Post on 25-Jun-2015
Biotecnología de Alimentos
Agentes Biológicos
Según la Organización de Cooperación y Desarrollo
Económico
“La Biotecnología es la aplicación de los principios científicos y de la ingeniería al procesamiento de materiales por agentes biológicos para proveer bienes y servicios”
La Biotecnología utiliza agentes biológicos de distinta naturaleza, desde plantas o animales hasta microorganismos, células de tejidos animales o vegetales o enzimas, para obtener productos de utilidad en muy diversos campos: farmacéutico, diagnóstico, médico, quirúrgico, agrícola, alimentario, ambiental, etc.
Agentes biológicos usados en Biotecnología
Células enteras Células microbianas Células vegetales
Partes de células Animales Vegetales
Enzimas
Organismos enteros Animales Vegetales
Órganos
Definiciones de Fermentación de alimentos
• Burbujeo ligero o acción de burbujeo
• Producción de CO2• Pasteur: “vida en ausencia de oxígeno”
• Gay-Lussac:– fermentación alcohólica:
1 mol glucosa 2 moles alcohol + 2 moles CO2
• Degradación controlada de un producto alimenticio
Fermentación
• Ruptura anaeróbica de un sustrato orgánico por un sistema enzimático en el que el aceptor final de electrones es un compuesto orgánico
• Ejemplo:
• Proceso biológico que ocurre en la oscuridad y que no involucra cadenas respiratorias con oxígeno o nitrato como aceptor de electrones
Bioquímica de la fermentación de alimentos
• Azúcares Ácidos Alcoholes, Aldehídos
• Proteínas Amino ácidos Alcoholes, Aldehídos
• Lípidos Ácidos Grasos libres Cetonas
Por qué fermentamos alimentos?
• Preservación de los alimentos• Inhibición de patógenos• Inhibición de organismos indeseados• Cambio de las características
organolépticas• Flavor• Textura• Aroma• $$$
FermentaciónControlada vs. Natural
• Fermentación natural• Crear condiciones para inhibir
fermentaciones indeseables y permitir las fermentaciones deseables
• Ejemplos:– fermentación
• Bebidas del tipo de la cerveza Brussels, Belgium
– Fermentaciones vegetales Vegetales + sal
FermentaciónControlada vs. Natural
• Fermentación controlada– Agregado deliberado de
microorganismos para asegurar la fermentación• Ejemplo: productos fermentados lácteos
– Lactosa ácido Láctico – Cultivos Starter
Lácticos o starter láctico o bacteria ácido láctica (LAB)
Fermentación Secundaria
• Microorganismos diferentes a los starters (flora secundaria)
• Ejemplo: productos fermentados lácteos
• bacterias no starters ácido lácticas (NSLAB)
• mejora de las propiedades organolépticas del producto
Qué Microorganismos Dominan?
Depende de:• Factores relacionados a los alimentos– Nutrientes– pH– Actividad de agua
• Factores ambientales– Temperatura– Atmósfera– Humedad Relativa
Microorganismos Usados en Fermentaciones de Alimentos
• Bacterias productoras de ácido láctico– LAB Homofermentativas– LAB Heterofermentativas
• Levaduras productoras de etanol– Saccharomyces cerevisiae
• Microorganismos productores de flavor – Bacterias, levaduras, mohos
• Bacterias productoras de ácido acético– Acetobacter
LABHomofermentativas
• Glicólisis anaerobia de glucosa• Glucosa 2 Piruvato 2
Lactato• Rendimiento 1.8 mol de lactato por
mol de glucosa (~90% conversión)• Rendimiento neto de energía: 2 mol
ATP/mol glucosa• Lactococcus, Streptococcus,• Pediococcus, Lactobacillus (algunos)
LABheterofermentativas
• Ruta monofosfato o pentosafosfato• Glucosa ácido láctico(~50%) + Ethanol +CO2
• También puede formar acetato
• Rendimiento neto de energía: 1 mol ATP/mol glucosa
• Leuconostoc, Lactobacillus (algunos)
• Algunos Lactobacillus heterofermentativos– Rutas bioquímicas alternativas para obtener energía
• fermentación de Arginina• Fuerza motora de protones
