Biotecnología alimentaria tradicional

Fermentación láctica

Lactobacillus bulgaricus (azul), Streptococcus thermophilus (naranja) y bifidobacterias (violeta)

Las fermentaciones son procesos de respiración anaerobia realizados por algunos microorganismos, en los que el aceptor de H+ y e- cedidos por una molécula orgánica no es el oxígeno sino otra molécula. Dependiendo de cuál sea esta molécula se obtendrán distintos productos finales.

En el caso de la fermentación láctica, la molécula aceptora de H+ y e- procedentes de la glucosa, es el ácido pirúvico y el producto resultante es el ácido láctico. Este proceso lo realizan muchas bacterias llamadas bacterias ácido-lácticas (BAL), hongos, algunos protozoos y en los tejidos animales.

Introducción

Las BAL han sido utilizadas desde la antigüedad en la fermentación de alimentos como la leche, carne y vegetales para obtener productos lácteos, embutidos (cárnicos), encurtidos (vegetales), ensilajes (alimentos para ganado) y son de gran utilidad en la producción de vinos, cerveza y pan.

Introducción

Las BAL también son utilizadas en fermentaciones industriales en la industria farmacéutica y de alimentos, especialmente para la obtención de ácido láctico, saborizantes, edulcorantes y bacteriocinas, llamando gran atención por el considerable valor nutritivo que pueden aportar a los productos alimenticios y el bajo costo energético de su producción.

Introducción

Introducción

Bacterias Ácido-Lácticas (BAL)Son un grupo muy heterogéneo de Cocos y Bacilos Gram (+), no esporulados e inmóviles. En preparaciones para el microscopio aparecen aisladas o formando cadenas..

Streptococcus lactis

Son microorganismos anaerobios aerotolerantes. Carecen de actividad respiratoria porque no tienen la capacidad de sintetizar compuestos porfirínicos, característicos de los citocromos, enzimas implicadas en la cadena de transporte de electrones.

Lactobacillus acidophillus

Estructura general de un anillo porfirínico (tetrapirrólico)

Cada tipo de citocromos contiene un anillo porfirínico con diferentes sustituyentes que está coordinado con un Fe redox-activo

Bacterias Ácido-Lácticas (BAL)Al no tener capacidad de sintetizar grupos porfirínicos (grupos prostéticos de las cromoproteínas), estas bacterias forman colonias de color blanco-lechoso.

Debido a que la catalasa (enzima que destruye el H2O2) necesita un grupo porfirínico, estas bacterias no tienen la capacidad de sintetizarla, lo que permite la identificación del grupo como catalasa negativo.

La tolerancia al oxígeno puede conseguirse porque acumulan gran cantidad de Mn2+ que actúa como una superóxido dismutasa.

Como carecen de porfirinas y citocromos, no realizan fosforilación por transporte de electrones, reciben energía por fosforilación a nivel sustrato.

Producen energía mediante un metabolismo estrictamente fermentativo produciendo ácido láctico como el único o principal producto de la fermentación de los azúcares.

Son ácido tolerantes pudiendo crecer algunas a valores de pH tan bajos como 3,2 (Lactobacillus plantarum o L. brevis) y otras a valores tan altos como 9,2 y 9,6 como (Streptococcus lactis y S. thermophilus). La mayoría crecen a valores de pH entre 4 y 4.5 permitiéndoles vivir en condiciones más ácidas que el resto de las bacterias por lo que pueden desplazarlas de los hábitats que colonizan.

Bacterias Ácido-Lácticas (BAL)

Poseen requerimientos nutricionales complejos (azúcares, aminoácidos, vitaminas, minerales, etc.) motivo por el que en la naturaleza se encuentran asociadas a hábitats ricos en nutrientes, como algunos alimentos, vino, leche, carnes y vegetales, la boca, el intestino, la vagina, etc., en los que son consideradas “inquilinos” habituales.

En cuanto a la temperatura óptima de crecimiento, pueden establecerse dos grupos de especies:

Especies mesófilas, cuya temperatura óptima está comprendida en el intervalo de 22 a 34 ºC. En éste se incluyen la mayoría de las especies de todos los géneros.

Especies termófilas, con una temperatura óptima entre los 37 ºC y los 45 ºC. En éste se incluyen algunas especies del género Lactobacillus, como L. bavaricus, que se utiliza en la fabricación del yogurt, y algunas del género Streptococcus como S. thermophilus.

Bacterias Ácido-Lácticas (BAL)

Los primeros intentos de clasificación de las bacterias lácticas se deben a Orla-Jensen (1919) quien, basándose en la morfología y la disposición celular, así como en criterios fisiológicos como, el tipo de metabolismo fermentativo de la glucosa, el tipo de isómero del ácido láctico producido y la capacidad para desarrollarse a 10 ºC y a 45 ºC, incluyó a aquellas de morfología bacilar en los géneros: Betabacterium, Thermobacterium, Streptobacterium y Microbacterium, y a las de morfología cocoide en los géneros: Streptococcus, Betacoccus y Tetracoccus.

Bacterias Ácido-Lácticas (BAL)

Lactobacillus*

Leuconostoc *

Pediococcus *

Lactococcus*

Streptococcus*

Aerococcus

Bifidobacterium**

Carnobacterium*

Enterococcus*

Vagococcus

Oenococcus

Weissella *

Tetragenococcus.

En la actualidad, y mientras son aceptadas esas modificaciones, está establecido que el grupo de las bacterias lácticas está constituido por losgéneros:

* Géneros de las BAL de importancia en la industria de alimentos

Bacterias Ácido-Lácticas (BAL)

Lyhs (2002) divide a las BAL en tres grupos de acuerdo con sus características fermentativas:

Las homofermentativas estrictas, degradan las hexosas exclusivamente a ácido láctico y no fermentan las pentosas o el gluconato (Streptococcus thermophilus, St. lactis y Pediococcus acidilactici, P. pentosaceus), .

