Eq 4 Fermentaciones Microbiologia

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE MÉXICO Facultad de Estudios Superiores “ZARAGOZA” Química Farmacéutica Biológica MICROBIOLOGIA GENERAL I FERMENTACIONES Equipo 4:

Castañeda Piña Juan Carlos Ordoñez Piña Imelda

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**INTRODUCCIÓN** El mundo de los microorganismos es de suma importancia en la vida de los seres “superiores”, pues tienen la capacidad de producir cantidades ilimitadas de productos de interés alimenticio e industrial.

FERMENTACIÓN La fermentación proceso metabólico de oxido-reducción anaeróbico. Inicialmente los polisacáridos son catabolizados a monosacáridos para entrar a la célula bacteriana y ser degradados.

ENZIMAS

PERMEASAS

+

**Proceso en el cual un sustrato orgánico sirve como aceptor final de electrones en lugar del oxigeno. Los microorganismos que fermentan un hidrato de carbono son por lo general anaerobios facultativos.

Los productos finales depende de varios factores como: 1) El tipo de microorganismo que lleve a cabo la fermentación 2) La naturaleza del sustrato 3) Factores ambientales

Los productos finales característicos de la fermentación son: 1)Ácido Láctico 2)Ácidos acético y fórmico 3)Ácido láctico y alcohol etílico 4) Acetilmetilcarbinol (acetoína) y CO2 5)Acido succínico 6)CO2, acetona y alcohol isopropílico 7) Alcohol butílico.

El ácido Pirúvico es el intermediario clave de la degradación de la glucosa.

REACCION GENERAL

CHO´s

Microorganismo Glucólisis

CO2+H2+ Aldehídos, Ácidos, Alcoholes, Cetonas,

Características que debe cumplir el m.o. Producir la sustancia de interés.  Estar disponible en cultivo puro.  Ser genéticamente estable.  Crecer en cultivos a gran escala.  Crecer rápidamente y obtener el producto deseado en un corto período de tiempo.  No ser patógeno para el hombre o para los animales o plantas. 

La importancia de los microorganismos en la industria 

El uso de m.o para la obtención de alimentos es una de las aplicaciones más antiguas de la biotecnología. En la actualidad se han ido seleccionando las mejores cepas y se han desarrollado grandes industrias y economías en base a ellos.

´ Entre los microorganismos fermentativos podemos encontrar a las siguiente familias: **Streptococcaceae **Streptococcus **Leuconostoc **Pediococus **Lactobacillae **Streptobacterium **Thermobacterium **Betabacterium

La mayoría de los M.O de las fermentaciones alimentarías son bacterias Gram(+). Tienen forma de cocos o de bastoncillos y son catalasa(-). Algunas especies son aerotolerantes, la mayoría son anaerobias estrictas como las que se encuentran en el intestino de los animales. Los M.O. menos sensibles al oxígeno son los Streptococcus.

Fermentación alcohólica Glucosa 2 Etanol + CO2

*Las bacterias alcohólicas degradan a la glucosa en Ác. Pirúvico (intermediario clave) siguiendo el ciclo de Embden – Meyerhof. **Proceso llevado a cabo por levaduras Saccharomyces Sp.

Fermentación del ácido láctico Homolácticas

Embden -Meyerhof

Ac. láctico

Heterolácticas

Embden Meyerhof Shunt de las pentosas Entner-Duodoroff Ac. Láctico Ác. Acético Ác. Fórmico

**Etanol **Co2 **Glicerol

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La síntesis del ácido láctico y la tolerancia de las bacterias lácticas a este ácido orgánico, se utilizan en la conservación de alimentos. Para otros muchos microorganismos alterantes (podredumbre, putrefacción) como Pseudomonas, Enterobacterias, Alcalígenes. Por lo contrario las bacterias lácticas pueden crear problemas en algunas otras industrias: produciendo sabores amargos como el vino, la cerveza, carne, zumo de frutas.

Rendimiento energético de la fermentación láctica FERMENTACIÓN LÁCTICA C6H1206 + 2ADP + 2Pi

2C3H603 + 2ATP + 2H2O

FERMENTACIÓN ALCOHOLICA C6H1206 + 2ADP + 2Pi

2C2H50H + 2ATP + 2CO2

Fermentación formica

Fermentación Ácido mixta

Ácido Fórmico, acético, fórmico, láctico, Etanol.

