Microbiologia industrial

M.Sc. Wendy Céspedes Rivera

Introducción Muchos productos alimenticios deben su producción y

características a la actividad de los microorganismos.

Algunos de éstos, entre los que se incluyen los encurtidos, el chucrut, yogurt y los embutidos fermentados, son alimentos conservados, cuya vida útil tiene una duración considerablemente más prolongada que las materias primas con la cual se han elaborado.

Fermentación El término fermentación, en la actualidad, se usa

para definir el proceso en el que se provocan cambios químicos en un sustrato orgánico por medio de la actividad de enzimas producidas por microorganismos.

Ej. Carne – microrganismos propios de la carne o iniciadores – ácido láctico – cambios bioquimicos y organolépticos (sabor, aroma, consistencia)

FERMENTACION LACTICA Se llama al proceso celular donde se utiliza glucosa a partir de la

hidrolisis de lactosa (glucosa – galactosa) para obtener energía y donde el producto de desecho es el ácido láctico.

La fermentación láctica es una ruta metabólica anaeróbica que ocurre en el citosol de la célula, en la cual se oxida parcialmente la glucosa para obtener energía y donde el producto de desecho es el ácido láctico.

Este proceso lo realizan muchas bacterias (llamadas bacterias lácticas), algunos protozoos y ocurre en los tejidos animales( musculo y eritrocitos)en ciertos protozoarios, hongos y bacterias.

Fermentación láctica

MOLECULA DE ÀCIDO LÀCTICO

Clasificación de las bacterias En 1919-1920, Orla-Jensen, clasificó las bacterias ácido-

lácticas en dos grupos según sus características bioquímicas:

I. homofermentativas (producen ùnicamente àcido làctico)

Entre las de interès industrial se encuentran, ente otras, las especies de los gèneros: Streptococcus, Lactobacillus Termofilo, lactobacilo bùlgaro y Leuconostoc, que producen yogur y queso.

I. heterofermentativas. (se obtienen otros productos aparte del àcido làctico como etanol y agua)

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

I. homofermentativas estrictas, II. heterofermentativas estrictas, III. heterofermentativas facultativas.

Bacterias Acido-lácticas Las BAL sólo utilizan los azúcares como sustrato de manera fermentativa con

formación de acido láctico. Carecen de actividad respiratoria porque carecen de las enzimas de las cadenas respiratorias. A pesar de su metabolismo anaeróbico, son aerotolerantes.

Las bacterias ácido lácticas (BAL) son los principales microorganismos implicados en estos procesos, ya que aportan el ácido láctico en los productos cárnicos ,lacteos y vegetales fermentados.

Tienen un alto requerimiento nutricional y por eso se encuentran de manera natural en: productos vegetales, mucosa de animales y hombres, leches y productos lácteos.

Debido a que su principal producto es el ácido láctico y a su tolerancia a la acidez (pH ~ 4-5), predominan ante otros microorganismos, como sucede en el repollo (col) fermentado.

Las BAL son un conjunto de bacterias Gram positivas, no esporuladas, en forma de cocos o bacilos y catalasa negativa.

MECANISMO DE LA FERMENTACIÒN LÀCTICA piruvato + NADH + H+-------> ácido láctico + NAD+

El proceso fermentativo se basa en una serie de reacciones bioquímicas relacionadas con el metabolismo cèlular de los microorganismos o bacterias àcido- làcticas, responsables de llevar acabo la degradaciòn de los carbohidratos.

Los lactobacillus, son bacterias que utilizan la fermentaciòn làctica para obtener energìa: estos organismos transforman la lactosa de la leche en glucosa y posteriormente en àcido làctico.

La lactosa ( C12 H22 O11) se hidroliza hasta 2 glucosa (C6 H12 O6). mediante la lactasa. posteriormente a travès de la glicòlisis, se obtiene àcido pirùvico.

En condiciones de ausencia de oxígeno (anaerobias), la fermentación responde a la necesidad de la célula de generar la molécula de NAD+, que ha sido consumida en el proceso energético de la glucólisis. En la glucólisis la célula transforma y oxida la glucosa en un compuesto de tres átomos de carbono, el ácido pirúvico, obteniendo dos moléculas de ATP; sin embargo, en este proceso se emplean dos moléculas de NAD+ que actúan como receptores de electrones y se reducen a NADH. Para que puedan tener lugar las reacciones de la glucólisis productoras de energía es necesario reoxidar el NADH; esto se consigue mediante la cesión de dos electrones del NADH al ácido pirúvico, que se reduce a ácido láctico.

Bacterias acido lácticas Las BAL de importancia en la industria de alimentos

pertenecen a los géneros:

Carnobacterium, Enterococcus, Lactobacillus, Lactococcus, Leuconostoc, Paralactobacillus, Pediococcus, Streptococcus y Weissella

Dentro del grupo de las bacterias ácido lácticas homofermentativas encontramos algunas especies de Streptococcus (St. thermophilus y St. lactis) y Pediococcus (P. acidilactici, P. pentosaceus)

Elaboración de yogurt El yogurt es un producto lácteo fermentado que resulta del desarrollo de dos bacterias termófilas: Streptococcus thermophilus y Lactobacillus bulgaricus. La primera es una bacteria láctica que se desarrolla en forma óptima entre 42 y 50°C y proporciona la acidez característica del yogurt. La segunda es otra bacteria láctica que contrariamente se reproduce a temperaturas entre 37 y 42°C y se encarga de dar el aroma característico del yogurt. Según La textura final el yogurt puede ser aflanado (de aspecto gelatinoso), batido cremoso o líquido (bebible).