Saccharomyces
• Saccharomyces– saccharo: azúcar– myces: hongo
• Se encuentra naturalmente en uvas y otros frutos
• Muchas cepas se encuentran disponibles comercialmente
• Metabolismo Aeróbico o anaeróbico• El alcohol es producido
anaeróbicamente• Glucosa Etanol CO2
Microorganismos Productores de Flavor
• Bacteria– Limburger- Brevibacterium linens– Swiss- Propionibacterium freundenreichii
• Hongos– Camembert- Penicillium camemberti– Roquefort- Penicillium roqueforti– Tempa- Rhizopus oligosporus
Bebidas alcohólicas
• Productos
– Cervezas– Vinos– Bebidas
destiladas
Bebidas alcohólicas
• Microorganismos
– Levaduras• Saccharomyces cerevisiae
– Bacteria ácido láctica– Deseable o indeseable dependiendo del
producto
Bebidas alcohólicas
• Preservación• Alta acidez/bajo pH (vino)• Etanol (todas bebidas alcohólicas)• Sulfitos (vino)
OUR PRODUCTS Although we are best known for our specialty dried yeast strains,
Lallemand also offers winemaker nutrients, bacteria, enzymes and other
fine enological products.
Vinos
• Vinos naturales– Secos– Ligeramente dulces– Espumantes
• Vinos para postres y aperitivos– Vino con flavor especial (e.g. Vermut)– Jerez– Vinos dulces
• La definición bioquímica del vino sería: bebida proveniente de la fermentación alcohólica de los azúcares del jugo de uva por acción de levaduras y, en ciertos casos, por bacterias lácticas.
Producción de vinos
• Aplastar las uvas para obtener el jugo llamado:– Mosto
• Agregado de SO2 (depende del vino)– agente anti-browning – Inhibe el crecimiento de organismos
indeseables• Fermentación
– Inocular con cultivo activo de levaduras (1-5%)
– Incubar a 70-85o
• Estacionar/Añejar/Filtrar/Embotellar
Vinagre
• Microorganismos– Acetobacter y Gluconobacter
– Ethanol Ácido Acético
• Preservación– Ácido Acético
Cerveza
• Granos– Cebada
• Lúpulo– Flores de lúpulo
• Levaduras– Saccharomyces cereviceaeLa cerveza es una bebida resultante de la fermentación
alcohólica, mediante levadura seleccionada, de un mosto procedente de la malta (germinación, secado y tostado de los granos de cebada), al que se han agregado lúpulos y sometido a un proceso de cocción. Tras filtrar la cerveza, se procede a su envasado en botellas, botellines, latas o barriles.
Cerveza
• Lager • Ale• Porter• Stout• Bock• Weiss
"I drink to your health when I'm with you
I drink to your health when I'm alone
I drink to your health so oftenI'm beginning to worry about
my own"
Cerveza
• Lager-alto alcohol, baja fermentación ( la levadura está en el fondo fermentado, S. cerevisiae)
• Ale-color pálido, alto alcohol, alta fermentación (la levadura está arriba, S. uvarum)
• Porter-oscura ale, fermentación de malta tostada• Stout-un cuerpo fuerte con dulce flavor a malta• Bock-fuerte, oscura, alto grado de alcohol• Weiss-de trigo, áspero, marcado flavor de malta y
lúpulo, CO2 natural, frecuentemente turbia
Malteado
• Cebada añejada para almacenamiento• Empapamiento (45 horas)
– Agua y aireación (respiración y lavado)
• Germinación (5 días)– Desarrollo en núcleos – Producción de enzimas sacarolíticas, proteolíticas,
peptidolíticas– Horneado (24-48 horas)– Calentamiento a altas temperaturas– Destrucción de enzimas y agregado de flavor
• Enfriamiento/Screening/Limpieza/Almacenamiento/Elaboración de la cerveza
Elaboración de la cerveza
• Malteado• Trituración • Hervir el “mosto” de lúpulo• Fermentación
– Saccharomyces– 4-14oC durante 8-10 días– Produce etanol, CO2 y flavor
• Añejado/Filtrado/Carbonatado/Packaging
Bebidas destiladas
• Whiskey/Bourbon-grano (arroz, maíz, trigo, cebada); añejadas en cubas de roble
• Gin-grano; flavored con junípero• Schnapps-grano• Brandy/Cognac-vinos (uvas, ciruela,