Fermentación Butilenglicólica

Mismos Productos en Menor cantidad y 2-3 butenglicol (butanediol)

Fermentacion propiónica **El principal producto final del ácido Pirúvico es el ácido propiónico y CO2 a través del ácido succínico. *También se puede producir ácido acético. **Propionibacterium **Clostridium propionicum **Corinebacterium diphtheriae

Fermentación butírica **La fermentación del alcohol butílico es llevada a cabo por bacterias anaerobias como el Clostridium sp. *Formación de Ac. Acético, ácido fórmico, etanol, ácido butírico, alcohol butílico, acetona, alcohol isopropilico.

TIPO TIPO

REACCION REACCION

ORGANISMOS ORGANISMOS

Fermentacion alcoholica Fermentacion alcoholica

Hexosas Hexosas

Fermentacion homolactica Fermentacion homolactica

Hexosas Hexosas

Fermentacion heterolactica Fermentacion heterolactica

Hexosoas Hexosoas

Yeast Yeast Zimomonas Zimomonas Streptococcus Streptococcus Algunos Lactobacillus Algunos Lactobacillus Leuconostoc Leuconostoc Algunos Lactobacillus Algunos Lactobacillus

Fermetacion propionica Fermetacion propionica Acido –mixta Acido –mixta

Acido butirico Acido butirico Butanol Butanol

Caproato Caproato

Metanogenica Metanogenica Succinato Succinato Oxalato Oxalato

acido lactico acido lactico

lactico lactico Etanol Etanol CO2 CO2 Lactato propionato Propionibacterium Lactato propionato Propionibacterium TIPO Acetato REACCION ORGANISMOS Clostridium propionicum Acetato Clostridium propionicum Fermentacion alcoholica Hexosas etanol + CO2 Yeast CO2 CO2 Zimomonas Hexosas Etanol Enterobacterias Fermentacion homolactica Hexosas acido lactico Streptococcus Hexosas Etanol Enterobacterias Algunos Lactobacillus 2,3 butanodiol E.coli 2,3 butanodiol E.coli Fermentacion heterolactica Hexosoas lactico Leuconostoc succinato Salmonella Etanol Algunos Lactobacillus succinato Salmonella CO2 lactato Shigella lactato Fermetacion propionica Lactato propionato Propionibacterium Shigella acetato Klebsiella Acetato Clostridium propionicum acetato CO2 Klebsiella formato formato Hexosas Acido –mixta Etanol Enterobacterias H2 2,3 butanodiol E.coli H2++CO2 CO2 succinato Salmonella Hexosasbutirato Clostridium Hexosas-lactato butirato Shigella Clostridium butiricum butiricum acetato Klebsiella Acetato Acetato formato H2 H2 + CO2 H2++CO2 CO2 Acido butirico butirato butanol Clostridium butiricum Hexosas Clostridium Hexosas Hexosasbutanol Clostridium butiricum butiricum Acetato Acetato H2 + CO2 Acetato Butanol Acetona Hexosas butanol Clostridium butiricum Acetona Acetato Etanol Etanol Acetona Etanol H2 H2++CO2 CO2 H2 + CO2 CO2 C. CaproatoEtanol+ Etanol+ acetato + ++ CO2 C. kluyveri Etanol+acetato acetato CO2 C. kluyveri kluyveri Caproato + butirato + H2 Caproato Caproato++butirato butirato++H2 H2 Homoacetica

Homoacetica Homoacetica

etanol + CO2 etanol + CO2

H2 + CO2

H2 H2++CO2 CO2 Metanogenica Acetato

acetato

C. aceticum

Acetobacterium acetato CH4 +CO2acetato Methanotrix

C. C. aceticum aceticum Acetobacterium Acetobacterium Succinato Succinato Acetato CH4 Methanotrix Acetato CO2 CH4+CO2 +CO2 Methanotrix Methanosarcina Methanosarcina Oxalato Oxalato + H+ Formato + Oxalobacter Succinato propionato+ Succinato propionato+ Propionigenium Propionigenium CO2 CO2 CO2 Methanosarcina propionato+ Propionigenium

Oxalato Oxalato++H+ H+ CO2 CO2

Formato Formato + + Oxalobacter Oxalobacter

Las levaduras

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Las levaduras son hongos unicelulares durante todo o parte de su ciclo vegetativo.

