Bioreactor Para La Produccion de Alimentos Tiene Del Acido Lactico

8/10/2019 Bioreactor Para La Produccion de Alimentos Tiene Del Acido Lactico

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Serie: Recursos didácticos

Tapa:Imagen combinada de la Supernova Remnamt captadapor el telescopio Hubble - NASA.



a u t o r i d a d e s

PRESIDENTE DE LA NACIÓN

Dr. Néstor Kirchner

MINISTRO DE EDUCACIÓN, CIENCIA Y TECNOLOGÍA

Lic. Daniel Filmus

SECRETARIO DE EDUCACIÓN, CIENCIA Y TECNOLOGÍA

Prof. Alberto E. Sileoni

DIRECTORA E JECUTIVA DEL INSTITUTO N ACIONAL DE

EDUCACIÓN TECNOLÓGICA

Lic. María Rosa Almandoz

DIRECTOR N ACIONAL DEL CENTRO N ACIONAL DE


Lic. Juan Manuel Kirschenbaum



Biorreactor para la producciónde alimentos

Eduardo Antonio Schiappacasse



Schiappacasse, EduardoBiorreactor para la producción de alimentos / Eduardo Schiappacasse; coordi-nado por Juan Manuel Kirschenbaum

- 1a ed. - Buenos Aires: Ministerio de Educación, Ciencia y Tecnología de laNación. Instituto Nacional de Educación Tecnológica, 2005.116 p.; 22x17 cm. (Recursos Didácticos; 18)

ISBN 950-00-0526-3

1. Tecnología Alimentaria.I. Kirschenbaum, Juan Manuel, coord. II. Título

CDD 664.024

Fecha de catalogación: 3/11/2005

Impreso en Gráfica Pinter S. A., México 1352 (C1097ABB), Buenos Aires,en noviembre 2005

Tirada de esta edición: 3.000 ejemplares

Colección Serie “Recursos didácticos”.Coordinadora general: Haydeé Noceti.

Distribución de carácter gratuito.

Queda hecho el depósito que previene la ley n° 11.723. © Todos los derechosreservados por el Ministerio de Educación, Ciencia y Técnologia - Instituto

Nacional de Educación Tecnológica.

La reproducción total o parcial, en forma idéntica o modificada por cualquiermedio mecánico o electrónico incluyendo fotocopia, grabación o cualquier sis-tema de almacenamiento y recuperación de información no autorizada en formaexpresa por el editor, viola derechos reservados.

Industria Argentina.

ISBN 950-00-0526-3



Instituto Nacional de Educación TecnológicaCentro Nacional de Educación TecnológicaCeNET-Materiales

Serie: “Recursos didácticos”

1 Invernadero automatizado2 Probador de inyectores y motores paso a paso

3 Quemador de biomasa

4 Intercomunicador por fibra óptica

5 Transmisor de datos bidireccional por fibre óptica, entre computadoras

6 Planta potabilizadora

7 Medidor de distancia y de velocidad por ultrasonido

8 Estufa de laboratorio

9 Equipamiento EMA -Características físicas de los materiales de construcción-

10 Dispositivo para evaluar parámetros de líneas

11 Biodigestor

12 Entrenador en lógica programada

13 Entorno de desarrollo para programación de microcontroladores PIC

14 Relevador de las características de componenetes semiconductores

15 Instalación sanitaria de una vivienda

16 Equipamiento para el análisis de estructuras de edificios

17 Cargador semiautomático para máquinas a CNC de accionamiento electroneumático

18 Biorreactor para la producción de alimentos

19 Ascensor

20 Pila de combustible

Ministerio de Educación, Ciencia y Tecnología.Instituto Nacional de Educación Tecnológica.Saavedra 789. C1229ACE.Ciudad Autónoma de Buenos Aires.República Argentina.



El Instituto Nacional de EducaciónTecnológica -INET- enmarca sus líneas deacción, programas y proyectos, en las metasde:

• Coordinar y promover programas

nacionales y federales orientados a for-talecer la educación técnico-profesional,articulados con los distintos niveles y ci-clos del sistema educativo nacional.

• Implementar estrategias y acciones decooperación entre distintas entidades,instituciones y organismos –gubernamen-tales y no gubernamentales-, que permi-

tan el consenso en torno a las políticas,los lineamientos y el desarrollo de lasofertas educativas, cuyos resultados seanconsiderados en el Consejo Nacional deEducación-Trabajo –CoNE-T– y en elConsejo Federal de Cultura y Educación.

• Desarrollar estrategias y acciones desti-nadas a vincular y a articular las áreas deeducación técnico-profesional con lossectores del trabajo y la producción, aescala local, regional e interregional.

• Diseñar y ejecutar un plan de asistenciatécnica a las jurisdicciones en los aspectosinstitucionales, pedagógicos, organizativosy de gestión, relativos a la educación téc-

nico-profesional, en el marco de los acuerdos y resoluciones establecidos por eConsejo Federal de Cultura y Educación.

• Diseñar y desarrollar un plan anual decapacitación, con modalidades presen

ciales, semipresenciales y a distancia, consede en el Centro Nacional de EducaciónTecnológica, y con nodos en los CentrosRegionales de Educación Tecnológica ylas Unidades de Cultura Tecnológica.

• Coordinar y promover programas deasistencia económica e incentivos fiscales destinados a la actualización y e

desarrollo de la educación técnico-profesional; en particular, ejecutar laacciones relativas a la adjudicación y econtrol de la asignación del CréditoFiscal –Ley Nº 22.317–.

• Desarrollar mecanismos de cooperacióninternacional y acciones relativas a diferentes procesos de integración educativaen particular, los relacionados con lopaíses del MERCOSUR, en lo referente ala educación técnico-profesional.

Estas metas se despliegan en distintos programas y líneas de acción de responsabilidadde nuestra institución, para el período 20032007:

II

LAS METAS, LOS PROGRAMAS Y LAS LÍNEAS DE

ACCIÓN DEL INSTITUTO NACIONAL DE




Programa 1. Formación técnica, media ysuperior no universitaria:

1.1. Homologación y validez nacional detítulos.

1.2. Registro nacional de instituciones deformación técnica.

1.3. Espacios de concertación.

1.4. Perfiles profesionales y ofertas formati-vas.

1.5. Fortalecimiento de la gestión institu-cional; equipamiento de talleres y la-boratorios.

1.6. Prácticas productivas profesiona-lizantes: Aprender emprendiendo.

Programa 2. Crédito fiscal:

2.1. Difusión y asistencia técnica.

2.2. Aplicación del régimen.

2.3. Evaluación y auditoría.

Programa 3. Formación profesional para eldesarrollo local:

3.1. Articulación con las provincias.

3.2. Diseño curricular e institucional.3.3. Información, evaluación y certifi-

cación.

Programa 4.Educación para el trabajo y laintegración social.

Programa 5. Mejoramiento de la enseñanzay del aprendizaje de la Tecnología y de laCiencia:

5.1. Formación continua.5.2. Desarrollo de recursos didácticos.

Programa 6. Desarrollo de sistemas de infor-mación y comunicaciones:

6.1. Desarrollo de sistemas y redes.

6.2. Interactividad de centros.

Programa 7. Secretaría ejecutiva del ConsejNacional de Educación Trabajo –CoNE-T–.

Programa 8. Cooperación internacional.

Los materiales de capacitación que, en est

ocasión, estamos acercando a la comunidaeducativa a través de la serie “Recursodidácticos”, se enmarcan en el Programa del INET, focalizado en el mejoramiento dla enseñanza y del aprendizaje de la Tecnología y de la Ciencia, uno de cuyos propósitos es el de:

• Desarrollar materiales de capacitacióndestinados, por una parte, a la actualización de los docentes de la educacióntécnico-profesional, en lo que hace a conocimientos tecnológicos y científicos; ypor otra, a la integración de los recursodidácticos generados a través de ellos, enlas aulas y talleres, como equipamientde apoyo para los procesos de enseñanzy de aprendizaje en el área técnica.

Estos materiales didácticos han sido elaborados por especialistas del Centro Nacional dEducación Tecnológica del INET y por especialistas convocados a través del Programa dlas Naciones Unidas para el Desarroll–PNUD– desde su línea “Conocimientocientífico-tecnológicos para el desarrollo dequipos e instrumentos”, a quienes estDirección expresa su profundo reconoci

miento por la tarea encarada.

María Rosa Almando

Directora Ejecutiva del Instituto Nacional dEducación Tecnológica

Ministerio de Educación, Ciencia Tecnologí



Desde el Centro Nacional de EducaciónTecnológica –CeNET– encaramos el diseño,el desarrollo y la implementación de proyec-tos innovadores para la enseñanza y el apren-dizaje en educación técnico-profesional.

El CeNET, así:

• Es un ámbito de desarrollo y evaluación

de metodología didáctica, y de actuali-zación de contenidos de la tecnología yde sus sustentos científicos.

• Capacita en el uso de tecnología a do-centes, profesionales, técnicos, estudian-tes y otras personas de la comunidad.

• Brinda asistencia técnica a autoridades e-ducativas jurisdiccionales y a edu-cadores.

• Articula recursos asociativos, integrandoa los actores sociales involucrados con laEducación Tecnológica.

Desde el CeNET venimos trabajando en dis-tintas líneas de acción que convergen en elobjetivo de reunir a profesores, a especialistasen Educación Tecnológica y a representantesde la industria y de la empresa, en acciones

compartidas que permitan que la educacióntécnico-profesional se desarrolle en la escuelade un modo sistemático, enriquecedor, pro-fundo... auténticamente formativo, tanto paralos alumnos como para los docentes.

Una de nuestras líneas de acción es la de di-señar y llevar adelante un sistema de capaci-

tación continua para profesores de educacióntécnico-profesional, implementando trayectos de actualización. En el CeNET contamoscon quince unidades de gestión de aprendizaje en las que se desarrollan cursostalleres, pasantías, conferencias, encuentrosdestinados a cada educador que desee integrarse en ellos presencialmente o a distancia

Otra de nuestras líneas de trabajo asume laresponsabilidad de generar y participar enredes que vinculan al Centro con organismoe instituciones educativos ocupados en laeducación técnico-profesional, y con organismos, instituciones y empresas dedicados a latecnología en general. Entre estas redes, seencuentra la Red Huitral, que conecta aCeNET con los Centros Regionales deEducación Tecnológica -CeRET- y con lasUnidades de Cultura Tecnológica –UCT–instalados en todo el país.

También nos ocupa la tarea de producirmateriales de capacitación docente. DesdeCeNET hemos desarrollado distintas seriesde publicaciones –todas ellas disponibles enel espacio web www.inet.edu.ar–:

Educación Tecnológica, que abarca materiales que posibilitan una definición curricular del área de la Tecnología en eámbito escolar y que incluye marcosteóricos generales, de referencia, acercadel área en su conjunto y de sus contenidos, enfoques, procedimientos yestrategias didácticas más generales.

X

LAS ACCIONES DEL CENTRO NACIONAL DE




• Desarrollo de contenidos, nuestra segundaserie de publicaciones, que nuclea fascícu-los de capacitación en los que se profun-diza en los campos de problemas y decontenidos de las distintas áreas del cono-cimiento tecnológico, y que recopila, tam-bién, experiencias de capacitación docentedesarrolladas en cada una de estas áreas.

• Educación con tecnologías, que propicia eluso de tecnologías de la información y dela comunicación como recursos didácti-cos, en las clases de todas las áreas yespacios curriculares.

• Educadores en Tecnología, serie de publica-

ciones que focaliza el análisis y las pro-puestas en uno de los constituyentes delproceso didáctico: el profesional queenseña Tecnología, ahondando en losrasgos de su formación, de sus prácticas,de sus procesos de capacitación, de suvinculación con los lineamientos curricu-lares y con las políticas educativas, deinteractividad con sus alumnos, y consus propios saberes y modos de hacer.

• Documentos de la escuela técnica, quedifunde los marcos normativos y curricu-lares que desde el CONET –ConsejoNacional de Educación Técnica- deli-nearon la educación técnica de nuestropaís, entre 1959 y 1995.

• Ciencias para la Educación Tecnológica,

que presenta contenidos científicos aso-ciados con los distintos campos de la tec-nología, los que aportan marcos concep-tuales que permiten explicar y funda-mentar los problemas de nuestra área.

• Recursos didácticos, que presenta con-tenidos tecnológicos y científicos,

estrategias –curriculares, didácticas referidas a procedimientos de construcción– que permiten al profesor de la educación técnico-profesional desarrollarcon sus alumnos, un equipamientespecífico para integrar en sus clases.

Desde esta última serie de materiales dcapacitación, nos proponemos brindar herramientas que permitan a los docentes nsólo integrar y transferir sus saberes y capacidades, sino también, y fundamentalmenteacompañarlos en su búsqueda de solucionecreativas e innovadoras a las problemáticacon las que puedan enfrentarse en el procesde enseñanza en el área técnica.

En todos los casos, se trata de propuestas denseñanza basadas en la resolución de problemas, que integran ciencias básicas tecnología, y que incluyen recursos didácticos apropiados para la educacióntécnico–profesional.

Los espacios de problemas tecnológicos, laconsignas de trabajo, las estrategias d

enseñanza, los contenidos involucrados yfinalmente, los recursos didácticos estáplanteados en la serie de publicaciones quaquí presentamos, como un testimonio drealidad que da cuenta de la potencialidaeducativa del modelo de problematización enel campo de la enseñanza y del aprendizajde la tecnología, que esperamos que resultde utilidad para los profesores de la edu

cación técnico-profesional de nuestro país.

Juan Manuel KirschenbaumDirector Nacional del Centro Nacional d

Educación TecnológicaInstituto Nacional de Educación Tecnológic



Desde esta serie de publicaciones del Centro

Nacional de Educación Tecnológica, nos pro-ponemos:

• Poner a consideración de los educadoresun equipamiento didáctico a integrar enlos procesos de enseñanza y de apren-dizaje del área técnica que coordinan.

• Contribuir a la actualización de losdocentes de la educación técnico-profe-

sional, en lo que hace a conocimientostecnológicos y científicos.

Inicialmente, hemos previsto el desarrollo deveinte publicaciones con las que intentamosabarcar diferentes contenidos de este campocurricular vastísimo que es el de la educacióntécnico-profesional.

En cada una de estas publicaciones es posiblereconocer una estructura didáctica común:

1 Problemas tecnológicos en el aula. Enesta primera parte del material sedescriben situaciones de enseñanza y deaprendizaje del campo de la educacióntécnico-profesional centradas en la re-solución de problemas tecnológicos, y sepresenta una propuesta de equipamientodidáctico, pertinente como recurso pararesolver esas situaciones tecnológicas ydidácticas planteadas.

2 Encuadre teórico para los problemas.En vinculación con los problemas didác-ticos y tecnológicos que constituyen elpunto de partida, se presentan conceptos

tecnológicos y conceptos científicos aso

ciados.3 Hacia una resolución técnica. Manua

de procedimientos para la construcción y el funcionamiento del equipo

Aquí se describe el equipo terminado y smuestra su esquema de funcionamientose presentan todas sus partes, y los materiales, herramientas e instrumentos necesarios para su desarrollo; asimismo, se

pauta el “paso a paso” de su construcción, armado, ensayo y control.

4 El equipo en el aula. En esta parte dematerial escrito, se retoman las situaciones problemáticas iniciales, aportandosugerencias para la inclusión del recursodidáctico construido en las tareas quedocente y alumnos concretan en el aula.

5 La puesta en práctica. Este tramo dela publicación plantea la evaluacióndel material didáctico y de la experiencia de puesta en práctica de las estrategias didácticas sugeridas. Implica unaretroalimentación –de resolución voluntaria– de los profesores destinatarios hacia el Centro Nacional deEducación Tecnológica, así como epunto de partida para el diseño denuevos equipos.