manzana,cereza, kirsch)• Rum- azúcares, especialmente melazas• Tequila- century plant crowns• Arrak/Rak/Okelehao-arroz fermentado más
azúcar y extractos vegetales
Productos lácteos fermentados• Quesos
• Leches fermentadas
– Yogurt
– Leche Acidófila(resulta de la acción de Lactobacillus acidophilus sobre la leche)
– Crema agria
– Manteca cultivada
– Kefir( producto resultante de la fermentación de la leche por los fermentos contenidos en el grano del quefir, o por adición de levadura de cerveza y fermentos lácticos propios)
ProductosFermentados Lácteos
• Microorganismos
– Lactococcus– Leuconostoc– Lactobacillus– Otros
• Preservación• Producción de ácido láctico
Probióticos
• L. bulgaricus y S. thermophilus.• Los cultivos conocidos como probióticos son bacterias
beneficiosas que residen naturalmente en el tracto digestivo
• mejoran la función intestinal
• promueven la buena digestión
• mejoran las defensas naturales del organismo.
Probióticos • Lactobacillus acidophilus
L. acidophilus produce beneficios en el tracto gastrointestinal • L. acidophilus ayuda a disminuir el colesterol por interferir con su
reabsorción en el intestino. • Bifidobacteria (Bifidus)
Bifidus estimula al sistema inmune, ayuda a prevenir trastornos digestivos permitiendo el desarrollo del tracto digestivo.
• Lactobacillus caseiL. casei estimula el balance bacteriano en el intestino. Esto mejora el sistema inmune por inhibición del desarrollo de organismos productores de diarrea, alivio de la constipación, reducción de la hipertensión, inhibe el desarrollo de tumores carcinogénico, y suprimen microorganismos productores de enfermedades.
• Lactobacillus reuteriL. reuteri inhibie el desarrollo y la actividad de bacterias perjudiciales como Salmonella, E. coli, Staphylococcus, Listeria and la levadura Candida. También tiene efectos terapéuticos y profilácticos tanto en diarreas virales como bacterianas. L. reuteri estimula el sistema inmune mejorando la resistencia a enfermedades gastrointestinales.
Yogurt
• Es el producto resultante de la acción de Lactobacillus bulgaricus y de Streptococcus thermophilus sobre la leche, preferentemente reducido por ebullición a 2/3 de su volumen.
• Preparar la mezcla básica, homogeneizar, tratamiento con calor, inoculación con el
starter– Colocar el pack de yogurt en un recipiente con
frutas, incubar, enfriar Agitar la mezcla incubada con frutas, frío y
empaquetar
Yogurt
• Organismos que producen ácido láctico y acetaldehído– Streptococcus thermophilus
• Produce CO2 y ácido fórmico
– Lactobacillus bulgaricus• Degrada las proteínas de la leche
Quesos• Queso Cottage • Roquefort• Stilton • Queso azul• Gorgonzola • Camembert • Brie• Swiss• Baby Swiss• Gouda• Edam• Romano
• Limburger• Queso brick tradicional• Cheddar• Colby• Sweet Brick• Muenster• Havarti• Muzzarella• Provolone• Parmesano
Etapas Generales de la producción de Quesos
• Pasteurización• Agregado del starter
– Lactose ácido láctico• Formar un grumo
– Cuajar el grumo cuajada ácida o cuajada ácida caliente
• Cortar la cuajada• Calentar la cuajada + suero• Remover el suero• Salado – Acollarado - Prensado• Curado-maduración
Cambios en la calidad durante el proceso/añejamiento
• Flavor a manteca– Citrato Diacetilo– Algunas LAB
• Formación de “ojos” – producción de CO2– Propionibacterium shermanii
• “Venas azules”– Penicillium roqueforti
Quesos Cuajados Ácidos
• Queso Cottage
– Starter
• Lactococcus lactis subsp. lactis
• Lactococcus lactis subsp. cremoris
IQuesos madurados internamente Blue Mold
• Roquefort• Stilton• Queso Azul• Gorgonzola
Quesos madurados internamente Blue Mold