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Se pueden clasificar en 7gpos:

*Levaduras de panadería. *levaduras de cervecería. *levaduras de vinificación. *levaduras de destilación. *levaduras- alimentos. *productos derivados de las levaduras. *etanol industrial y carburante.

Las levaduras son objeto de creciente interés en el campo de los alimentos por su aportación nutricional y aromático. Algunas levaduras esporógenas forman esporas sobre cualquier medio, por el contrario otras necesitan condiciones especiales de crecimiento o de esporulación muy concreta.

Los mohos

* Los mohos son capaces de alterar productos alimenticios produciendo en ellos cambios irremediables, pero también actúan como agentes de biodegradación, biosíntesis o bioconversion.  Transforman sustratos de poco valor alimenticio y poco atractivos en alimentos de agradable sabor y aroma o en sabrosos condimentos.

PREPARACION DEL QUESO 

1.-las esporas se obtiene de cultivos con medio en agitación en fermentadores de gran tamaño.

2.-se separan por centrifugación y se comercializan en suspensión en un liquido. Las cepas utilizadas son formas salvajes, con micelios abundantes y tallos aterciopelados. 3.- Durante la maduración de los quesos los mohos consumen ácido láctico y desadifican la cuajada y con sus enzimas madifican el sabor y aroma. **Penicillium roqueforti **Penicillium camemberti

VINAGRE

El vinagre etimológicamente de vino y agrio.  Es el vino transformado en un producto agrio por el desarrollo de bacterias acéticas. 

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Las bacterias acéticas en contacto con el aire se desarrollan rápidamente en la superficie de los líquidos alcohólicos para formas la ,adre del vinagre proceso dado por la siguiente fórmula:

+ O2

+

La denominación vinagre se reserva al producto obtenido por la fermentación acética de bebidas que contienen como mínimo 6%. La producción anual de vinagre se estima en mas de 160 00o toneladas de ácido acético puro. En volumen 1. 600 millones de litros de vinagre con un 10% de ácido. Se trata de la producción de ácido mas importante de origen microbiano.

LOS PROCESOS DE PRODUCCIÓN El 1er proceso consistió en la conversión espontánea de vino en vinagre por acción de M.O.

Método de Orleáns **Se colocaba en toneles de roble llenos hasta las ¾ partes. **Se desarrollaba la madre, todo el etanol se transformaba en ác. Acético. Se renuevan 2/3 partes del medio, cuidando conservar el velo superficial microbiano.

Toneles 250 – 300 L.  Método estático.  Pequeñas cantidades de vinagre de vino o de sidra de calidad.  Temp. 20 - 25ºC  7 semanas. 

Pasteur (1868) demostró que el ác. Acético provenía de la oxidación del etanol, y el ácido acético en ácido carbónico y agua por oxidación prolongada.(Mycoderma aceti.)  Beijerink (1899) propuso el nombre del generó Acetobacter. 

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Método Rápido

El alcohol fluye sobre virutas de madera en una cuba cilíndrica. Las bacterias acéticas se desarrollan sobre las virutas donde existen las condiciones necesarias para oxidar el etanol. Se recircula el liquido hasta el agotamiento del etanol.

ACETOBACTER Gram: (-) Reino: Monera Phylum:Proteobacteria Familia: Acetobacteraceae Genero: Acetobacter Otros: Gluconobacter

WANTED

Características: • •

•

Se desarrollan a pH ácidos. La mayoría de los géneros de esta familia soportan grandes concentraciones de sacarosa, glucosa y fructosa. Son muy sensibles, mueren en ausencia de O2 y etanol.

USOS DEL VINAGRE Evita la contaminación bacteriana de los alimentos.  Es un preservante natural y saludable de los alimentos (conservador)  Limpieza de materiales.  Neutraliza los malos olores. 

El tequila

Saccharomyces cerevisiae  

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Reino : fungi Familia: saccharomycetaceae Género: saccharomyces Especie: cerevisiae Se multiplica por gemación multilateral Produce esporas redondas No fermentan a la Lactosa Metabolismo fermentativo

PAN

¿Qué es?  Es

un alimento elaborado con harina, mezclada con agua y sal, que después de amasada y fermentada por la acción de la levadura, se cuece al horno con diversas formas y tamaños.