Esta secuencia de cuestiones y de momentosdidácticos no es azarosa. Intenta replicar –enuna producción escrita– las mismas instanciasde trabajo que los profesores de Tecnologíaponemos en práctica en nuestras clases:

II

LA SERIE “RECURSOS DIDÁCTICOS”



Es a través de este circuito de trabajo (pro-blema-respuestas iniciales-inclusión teórica-respuestas más eficaces) como enseñamos ycomo aprenden nuestros alumnos en el área:

• La tarea comienza cuando el profesor

presenta a sus alumnos una situacióncodificada en la que es posible recono-cer un problema tecnológico; para con-figurar y resolver este problema, es nece-sario que el grupo ponga en marcha unproyecto tecnológico, y que encare análi-sis de productos o de procesos desarro-llados por distintos grupos sociales pararesolver algún problema análogo.

Indudablemente, no se trata de cualquierproblema sino de uno que ocasionaobstáculos cognitivos a los alumnosrespecto de un aspecto del mundo artifi-cial que el profesor –en su marco curri-cular de decisiones– ha definido comorelevante.

• El proceso de enseñanza y de aprendiza-

je comienza con el planteamiento de esasituación tecnológica seleccionada por elprofesor y con la construcción del espa-cio-problema por parte de los alumnos, ycontinúa con la búsqueda de respuestas.

• Esta detección y construcción derespuestas no se sustenta sólo en losconocimientos que el grupo disponesino en la integración de nuevos con-tenidos.

• El enriquecimiento de los modos de “ver”y de encarar la resolución de un proble-ma tecnológico –por la adquisición denuevos conceptos y de nuevas formastécnicas de intervención en la situación

desencadenante– suele estar distribuidamaterialmente –en equipamiento, enmateriales, en herramientas–.

No es lo mismo contar con este equipamiento que prescindir de él.

Por esto, lo queintentamos des-de nuestra seriede publicacio-nes es acercar alprofesor distin-tos recursos di-dácticos que a-

yuden a sus a-lumnos en estatarea de proble-matización y dei n t e r v e n c i ó n– s u s t e n t a d ateórica y técni-camente– en elmundo tecno-

lógico.

Al seleccionar los recursos didácticos queforman parte de nuestra serie de publicaciones, hemos considerado, en primer término, su potencialidad para posibilitar, a losalumnos de la educación técnico-profesionalconfigurar y resolver distintos problemas tecnológicos.

Y, en segundo término, nos preocupó quecumplieran con determinados rasgos que lepermitieran constituirse en medios eficacesdel conocimiento y en buenos estructurantecognitivos, al ser incluidos en un aula por unprofesor que los ha evaluado como perti

V

Caracterizamos comorecurso didáctico a to-do material o compo-nente informático se-leccionado por un edu-cador, quien ha evalua-do en aquél posibili-dades ciertas para ac-

tuar como mediadorentre un problema de larealidad, un contenidoa enseñar y un grupode alumnos, facilitandoprocesos de compren-sión, análisis, profundi-zación, integración,síntesis, transferencia,producción o evalua-ción.



nentes. Las cualidades que consideramosfundamentales en cada equipo que promove-mos desde nuestra serie de publicaciones”Recursos didácticos”, son:

• Modularidad (puede adaptarse a diversos

usos).• Resistencia (puede ser utilizado por los

alumnos, sin peligro de romperse confacilidad).

• Seguridad y durabilidad (integrado pormateriales no tóxicos ni peligrosos, ydurables).

• Adaptabilidad (puede ser utilizado en eltaller, aula o laboratorio).

• Acoplabilidad (puede ser unido o combi-nado con otros recursos didácticos).

• Compatibilidad (todos los componentes,bloques y sistemas permiten ser integra-dos entre sí).

• Facilidad de armado y desarmado (posi-

bilita pruebas, correcciones e incorpo-ración de nuevas funciones).

• Pertinencia (los componentes, bloquesfuncionales y sistemas son adecuadospara el trabajo con los contenidos cu-rriculares de la educación técnico-pro-fesional).

• Fiabilidad (se pueden realizar las tareaspreestablecidas, de la manera esperada).

• Coherencia (en todos los componentes,bloques funcionales o sistemas se siguenlas mismas normas y criterios para elarmado y utilización).

• Escalabilidad (es posible utilizarlo enproyectos de diferente nivel de com-

plejidad).

• Reutilización (los diversos componentesbloques o sistemas pueden ser desmontados para volver al estado original).

• Incrementabilidad (posibilidad de i

agregando piezas o completando eequipo en forma progresiva).

Haydeé Nocet

Coordinadora de la acción “Conocimientocientífico-tecnológicos para el desarrollo d

equipos e instrumentos”Centro Nacional de Educación Tecnológic



18.Biorreactor para

la producciónde alimentos



2

Este material de capacitación fuedesarrollado por

Eduardo Antonio SchiappacasseIngeniero de Alimentos. Diplomado enEstudios Avanzados y candidato al titulo de

Doctor en Ingeniería, en la especialidad Alimentos (Universidad Politécnica de Valencia, España). Es profesor titular ordina-rio de la cátedra "Química y bioquímica delos alimentos", en la carrera de Ingeniería de

Alimentos (Universidad Nacional de EntreRíos), y profesor titular en "Alimentación yambiente" en la carrera de Técnico Superioren Gestión Ambiental. Es investigador y

consultor; se desempeñó en la actividad esta-tal y privada, y realizó numerosas publica-ciones vinculadas con el agua y con los ali-mentos.

Coordinación general:

Haydeé Noceti

Diseño didáctico:

Ana Rúa

Administración:

Adriana Perrone

Monitoreo y evaluación:

Laura Irurzun

Diseño gráfico:

Tomás AhumadaKarina Lacava

Alejandro Carlos Mertel

Diseño de tapa:Laura Lopresti

J. M. K.

Con la colaboracióndel equipo de profesionales

del Centro Nacionalde Educación Tecnológica



Las metas, los programas y las líneas de accióndel Instituto Nacional de Educación Tecnológica

Las acciones del Centro Nacional de Educación Tecnológica

La serie “Recursos didácticos” V

1 Problemas tecnológicos en el aula• El recurso didáctico que proponemos

2 Encuadre teórico para los problemas• La microbiología• Las enzimas• La biotecnología y sus aplicaciones en la tecnología de los alime

tos

3 Hacia una resolución técnica. Manual de procedimientospara la construcción y el funcionamiento del equipo• El producto• Los componentes• Los materiales, herramientas e instrumentos• El armado

4 El equipo en el aula• Elaboración de yogur y derivados lácteos fermentados• Elaboración de vinagre mediante el biorreactor-fermentador

5 La puesta en práctica

Índice



4

Los alumnos de "Industrias de procesos" estáncursando el módulo Producción de base micro-

biológica.

En este momento, los ocupa un proyecto tecno-lógico de elaboración de vinagre.

Ya han analizado:

• los distintos vinagres que se comercializan,cómo se etiquetan y las diferencias en suprecio;

• el simple hecho de que, si se deja vino en labotella, éste se convierte en vinagre con el

transcurso del tiempo.

Y, ahora, se encuentran definiendo:

• La proporción y la calidad de las materias

primas a utilizar (vino, manzana, alcohol).

• Las etapas a desarrollar y la cantidad destarters -"arrancadores", iniciadores- a uti-lizar.

• Los tiempos y temperaturas de fermenta-ción.

Específicamente, los alumnos están observan-do el tiempo la formación de ácido acético,midiendo el descenso del pH.

Luego de definidos los componentes del proce-so de concreción del vinagre, van a generar undispositivo tecnológico que, a partir de distintashipótesis respecto de las propiedades organo-lépticas del producto final -según la composi-ción y el empleo de materias primas, y de lascondiciones de proceso-, les permita simularparámetros, repetir el proceso y extraer resulta-dos comparativos acerca del vinagre obtenido

en cada caso, para optar por el producto finalde mejor calidad.

En las bases curriculares de la educación técnico-profesional se encuentran especi- ficadas competencias relativas a la producción de alimentos y a la implementación

de procesos biotecnológicos, algunos tradicionales y de uso hace larga data perointegrados a modernos conocimientos del campo de la microbiología.

Consideremos estos testimonios:

1. PROBLEMAS TECNOLÓGICOS EN EL AULA

La verificación de los requisitos higiénicos y sanitarios en la elaboración de yogur es la tarea queocupa a los alumnos de la asignatura Alimentos , en su formación técnica en química.Su indagación tiene como punto de partida una situación problemática planteada por su profesora:



Los alumnos analizan la información disponibleacerca de los componentes de yogures de dis-

tintas marcas e hipotetizan:

• Esa diferencia de precios representa, tam-

bién, diferencias de calidad.• Todos los probióticos considerados son

productos habilitados para el consumo.

• Algunos probióticos incluyen gelificantes.

• Aún cuando se trata de productos habilita-dos, algunos yogures podrían estar espesa-dos con harinas de trigo o maíz -de ahí suriesgo para las personas celíacas-.

Ahora:

¿Cómo realizar el control del producto en fábrica (como lo establecen las legislaciones dedistintos países)?

Los alumnos del Centro de FormaciónProfesional van a abocarse a la elaboración depan francés.

Como tarea inicial, los integrantes del grupoconsideran distintos productos, y determinanque la elaboración no es la misma en diferentespanaderías y que -incluso en un mismo estable-cimiento- los panes varían en su gusto.

En formador plantea, entonces:

- ¿Cuáles son los factores más importantes a

tener en cuenta para obtener un pan quesiempre tenga la misma calidad?

Los alumnos van refiriéndose a las distintasdimensiones: proporción y calidad de las mate-rias primas a utilizar (harina, agua, sal, levadu-ra), tiempos de amasado, fermentación y des-canso de la masa.

Surge, entonces, la necesidad de contar con un

equipo que permita simular la operación deamasado, a modo de estandarizar los ensayos yde lograr pan con características estables.

Ya hemos analizado estadísticas de consumo de alimentos probióticos -entre los que seencuentra el yogur- y sabemos que su venta es creciente y continua; conocemos, además,cuáles son sus componentes.

Mi desafío para hoy es éste:¿Por qué ingerir yogur puede afectar a personas celíacas? No habría razones para que sus com-

ponentes incidieran en la salud de este grupo de personas; pero... en ocasiones sí les resultanriesgosos... Una pista... Consideren las diferencias de precios que se registran entre iguales pro-

ductos de distintas marcas.

Desde el módulo Química y bioquímica de los alimentos , los alumnos de la "Tecnicatura Superior enTecnología de los Alimentos", encaran esta situación problemática:



Vamos a presentarle una propuesta deequipamiento didáctico, pertinente comorecurso para resolver éstas y otras situacionestecnológicas planteadas en torno a la fabri-

cación de alimentos biológicos basados enfermentos.

Contando con este recurso didácticoBiorreactor para la producción de alimentos,es posible:

• variar y controlar los principales parámetros que afectan el rendimiento y la viabilidad del proceso: temperatura, aireación mediante agitación, pH, concentra

ción de enzimas, cantidad de sustrato(biomasa), cantidad de starters (iniciadores biológicos bacterianos o fúngicos)tiempo de reacción; y,

• determinar la velocidad de reacción (lacinética de la reacción), en función de losdos últimos parámetros.

6

A modo de darle valor agregado a la pro-ducción avícola primaria de la zona, en laprovincia de Entre Ríos se ha desarrolladoextracto de huevo entero en polvo.

Este producto, de creciente demanda por losmercados orientales, tiene el inconveniente dedesarrollar reacciones de pardeamiento

químico, vía reacción de Maillar, durante elproceso de deshidratación.

El problema es que estas reacciones dancomo resultado un producto cuyo color es re-chazado por los mercados que lo demandan.

¿Cómo resolver esta situación?

Los alumnos definen:

• Los términos generales del problema.

• Una hipótesis: Someter la clara de huevo auna reacción enzimática, utilizando gluco-sa-oxidasa para eliminar la glucosa.

Para definir los aspectos teóricos que involucrala reacción enzimática, determinan:

• Tipo y cantidad de enzima a utilizar, versuscantidad de producto (clara de huevo).

• Etapa del proceso de elaboración del huevoentero en polvo en la que es necesarioimplementar la técnica.

• Tiempo de reacción enzimática.

• Opción por un proceso discontinuo (opera-ción en batch ) o continuo.

• Modo de recuperación de la enzima, encaso de un proceso discontinuo.

¿Cómo modelizar este proceso?

El recurso didáctico que proponemos



Biorreactor para la producción de alimentos



8

La palabra microorganismo trae a la menteun grupo de criaturas minúsculas, diminutosseres vivos que, individualmente, son dema-siado pequeños como para percibirse a sim-

ple vista.

Normalmente, tendemos a asociar estospequeños organismos con infecciones, con

enfermedades -como el SIDA- o con el deterioro de alimentos. Sin embargo, la mayoríade los microorganismos contribuye de una

forma crucial en el bienestar de la Tierraayudando a mantener el equilibrio de losorganismos vivos y productos químicos ennuestro medio ambiente. Los microorganismos de agua dulce y salada son la base de lacadena alimentaría, en océanos, lagos y ríoslos microorganismos del suelo destruyen losproductos de desecho e incorporan el gasnitrógeno del aire en compuestos, y reciclan

los productos químicos en el suelo, agua yaire; ciertas bacterias y algas juegan un papeimportante en la fotosíntesis -proceso quegenera nutrientes y oxígeno a partir de luzsolar y del CO2-, crítica para el manteni

miento de la vida sobre la Tierra; los hombrey algunos animales dependen de las bacteriasque habitan en sus intestinos para realizar ladigestión, y la síntesis de vitaminas como la

K y algunas del complejo B.

Los microorganismos también tienen aplicaciones industriales, ya que se utilizan en lasíntesis de productos químicos como acetona, ácidos orgánicos, enzimas, alcohol ymuchos medicamentos.

2. E N C U A D R E T E Ó R I C O PA R A L O SP R O B L E M A S

La microbiología

La microbiología es el estudio de los orga-nismos microscópicos; su nombre deriva

de tres palabras griegas: mikros (peque-ño), bios (vida) y logos (ciencia) que, con-juntamente, significan el estudio de la vidamicroscópica.

Bacterias

Hongos (levaduras yhongos filamentosos)

VirusProtozoos

Microorganismos

Algas microscópicas



La industria alimentaría también usa micro-organismos en la producción de vinagre,bebidas alcohólicas, aceitunas, queso, yogury pan. E, incluso, manipula bacterias y otrosmicroorganismos para que produzcan sus-

tancias que, normalmente, no son sintetiza-das por ellos; es a través de esta técnica deingeniería genética, que las bacterias puedenproducir importantes sustancias terapéuticascomo insulina, hormona de crecimientohumana e interferón.

Actualmente, sabemos que los microorganis-mos se encuentran en todas partes; pero,hasta hace poco -antes de la invención delmicroscopio-, los microorganismos eran des-conocidos para los científicos. Miles de per-sonas morían en las epidemias cuyas causasno se conocían, por deterioro de alimentosque no se podía controlar, o debido a que noexistían vacunas y antibióticos disponiblespara combatir las infecciones.

Desarrollo histórico de lamicrobiología

Aunque los microorganismos se originarohace, aproximadamente, 4000 millones d

años, la microbiología es una ciencia relativamente joven. Los primeros microorganismose observaron hace 300 años y, sin embargopasaron unos 200 hasta que se reconoció simportancia.

La microbiología surgió como ciencia tras edescubrimiento de los microorganismos, gracias al perfeccionamiento del microscopio. E

naturalista holandés Antoni vaLeeuwenhoek, en 1683, fue el primero edescribir estos organismos, que observó cola ayuda de un microscopio construido por émismo.