• Lactococcus lactis subsp. lactis• Penicillium roqueforti or Penicillium glaucum• Cepas metabolizadoras de Citrato (a veces)
– Lactococcus lactis subsp. lactis biovar diacetylactis
– Leuconostoc
Quesos madurados externamente Blue Mold
• Tipos– Camembert– Brie
• Cultivos– Lactococcus sp.– Penicillium camemberti
Quesos con “ojos”
• Swiss• Baby Swiss• Gouda• Edam
Swiss y Baby Swiss
• Predominante- Streptococcus thermophilus• Pequeña cantidad - Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus• Pequeña cantidad - Lactobacillus helveticus• Pequeña cantidad - Lactobacillus lactis• Opcional- Lactococcus• Propionibacterium fruedenreichii subsp. shermanii
– ácido láctico CO2
Gouda y Edam
• Lactococcus spp.– Glucosa ácido láctico
• Leuconostoc spp.– ácido cítrico CO2
• Lactococcus lactis subsp. lactis biovar diacetylactis– ácido cítrico CO2
Quesos madurados en superficie
• Limburger• Queso tradicional
Quesos madurados en superficie
• Lactococcus spp.– Glucosa ácido láctico
• Brevibacterium linens– Color rojo amarillento y flavor
• Levaduras ( D. hanssenii, Candida spp., G. candidum, Y. lipolytica)– metaboliza ácido láctico (aumento de pH)– Sintetizan vitaminas (ácido pantoténico, niacina, riboflavina)
• Micrococcus sp. ( M. varians, M. caseolyticus, M. freudenreichii)
Cheddar,Colby, Sweet Brick,Muenster, Havarti
• Cheddar- Lactococci
• Colby- Lactococci
• Brick- Lactococci o Streptococcus thermophilus
• Muenster- Streptococcus thermophilus
• Havarti- Lactococci , Leuconostoc sp., Lactococcus lactis subsp. lactis biovar diacetylactis metabolizador de citrato
Pasta Filata :Mozzarella y Provolone
• Streptococcus thermophilus– Principales productores de ácidos
• Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus o Lactobacillus helveticus
• Relación cocos: bacilos– 1:1 o 3:1 o 5:1
Quesos grana: Parmesano yRomano
• Streptococcus thermophilus
• Lactobacillus delbrueckii subsp.
• Bulgaricus o Lactobacillus helveticus
• Lactococcus lactis (a veces)
• Relación cocos: bacilos
1:1 o 3:1
Productos vegetales fermentados Sauerkraut (cabbage)
• Sauerkraut (repollo)
• Pickles (pepino)
• Aceitunas
• Otros vegetales
Productos vegetales fermentados
• Microorganismos– Leuconostoc mesenteroides– Pediococcus spp.– Lactobacillus brevis– Lactobacillus plantarum
Productos vegetales fermentados
• Preservación– Fermentación natural– Efecto combinado de:
• Producción rápida de ácido láctico (pH<4.6)• sal agregada• condiciones anaerobias (CO2)• baja temperatura
Sauerkraut
• Tiras de repollo (0.1 cm de grosor)
• Mezclar el repollo con 2.25% sal– Poca sal: desarrollo de
bacterias indeseables– Mucha sal: lenta
producción de ácido por Leuconostoc
• Empaquetar, cubrir y sellar el fermentador
• Incubar a 21-24oC durante 1-2 meses
• Detener la fermentación por enlatado/refrigeración
Productos fermentados de cereales
•Panes •Crackers •Pretzels
3000 años antes de nuestra era los egipcios y babilonios sabían como usar la fermentación de levaduras salvajes para hacer pan diferente de las tortas planas y compactas tradicionales
• Microorganismos– Levaduras
• Saccharomyces cerevisiae– Fermento (CO2)
– Maduración de la masa
– desarrollo de Flavor
– Bacteria Ácido Láctica• Lactobacillus sanfrancisco
Productos fermentados de cereales
Pan
• Mezclar harina, agua, azúcar, leche, sólidos, sal y grasas
• Agregar levaduras ( Saccharomyces cerevisiae)
• Incubar (25-30oC)
• Hornear
•Fermento fresco– se presenta en forma de bloques, de color crema o marfil, con consistencia compacta y homogénea, con un tenor de humedad elevado (lo que exige refrigeración para su conservación, limitando su uso por períodos prolongados). Cuando es almacenado a una temperatura de 5°C, su vida no se extiende a más de 12 días.
