiva en grandes fermentadores aireados, en un medio que contiene melazas como ingrediente principal

Levadura… •

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… su producción

Las melazas contiene grandes cantidades de azúcar que sirven de fuente de carbono y de energía Las melazas contienen también sales minerales, vitaminas y aminoácidos, que la levadura utiliza Para preparar un medio completo para el crecimiento de la levadura se añade además ácido fosfórico (una fuente de fósforo) y sulfato amónico (una fuente de azufre y de nitrógeno)

Levadura… •

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… su producción

Las vasijas para la producción de levadura tienen entre 40,000 a 200,000 litros El proceso se inicia con el cultivo de reserva de inóculo puro:

Levadura… •

… su producción

Luego siguen varias etapas intermedias para ir aumentando el inóculo hasta una cantidad adecuada que permita inocular en la etapa final:

Levadura… •

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… su producción

Los fermentadores y el equipo accesorio se fabrican con acero inoxidable y se esterilizan con vapor a presión elevada Las levaduras de panadería se vende en el mercado de dos formas: comprimida en tortas o bien como polvo seco

Levadura… • • •

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y el Pan

Los panaderos utilizan la levadura como agente estimulante del esponjado de la masa antes de su cocción Además aporta a su aroma característico Durante el proceso de esponjado, la levadura se mezcla con la masa húmeda en presencia de una pequeña cantidad de azúcar La levadura convierte el azúcar en alcohol y CO2 El CO2 gaseoso se difunde haciendo que se esponje la masa

Levadura… •

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y el Pan

Al cocerse el pan, el calor hace que salga el CO2(e incidentalmente el acohol) y se forman agujeros dentro de la masa, dando así al pan su textura ligera Que la levadura aporta al pan algo más que CO2 lo indica el hecho de que la masa esponjada con la levadura artificial, un producto químico fuente de CO2, da lugar a un producto bastante diferente del obtenido a partir de masa esponjada por la levadura

Alcohol y bebidas alcohólicas • •

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La utilizan de la levadura para la producción de bebidas alcohólicas es un proceso antiguo La mayoría de los zumos de fruta sufren una fermentación natural causada por levaduras “silvestres” que están presentes en la fruta De estas fermentaciones naturales se han seleccionado levaduras para una producción más controlada

Alcohol y bebidas alcohólicas... El Vino •

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El vino es un producto de la fermentación alcohólica por la levadura, de zumos de frutas y otros materiales ricos en azúcar La mayor parte se fabrica a partir de las uvas Existe un gran número de vinos diferentes y su calidad y características varían considerablemente

Alcohol y bebidas alcohólicas... El Vino… • •

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Los vinos secos son vinos en los que han fermentado prácticamente todos los azúcares del zumo o mosto, Mientras que los vinos dulces queda algo de azúcar o bien se añade azúcar adicional después de la fermentación Un vino fortificado o vino enriquecido es aquel al se le ha añadido brandy o algún otro licor, después de la fermentación (Jerez y Oporto)

Alcohol y bebidas alcohólicas... El Vino… •

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En un vino espumoso, como el champán, esta presente una cantidad considerable de dióxido de carbono, que surge de una fermentación final que realiza la levadura directamente dentro de la botella Las levaduras implicadas en la fermentación del vino son de dos tipos: las llamadas levaduras silvestres, que están presentes en las uvas (tal como se recogen del campo) y se transfieren al mosto, y la levadura de vino cultivada, Saccharomyces ellipsoideus, que se añade al mosto para empezar la fermentación

Alcohol y bebidas alcohólicas... El Vino… •

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Una importante diferencia entre la levadura silvestre y la levadura cultivada es su distinta tolerancia al alcohol La mayoría de las levaduras silvestres pueden tolerar solamente 4% de alcohol (la fermentación se detiene) Las mejores levaduras de vino pueden tolerar hasta el 14% de alcohol antes de detener su crecimiento (por encima del 10% el crecimiento es muy lento)