Ya en 1546, Girolano Fracastoro había sugerido que las enfermedades podían deberse organismos tan pequeños que no podíanverse y que eran transmitidos de una persona a otra. Sin embargo, el descubrimiento dlas bacterias como agentes específicos denfermedades infecciosas en los animales furealizado a través del estudio del carbuncoinfección grave de los animales domésticoque es transmisible al hombre. La demostración concluyente de la causa bacteriana

El proceso de producción de acetona y butanolpor bacterias fue descubierto, en 1914, porChaim Weizmann, un polaco que trabajabapara Winston Churchill en Inglaterra.

Cuando estalló la primera guerra mundial, en

agosto de ese año, la producción de acetonaera esencial en el proceso de fabricación delas municiones, por lo que el descubrimientode Weizmann jugó un papel determinante en eldesarrollo de la guerra.

Después de la guerra, rehusó todos los hono-res que le propuso el gobierno británico; sinembargo, utilizó su influencia para que elgobierno británico ayudara a establecer elestado judío en Palestina.

En 1949, Weizmann fue elegido el primer presi-dente de Israel.

El propósito de enseñar acerca de la microbio-logía, de sus pioneros y de su historia, permite alos alumnos aprender a usar las técnicas nece-sarias para mantener los alimentos libres demicroorganismos y aumentar la protecciónfrente a una enfermedad patógena.



0

etiología del carbunco fue proporcionada, en1876, por Robert Koch, un médico rural ale-mán.

Koch empezó a estudiar el mundo microbia-no después de que su mujer le regalara un

microscopio por su vigésimo octavo cumple-años. Seis años después, anunció al mundoque había encontrado la bacteria del carbun-co (Bacillus anthracis). Posteriormente, él ysus colaboradores descubrieron las bacteriasque causan la tuberculosis y el cólera.

Esta serie de experimentos se ajustaba a loscriterios necesarios para poder establecer la

relación causal entre un organismo específicoy una enfermedad específica. Los criteriosplanteados se conocen como los postuladosde Koch:

• El microorga-nismo debeestar presenteen todos los

casos de laenfermedad.

• El microorga-nismo debeser aislado delenfermo yobtenerse encultivo puroen el labora-

torio.• La enferme-

dad específicadebe reprodu-cirse cuando un cultivo puro del micro-organismo se inocula a un hospedadorsusceptible sano.

• El microorganismo debe ser recuperablea partir del hospedador inyectado experimentalmente.

Este trabajo sobre el carbunco condujo rápidamente a la edad de oro de la bacteriología

En veinticinco años, la mayoría de los agentes bacterianos de las principales enfermedades humanas ya habían sido descubiertos ydescritos.

Después de ensayar 605 sustancias, Kochencontró un compuesto que cumplía requisitos antimicrobianos. Llamó a esta sustanciaSalvarsan, primer compuesto químico sinte

tizado en laboratorio que podía curar unaenfermedad sin ser tóxico para el pacienteGracias a este descubrimiento, en 1908, leconcedieron el premio Nobel.

Louis Pasteur fue el químico y biólogo francés que fundó la ciencia de la microbiologíaComenzó investigando los procesos de fermentación del vino y la cerveza, y descubrió

la existencia de las bacterias que interferíanen este proceso; aplicó, entonces, sus conclusiones al estudio de las enfermedades ydemostró la teoría de los gérmenes comocausantes de aquellas. También desarrollóvacunas que consiguieron salvar miles devidas.

Pasteur observó que, en la fabricación de la

cerveza y el vino, a veces los dos líquidosresultaban buenos y, otras, agrios; decidióasí, estudiar el proceso con el microscopio ydescubrió que, cuando la fermentación eranormal, participaban las pequeñas células dela levadura; en cambio, cuando resultabanagrios, en el proceso participaban bacterias.

El descubrimientoposterior de virusagentes que no cre-

cen en medios artifi-ciales en el laboratorio, como lo hacenlas bacterias (DimitriIvanovski, en 1892,descubre que elvirus del mosaicodel tabaco pasa losfiltros que retienen alas bacterias), exigióalgunas modifica-ciones en los postu-lados de Koch.



Un método fun-damental para

estudiar las bacte-rias es cultivarlasen un mediolíquido o en lasuperficie de unmedio sólido deagar. Los medios de cultivo contienen distin-tos nutrientes, desde azúcares simples hastasustancias complejas como la sangre o elextracto de caldo de carne. Para aislar o puri-ficar una especie bacteriana a partir de unamuestra formada por muchos tipos de bacte-rias, se siembra en un medio de cultivo sóli-do donde las células que se multiplican nocambian de localización; tras muchos ciclosreproductivos, cada bacteria individual gene-ra una colonia macroscópica compuesta pordecenas de millones de células similares a laoriginal. Si esta colonia individual se siem-bra, a su vez, en un nuevo medio, crece comocultivo puro de un solo tipo de bacteria.

Muchas especies bacterianas son tan pareci-das morfológicamente que es imposible dife-renciarlas sólo con el uso del microscopio; eneste caso, para identificar cada tipo, se estu-

dian sus características bioquímicas, sembrándolas en medios de cultivo especiales.

Así, algunos medios contienen un productque inhibe el crecimiento de la mayoría dlas especies bacterianas, pero no la de un tip

que deseamos averiguar si está presenteotras veces, el medio de cultivo contiendeterminados azúcares especiales que sólpueden utilizar algunas bacterias. En algunomedios se añaden indicadores de pH qucambian de color cuando uno de los nutrientes del medio es fermentado y se generancatabolitos ácidos; si las bacterias son capaces de producir fermentación, generan gase

que pueden ser apreciados cuando el cultivse realiza en un tubo cerrado. Otros mediode cultivo permiten identificar si las bacteriaproducen deter-minadas enzimasque digieren losnutrientes; así, al-gunas bacteriascon enzimas he-

molíticas (capacesde romper los gló-bulos rojos) pro-ducen hemólisis ycambios aprecia-bles macroscópi-camente en lasplacas de agar-sangre.

La esterilización es un proceso esencial parel funcionamiento de un hospital y se aplica todos los instrumentos quirúrgicosimplantes y muchos otros dispositivos. Ldesecación y la congelación eliminan muchaespecies de bacterias; pero, otras simplemente permanecen en estado vegetativo. El calo

Esterilización

Pasteurización

Desinfección

Técnicas de la microbiología

El agar es un gel de

polisacáridos y proteí-nas que se obtiene apartir del extracto dealgas marinas.

Los diferentes me-dios y técnicas decultivo son esencia-les en el laboratoriode microbiología de

un hospital, pues sir-ven para identificarlas bacterias cau-santes de las enfer-medades infeccio-sas y los antibióticosa los que son sensi-bles esas bacterias.



seco o húmedo, en cambio, elimina todas lasbacterias, combinando adecuadamente latemperatura a la que se someten y el tiempode exposición.

Es posible esterilizar por calor seco en estu-

fas a más de 160 ºC durante media hora; o,por calor húmedo, en autoclaves a 120 ºCdurante 20 minutos y a presión superior a laatmosférica.

Otra forma habitual de esterilización, utiliza-do para objetos no resistentes al calor, es através de medios químicos: el ácido fénico -iniciador de la era de la antisepsia-, el ácido

cianhídrico, el óxido de etileno, la clorhexi-dina, los derivadosmercuriales, losderivados del yo-do (especialmen-te, la povidonayodada) y muchasotras sustancias.

Y un tercer medio de esterilización, másactual, es a través de radiaciones ionizantes(beta, gamma).

La pasteurización es un proceso de calenta-miento de un líquido, en particular de laleche, hasta una temperatura que oscila entre55 y 70 ºC. Se usa para destruir las bacteriasperjudiciales, sin producir cambios materia-les en la composición, en el sabor o en elvalor nutritivo del alimento. El proceso reci-be este nombre en honor al químico francésLouis Pasteur quien lo ideó, en 1865, con elfin de inhibir la fermentación del vino y de laleche.

La leche se pasteuriza al calentarla a 63 ºC

durante 30 minutos; luego, se enfría conrapidez y se envasa a una temperatura de10 ºC. La cerveza y el vino se pasteurizan aser calentados a unos 60 ºC durante unos 20minutos. Según un método más recientetambién se logra calentando a 70 ºC durante

30 segundos y envasando en condicioneestériles.

La desinfecciónincluye sustanciasusadas por suspropiedades anti-sépticas, es decir,por su facultad de

matar microbios ogérmenes nocivosa los animales y alas plantas. Lase n f e r m e d a d e scontagiosas, laspestes y las infec-ciones se produ-cen por la acción de algunos microbios que

en medicina, son llamados gérmenes patógenos.

Basado en los hallazgos del fisiólogo alemánTheodor Schwann y del bioquímico francéLouis Pasteur, Lister (1827-1912) desinfectaba las heridas quirúrgicas y accidentales conuna solución de ácido carbólico; este procedimiento le permitió, en cinco años, reducila tasa de mortalidad de las amputacionesimportantes, de un 45 % a un 12 %. Otrosantisépticos son el bicloruro de mercurio, eyodo, el ácido bórico, los hipocloritos, emercurocromo y el mertiolato. El cloro seutiliza en la esterilización del agua; en especial, en los sistemas públicos de suministrode agua y en las piscinas.

2

El alcohol etílico no

produce esteriliza-

ción completa.

Los desinfectantesson una arma clavepara protegernos delos microorganismos-que se encuentran

en casi todas partes-, al ir destruyén-dolos, al impedir sudesarrollo y, asimis-mo, al proteger elárea donde actúan,durante un tiempo.



Clasificación de los microorganismos

a. Virus

Son entidades no celulares de muy pequeñotamaño, por lo que debe recurrirse al micros-copio electrónico para su visualización. Sonagentes infectivos de naturaleza obligada-mente parasitaria intracelular, que necesitansu incorporación al protoplasma vivo para

que su material genético sea replicado pormedio de su asociación más o menos com-pleta con las actividades celulares normalesque pueden transmitirse de una célula a otra.

Cada tipo de virus consta de una sola clasede ácido nucleico (ADN o ARN; nuncaambos), con capacidad para codificar variasproteínas -algunas de las cuales pueden tenerfunciones enzimáticas mientras que otras sonestructurales-, disponiéndose éstas en cadapartícula viral alrededor del material genéti-co, formando una estructura regular (cápsi-de). En algunos virus existe, además, unaenvoltura externa de tipo membranoso, deri-vada, en parte, de la célula en la que se desa-rrolló el virión (bicapa lipídica procedente de

membranas celulares) y, en parte, de origenviral (proteínas).

b. Bacterias

Una bacteria simplificada está formada potres capas externas que envuelven las estructuras internas; la capa pegajosa protege lpared celular rígida que, a su vez, cubre lmembrana celular semipermeable.

El flagelo es su medio de locomoción; lopelos que se extienden por fuera de la cápsula ayudan a la bacteria a sujetarse a las super

ficies. El material genético está contenido enel ADN que forma el nucleoide. Los ribosomas que flotan en el citoplasma intervienenen la síntesis de proteínas.

El material genético de la célula bacterianestá formado por una hebra doble de ADNcircular. Muchas bacterias poseen tambiénpequeñas moléculas de ADN circulares -plás

midos- que llevan información genéticapero, la mayoría de las veces, no resultanesenciales en la reproducción. Muchos destos plásmidos pueden transferirse de unbacteria a otra, mediante un mecanismo dintercambio genético denominado conjugación.

Otros mecanismos por los cuales la bacteripuede intercambiar información genética sonla transducción, en la que se transfiere ADNpor virus bacterianos, y la transformación, enla que el ADN pasa al interior de la célulbacteriana directamente desde el medio.

Las células bacterianas se dividen por fisiónel material genético se duplica y la bacteria s

a. Virus

b. Bacterias

c. Hongos

Microorganismos



alarga, se estrecha por la mitad y tiene lugarla división completa, formándose dos célulashijas idénticas a la célula madre. Así, al igualque ocurre en los organismos superiores, unaespecie de bacteria origina sólo células de lamisma especie, al reproducirse. Algunas bac-

terias se dividen cada cierto tiempo (entre 20y 40 minutos); en condiciones favorables, sise dividen una vez cada 30 minutos, transcu-rridas 15 horas, una sola célula da lugar aunos mil millones de descendientes, que for-man agrupaciones -colonias- observables asimple vista; en condiciones adversas, algu-nas bacterias pueden formar esporas, formasde la célula en estado latente, que le permi-

ten resistir las condiciones extremas de tem-peratura y humedad.

La clasificación taxonómica más utilizadadivide a las bacterias en cuatro grandes gru-pos, según las características de la paredcelular.

• División Gracilicutes. Bacterias con paredcelular delgada, del tipo Gram negativas.

• División Firmicutes. Bacterias con paredcelular gruesa, del tipo Gram positivas.

• División Tenericutes. Bacterias que care-cen de pared celular.

• División Mendosicutes. Bacterias que tie-nen paredes celulares poco comunes, for-madas por materiales distintos a los típi-

cos peptidoglucanos bacterianos.

Entre las Mendosicutes se encuentran lasarquebacterias, un grupo de organismospoco comunes, que incluyen a: las bacteriasmetanogénicas -anaerobias estrictas, que pro-ducen metano a partir de dióxido de carbonoe hidrógeno-, las halobacterias -que necesi-

tan para su crecimiento concentraciones elevadas de sal- y las termoacidófilas -que necesitan azufre y son muy termófilas-.

Estos cuatro grandes grupos de bacterias sesubdividen, además, en unas 30 seccionenumeradas, alguna de las cuales se dividen, asu vez, en órdenes, familias y géneros.

c. Hongos

La mayoría de los hongos está constituidapor finas fibras -hifas- que contienen protoplasma. Éstas, a menudo, están divididas portabiques -septos-. En cada hifa hay uno o dosnúcleos; el protoplasma se mueve a través deun diminuto poro que ostenta el centro decada septo. No obstante, hay un filo de hongos -que se asemejan a algas-, cuyas hifasgeneralmente, no tienen septos y cuyosnumerosos núcleos están esparcidos por todoel protoplasma.

Las hifas crecen por alargamiento de las puntas y, también, por ramificación. La proliferación de hifas resultante de este crecimientose llama micelio. Cuando el micelio se desa-rrolla, puede llegar a formar grandes cuerposfructíferos, tales como las setas.

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Se ha discutido sobre la conveniencia de

que las aribacterias se incluyan en unreino aparte, ya que estudios bioquímicosrecientes han mostrado que son tan dife-rentes de las otras bacterias como de losorganismos eucariotas (organismos connúcleo celular diferenciado, delimitadopor una membrana nuclear).



Otros tipos de enormes estructuras de hifaspermiten a algunos hongos sobrevivir encondiciones difíciles o ampliar sus fuentesnutricionales. Las fibras, a modo de cuerdas,del micelio de la armillaria color de miel( Armillaria mellea), facilitan la propagación

de esta especie de un árbol a otro. Ciertoshongos forman masas de micelio resistentes,con forma más o menos esférica -esclerosis-;éstos pueden ser pequeños como granos dearena o grandes como melones.

En general, los hongos se reproducen poresporas -diminutas partículas de protoplas-ma rodeado de pared celular-. Las esporas se

forman de dos maneras. En el primer proce-so, las esporas se originan después de launión de dos o más núcleos, lo que ocurredentro de una o de varias células especializa-das. Estas esporas, que tienen característicasdiferentes heredadas de las distintas combi-naciones de genes de sus progenitores, sue-len germinar en el interior de las hifas. Loscuatro tipos de esporas que se producen de

esta manera (oosporas, zigosporas, ascospo-ras y basidiosporas) definen los cuatro gru-pos principales de hongos.

• Oosporas. Se forman por la unión de unacélula macho y otra hembra.