Microorganismos en el pan Realizan dos funciones: Producir gas que hace fermentar o “subir” la masa para darle una consistencia esponjosa y porosa.  Producir sustancias aromáticas. 

Requisitos para su elaboración Se utilizan cepas de Saccharomyces cerevisiae.  Se preparan a partir de un cultivo original.  El medio de cultivo es una masa de melazas y nutrientes (sales). 

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El pH se ajusta a 4.3 – 4.5 y se incuba a 30º.

Saccharomyces cerevisiae Reino : fungi  División : Ascomycota  Clase: Hemiascomycetes  Orden : saccharomycetales  Familia: saccharomycetaceae  Género: saccharomyces  Especie: cerevisiae 

Características de Saccharomyces Cerevisiae Se multiplica por gemación multilateral  Produce esporas redondas  Son diploides  No fermentan a la Lactosa  Metabolismo fermentativo 

Fermentación La levadura fermenta los azúcares de la masa produciendo CO2 y alcohol.  Durante el amasado las enzimas proteolíticas tienen acción sobre las proteínas de la harina.  Hay una reducción del pH por la producción de acidez.  Las proteínas se hacen elásticas y retienen el CO2 . 

La producción de gas: 

Se estimula por la adición de azúcar o malta como fuente de amilasa y mediante “los alimentos de la levadura”.



Se reduce por la acción de sal, de demasiados “alimentos de las levaduras” y por excesos en la temperatura.

Métodos: 

Mezcla doble: Una parte de los ingredientes a 23-24º, se deja fermentar.  Se añaden el resto de ingredientes y se deja fermentar. 



Mezcla única: 

Se mezclan todos los ingredientes a 26-28º y se deja fermentar.

Producción de sabor  La mayor

parte proviene de los ingredientes que se combinan.

 La otra

parte proviene de las sustancias aromáticas que producen las levaduras, como:

Cocción 

El calor elimina la mayor parte del alcohol y otras sustancias volátiles, pero aporta sustancias aromáticas: furfural, aldehídos, ésteres, que dan sabor.



Se produce la gelatinización del almidón, que da la estructura al pan.

Tipos de pan 

Pan de Centeno: 18-24 h, 25º .  A bajas temperaturas: Lactobacillus plantarum, L. brevis, L. leuconostoc mesenteroides.  A altas temperaturas: Lactobacillus bulgaricus y Streptococcus thermophilus. 

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Pan de San Francisco 

Se lleva a cabo la fermentación con Torulopsis holmii, es la forma asporógena de Saccharomyces exiguus, produce acidez, es una lactobacilo heterofermentativo.

CERVEZA

¿Qué es? 

Bebida ligeramente alcohólica, obtenida por la fermentación de los azúcares de la cebada germinada o malteada bajo la acción de la levadura.

Proceso de elaboración

La Malta Se utiliza cebada u otros granos como, maíz, arroz o trigo.  Los granos se maceran a 1015º y se dejan germinar a 1621º por 5-7 días.  Después se desecan en el horno y se muelen. 

Amasado Se estimula la hidrólisis de almidones.  Se mezcla la malta con agua a 38-50º, se aumenta la temperatura a 70º.  Al líquido resultante se le denomina “mosto”, el cual , se filtra.  Se adicionan las flores del lúpulo. 

Flor de lúpulo 

α – ácidos:  Humulona  Cohumulona



Β – ácidos:  Lupulona  Colupulona

Aceites esenciales  Resinas 

Ebullición de mosto con lúpulo La mezcla se hierve por 2.5 h. Utilidad: • • • • • •

Concentrar Esterilizar Inactivar las enzimas Extraer los compuestos del lúpulo, para antisepsia. Cohagular y precipitar las proteínas Caramelizar los azúcares.

Fermentación Se utiliza Saccharomyces carlsbergensis, 450 g de levadura por 100 L, a 3.3 . 14º y 8 – 14 días.  La levadura transforma el azúcar del mosto en alcohol, CO2 , ác. Acético y glicerina.  Las proteínas liberan alcoholes y ácidos, que mezclados forman ésteres. 

Envejecimiento o maduración 

La cerveza “verde” se almacena a 0º varias semanas, para que precipiten las proteínas, levaduras, resinas, etc.