Alcohol y bebidas alcohólicas... Producción del Vino

Equipo para el transporte de las uvas a la bodega, para ser aplastadas

Alcohol y bebidas alcohólicas... Producción del Vino

Grandes tanques donde tiene lugar la principal fermentación del vino

Alcohol y bebidas alcohólicas... Producción del Vino

Barriles en el que tiene lugar el proceso de envejecimiento

Alcohol y bebidas alcohólicas... Producción del Vino Vino Blanco

Alcohol y bebidas alcohólicas... Producción del Vino

Alcohol y bebidas alcohólicas... Producción del Vino

Alcohol y bebidas alcohólicas... Producción del Vino

Alcohol y bebidas alcohólicas... Producción del Vino Vino tinto

Alcohol y bebidas alcohólicas... Producción del Vino

Alcohol y bebidas alcohólicas... Producción del Vino

Alcohol y bebidas alcohólicas... Producción del Vino

Alcohol y bebidas alcohólicas... Producción de la cerveza

La caldera de cobre es donde se mezcla la cerveza que esta fermentado con el lúpulo y luego se cuece

Alcohol y bebidas alcohólicas... Producción de la cerveza

Desde la caldera se pasa el líquido a grandes tanques de fermentación en donde la levadura fermenta la glucosa dando etanol mas CO2

Alcohol y bebidas alcohólicas... Producción de la cerveza

El líquido fermantado se almacena luego durante varias semanas a baja temperatura en tanques donde se sedimenta la materia particulada, incluidas las células de la levadura

Alcohol y bebidas alcohólicas... Producción de la cerveza

La cerveza se filtra luego y se deposita en tanques de almacenamiento a partir de los cuales se envasa en pequeños barriles, en botellas o en latas

Alcohol y bebidas alcohólicas... Fabricación casera de la cerveza

Hervir la infusión de malta para fabricar cerveza

Alcohol y bebidas alcohólicas... Fabricación casera de la cerveza

Fermentación, dispositivo especial de cierre

Alcohol y bebidas alcohólicas... Fabricación casera de la cerveza

Embotellado y taponado

Alcohol y bebidas alcohólicas... Fabricación casera de la cerveza

Cervezas típicas: Rubia (izquierda) Negra (derecha)

Alcohol y bebidas alcohólicas...

Típicas bebidas alcohólicas destiladas Estas bebidas contienen no solo alcohol, sino agentes volátiles aromáticos distintivos, obtenidos del sustrato fermentado El envejecimiento en tinajas de madera proporciona el color distintivo ámbar o amarillo de ciertas bebidas alcohólicas destiladas

Ginebra

Ron

Vodka

Brandy

Wisky

PREPARACIÓN Y CONSERVACIÓN DE ALIMENTOS POR FERMENTACIÓN ACIDOLÁCTICA

 Desde que el hombre utilizó la leche de los animales domésticos en su alimentación, preparó y consumió también los productos procedentes de la misma por acidificación bacteriana.

LAS BACTERIAS LÁCTICAS Y SUS TRANSFORMACIONES  Hay un grupo de bacterias lácticas que incluye las que fermentan los azúcares C6 a ácido láctico preferentemente (es decir en un 90% o más)  Estas bacterias lácticas que en la fermentación originan un único producto se engloban bajo el nombre de “homofermentativas”  Existe otro grupo fisiológico formado principalmente por especies de Lactobacillus, que como productos de la fermentación originan un 50% de ácido láctico, un 30% de ácido acético o etanol y un 17% de CO2 “heterofermentativas”

CREMA ÁCIDA Leche de vaca, pasteurizada

Centrifugación Leche desnatada Nata dulce

Crema dulce 3 -4 % de m.o. acidificantes

Tanque de crema 3-4 h, 18-20ºC 12-16 h, 12-14ºC Con agitación Mantequilla (batido) Crema ácida

Mazada

LECHE ÁCIDA Leche de vaca sin pasteurizar

Mazada

15-20 h, 18-20ºC

Leche ácida

YOGUR Y KEFIR Leche de vaca pasteurizada a 85ºC

Lactobacillus bulgaricus + Streptococcus thermophilus

Granos de Kefir lactobacillus + levaduras

9 -12 h, 40ºC

24 h, 20ºC

Yogur

Kefir