• Zigosporas. Se forman al combinarse doscélulas sexuales similares entre sí.

• Ascosporas. Suelen disponerse en gruposde ocho unidades; están contenidas enunas bolsas -ascas-.

• Basidiosporas. Se reúnen en conjuntos decuatro unidades, dentro de unas estruc-turas con forma de maza, llamadas basi-dios.

Los microorganismos y nuestravida

Diversos tipos de microorganismos son causantes de enfermedades de plantas y de animales. Al igual que nosotros, los microorganismos abundan casi en cualquier lugar, asque, permanentemente, estamos expuestos un contagio. Pero, nuestro organismo cuentcon un sistema de inmunidad formado poun ejército de células que se encarga de eliminar a todo intruso que penetre en él; estinmunidad puede inducirse mediante vacunas.

Los microorganismos también pueden afectarnos en el aspecto económico, ya que ocasionan enfermedades a los animales y a laplantas, dañando a cosechas y a ganados qusirven como fuente de alimento y que sonnuestra principal fuente de comercio.

Una forma de combatir los microorganismoes utilizando un antibiótico (del griego, ant

contra; bios: vida), compuesto químico utilizado para eliminar o inhibir el crecimientde organismos infecciosos.

En un principio, el término antibiótico sólose utilizaba para referirse a los compues-

tos orgánicos producidos por bacterias uhongos que resultaban tóxicos para otros

microorganismos.

Los antibacterianos son la principal cate-goría de antibióticos; pero, esta denomi-nación incluye, también, a los antipalúdi-cos, antivirales y antiprotozoos.



Una propiedad común a todos los antibióti-cos es su toxicidad selectiva: la toxicidad essuperior para los organismos invasores quepara los animales o los seres humanos quelos hospedan.

La penicilina es el antibiótico más conocido;ha sido empleado para tratar múltiples enfer-medades infecciosas como la sífilis, la gono-rrea, el tétanos o la escarlatina. La estrepto-micina es otro antibiótico que se usa en eltratamiento de la tuberculosis.

Los microorganismos y la

conservación de alimentos

Hay muchos agentes que pueden destruir lascualidades de la comida fresca; los microor-ganismos, como las bacterias y hongos, estro-pean los alimentos con rapidez. Las enzimas,que están presentes en todos los alimentosfrescos, provocan la degradación y cambiosquímicos que afectan, en especial, la textura

y el sabor. El oxígeno atmosférico puedereaccionar con componentes de los alimen-tos, que se pueden volver rancios o cambiarsu color natural. Igualmente dañinas resultanlas plagas de insectos y roedores, que son res-ponsables de enormes pérdidas en las reser-vas de alimentos.

Los alimentos enlatados almacenados en la Antártida, cerca del polo sur, por ejemplo,

siguen siendo comestibles al cabo de 50años; pero, esta conservación a largo plazono puede producirse en el cálido clima de lostrópicos. Además del enlatado y la congelación, existen otros métodos tradicionales deconservación como el secado, la salazón y e

ahumado. La desecación por congelación oliofilización es un método más recienteEntre las nuevas técnicas experimentalesse encuentran el uso de antibióticos y laexposición de los alimentos a la radiaciónnuclear.

La congelación conserva los alimentos, impidiendo la multiplicación de los microorganis

mos. Dado que el proceso no destruye atodos los tipos de bacterias, aquellos quesobreviven se reaniman en la comida, al descongelarse ésta, y, a menudo, se multiplicanmucho más rápido que antes de la congelación. Por el contrario, las enzimas, cuya actividad degrada los alimentos, sí se mantienenactivas en condiciones de congelación, aunque su actividad es mucho más lenta. Po

eso, las legumbres frescas suelen blanquearseo hervirse antes de congelarlas, con el fin deinactivar estas sustancias e impedir que sedegraden. También se propone blanquear epescado para destruir las bacterias resistentesal frío que viven en las escamas.

Los métodos de congelación de los productocárnicos dependen del tipo de carne y decorte. El cerdo, por ejemplo, se congela justodespués del sacrificio; mientras que la carnede vaca (res) se cuelga durante varios díasdentro de una cámara fría, para hacerla mástierna, debido a ciertas enzimas que actúansobre las proteínas y ablandan la carne; lomismo sucede con el faisán y otras aves decorral.

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No hay ningún método de conservaciónque ofrezca protección frente a todos losriesgos posibles durante un período ilimi-

tado de tiempo.



Los microorganismos en laproducción de alimentos

En contra de la idea de que todos los micro-organismos son dañinos, los yogures y losquesos son ejemplos de alimentos a los quese añaden aquellos para, por ejemplo, agriarla leche y producir yogur, u obtener lacubierta blanca característica de color azuldel queso roquefort.

Actualmente, existen muchos otros produc-tos químicos que se obtienen por fermenta-ción (término técnicamente restringido a losprocesos que ocurren en ausencia de aire,

como la producción de alcohol por levadu-ras). Estos productos incluyen el ácido oxáli-co utilizado en tintes y colorantes, el ácidopropiónico utilizado como intermediario enla producción de plásticos, o el ácido lácticoempleado para acidificar alimentos y comoanticongelante. Los microorganismos se hanusado, asimismo, en la obtención de diferen-

tes enzimas utilizadas para aplicaciones tandiversas como la eliminación de manchas enlos tejidos (gracias a la incorporación denzimas en los detergentes, las que atacaproteínas y grasas).

Los microorganismos industriales más favorables para uso industrial son aquellos dmayor tamaño celular (hongos filamentososlevaduras y bacterias filamentosas) ya qusedimentan más fácilmente que las bacteriaunicelulares e, incluso, son más fáciles de filtrar.

Los microorganismos que sintetizan produc

tos útiles para el hombre representan, commáximo, unos pocos centenares de especiede entre las más de 100 000 que existen; lopocos que se han encontrado con utilidaindustrial son apreciados por elaborar algunsustancia que no se puede obtener, de manera fácil o barata, por otros métodos.

a. Levaduras

Las levaduras se vienen utilizando desdhace miles de años para la fabricación de pany de bebidas alcohólicas.

• La levadura que, sin duda, fue la primery aún hoy en día sigue siendo la más uti

Un microorganismo de uso industrial debe:• producir la sustancia de interés en un

lapso breve,

• estar disponible en cultivo puro,

• ser genéticamente estable,

• crecer en cultivos a gran escala,

• desarrollarse en medios de cultivo relati-vamente baratos y disponibles en grandescantidades,

• ser inocuo para el hombre o para los ani-males o plantas,

• permitir que las células microbianas seseparen fácilmente del medio de cultivo -a gran escala, la centrifugación es difícil ycostosa-.

Levaduras

Hongos filamentosos

Bacterias

Microorganismosindustriales



lizada por el hombre es Saccharomycescerevisiae, de la que se emplean diferentescepas para la fabricación de cerveza,vino, pan y alcoholes industriales.

• Kluyveromyces fragilis es una especie fer-mentadora de la lactosa que se explota en

pequeña escala para la producción dealcohol, a partir del suero de la leche.

• Yarrowia lipolytica es una fuente indus-trial de ácido cítrico.

• Trichosporum cutaneum desempeña unimportante papel en los sistemas dedigestión aeróbica de aguas residuales,debido a su enorme capacidad de oxida-

ción de compuestos orgánicos, incluidosalgunos que son tóxicos para otras leva-duras y hongos, como los derivadosfenólicos.

b. Hongos f ilamentosos

Los hongos tienen una gran importancia eco-

nómica, no tan sólo por su utilidad sino tam-bién por el daño que pueden causar: Por unlado, los hongos son responsables de ladegradación de gran parte de la materia orgá-nica de la Tierra, una actividad enormemen-te beneficiosa ya que permite el reciclaje de lamateria viva; pero, por otro lado, causan grancantidad de enfermedades en plantas y ani-males, y pueden destruir alimentos y mate-

riales de los que depende el hombre.

Los hongos son la base de muchas fermentaciones como la combinación de soja, arroz ycebada, que da lugar a los alimentos orientales miso, shoyu y tempeh. Los hongos sontambién, la fuente de muchas enzimacomerciales (amilasas, proteasas, pectinasas)

ácidos orgánicos (cítrico, láctico), antibióticos (penicilina), quesos especiale(Camembert, Roquefort).

c. Bacterias

Entre las especies bacterianas de interésindustrial están:

• Las bacterias del ácido acéticoGluconobacter y Acetobacter que puedenconvertir el etanol en ácido acético.

• El género Bacillus, productor de antibióticos (gramicidina, bacitracina, polimixina), proteasas e insecticidas.

• El género Clostridium; en él se destacaClostridium acetobutylicum que puede fermentar los azúcares, originando acetonay butanol.

• Las bacterias del ácido láctico incluyenentre otras, las especies de los génerosStreptococcus y Lactobacillus que producen yogur.

• Corynebacterium glutamicum es unaimportante fuente industrial de lisina.

• Streptomyces produce el olor característico a tierra mojada, por sus compuestosvolátiles (geosmina); aunque su principaimportancia radica en la producción deantibióticos como anfotericina B, kanamicina, neomicina, estreptomicina, tetraciclina, etc.

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Los efectos perjudiciales de los hongosestán contrarrestados por su utilizaciónindustrial.



Las enzimas

Las enzimas o fermentos, constituyen uno delos tipos más importantes de proteínas con-

jugadas.

Berzelius propuso, en 1836, el término decatalizadores para aquellas sustancias capa-ces de poner en marcha afinidades latentes, auna temperatura determinada, en virtud sólode su presencia; y atribuyó estos fenómenosa un misterioso "poder catalítico". La creen-cia en este poder misterioso persistió duran-te mucho tiempo, aún después de haberseestablecido con toda claridad muchas activi-dades enzimáticas.

La palabra enzima fue acuñada en 1878 porKühne, del griego , "en la levadura".Se admitió, entonces, que las enzimas sólopodían actuar en las células vivas. En 1897,los hermanos Buchner observaron, por pri-mera vez, que la actividad enzimática noestaba limitada a las células vivas: trituraron

con arena en un mortero células de levaduray prensaron el "jugo de levadura" que, trasser filtrado para eliminar los restos celulares,seguía poseyendo capacidad de fermentar elazúcar para dar alcohol y dióxido de carbo-no. Fue un gran descubrimiento en su tiem-po, porque separó, por primera vez, los fenó-menos biológicos del concepto de algún mis-terioso "poder vital".

En 1926, Willstaetter pronunció una confe-rencia ante la Sociedad Química Alemana enla que resumía sus investigaciones sobre elaislamiento de enzimas puras, mencionandosu trabajo con la peroxidasa, enzima queconsta de una proteína y una mitad no pro-

teica que contiene hierro. La enzima seguísiendo activa cuando su concentración sdiluía hasta un punto en que no podídemostrarse en el sustrato la presencia dproteína o hierro. Este hecho hizo creer

Willstaetter en la existencia de una nuev

fuerza natural que las enzimas creaban dalgún modo.

Durante el mismo año, Sumner aisló y cristalizó la ureasa de las habas, una enzima quescinde la urea en CO2 y NH3. Fueron

muchos los hombres de ciencia que no creyeron que estos cristales fuesen enzimas que las enzimas formasen parte de estos cris

tales. Transcurrieron 20 años para quSumner recibiera el Premio Nobel por subrillantes éxitos.

Las proteínas pueden ser hidrolizadas a suaminoácidos constituyentes mediante variahoras de ebullición en ácidos o álcalis; y ealmidón puede convertirse en glucosa demismo modo. Sin embargo, estas reaccione

se producen in vivo a la temperatura corporal, merced a la participación activa de laenzimas.

Se conocen hoy muchos cientos de actividades enzimáticas, aunque sólo se han cristalizado y purificado unas 75 enzimas. Todaellas, sin excepción, están formadas por uni

Las enzimas se definen hoy como cataliza-dores coloidales orgánicos, generalmentesolubles en agua, formados (hasta ahora)dentro de células vivas de vegetales o ani-males, pero capaces de actuar también enel exterior de las células y sin conexiónalguna con ellas.



dades proteicas aunque, últimamente, se handescubierto segmentos de ARN con actividadbiológica catalítica específica (ribozimas).

La designación o nombre específico de cadaenzima se forma utilizando la denominación

del sustrato sobre el cual actúa la enzima o laacción que sobre éste efectúa, y agregando laterminación -asa (proteasa, lipasa, fosforila-sa, deshidrogenasa, etc.)

Composición de las enzimas

Según su composición química estructural,

las enzimas pueden dividirse en tres gruposprincipales:

• Enzimas en cuya composición sólo inter-vienen proteínas. A la proteína sola lecabe la acción catalítica ejercida sobreuna reacción bioquímica determinada yla especificidad de la enzima por el sus-trato. De este tipo son, por ejemplo, la

amilasa, las proteasas y muchas otras.

• Enzimas que, además de la estructuraproteica, poseen una parte no proteicaasociada en la molécula, llamada coenzi-ma o grupo prostético. En tales enzimas, elgrupo prostético es el centro de actividadquímica y la proteína es la responsable dela especificidad. En numerosos casos, elmismo grupo prostético puede combi-narse con varias proteínas para formardiversas enzimas. En este tipo de enzimassuele ser posible separar, por diálisis, elgrupo prostético de la proteína sin des-truir la enzima, que recupera su actividadcuando se recombinan la proteína y elgrupo prostético

• El tercer tipo de enzimas consta tambiénde dos mitades, la proteína y la coenzima; pero, éstas son prácticamente inseparables a menos que en el proceso sepierda por completo la actividad enzimática. Tal es el caso, por ejemplo, de las

metaloproteínas, enzimas que contienenFe, Cu, Co, Se u otros metales. En estosdos últimos grupos, se acepta la siguiente nomenclatura:

Aunque la coenzima puede ser termoestablela parte proteica (apoenzima) es, natural

mente, muy termolábil y se desnaturaliza atemperaturas mayores a las fisiológicas.

Especificidad de las enzimas

La mayor parte de las enzimas actúa en solución acuosa. Las moléculas se hallan en eagua en un movimiento constante; hablando

en términos generales, sólo pueden reaccionar cuando chocan de un modo adecuado. Sno existen enzimas, estas colisiones sólo pueden producir una reacción química en uncaso de cada billón; pero, las probabilidadede que la reacción tenga lugar son muchomás numerosas en presencia de enzimas. Seatribuye esto a la capacidad de la enzima deformar un complejo o compuesto de adición

con el sustrato, al menos durante un tiempobreve: el complejo enzima-sustrato.

La mera presencia de una enzima no es capazde acelerar el movimiento de las moléculasen solución y no puede, por consiguienteaumentar la frecuencia de colisión; hay quesuponer, en cambio, que las enzimas, al com

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Holoenzima = Apoenzima + Coenzima

Enzima funcional = Parte proteica + grupo prostético



binarse con las moléculas de sustrato, produ-cen un cambio en la arquitectura molecularde éste que incrementa su reactividad, favo-reciendo la reacción entre ellas.

Se ha demostrado, por ejemplo que, en algu-

nos casos, esta reactividad es consecuenciade la separación de algunos electrones de lamolécula de sustrato que la convierten eniones o radicales libres provistos de una cargadeterminada. La formación de un complejoenzima-sustrato se ha confirmado molecular-mente, por ejemplo, en la degradación delperóxido de hidrógeno por la catalasa.Cuando a una solución de catalasa se le

añade agua oxigenada (H2O2), el espectroultravioleta original queda transformado enun espectro característico del complejo for-mado; una vez que todo el H2O2 ha sido ago-

tado, el espectro vuelve a su característicanormal.

El complejo enzi-ma-sustrato for-

mado entre lacatalasa y unamolécula deH2O2 dura, en

promedio, sólo

1,17 x 10-5 segundos (es decir, ¡menos de 12millonésimas de segundo!). Combinacionesenzima-sustrato de este tipo sólo se dan encasos muy específicos: Cada enzima se com-

bina con un sustrato determinado.