Acabado La cerveza se gasea con CO2, hasta alcanzar 0.42 – 0.52 %.  El contenido de alcohol es de 3.8 % de peso.  Se envasa. 

Factores que inhiben a los m.o. 

   



Durante la ebullición del mosto y el lúpulo, las altas temperaturas inhiben el desarrollo de m.o., pero resisten Bacillus sp. y Clostridium sp. El pH del mosto es de 3.7 – 4.5. Las temperaturas bajas de almacenamiento. Sustancias antisépticas del lúpulo. El envejecimiento es en anaerobiosis. El alcohol producido inhibe el crecimiento.

“Enfermedades”   

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Fermentación butírica por Clostridium sp. Fermentación láctica por bacterias lácticas. Turbidez, sabor y olor extraño por Saccharomyces pastorianus. Sabor a ésteres por Hansenula anomala.

“Enfermedades” 

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Sabor ácido, turbidez y viscosidad por Pediococcus cervisiae. Acidez y turbidez sedosa por Lactobacillus pastorianus. Turbidez sedosa, olor a manzanas y ác. Sulfhídrico por Zymomonas anaerobium.

¿Sólo Chela?...

¡¡¡Otras bebidas!!! Cerveza extrafuerte

Oscura, con un elevado % alcohólico. Se elabora con gran cantidad de malata y lúpulo, maduración larga.

Cerveza pilsen

Clara, contenido bajo en carbohidratos que se pueden fermentar.

Cerveza “light”

Se utilizan glucoamilasas y amilasas para hidrolizar la maltosa y la glucosa hasta fermentación alcohólica, con bajo % carbohidratos.

Cerveza “ale”

Saccharomyces cerevisiae de crecimiento superficial, clara de sabor acre.

Cerveza “weis”

Son “ales” fabricadas con levadura superficial, ligera y sabor acre, elaborada con trigo.

¡¡¡Otras bebidas!!! Cervezas “porter” y “stout” Sake

Sonti

Pulque

Ginger beer

Son negras, densas y dulces.

Cerveza o vino amarillo de origen japonés, fabricado con arroz y bajo % alcohol (14 – 17 %), se fermenta con Aspergillus oryzae. Es cerveza o vino de arroz de la India, se fermenta con Rhyzopus sonti. Bebida hispanoamericana con 6 % de alcohol, se obtiene por fermentación natural del jugo de agave. Bebida ácida, por fermentación de una solución azucarada con jengibre, con Saccharomyces pyriformis y Lactobacillus vermiformis.

Referencias:   

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ADAMS, M.R. y M.O. Moss, Microbiología de los Alimentos”, España, 1995. BROCK, Thomas D., Microbiología, 6ta. Ed., Prentice Hall, Hispanoamericana, México, 1993. FRAZIER, W.C., Microbiología de los Alimentos, 3ra. Ed., Acribia, España, 1978. Bourgeois C.M. Microbiología Alimentaria Vol. II, Editorial Acribia, España Za.ragoza Fox Brian A. Ciencia de los alimentos, Nutrición y salud. Editorial Limusa, México 1889.

¿Querían más?

Tips para beber un vaso ENTERO:

estiro el brazo… …empino el codo… … y me lo chin #... todo.

DINAMICA 

JUGAREMOS A LA:

REGLAS: SE HARA GIRAR LA BOTELLA  El compañero(a) que sea apuntado con el fondo de la botella impondrá un castigo al compañero(a) que sea apuntado con la punta de la botella.  El compañero que sea apuntado con la punta de la botella automáticamente perderá 0.3 de pto. 

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Se deberá cumplir el castigo, en caso contrario podrá catafixiarlo por un castigo de la bolsa misteriosa siendo de carácter obligatorio este, sin oportunidad de volverle a entrar a la catafixia.

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Después de ser castigado deberá responder una pregunta (la pregunta será individual), en caso de responder correctamente la pregunta se le devolverá su 0.3 de pto en caso contrario se le restara otro 0.3 de pto. E irse a casa con sus premios.

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En caso de que el equipo o alguien mas le sople la respuesta serán eliminados restándoles directamente 2 ptos de calificación.

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Los últimos 3 equipos con mas integrantes en juego pasaran a la 2 etapa. Con la valiosa oportunidad de ganar 2 ptos en el examen y que se les borren los puntos negativos acumulados.

Suerte!!!!!!

Y recuerden es barrer o ser barrido.