Las heterofermentativas estrictas, degradan las hexosas a ácido láctico, ácido acético, etanol y CO2, y las

pentosas a ácido láctico y ácido acético (Lactobacillus brevis ,L. buchnerii y Leuconostoc mesenteroides, L. dextranicum).

Las heterofermentativas facultativas, fermentan las hexosas a ácido láctico y puede producir CO2 a partir del

gluconato pero no de la glucosa. También fermentan las pentosas para producir ácido láctico y acético.

Bacterias Ácido-Lácticas (BAL)

Fermentación homoláctica

Fermentación heteroláctica

Empleo de las BAL en la industria alimentaria

Proceso de elaboracíón del Yogurt

Yoğurtt es el término turco para la leche que ha sido fermentada hasta lograr una forma

final de masa semilíquida.

Su elaboración deriva de la simbiosis (Asociación de dos o más individuos de distintas especies, en la que todos salen beneficiados) entre dos bacterias, el Streptococcus thermophilus y el Lactobacillus bulgaricus.

En un principio el pH (comúnmente de 6,8) es favorable para el Streptococcus termophilus que se desarrolla más rápido produciendo ácido fórmico y dióxido de carbono, bajando así el pH hasta 5 aproximadamente. De este modo se estimula el crecimiento del Lactobacillus bulgaricus. Al mismo tiempo, el desarrollo del Lactobacillus bulgaricus favorece el crecimiento del Streptococcus termophilus por la producción de nutrientes como ácido láctico, péptidos y aminoácidos como la valina.

Estos microorganismos y su efecto sinérgico del crecimiento conjunto son los responsables finalmente de la formación de aromas y texturas típicos del yogurt.

Entre los componentes responsables del aroma se encuentran el acetaldehido, acetoína, diacetilo.

Yogurt

Formación del gel de caseína en el Yogurt

La propiedad característica de la caseína es su baja solubilidad a pH 4,6 (punto isoeléctrico de la caseína).

Formación del gel de caseína en el Yogurt

El pH de la leche es de 6,6 a 6,8 normalmente, a ese pH la caseína está cargada negativamente y solubilizada como caseinato de cálcio.

Si se añade o se produce ácido en la leche, la carga negativa de la superficie de la micela se neutraliza (los grupos fosfato se protonan) y la proteína neutra precipita, o bien, conforme el pH disminuye también lo hace su solubilidad, propiciando el crecimiento de las micelas por agregación, como ocurre en la formación del gel de caseína ácida del yogurt.

Kefir . Significa “bendición” en turco. Es un Leche fermentada con bacterias lácticas y levaduras:

Levaduras (Torula Kefir y Saccharomyces Kefir)

Bacterias (Lactobacillus caucasium y Streptococcus lactis).

Durante la fermentación (20 horas a 23ºC) se produce alcohol etílico, ácido láctico y CO2.

La leche fermentada se utiliza como fermento para producciones posteriores.

Los gránulos de kefir son un complejo sistema microbiológico asociados simbioticamente en una matriz formada por proteínas y polisacáridos.

Otras leches fermentadas

Bebida tradicional de la zona de Asia Central, llamada airag por las tribus mongolas.

Es elaborada a parti de leche de yegua o un producto similar con leche de vaca se le añade sacarosa Lactobacillus acidophilus, L. bulgaricus y levaduras Kluyveromices marxianus o lactis .

Se produce alcohol y CO2 en la fermentación.

Otras leches fermentadas

Airag mongol

QuesosAlimento obtenido por la coagulación de la leche y por la acidificación y deshidratación de la cuajada.

Es una concentración de los sólidos de la leche con la adición de:

Cuajo para obtener la coagulación de la leche.

Fermentos (cultivos) bacterianos para la acidificación de la cuajada.

Sal para exaltar el sabor.

Cloruro de calcio para mejorar la disposición a la coagulación.

Proc

eso

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Coagulación de la caseína

BAL empleadas en la producción de queso

BAL empleadas en la producción de queso

BAL empleadas en la producción de queso

Lactosa

Ácido láctico

Complejo proteico de caseína

Paracaseinato de calcio

Proteosas Peptonas Polipéptidos

Péptidos simples

Aminoácidos

NH3 Indol H2CO3 H2S

Premaduracion(Fermentación Láctica)

Maduración principal(proteolisis)

Putrefacción(desmolisis)

Maduración del quesoLa maduración comprende una serie de cambios de las propiedades físicas y químicas adquiriendo el queso su aspecto, textura y consistencia, así como su aroma y sabor característicos.

Madurados por Bacterias:

Cheddar: Queso duro, 34-46% humedad, semigraso.Gouda: Queso semiduro, 45-50% humedad.Monterey Jack: Pasta semiblanda, corteza natural. Emmental: Queso duro, graso, de cubierta amarillo marfil.Parmesano: Queso muy duro, 26-24% humedad, semigraso. Edam: queso de humedad intermedia y semigraso que se obtiene por coagulación de la leche por medio del cuajo y/u otras enzimas coagulantes apropiadas, complementada por la acción de bacterias lácticas específicas.

Madurados Internamente

por MohosRoquefort: Semiduro, 42-52% humedad.

Madurados Superficialment

e por Mohos

Brie, Camembert: Queso Blando, 48-55% humedad.

Algunos tipos de quesos madurados

Queso Camembert

Queso Emmental

Queso Roquefort

Queso GoudaQueso Gorgonzola

Queso Brie

Algunos tipos de quesos madurados

Embutidos fermentadoshttps://www.youtube.com/watch?v=uqnnhqSOM7g