Proceso bioquímico- Fermentación láctica

Las bacterias utilizan como fuente de energía la lactosa o azúcar de la leche, y liberan ácido láctico como producto de desecho; este provoca un incremento de la acidez que hace a su vez que las proteínas de la leche, en su mayoría caseína, precipiten, formando un gel, (punto isoeléctrico)

La mayor acidez (pH 4-5) también evita la proliferación de otras bacterias potencialmente patógenas

Proceso de elaboración El proceso consiste en ajustar el contenido de sólidos, pasteurizar la mezcla,

enfriar hasta 42°C, agregar la mezcla del cultivo láctico e incubar por seis a siete horas hasta alcanzar una acidez de 0.7%.

Antes de llenar en los envases se puede agregar frutas en forma de mermelada. Los yogures ya envasados se refrigeran a temperaturas inferiores a 5 ºC en

cámaras de refrigeración donde permanecerán hasta su posterior distribución.

La temperatura debe mantenerse durante todo el periodo de conservación entre 2 ºC y 5 ºC, y nunca sobrepasar los 10 ºC en las etapas intermedias de la cadena de distribución.

Los yogures líquidos tienen una caducidad de entre quince y veintiún días.

Productos cárnicos fermentados La fermentación de productos cárnicos se ha utilizando

desde la antigüedad debido a las numerosas ventajas que presentan estos productos sobre los frescos:

Conservación de los productos durante periodos largos de tiempo por su alta estabilidad. Esto es debido a:

bajos valores de pH, la baja actividad de agua, la adición de nitratos y nitritos y de especies competidoras frente a patógenos.

Características organolépticas muy apreciadas. Elevada calidad del producto.

Técnica barata y bajo consumo de energía. Facilidad de compra y consumo.

Definición producto cárnico fermentado: Mezcla de carne picada, grasa, sal, agentes del curado,

azúcar, especias y otros aditivos, que es introducida en tripas naturales o artificiales y sometida a un proceso de fermentación llevado a cabo por microorganismos, seguida de una fase de secado.

En los embutidos fermentados conviene que el pH final sea de 4,6 a 5 para evitar el desarrollo de los microorganismos alterantes.

Los ácidos orgánicos que suelen contener los productos cárnicos que son añadidos para reducir el ph a 2,4 son suceptibles a la alteración por hongos y levaduras

El producto final se almacena normalmente sin refrigeración y se consume sin tratamiento térmico previo.

CLASIFICACIÓN

Producción Ingredientes Los ingredientes (% en peso) de los embutidos

fermentado curados y semi-curados son:

Los ingredientes (% en peso) de los embutidos fermentado curados y semi-curados son:

Proceso de elaboración

Fermentación láctica

Glucosa + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+ → 2 piruvato + 2 ATP + 2 (NADH + H+) Piruvato + (NADH + H+) → ácido láctico + NAD+

Sustrato: azúcares residuales que han quedado tras el rigor mortis o adicionados a la masa.

Productos: Vía homofermentativa: ácido láctico (↓pH). Vía heterofermentativa (no aldolasa): ácido láctico, acético, fórmico, etanol y

CO2.

Microorganismos responsables: Lactobacillus plantarum, Lactobacillus sake, Lactobacillus curvatus, Pediococcus pentosaceus y Pediococcus acidilactici.

Consecuencias: ↓pH inhibición microorganismos patógenos y alterantes, ↑ vida útil. contribuye al aroma por la formación de metabolitos. disminuye la actividad de agua (pH cercano al punto isoeléctrico de las

proteínas). contribuye también en la textura puesto que favorece la coagulación de las

proteínas

Cultivos iniciadores Los cultivos iniciadores son preparaciones de cultivos, de cepas

de microorganismos seleccionados por su actividad enzimática, que agregados en proporción definida, producen la transformación deseada del sustrato.

Composición: Actualmente los cultivos iniciadores constan de una mezcla de cepas, que cumplen diferentes aspectos relacionados con la obtención de productos cárnicos fermentados con adecuadas características higiénicas y organolépticas. Principales microorganismos empleados:

Bacterias lácticas (especialmente los géneros

Lactobacillus y Pediococcus) Familia Micrococcacea (Kocuria spp. y Staphylococcus

spp.) Hongos y levaduras (Penicillium nalgiovense y

Penicillium chrysogenum).

Cultivos iniciadores Aunque los productos cárnicos fermentados se pueden elaborar

sin cultivos iniciadores (flora natural de la carne), éstos ofrecen una serie de ventajas por las que son utilizados.

Requisitos que deben de cumplir Seguros ya que son considerados como aditivos alimentarios. Ser no patogénicos, tóxicos o alergénicos. Poseer estabilidad genética. Han de ser competitivos con la flora autóctona bajo condiciones

típicas del proceso. Las cepas empleadas deben ser homofermentativas. Deben aportar beneficios tecnológicos al proceso (actividad

proteolítica, lipolítica, catalasa). Resistir la infección por fagos.

teoría de obstáculos de Leistner Efectos de la Tª,

concentración sal,

presencia nitritos,

disminución potencial redox

acumulación de compuestos del metabolismo bacteriano (bacteriocinas) sobre los microorganismos).