Con objeto de entender el fenómeno de laespecificidad, se propuso hace tiempo elmodelo de acción llamado "llave-cerradura".Para abrir una puerta, la llave (el sustrato)debe encajar en la cerradura (la enzima); de

lo contrario, no tiene lugar la reacción. Aveces, la llave que se introduce en la cerradura no sólo no abre la puerta sino que, además, se atasca y no es posible sacarla. Lmismo sucede con algunas enzimas.

Consideremos un ejemplo. La succinicodeshidrogenasa cataliza la transformación deácido succínico en fumárico:

Esta enzima es muy específica y no deshidrogena ninguna otra sustancia; sin embargo, sse añade al sustrato ácido malónico, éstcompite con el succínico en virtud de la semejanza de sus estructuras (COOH - CH2

- COOH), combinándose con la enzima impidiéndole cumplir con su misión. Eácido malónico tampoco se deshidrogena; eaquí la llave que no encaja bien en la cerradura (succinicodeshidrogenasa) e impide, amismo tiempo, la apertura de la puerta (lauténtica reacción).

Las sustancias que

reaccionan de unmodo semejante acomo lo hace, eneste caso, el ácidomalónico, se de-nominan antime-tabolitos

La especificidad delas enzimas es supropiedad más im-portante.

Los antimetabolitosson sustancias que noson ellas mismas ata-cadas por las enzimas,pero que son capacesde formar un complejocon la enzima y com-petir con el sustrato.



Tal vez, el más convincente de los experi-mentos que explican el concepto de "llave ycerradura", es el efectuado por Barron y suscolaboradores, al estudiar la oxidación enzi-mática del ácido acético. Al probar la mismareacción enzimática con sustancias similares

al ácido acético -monofluoracetato y mono-cloracetato-, observaron que este último nointervenía en la reacción, en tanto que el pri-mero actuaba como un antimetabolito. Laúnica diferencia entre estas dos sustancias esque el átomo de carbono está sustituido, enuna de ellas, por F y, en la otra, por CI.

Es muy interesante observar que las diferen-cias en la longitud de estos enlaces es aproxi-madamente igual en ambos casos; y suficien-te para convertir a las otras dos sustancias ensustratos inadecuados para la enzima que

oxida específicamente el ácido acético.

En la figura aparece un esquema muy simpli-ficado que intenta aclarar la idea del concep-to de "llave y cerradura":

La enzima está, aquí, representada como unaestructura semicircular sombreada. En tantoque el ácido acético (a la izquierda) se adapta, generalmente, a la enzima específica, emonocloroacetato (a la derecha) no se adapta a él y no es activado; el monofluoracetato

(en el centro) se ajusta demasiado y obracomo un antimetabolito.

Reacción enzimática

a. Estado de activación

Todas las reacciones biológicas están sometidas a las

leyes básicade la termodinámica.Veamos cómo seaplican éstas alas reaccionesenzimáticas.

2

= 0.34 AºH-C: en ácido acético = 1.07 AºF-C: en monofluoracetato = 1.41 AºCl-C: en monocloroacetato = 1.76 Aº

= 0.35 Aº

Representación esquemática del complejo enzima-sustrato

a. Estado de activaciónb. Temperatura

c. Complejo enzima-sustrato

Factores que influyen en la velocidadde la reacción enzimática

d. Número de recambio -turnover -

e. pH del sustrato

f. Concentración de enzima

g. Concentración de sustrato



La primera y la más importante de estas con-diciones de posibilidad es la de que las molé-culas que entran en la reacción se hallen enforma activada.

La relación existente entre velocidad de reac-ción, energía de activación y temperaturaestá dada por la ecuación de Arrhenius, loque significa que el más ligero cambio en la

energía de activación y/o en la temperatura,influye notablemente en la velocidad de lareacción.

La característica fundamental de las enzimascomo catalizadores biológicos, es su capaci-dad de reducir considerablemente la energíade activación. No existe aún una explicación

adecuada de este hecho.

En todos estos ejemplos, las energías de activación requeridas en presencia de las enzimas son muy inferiores a las que se precisaen su ausencia.

b. Inf luencia de la temperatura

El segundo factor que influye considerablemente en la velocidad de la reacción, comqueda indicado en la ecuación de Arrheniuses la temperatura.

Aunque la característica general de temperaturas adecuadas para las reacciones enzimáti

cas es que son bastante bajas, cambios mínimos de temperatura ejercen una influencimuy considerable.

La temperatura óptima para la mayor partde las reacciones enzimáticas (con muy pocaexcepciones) se halla entre 30º C y 40 ºC. Aelevar la temperatura, aumenta la velocidade la reacción y, en la mayor parte de las enzi

mas, un incremento de 10 ºC duplica cofrecuencia la velocidad.

Así, por ejemplo, para la invertasa la constante de la velocidad K entre 0 y 20 ºC es:

El punto de desnaturalización de las enzimase halla también muy cerca de la temperatura óptima de la reacción enzimática, por lque las curvas obtenidas al representar lvelocidad de la reacción en función de ltemperatura suelen tener esta forma, enmuchas enzimas:

Una enzima no pone en marcha una reac-ción por su mera presencia: las reaccio-nes enzimáticas sólo pueden tener lugarsi son termodinámicamente posibles.

K = A e-Ea/RT

Degradación

de H2O2Hidrólisis de lasacarosa

Hidrólisis de lacaseína

Hidrólisis buti-

rato de etilo

Catalasa

ß-Fructosidasa

Tripsina

Lipasa

Reacción Enzima

18000

26000

20600

13200

Energía deactivaciónEa (Cal/mol)

Diferencias entre la energía de activación dediversas reacciones, cuando tienen lugar en

ausencia y en presencia de enzimas

Sin enzima Con enzima

5000

11500

12000

4200

= 2.0K t+10

K t



A temperaturasentre 50 y 90 ºC,

se inactiva lamayor parte delas enzimas; atemperaturas ba-

jas, la actividadenzimática trans-curre muy lenta-mente, aunque nose detiene. Algu-

nas reacciones en-zimáticas siguen funcionando aún a tempera-turas del orden de -18 ºC (temperatura defreezer).

c. Complejo enzima-sustrato

La necesidad de una energía de activación

menor para comenzar una reacción sueleadscribirse al hecho de que la enzima forma,primero, un complejo con el sustrato.

El complejo enzima-sustrato es un compues-to muy lábil en virtud de su complicadaestructura específica. En el caso de las enzi-

mas hidrolíticas, el sustrato se combina conla enzima durante un tiempo muy corto yqueda tan debilitado por la gran molécula dela enzima, que se encuentra a una concentración de ion hidrógeno más baja que enausencia de enzima.

El concepto de complejo enzima-sustrato esde gran utilidad para el estudio de la enzimología, aunque durante mucho tiempo nofue sino una hipótesis de trabajo.

d. Número de recambio -turnover -

El viejo concepto de que un catalizador noparticipa en la reacción no tiene validez¿Cómo puede explicarse el hecho de que basten cantidades mínimas de una enzima paraque la reacción prosiga?

Este hecho se atribuye a la enorme velocidada que se restablezca la actividad enzimáticaLa invertasa, por ejemplo, puede hidrolizacantidades de sacarosa por segundo 10 vecesuperiores a su propio peso. Habida cuentade la enorme diferencia entre los pesos moleculares de la enzima y sus sustratos, se comprende fácilmente que algunas enzimas tengan un número de recambio o turnover quese halla entre 100 y 3.000.000 por minuto.

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Relación entre la velocidad de una reacciónenzimática y la temperatura

La industria de losalimentos congela-dos debe recordaresto: numerosos ali-mentos congeladosexperimentan unconsiderable dete-rioro por un almace-namiento prolonga-do.

Representación esquemática de una reacciónenzimática



e. Inf luencia del pH del sustrato

De entre los diversos factores que influyen enla velocidad de la reacción enzimática, hasta

ahora hemos mencionado: el estado de acti-vación, la temperatura, la concentración desustrato y enzima, y el turnover . La velocidadde las reacciones está controlada por otro fac-tor adicional importante: el pH del sustrato.

La catálisis enzimática tiene lugar dentro delimites estrechos del pH. Cada reacción enzi-mática tiene, en general, un pH óptimo; si

una misma enzima actúa sobre diferentessustratos, puede tener distintos óptimos, encada caso.

Casi todas las curvas en las que se representala velocidad de la reacción enzimática (V) enfunción del pH ofrecen características seme-

jantes a las de la figura:

Es de suponer que una proteína pueda presentar, también, distintas configuracioneiónicas y que sólo una de estas formas secapaz de ejercer actividades catalíticas.

f. Concentración de enzima

Si los demás factores se hallan en condiciones óptimas, la velocidad de la reacción enzimática depende de la concentración de enzima.

La velocidad de la reacción es directamentproporcional a la concentración de enzimaque representa la inversión de la sacarosa poacción de la invertasa.

El número de recambio se define como elnúmero de moléculas de sustrato que puedenser catalizadas durante un minuto por cadamolécula de enzima.

Catalasa

UreasaInvertasa

Aldolasas

Carboxilasas

DPN

H2 O2

UreaSacarosa

Disfosfato de sodio

Ácido pirúvico

Transferencia dehidrógeno

Enzimas Sustrato

5 . 104

4,6 . 105

4 . 104

7 . 103

8 . 102

5 . 10

Numero derecambio

Número de recambio para algunas enzimas

Relaciónentre el pH y la

velocidad

de unarelación

enzimátic

Velocidad

de reacciónen funciónde la concentraciónde enzima



g. Concentración de sustrato

La velocidad de una reacción aumenta con laconcentración de sustrato, aunque sólo hastaun punto determinado. De ahí en adelante, lavelocidad de la reacción apenas varía con la

concentración de sustrato y, finalmente, lagráfica sigue un curso horizontal; es decir, lavelocidad se hace constante. Al aumentar laconcentración de enzima manteniendo lamisma concentración del sustrato, se obtieneuna gráfica con valores más elevados, pero deigual forma.

En la figura se

grafican los resul-tados de un expe-rimento efectua-do con invertasaque actúa sobresacarosa. La curvaresulta una hiper-bólica rectangu-lar, con las si-

guientes caracte-rísticas:

• El límite de la velocidad de reacción esun valor asintótico, al que se aproxima lavelocidad al aumentar la concentraciónde sustrato.

• En exceso de sustrato, las velocidadeslímites son directamente proporcionales

a la concentración de enzima, comopuede deducirse de las diferencias entrelas curvas a y b:

Las enzimas como catalizadoresbiológicos

Las enzimas son catalizadores de origen biológico que parecen cumplir muchos de losrequisitos necesarios para impulsar la nuevaindustria de la biotecnología.

6

Se denomina constante de Michaelis(Km) a la concentra-ción de sustrato aque la velocidad dela reacción es iguala la mitad de la velo-cidad máxima.

CLas curvas denominadas de Michaelis no sólopredicen la velocidad de las reacciones en-zimáticas en función de las concentraciones desustrato sino que dan, además, una idea apro-ximada de la especificidad de las enzimas queintervienen. Si las curvas a y b de la figura re-presentan dos enzimas distintas, de escasaespecificidad, que actúan sobre el mismo sus-

trato, es evidente que la enzima a tiene mayorafinidad por el sustrato que la enzima b, y quesería necesario usar mucha más enzima b paraobtener el mismo resultado que en a que,aparentemente, es una enzima más específica.

Curvas teóricas de velocidades de reacción,

basadas en la ecuación de Michaelis



A pesar de esas excelentes propiedades cata-líticas, las enzimas han ido evolucionando através de los siglos para ser utilizadas en losprocesos industriales. Las enzimas son catali-zadores solubles, generalmente muy inesta-bles y que sufren inhibiciones por sustratos yproductos. Por otra parte, no poseen todaslas propiedades ideales (actividad, selectivi-dad, etc.) cuando queremos que catalicenprocesos distintos de los naturales (por sínte-sis en lugar de hidrólisis), sobre sustratos nonaturales o en condiciones experimentalesno convencionales (en disolventes orgánicosno-tóxicos).

Tecnología enzimática moderna

A mediados de los años '50, la tecnología delas enzimas vivió su época de gran esplendor,creciendo a un ritmo desenfrenado. El pro-greso de la bioquímica derivó en una mejorcomprensión de la gran variedad de enzimaspresentes en las células vivas, así como en unmejor conocimiento de su modo de acción.

Por ejemplo, su eficacia se pudo aumentarextrayéndolas de los microorganismos manteniéndolas aisladas.

A comienzos de 1970, la tecnología enzimática comenzó a entrar en un período de desa

rrollo industrial, dirigido a la producción daminoácidos y azúcares a partir de glucosisomerizada. En aquel momento, los mercados europeos y americanos se encontrabandominados por la comercialización de enzimas proteolíticas utilizadas en la industria dlos detergentes; pero, existían grandes expectativas sobre el mercado de enzimas aplicadas a la industria alimentaría, al cual se l

auguraba un crecimiento importante.

En 1981, el mer-cado mundial delazúcar superabalos 200 millonesde dólares y, en1985, la Oficina deValores Tecnológi-

cos de USA lo ci-fraba en 250 mi-llones. La interpretación más clara es que emercado para las enzimas utilizadas en lindustria creció espectacularmente a lo largde los años 1970 y que este crecimiento fuparalelo al desarrollo de un gran número daplicaciones en la industria alimentaría.

En época más reciente, se ha visto que spueden utilizar diversos vegetales, comalternativas a las células microbianas y a laenzimas purificadas. Por consiguiente, lconclusión evidente es que existe una seride preparaciones biocatalíticas para resolveuna situación concreta, entre las cuales debrealizarse una elección. Así, es convenient

Muy activos en medios acuosos y encondiciones muy suaves de temperatura,pH, etc.

Las enzimas son catalizadores

Específicos, ya que pueden modificar unúnico sustrato en una mezcla de sustratosmuy similares e, incluso, pueden discernirentre dos isómeros de una mezcla.

Muy selectivos, porque pueden modificarun único enlace o un único grupo fun-cional en una molécula que tenga variasposiciones modificables.

Se puede esperar, enel futuro, que el merca-do experimente unaumento cuando lasenzimas comiencen autilizarse en procesosde producción de la

industria química.



considerar los criterios que deben manejarseen la elección del biocatalizador.

Las aplicaciones industriales tradicionales serefieren a la producción de una transforma-ción útil por alguna enzima, bien sea natural

o añadida intencionalmente. Entre estas apli-

caciones, podemos citar:

• fermentación,

• curtición,

• fabricación de queso,

• elaboración de pan.

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Proteasas. Son sustratos de las proteasas todas las proteínas, excepto la queratina;su hidrólisis es, ordinariamente, muy lenta.Las proteasas desintegran también pépti-

dos sencillos; pero, habitualmente, conmucha lentitud. Los productos superioresde degradación de las proteínas son des-compuestos rápidamente. Los aminoácidospueden ser liberados por acción proteolíti-ca.

Renina. Se halla en el cuarto estómago delas terneras. Su acción proteolítica -si la

tiene- es muy débil. Es un poderoso agente

coagulador de la leche (pH óptimo de, apro-ximadamente, 5.4).

Papaína. Se halla en el látex del fruto verdede la papaya. Es típica de muchas enzimasvegetales como la ficina de la leche dehiguerón y la bromelina del ananá. Una desus características es su contenido de gru-pos SH, de los que parece depender la acti-vidad de la enzima. Por oxidación ligera, se

vuelve inactiva; pero, es reactivada poragentes reductores, como la cisteína, HCNy otros, incluso los grupos SH. La papaínaes relativamente resistente al calor y,empleada a temperaturas de 50 a 60 °C, su

proteólisis es muy rápida. La enzima coagu-la fácilmente la leche. Los microorganis-mos vivos son atacados rara vez por lasproteasas.