•Fermento seco –el seco granulado no activo y el deshidratado instantáneo activo. El primero posee células que están en estado latente, y que precisan ser revigorizadas antes de su uso.- Eso normalmente se realiza rehidratando con agua 15 a 20 minuto antes de su uso a 38°C. En este caso la relación fermento fresco: deshidratado es 1 Kg. de fresco para 400 a 500 g de granulado. –el granulado está siempre embalado en un recipiente al vacío siendo incorporado directamente en la masa, en el inicio del proceso. Este tipo de fermento e producido por procesos más sofisticados, usándose cepas de levaduras especiales y secado en lecho fluido.
Chocolate
• Semillas de cacao
• Microorganismos naturales – Levaduras – Bacterias
• Lactobacillus• Acetobacter
• Originario de América, kab (jugo) + kaj (amargo), Chacauhaa (chacau: caliente, haa bebida)
• Theobroma cacao, Theobroma : alimento de los dioses.
• Chocolate: producto industrializado final que contiene el gusto y color típico del producto
• Cacao: producto comercial a partir del que se obtienen otros a posteriori
Estudio empírico de la obtención de cacao comercial
• La almendra de cacao tal como sale del fruto es color púrpura, sabor amargo y aroma astringente.
• Curado: propiamente dicho (retirada de la semilla del fruto, colocación en cajas) y el secado de las semillas
• Durante el curado en cajas se produce la oxidación del alcohol etílico de los exudados hay desprendimiento de CO2 lo que atrae insectos que inoculan con Acetobacter y hay formación de ácido acético
• Hay pérdida de astringencia de las semillas, la coloración púrpura se torna parda y luego del secado marrón. Hay formación de precursores que luego del secado serían los responsables del sabor típico del chocolate.
Biofermentación
1. Multiplicación de levaduras y producción de alcohol etílico ( fase “alcohólica”)
2. Multiplicación de acetobacterias y producción de ácido acético (“fase acética”)
3. Difusión del ácido acético (permeabilización del tegumento)
4. Autólisis de los microorganismosTodos estos fenómenos son acompañados por
aumento de la temperatura, cambios de pH, secreción de exudados, etc).
Quimiofermentación
1. Las almendras presentan un tenor de humedad relativo de 50-60%, son llevadas a secado
2. Secado en cilindros de rotación mecánica o en tambores
3. Las enzimas producidas en la etapa anterior, biofermentación, dan las características propias del chocolate
4. La humedad final no debe superar el 6%5. Esta etapa no involucra células vivas
Pulp Composition
Before fermentation
After fermentation
Sucrose 12% 0%
Citric acid 1-3% 0.5%
Pectin 1-1.5% _
pH 3.7 6.5
Ethyl alcohol
_ 0.5%
Acetic acid _ 1.6%
Productos cárnicos fermentados
• Embutidos semi –secos, – Summer sausage– Lebonon bologna
• Embutidos secos – Genoa salami– Hard salami – Pepperoni
Productos cárnicos fermentados
• Microorganismos– Pediococcus pentosaceus– Lactobacillus
• Preservación– Producción de ácido Láctico (bajo pH)– Sal y otros aditivos– Baja actividad de agua