Carbohidrasas. Descomponen residuos deazúcares de carbohidratos superiores.

-amilasa. Se halla en las glándulas sali-vales, el páncreas, hongos, bacterias y lamalta, -que las contiene en abundancia-.Descompone los almidones y el glucógenoen dextrinas, y disocia lentamente las dex-

trinas en maltosa y cantidad mínima de glu-

cosa. Destruye la estructura en cadenasramificadas del almidón (amilopectina) y elglucógeno. Con el tiempo, la -amilasa demalta puede efectuar la destrucción casi

total del almidón.

ß-amilasa. Se halla en las plantas superio-res; los granos la producen en abundancia.La enzima de los granos descompone total-mente la amilasa y la convierte directamen-

te en maltosa; también descompone la ami-lopectina (la porción de cadena ramificadadel almidón) y el glucógeno; pero, su acciónse detiene donde se ramifica la cadena dehidratos de carbono.



FER MENTACIÓN. La fermentación alcohó-lica es un ejemplo conocido de los procedi-mientos en que se efectúan alteraciones enzi-máticas, tanto cuando se agrega alguna enzi-ma como cuando se añade algún microorga-nismo (levadura). Primero, se calienta el

grano amiláceo para gelatinizar el almidón y,luego, se añade malta (que contiene enzimasdiastásicas) para convertir el almidón en azú-car fermentable (maltosa). Si el producto quese desea obtener es alcohol, se agrega levadu-ra. El empleo de amilasa en forma de maltaes, indudablemente, la mayor aplicaciónindustrial que tienen las enzimas; pero, no esdel todo conocida la acción de estas amilasas.

La elaboración de vinagre con alcoholes esun proceso enzimático producido por unmicrobio vivo ( Acetobacter aceti); el alcoholes oxidado y convertido en ácido acético conoxígeno de la atmósfera. Aislada de las bacte-rias, la enzima cataliza igualmente la oxida-ción; pero, es mucho más económico valersede la célula viva intacta.

CURTICIÓN. A las pieles se les quita el peloy el exceso de carne; luego, se ponen enremojo para que se hinchen, y se vuelvanmás porosas y permeables a las sustanciascurtientes. El primer remojo se efectúa siem-pre mediante la acción enzimática; se obser-va, así, que la hinchazón es producida parcialo totalmente por enzimas proteolíticas impu-ras. La cantidad de material enzimático quese usa en la industria de curtiduría represen-ta, probablemente, la mayor aplicaciónindustrial de las enzimas, después de laindustria de la fermentación.

FABRIC ACIÓN DE QUESO. La operaciónmás importante en la fabricación de queso esla coagulación de la caseína de la leche que,

luego, se trata para convertir en queso. Spuede coagular la caseína mediante la adición de ácido o de enzimas como la reninaÉsta tiene una acción proteolítica muy débique continua en el queso y produce un coágulo elástico del que se exprime fácilmente e

suero. No es la única proteasa que se usa enla elaboración del queso, pues también semplean mezclas de renina con pepsina

Asimismo, se ha usado la papaína y, en estcaso, al parecer, se asegura la proteólisidurante el añejamiento del queso. En los países balcánicos se emplea jugo de higos (qucontiene gran proporción de enzimas proteolíticas) para preparar el coágulo. Las diferen

tes enzimas coagulantes hacen variar notablemente la naturaleza del queso.

EL ABORACIÓN DE PAN. Aún se discute lfunción que desempeñan en la fabricacióndel pan las enzimas que se hallan en la harina. La harina cruda contiene cantidad relativamente pequeña de muchas enzimas; incluso, una proteína del tipo de la papaína que

según creen algunos, reblandece la masa. Aigual que todas las enzimas del tipo de lpapaína, la proteasa de la harina es inactivada por la oxidación. La harina de trigo contiene, también, pequeñas cantidades d-amilasa y gran proporción de ß-amilasa.

El suplementar harinas de trigo con malta euna antigua práctica en la industria panadera. En la masa para el pan, resulta imprescindible la presencia de azúcar fermentablepara el rápido crecimiento de la levadura. Ladición de -amilasa en forma de harina dtrigo malteado, ocasiona aumento de volumen de la hogaza. La amilasa agregada hidroliza parte del almidón y lo convierte en maltosa, con lo cual suministra más azúcar -par



que fermente la levadura- y origina la gene-ración de mayor cantidad de dióxido de car-bono.

Aplicaciones en la industria de

alimentosEn relación con las enzimas, la tecnologíamoderna contribuye al ahorro; por ejemplo,permite la utilización del excedente de sueroderivado de la fabricación del queso. La lac-tosa transforma el azúcar del suero en unamezcla de glucosa y galactosa con un sabormás dulce; así, se refina el producto y se con-

centra en una especie de jarabe cuyo saborrecuerda el de la miel, con lo que las aplica-ciones en el sector de la confitería industrialse hacen innumerables. Se usan, también,muchos otros tratamientos de las enzimas enla producción de edulcorantes modernos. El

jarabe del almidón de maíz, con alto conte-nido en fructosa, ha llegado a eclipsar a lasacarosa.

Las enzimas presentan muchísimas aplicacio-nes. Con los procedimientos modernos defabricación de alimentos, benefician tanto alos sectores industriales como a los consumi-dores. Sus características específicas permi-ten a los industriales ejercer un control decalidad más estricto, con un menor consumode energía. Incluso, pueden utilizarse paratratar los desechos biológicos resultantes dela fabricación de alimentos, puesto que laspropias enzimas son biodegradables.Mediante una rápida absorción natural, lasenzimas son el típico ejemplo de tecnologíaverde.

La utilización empírica de preparaciones

enzimáticas en la elaboración de alimentos esmuy antigua. El cuajo, por ejemplo, se utiliza en la obtención de quesos desde la prehistoria, mientras que las civilizaciones precolombinas ya usaban el zumo de la papayaSin embargo, hasta 1897 no quedó totalmen

te demostrado que los efectos asociados aciertos materiales biológicos, como el cuajo olas levaduras, pudieran individualizarse enuna estructura química definida, llamadaenzima, aislable del organismo vivo.

Desde hace unas décadas se dispone de enzimas relativamente puras y con una granvariedad de actividades susceptibles de utili

zarse en la elaboración de alimentos. Losprogresos que están realizando actualmentela ingeniería genética y la biotecnología, permiten augurar un desarrollo cada vez mayoren el uso de las enzimas, al disponer de unsuministro continuo de materiales para laactividad deseada, a precios razonables.

Decíamos que:

La utilización de enzimas en la elaboraciónde los alimentos presenta una serie de venta

jas, además de las de índole económica otecnológica: La gran especificidad de acciónque tienen las enzimas hace que no se produzcan reacciones laterales imprevistas; asimismo, se puede trabajar en condicionesmoderadas -especialmente, de temperatura-lo que evita alteraciones de los componentesmás lábiles del alimento. Desde el punto de

0

Las enzimas son piezas esenciales en el fun-cionamiento de todos los organismos vivos,actuando como catalizadoras de las reaccio-nes metabólicas de síntesis y de degradaciónque tienen lugar en ellos.



vista de la salud, puede considerarse que lasacciones enzimáticas son, en último extremo,naturales. Además, las enzimas pueden inac-tivarse fácilmente cuando se considera queya han realizado su misión, quedando enton-ces asimiladas al resto de las proteínas pre-

sentes en el alimento.

Para garantizar la seguridad de su uso debentenerse en cuenta, no obstante, algunas con-sideraciones: en aquellas enzimas que seanproducidas por microorganismos, éstos nodeben ser patógenos ni sintetizar a la veztoxinas, antibióticos, etc. Los microorganis-mos ideales son aquellos que tienen ya una

larga tradición de uso en los alimentos (leva-duras de la industria cervecera, fermentoslácticos, etc.). Además, tanto los materialesde partida como el procesado y conservacióndel producto final deben ser acordes con lasprácticas habituales de la industria alimenta-ría, en lo que respecta a pureza, ausencia decontaminantes, higiene, etc.

Las enzimas utilizadas dependen de la indus-tria y del tipo de acción que se desee obtener.

a. Industrias lácteas

Como se ha indicado, el cuajo del estómagde los rumiantes es un producto clásico en lelaboración de quesos. Su empleo está ycitado en La Iliada y en La Odisea.

Sin embargo, el cuajo se obtuvo como preparación enzimática relativamente pura reciénen 1879, por la mezcla de dos enzimas digestivas (quimosina y pepsina) del cuajo estomacal de terneras jóvenes. Estas enzimarompen la caseína de la leche y producen sucoagulación.

Actualmente, em-pieza a ser impor-tante también lalactasa, una enzi-ma que rompe lalactosa, que es elazúcar de la leche;muchas personasno pueden digerir

esta azúcar, por loque la leche les causa trastornos intestinales

b. Panadería

En panadería seutiliza la lipoxida-sa; su efecto es elde, simultánea-mente, blanquearla harina y mejo-rar su comporta-miento en el ama-sado.

La forma en la que se añade la lipoxidasa es

a. Industrias lácteas

b. Panadería

c. Cervecería

Enzimas en industrias de alimentos

d. Elaboración de jugos de frutase. Fabricación de jarabes de glu-cosa y fructosa

f. Refinado de azúcar

g. Otras aplicaciones

Ya se comercializaleche a la que se leha añadido la enzi-ma para eliminar lalactosa, descompo-niéndola en glucosay galactosa.

La utilización deagentes químicos

para el blanqueadode la harina estáprohibido.



usualmente, como harina de soja o de otrasleguminosas, las que la contienen en abun-dancia. Y, para facilitar la acción de la leva-dura, se añade amilasa; normalmente, enforma de harina de malta, aunque en algunospaíses se utilizan enzimas procedentes de

mohos, ya que la adición de malta altera algoel color del pan.

A veces se utilizan, también, proteasas pararomper la estructura del gluten y para mejo-rar la plasticidad de la masa. Este tratamien-to es importante en la fabricación de bizco-chos, porque las piezas de amasado son demenor tamaño y volumen, y se requiere

mayor plasticidad para evitar que se rompanal hornearlos.

c. Cervecería

A principios del siglo pasado (1911) sepatentó la utilización de la papaína para frag-mentar las proteínas presentes en la cerveza y

para evitar que ésta se enturbie durante elalmacenamiento o la refrigeración; estemétodo todavía sigue utilizándose.

Esta enzima se obtiene de la papaya. Unaenzima semejante, la bromelaína, se obtienede la piña tropical.

Un proceso fundamental de la fabricación dela cerveza: la rotura del almidón para formarazúcares sencillos que luego son fermentadospor las levaduras, es realizado por las amila-sas presentes en la malta, que pueden aña-dirse de fuentes externas (aunque, lo usual eslo contrario, que la actividad propia de lamalta permita transformar aún más almidóndel que contiene). Cuando esto es así, las

industrias cerveceras añaden almidón depapa o de arroz para aprovechar al máximo laactividad enzimática.

d. Elaboración de jugos de frutas

A veces, la pulpa de las frutas hace que lozumos sean turbios y demasiado viscososOcasionalmente, también se producen problemas en la extracción y en su eventual concentración, debido a la presencia de pectinasque pueden destruirse por la acción de lasenzimas presentes en el propio zumo o bienpor enzimas añadidas desde fuentes exter

nas.

Esta destrucción requiere la actuación devarias enzimas distintas, una de las cualeproduce metanol, que es tóxico, pero cuyacantidad -en este caso- no llega a ser preocupante para la salud.

e. Fabricación de jarabes de glucosa y fructosa

Una industria en franca expansión es laobtención de jarabes de glucosa o fructosa, apartir de almidón de maíz. Estos jarabes seutilizan en la elaboración de bebidas refrescantes, conservas de frutas, repostería, etc.en lugar del azúcar de caña o de remolacha.

La forma antiguade obtener estos

jarabes -por hi-drólisis del almi-dón con un ácido-ha sido práctica-mente desplazadaen los últimos

2

De hecho, la UniónEuropea ha limitadoseveramente la pro-ducción de estos "nue-vos" jarabes, para evi-

tar el hundimiento dela industria azucareraclásica.



quince años por la hidrólisis enzimática, quepermite obtener un jarabe de glucosa demucha mayor calidad y a un costo muy com-petitivo.

Las enzimas utilizadas son las -amilasas y

las amiloglucosidasas. La glucosa formadapuede transformarse, luego, en fructosa, unaazúcar más dulce, utilizando la enzima glu-cosa-isomerasa, usualmente inmovilizada enun soporte sólido.

f. Ref inado de azúcar

La extracción de la sacarosa, a partir de lamelaza de la remolacha azucarera puedecomplicarse por la presencia de rafinosa, untrisacárido que previene la cristalización.

Para incrementar la recuperación del azúcary mejorar el proceso, la rafinosa puede degra-darse enzimáticamente. El resultado de estadegradación es doble; por un lado, favorece

la cristalización y, además, produce sacarosacomo uno de los productos de la hidrólisis.

La ß-galactosida es producida por el hongoMorteirella; la reacción hidrolítica se efectúa apH superior a 5, para evitar la inversión de lasacarosa catalizada por el medio ácido.

Algunas veces, se requiere un tratamientosimilar en el proceso de obtención a partir dela caña de azúcar, donde el almidón es hidro-lizado antes de la cristalización mediante eluso de amilasas.

g. Otras aplicaciones

Las enzimas se utilizan en la industria ali-

mentaría de muchas otras formas, en aplicaciones menos importantes que las que hemopuntualizado.

Por ejemplo, en la fabricación de productoderivados de huevos, las trazas de glucos

presentes, que podrían oscurecerlos, se eliminan con la acción combinada de dos enzimas, la glucosa-oxidasa y la catalasa.

Por otra parte, la papaína y la bromelaínaenzimas que rompen las proteínas, se puedenutilizar, fundamentalmente, durante el coci

nado doméstico, para ablandar la carne.

Algunas enzimas, como la lactoperoxidasapodrían utilizarse en la conservación de productos lácteos.

Consideremos otras aplicaciones.

DETERGENTES. Entre otros aditivos importantes que se encuentran en los detergentesestán las enzimas; los detergentes que contienen enzimas se llaman detergentes biológicos. Su tecnología se desarrolla a partir de ldécada de los años '60, como una herramienta más de los detergentes para atacaciertos sustratos (generalmente, proteicosespecíficos.

¿Recuerda que los alumnos de la"Tecnicatura Superior en

Tecnología de los Alimentos" que nosproveyeron su testimonio están estudiando

cómo solucionar el inconveniente de lasreacciones de pardeamiento químico en laproducción de extracto de huevo entero enpolvo?



La inclusión más común es de proteasas, quedegradan restos de proteínas, y de lipasas,que pueden atacar restos de sustratos lípidosque son los que comúnmente se adhieren ala ropa (y, a ellas adhieren el resto de lasuciedad: polvo, restos de otros compuestos

orgánicos, etc. ).

El problema se presenta al usar exceso deestos detergentes, con lo que se desechanenzimas activas al drenaje; éstas, al llegar alos cuerpos de agua, provocan daños en losseres vivos presentes, por acción directasobre ellos o sobre los nutrientes que com-ponen su dieta alimenticia.

Entre otros efectos secundarios producidospor estos detergentes, se encuentra que afec-tan procesos de tratamiento de las aguasresiduales; por ejemplo, generando cambiosen la demanda bioquímica de oxígeno y enlos sólidos suspendidos, provocando efectoscorrosivos en algunas partes mecánicas delas plantas y ocasionando interferencias en el

proceso de cloración.

ENERGÍA. Otra actividad que implica apli-caciones biotecnológicas es la producción deenergía, que reafirma el carácter ventajosode renovabilidad de las fuentes orgánicascon respecto a los combustibles fósiles. Cadaaño crecen unos 200 mil millones de tonela-das de biomasa (madera, cereales, etc.) delas cuales los humanos usamos sólo un 3 %.Por lo tanto, este rubro ofrece un enormepotencial que puede ser aprovechado. Unejemplo clásico de biocombustible es elalcohol obtenido por fermentación de mate-rial rico en azúcares y almidón, o de resi-duos orgánicos varios, incluyendo los fores-tales.

El principal obstáculo para la viabilidad deesta propuesta es el costo, puesto que epetróleo sigue siendo más barato; sin embar

go, los avances tecnológicos están permitiendo acortar la brecha.

TR ATAMIENTO DE DESECHOS. Es en etratamiento de desechos donde la biotecnología puede tener un mayor impacto a escalamundial. Los Estados Unidos, por ejemplogastan 40 mil millones de dólares al año paracombatir la polución que generan los 600

millones de toneladas de desechos industriales.

Bacterias, microalgas, levaduras, hongos yplantas han mostrado una notable eficienciapara metabolizar residuos orgánicos, xenobióticos y metales pesados (bioremediación yfitoremediación), reduciendo hasta 20 vecesel costo involucrado en la incineración dedichos residuos.

Por otra parte, se han hecho grandes avancesen el tratamiento de derrames de petróleocon microorganismos.

En fin, hay muchas otras áreas susceptiblesde ser abordadas exitosamente mediante e

4

Si desea ahondar en esta dirección, leinteresará leer los libros Quemador de

biomasa y Biodigestor (Pizarro, Sergio.2005. Instituto Nacional de EducaciónTecnológica), de esta misma serie de

publicaciones.

Su versión digital está disponible enwww.inet.edu.ar



empleo de diversas biotecnologías. Sinembargo, a pesar de los promisorios resulta-dos obtenidos hasta el momento, persistenaún varias limitaciones técnicas y económi-cas que requieren ser resueltas. En este senti-do, la biotecnología no debe ser vista como

una panacea; en cada caso se requiere pon-derar sus ventajas con respecto a las tecnolo-gías tradicionales.

Al considerar las aplicaciones enzimáticas enel tratamiento de los residuos, se debe dife-renciar entre las situaciones en las que el resi-duo de un proceso es el material crudo y lassituaciones siguientes; por ejemplo, entre la

conversión de almidones y los procesos queayudan a reducir los costos asociados del tra-tamiento. Porque, existe un amplio númerode industrias de procesamiento de alimentosque produce residuos que, necesariamente,deben ser tratados; por ejemplo, el empleode las lipasas asociadas con cultivos bacteria-nos para eliminar los depósitos de grasa pro-cedentes de las paredes de las tuberías que

transportan un efluente.

Otras enzimas degradantes de polímeros sonlas celulosas, proteasas y amilasas. Una apli-cación particular que puede describirsecomo tratamiento de residuos es, como veía-mos, el empleo de proteasas en las prepara-ciones comerciales de detergentes.

Además de estas hidrólisis de materiales poli-méricos, existen también aplicaciones deenzimas capaces de degradar compuestosaltamente tóxicos que podrían inhibir proce-sos de tratamiento biológicos. Un ejemploespecífico es el uso de peroxidasa para ini-ciar la degradación de fenoles y aminas aro-máticas que se presentan en aguas residuales.

En términos más amplios, es posible anticipar que los procesos basados en el empleo dorganismos construidos genéticamente pardegradar compuestos, podría representar unproceso mucho más económico.

PRODUCCIÓN DE AMINOÁCIDOS. Spueden sintetizar aminoácidos empleandun proceso químico, con una mezcla de D L isómeros; pero, puesto que solamente el Lisómero es biológicamente activo, la mezcldebe ser separada en sus dos componentesEste proceso puede llevarse a cabo mediantel empleo de la enzima aminoacilasa; una vesintetizada, la mezcla del DL aminoácidos s

acetila.

En la producción de otros aminoácidos se hincluido, también, una etapa mediada poenzimas, incluyendo a la D-feniglicinas-utilizada en la síntesis de penicilina semisintética- y el L-triptófano -un aminoácidesencial que puede sintetizarse a partir deindol-.

En términos de aplicación a gran escala, lproducción de aminoácidos esenciales comsuplementos dietéticos, presenta una importancia particular. Si una proteína celular sencilla queda establecida en los mercados dalimentación animal y humana, se puedesperar que la demanda para aminoácidoesenciales se incremente, ya que muchas proteínas microbianas son deficitarias en algunos de estos residuos cruciales.

Producción de enzimas

La fuente de enzima puede ser vegetal, animal y microbiana.



La fermentación con células libres constitu-ye, todavía, el método más utilizado. Sumanipulación es relativamente fácil y, enalgunos casos, no requiere un medio de cul-tivo estéril. Ya que las células se producencon la misma rapidez con la que son elimi-

nadas del reactor, existe una síntesis constan-te de nuevo catalizador.

Suministrando al reactor las condicionesapropiadas para el crecimiento, la fermenta-ción puede transcurrir en un estado estacio-nario en el que la eficiencia catalítica no cam-bia. Además, a partir de la degradación cata-bólica de los nutrientes, la célula que crece

activamente es capaz de suministrar la ener-gía necesaria para la síntesis.

Sin embargo, el mayor número de reacciones

requeridas para el metabolismo significa,también, aumento de probabilidades para laformación de productos secundarios nodeseados. Este hecho, junto con la produc-ción de un exceso de biomasa, limita el ren-dimiento del medio del cultivo y, por consi-guiente, la economía del proceso.

Las células inmovilizadas pueden considerarse como un estado intermedio entre la fermentación, las células libres y las enzimasinmovilizadas. En algunos casos, las célulasse destruyen antes de inmovilizarlas y se utiliza un solo componente enzimático; po

esto, en ellos, la distinción entre células yenzimas inmovilizadas constituye sólo unacuestión semántica.

6

Enzima Origen vegetal

Origen animal

Origen microbiano

Su fuente son los cereales.Su aplicación básica es la industria de la malta de cebada (cerveceríasy malterías).También se obtienen proteasas de diversas plantas; esto sucede, porejemplo, con la papaina, la bromelaina y la ficina.Su aplicación básica es la industria de la carne.

Su fuente es el páncreas, el estómago y el hígado de animales.Las enzimas -bacterias, hongos y levaduras- se producen en la industria de la fermentación.

Estos principios son los que, también,rigen el recurso didáctico biorreactor

para la producción de alimentos que estamosproponiéndole diseñar, construir e inte-grar a sus clases.

Conclusiones

• Las enzimas son catalizadores de origen bio-lógico que cumplen muchos requisitos paraimpulsar nuevas industrias químicas.

• La tecnología enzimática tiene múltiples apli-

caciones en la fabricación de alimentos. Losprogresos que están realizando, actualmente,la ingeniería genética y la biotecnología per-miten augurar el desarrollo cada vez mayordel uso de las enzimas.

• La utilización de enzimas en los alimentospresenta una serie de ventajas, además delas de índole económico y tecnológico.

• Las enzimas utilizadas dependen de la industria y del tipo de acción que se desee obtener.

• La fuente de enzimas puede ser vegetal, ani-

mal o microbiana.• La biosíntesis de enzimas se puede manipular

genéticamente, para optimizar los procesos;pero, se deben tener en cuenta, las respecti-vas normas.

• La producción de enzimas a gran escala tienesu principal aplicación en la industria de lafermentación.



Las principales disciplinas que se aplican enel ámbito de la biotecnología son la micro-biología, la bioquímica y la ingeniería genéti-ca.

La biotecnología introdujo cambios decisivosen la comunidad industrial del siglo XXI,debido a su potencial para producir cantida-des prácticamente ilimitadas de:

• sustancias de las que nunca se había dis-puesto antes,

• productos que, normalmente, sólo seobtenían en cantidades pequeñas,

• productos con costo de producciónmucho menor que el de los fabricados

por medios convencionales,• productos que ofrecen mayor seguridad

que los hasta ahora disponibles,

• productos obtenidos a partir de nuevasmaterias primas más abundantes y bara-tas.

Los aportes de la biotecnología en los proce

sos productivos de la industria alimentaría senfocan a dos grandes líneas prioritarias:

• fermentaciones,

• alimentos basados en organismos genéticamente modificados (GMO).

La fermentación -como veíamos- es la transformación de una sustancia orgánica (generalmente, carbohidratos) en otra utilizableproducida mediante un proceso metabólicopor microorganismos o por enzimas que provocan reacciones de oxidación-reducción, dlas cuales el organismo productor deriva lenergía suficiente para su metabolismo.

Las fermentaciones pueden ser anaeróbicassi se producen fuera del contacto con el aire

o aeróbicas, que sólo tienen lugar en presencia de oxígeno.

Las fermentaciones más comunes en lindustria de alimentos son la del azúcar, conformación de alcohol etílico, en la elaboración de vino, cerveza, sidra; la del alcohol

La Biotecnología y sus aplicaciones en la tecnología delos alimentos

En términos generales, la biotecnología sepuede definir como un conjunto de técni-cas en que se utilizan organismos vivos,partes de ellos o moléculas derivadas deorganismos vivos, para fabricar o modifi-car productos; además, comprende aque-llas técnicas de modificación genética devariedades de plantas, animales o micro-organismos, para su utilización con unpropósito específico.

El objetivo fundamental de la biotecnolo-

gía de alimentos es la investigación acer-ca de los procesos de elaboración de pro-ductos alimenticios mediante la utilizaciónde organismos vivos o procesos biológi-cos o enzimáticos, así como la obtenciónde alimentos genéticamente modificadosmediante procedimientos tecnológicos.



do soluciones a los graves problemas de esca-sez de alimentos -fundamentalmente, en lospaíses en vías de desarrollo-.

Utilización de los microorganismos

en la preparación de alimentos

Los microorganismos son, sin duda, las enti-dades vivientes más numerosas sobre esteplaneta; se los encuentra existiendo, activa opasivamente, dondequiera que haya organis-mos vivos.

Mientras que la energía para la vida es captu-

rada por las plantas verdes en el proceso defotosíntesis, los microorganismos son res-

ponsables, generalmente1, de la descomposi-ción final de los productos fotosintéticos. Encada lugar en el que las condiciones denutrientes y medio sean favorables para laactividad microbiana, ésta se encuentra; y, elhombre debe competir con todas las otrasentidades vivientes sobre la Tierra para rete-

ner los suministros de alimentos para símismo.

A través de su estudio y como un fruto de sucuriosidad, el hombre ha desarrollado ubuen número de sistemas de control de microorganismos. Uno de ellos es la conservación del alimento, monitoreando y, aúnestimulando el crecimiento de organismos

para crear condi-ciones desfavora-bles para otrosmicrobios-, y rete-niendo los nu-trientes deseadosen los productosalimenticios.

Aunque los microorganismos no fueronidentificados como agentes importantes en ldescomposición del alimento sino hasta hacun siglo, la fabricación de vino, el horneaddel pan, la manufactura del queso y el saladde los alimentos se ha venido practicandocomo veíamos, desde hace más de cuatro maños. Durante todo este tiempo, la humanidad ha practicado la conservación de alimen

tos, utilizando organismos desconocidosinvisibles, activos, vivientes.

Conservación de alimentos

Recordemos algunos procesos asociados conla conservación de los alimentos:

• La respiración es aquel proceso en qulos carbohidratos son convertidos aeróbicamente en dióxido de carbono y aguacon liberación de grandes cantidades denergía.

• La fermentación es un proceso de oxidación anaeróbica -o parcialmente anaeró

0

2448

72

96

137.000

24.674.000639.885.000

2.407.083.000

5.346.667.000

Almacenamiento/horas

Cantidad de bacterias/ml

Aumento en las poblaciones bacteriales en laleche a temperatura ambiente

1Los animales juegan un papel menor en el ciclo; en vista deque las bacterias, las levaduras y los mohos son encontradospor todo el medio circundante del hombre, se anticipa queestos microorganismos están en competencia directa conotras entidades vivientes por la energía para la vida.

La producción de canti-dades sustanciales deácido por ciertos orga-nismos, por ejemplo,crea condiciones des-favorables para otros.



bica- de carbohidratos.

• La putrefacción es la degradación anaeró-bica de las proteínas.

Consideremos, también, que son tres las

características importantes que deben tenerlos microorganismos para que sean útiles enla fermentación:

• El microorganismo debe ser capaz de cre-cer rápidamente en un sustrato y medioadecuados, y ser fácilmente cultivado engrandes cantidades.

• El organismo debe tener habilidad para

mantener constancia fisiológica bajo lascondiciones anteriores, y dar las enzimasesenciales fácil y abundantemente, conobjeto de que los cambios químicosdeseados puedan ocurrir.

• Las condiciones del medio circundanterequerido para el crecimiento máximo yla reproducción deben ser, comparativa-mente, simples.

La aplicación de los microorganismos en laconservación de alimentos debe ser hecha ental forma que esté disponible una protecciónpositiva para el control de la contaminación.Los microorganismos usados en las fermenta-ciones producen grandes cantidades de enzi-mas.

Las bacterias, levaduras y mohos, siendocélulas sencillas, tienen las capacidades fun-cionales de crecimiento, reproducción,digestión, asimilación y reparación en unacélula, que las formas altas de vida tienendistribuidas por los tejidos. Por lo tanto,puede anticiparse que las entidades vivientes

de una célula sencilla completa, tal como lalevadura, tienen una mayor productividad deenzimas y, por consiguiente, una mayorcapacidad fermentadora que la que puedeencontrarse en otras especies vivientes.

El cloruro de so-dio es útil en losprocesos de fer-mentación de ali-mentos, limitandoel crecimiento deorganismos putrefactores e inhibiendo el crecimiento de un gran número de otros orga-nismos.

Las enzimas son las sustancias reactivas quecontrolan las reacciones químicas en una fermentación. Los microorganismos de cadagénero y especie son, en realidad, almacenesde enzimas, con su propia y especial capaci-dad para producir y secretar enzimas. Ungramo seco de un organismo dotado de enzimas fermentadoras de lactosa altamente acti

vas, por ejemplo, puede abatir 10.000 gramos de lactosa por hora. Esta gran actividadquímica va asociada con los requerimientosdel proceso de vida de los organismos, lafacilidad con que obtienen energía para vivirsu gran capacidad de crecimiento y rapidezde producción, y su gran posibilidad para emantenimiento de la entidad viviente. Avivir, los organismos consumen energía; eproducto de sus acciones es un substrato deenergía menor que el del material nativosobre el cual se plantaron.

40

Ciertas bacterias to-leran y crecen en ele-vadas cantidades desal en solución.



Orden de la fermentación

Los microorganismos tienen disponibles car-bohidratos, proteínas, grasas, minerales ynutrientes menores en los materiales alimen-ticios nativos. Y atacan:

• primero, a los carbohidratos;

• después, a las proteínas;

• luego, a las grasas.

Hay un orden de ataque, aún en los carbohi-dratos:

• primero, los azúcares;

• después, los alcoholes;

• luego, los ácidos.

Ya que el primer requerimiento para la acti-vidad microbiana es la energía, las formasmás eficaces, en orden de preferencia, pare-cen ser las cadenas de carbono CH2, CH,

CHOH y COOH.

En cambio, algunas cadenas, como los radi-cales CN, son inútiles para los microorganis-mos.

Fermentación de carbohidratos

La palabra fermentación ha sufrido cambiosen sí misma. El término fue empleado paradescribir la condición de burbujeo o ebulli-ción vista en la producción de vino, antes deque las levaduras fueran descubiertas. Sinembargo, después del descubrimiento dePasteur, la palabra fue usada en relación con

la actividad microbiana y, al final, con la actividad enzimática.

Corrientemente, el término es usado aúnpara describir la evolución de dióxido dcarbono gaseoso durante la acción de célula

vivientes (Pero, ninguna de los dos -ni levolución de gas ni la presencia de célulavivientes- son esenciales para la acción fermentadora, como se ve en las fermentacionedel ácido láctico -donde no se libera gas- y enlas fermentaciones efectuadas únicamentcon enzimas).

Hay una diferencia clara entre fermentación

putrefacción:

• la fermentación es una descomposiciónpor acción sobre carbohidratos,

• la putrefacción relaciona la acción general de los microorganismos sobre las proteínas.

Los procesos de fermentación, generalmenteno desprenden olores pútridos y suelen producir dióxido de carbono. En la descomposición, en cambio, los materiales desprendidopueden contener dióxido de carbono; loolores característicos son sulfuro de hidrógeno y azufre, e incluye productos de la descomposición de las proteínas. Una fermentación pútrida es, usualmente, una fermentación contaminada. Las coles pútridas o loencurtidos resultan de desarrollos microbianos que descomponen las proteínas, más qude la fermentación normal de carbohidrato ácido.



• Hay muchas acciones fermentadorasposibles en los alimentos que actúan endetrimento de la aceptabilidad de los ali-mentos tratados. Generalmente, los orga-nismos capaces de atacar a los altos car-bohidratos -tales como celulosa, hemice-

lulosa, pectina y almidón- dañan la tex-tura, el sabor y la calidad de los alimen-tos tratados.

Control de las fermentaciones

Los alimentos son contaminados natural-mente con microorganismos y se descompo-

nen si se los descuida. El tipo de acción quedesarrollan depende de las condiciones queles sean impuestas.

La más favorable para un tipo dado de fer-mentación bajo una condición, es alteradapor ligeros cambios en un factor de control.La carne descuidada, por ejemplo, se enmo-hece y se pudre naturalmente. Si se añade

salmuera o sal, en cambio, toman posesióndiferentes organismos.

a. El pH del alimento es un factor de contro

La mayoría de los alimentos que el hombrconsume en su forma nativa y fresca son ácidos

El valor del pH de:

• las hortalizas tiene un rango de 6.5 a 4.6

• las frutas va de 4.5 a 3.0;

• la carne de animal muerto recientementes, aproximadamente, neutra (7.2); peroal cabo de dos días, el valor del pH es d6.0, aproximadamente;

• la leche es cercano a 6.4.

En vista de que las dos fermentacioneimportantes de estos alimentos son la oxidante y la alcohólica, el crecimiento de loorganismos es controlado por la acidez demedio: en las frutas y jugos de frutas, lalevaduras y los mohos se establecen rápidamente; en las carnes, las levaduras sonmenos activas que las bacterias; en la leche

una fermentación ácida es establecida en sólunas horas.

a. pH del alimentob. Fuente de energía

c. Disponibilidad de oxigeno

Factores de control

d. Requerimiento de temperatura

e. Presencia de cloruro de sodio

Fermentación En nuestro equipo Biorreactor para laproducción de alimentos, podemos

controlar esta variable mediante el empleo deun pH-metro electrónico o del uso de tiras depapel pH en los rangos apropiados.

Asimismo, es posible emplear soluciones tam-

ponadoras -buffer - de tipo carbonato o fosfato,en los casos en que se requiera un controlestricto de esta variable. Su uso, sin embargo,no se registra en la industria, dado que resultanperjudiciales para la salud o afectan laspropiedades organolépticas de los alimentos,prefiriéndose el uso de acidulantes yestabilizantes permitidos.



la fermentación, debe crearse la temperaturaóptima para los organismos.

Consideremos los procesos detectados en lafermentación de la leche:

La temperatura de la leche es vista como unfactor de control en el crecimiento de losanteriores organismos.

Las bacterias del ácido acético son sensibles a

la temperatura y tienen relaciones de tempe-ratura definidas y peculiares, importantes enla manufactura del vinagre:

La temperatura a la cual es mantenido el alimento determina, dentro de ciertos límitesla naturaleza de los organismos capaces dproducir la fermentación deseada o la descomposición.

e. Presencia de cloruro de sodio

La sal es uno de los principales alimentoasociados con la conservación de alimentos

En las fermentaciones, la sal puede ejercer upapel en la selección de los organismos a loque se permite crecer; porque, la cantidad dsal añadida determina si cualquier organismpuede o no crecer, y qué tipos crecerán; estcontrola, por lo tanto, la actividad de la fermentación.

La sal en solución en los sustratos alimenticios, ejerce una acción represiva sobre el crecimiento de ciertos organismos: puede limitar la humedad disponible, puede deshidratar el protoplasma y causar plasmólisis.

En los alimentos que contienen sal comconservador, ésta ha sido ionizada, colectando moléculas de agua alrededor de cada ion

La leche mantenida a:0 ºC, tiene poca actividad microbiana y expan-sión retardada en los números bacteriales.4 ºC, manifiesta un ligero crecimiento deorganismos y un desarrollo más rápido desabores extraños.20 ºC, usualmente, implica un crecimientodominante del Streptococcus lactis .37 ºC, registra poblaciones de Lactobacillus

bulgaricus.

65 ºC, implica una mayoría de organismosmuertos, aún cuando el Lactobacillus ther-

mophilus puede crecer.

A los:

7 ºC, los organismos crecen lentamente.20 ºC, las células parecen normales, creciendoy desarrollándose en cadenas de númerovariable; las paredes de las células se hinchan.37 ºC, han sido observados largos y transpa-

rentes filamentos -como hilos-; esta condiciónparece ser inducida por la temperatura.

Bajando la temperatura del sustrato a 26 ºC, talcomo se usa en la producción de vinagre, elresultado es la producción de algunas célulascon características y comportamiento nor-males.

En nuestro biorreactor podemoscontrolar la temperatura mediante

el uso del termómetro y regularla utilizandoel control de voltaje sobre el reóstato-dimmer - del calentador.

Mediante el agregado de hielo molido ogranizado, podemos disminuir la tempera-

tura, utilizando un baño de agua fría. Esteprocedimiento permite medir la eficiencia

de un mismo proceso realizado a distintas temperaturas.



El proceso es llamado hidratación iónica. Amayor concentración de sal, más aguaempleada para hidratar los iones.

Una solución saturada a una temperatura esaquella que ha alcanzado un punto donde no

hay disponible energía adicional para disol-ver la sal. En este punto (solución de clorurode sodio al 26.5 % a la temperatura del cuar-to), las bacterias, las levaduras y los mohosson incapaces de crecer: No hay agua libredisponible para el crecimiento microbiano.

En la descripción de la acción conservadorade la sal, es necesario considerar el efecto de

deshidratación, el efecto del ion cloruro, latensión reducida de oxígeno y la interferen-cia con la acción de las enzimas.

Los organismos pueden ser clasificados oseleccionados sobre la base de su tolerancia ala sal. Éste es un procedimiento bien emple-ado en la identificación de las bacterias.También es funcional en el control de las fer-

mentaciones:

• Ciertas bacterias de ácido láctico, levadu-ras y mohos, toleran o se adaptan a solu-ciones moderadas de sal.

• Las aerobias y anaerobias formadoras deesporas no toleran las soluciones de sal oson inhibidas por la bacteria del ácidoláctico para que la producción de ácido.

La influencia inhibidora de la sal haceque las bacterias formadoras de esporasresulten de poca importancia.

• Las bacterias proteolíticas y los organis-mos pectolíticos también son inhibidospor las soluciones de sal y ácido. Sinembargo, estos organismos son más sen-

sibles al ácido que a la sal.

• En las condiciones en que se permite crecer a un moho, tolerante a la sal y utilizador de ácido, disminuyendo la acidezdel sustrato, puede anticiparse que losorganismos causantes de la descomposi

ción y pectolíticos aumentarán en número y causarán la descomposición del alimento.

La sal, el vinagre y las especias son usadoscomúnmente, en acción complementaria enmuchos productos alimenticios fermentadosLas especias varían en su actividad antibacterial; algunas (aceite de mostaza) son muy

activas, otras (pimienta negra) tienen pocaactividad.

Productos fermentados

46

Podemos controlar la presencia decloruro de sodio en nuestro biorre-

actor, al efectuar distintos experimentos,mediante el agregado de cantidades con-

troladas de sal en la mezcla.

a. Vino y cerveza

b. Vinagre

c. Pan

Productos fermentados

d. Ácido láctico

e. Bebidas lácteas fermentadas

f. Manteca

g. Queso



a. Vino y cerveza

El vino y la cerve-za son productosfermentados simi-lares, originados

en la antigüedad.

La habilidad paraproducir agrada-bles bebidas efer-vescentes por lafermentación de

jugos de frutasnaturales es una

demostración del ingenio del hombre; y, porotra parte, desde los primeros registros de lahistoria, el vino y la cerveza han sido impor-tantes para el comercio.

La formación de alcohol del azúcar es reali-zada por levaduras fermentadoras del géneroSaccharomyces. Así, S. ellipsoideus es una ver-dadera levadura de vino. Veamos qué sucede

con ella: Normalmente, hay una poblaciónde levaduras sobre los pellejos de uva; cuan-do una célula de fermentación tiene acceso alazúcar del jugo de una uva molida, comien-za la fermentación. Aquí, la verdadera leva-dura del vino está presente en cantidadessuficientes para dominar la fermentación;pero, el jugo debe ser calentado para matarlos organismos contaminadores y reinocula-do con cultivos puros de levaduras del vino.

En ciertos casosespeciales -por e-

jemplo, en la fa-bricación del vinoefervescente bur-bujeante-, es esen-

cial que ocurra una fermentación secundarien la botella, para desarrollar un contenidde dióxido de carbono. En un medio y sustrato adecuados, la cantidad de alcohol producido depende de la cantidad de azúcapresente y de la eficiencia de la levadura par

convertir el azúcar en alcohol.

La habilidad de las diferentes clases de levadura para sobrevivir en concentracionealcohólicas que van en aumento, varía segúnla especie y la cepa. En general, las levadurason incapaces de tolerar los productos de fermentación más allá de determinadas concentraciones: usualmente, cuando ha sido sobrepasado el nivel de 12 a 16 % de alcohol, aúcuando algunas pueden tolerar hasta 18 % dnivel etílico.

Los vinos fortificados son productos naturales de fermentación a los que se ha añadidalcohol. Por cada 100 partes de azúcar presentes en el jugo, se producen, aproximadamente, 51 % de alcohol y 49 % de dióxido dcarbono. Los vinos secos son vinos que con

tienen sólo un poco de azúcar no fermentada.

El añejamiento de los vinos mejora el sabor el aroma, debido a la oxidación y a la formación de ésteres. Estos ésteres de altos ácidoformados durante el añejamiento le dan avino su esencial aroma agradable.

El vino añejado puede ser pulido por filtración, para darle una apariencia clara y brillante antes del embotellado. En los vinoblancos no ha sido extraído el pigmento rojde los pellejos de las uvas; éstos resultan mábajos en taninos y extractos.

La manufactura del vino permanece aú

El vino es el productode una fermentaciónalcohólica del jugo de

uvas sanas, maduras.Cualquier "vino" de otrojugo de fruta, debe lle-var la anotación de,por ejemplo, que esvino de "cereza" o de"mora", indicando lafuente del jugo defruta.

Las uvas para la manu-factura del vino varíanen el contenido de azú-car de 12 a 25 %.



entre arte y ciencia, y depende de la natura-leza y de las condiciones circundantes para elcultivo de la uva. Ciertas áreas muy localiza-das tienen la combinación apropiada de tipode suelo, luz solar, temperatura y precipita-ción pluvial requeridos para el crecimiento

de la uva, y han sido conocidas a través detodas las sociedades del hombre.

La cerveza, a su vez, es el producto de fer-mentación con sabor y olor característicos demalta y lúpulo. El contenido alcohólico va de3 a 7 %. La clase de levadura usada, la com-posición de la cerveza sin fermentar y la tem-peratura de fermentación son factores de

control.

El lúpulo tiene, cuanto menos, dos compo-nentes antibacterianos, además de interveniren la definición del sabor.

La cerveza nueva debe ser inoculada conlevaduras al comenzar la fermentación. Lacerveza envasada, usualmente, es pasteriza-

da; la de barril no lo es.

Comúnmente, se usan temperaturas de pas-teurización de 65 ºC.

b. Vinagre

Es un condimento preparado a partir demateriales que contienen azúcar o almido-nes, por fermentación alcohólica seguida defermentación acética.

Consiste, principalmente, en una solución deácido acético en agua; pero, también contie-ne sustancias que imparten sabor, colorantesy extractadas, frutas ácidas -manzanas, uvas,

cerezas y peras-, ésteres y sales inorgánicasvariando de acuerdo con su origen; porqueaunque el ácido acético es el ingrediente activo de todos los vinagres, estas sustancias adicionales imparten calidad distintiva y agradable al producto; el vinagre de sidra o vinagre

de manzana se define, por ejemplo, como eproducto de una fermentación alcohólicaseguida de una fermentación acética del jugode manzanas.

El vinagre contiene, cuanto menos, 4 gramode ácido acético por 100 mililitros.

Es interesante señalar que los comerciante

usan el término "resistencia de grano" máque el de "por ciento" de ácido acéticoMultiplicando el por ciento de ácido podiez, obtienen la resistencia del vinagre engranos. Así, un vinagre que contiene cuatro

gramos de ácido acético por 100 cm3 (aproximadamente, 4 % de ácido) es de 40 granos. El vinagre ofrecido para la venta debetener, cuando menos, esta cantidad de ácido

ser saludable, hecho de frutas sanas, comestibles, y apropiadamente etiquetado.

El vinagre de sidra que, durante el curso dela manufactura, ha desarrollado ácido acéticoexcediendo el 4 %, puede ser reducido a unaresistencia no menor de 4 %. El vinagre desidra así producido no es considerado comoadulterado; pero, debe ser etiquetado, a

efecto, como "vinagre de sidra diluido".

La manufactura del vinagre requiere de dosprocesos de fermentación:

• el primero, transforma el azúcar en alcohol, por levaduras,

48



• el segundo, cambia el alcohol en ácidoacético y es llevado a cabo por bacteriasdel vinagre.

Una de las principales causas de fallas en lapreparación del vinagre y un factor no consi-

derado a menudo, es que la manufactura delvinagre involucra estas dos muy distintas fer-mentaciones y que la primera debe ser com-pletada antes de empezar la segunda.

La formación de alcohol del azúcar es reali-zada por fermentaciones productoras dealcohol; el mejor ejemplo de éstas es laSaccharomyces ellipsoideus. El cambio que

ocurre es descrito por la siguiente ecuación:

Además del azúcar -de la que consisten, engran parte, los sólidos de la sidra-, la sustan-cia representada por la acidez y la ceniza esnecesaria para que las levaduras lleven a cabo

su fermentación tan bien como la subsi-guiente fermentación acética.

La acidez de la sidra es, principalmente,ácido málico, que sirve para protegerla deldesarrollo de bacterias indeseables. Losminerales en la ceniza son esenciales para elcrecimiento microbiano.

Normalmente, las levaduras están presentesen la sidra, la que debe ser mantenidadurante la fermentación a una temperaturafavorable de 23 a 25 ºC; a una temperaturacercana a 37 ºC, la fermentación se tornaanormal y cesa alrededor de los 40 ºC.

La fermentación alcohólica ocurre, natural-

mente, con el crecimiento y actividad de lalevaduras presentes en la sidra. Sin embargouna fermentación así es insegura y, usualmente, desperdiciadora de azúcar, y da unvinagre resultante de variable e incierta calidad. Es mejor añadir una levadura iniciado

ra.

La levadura iniciadora es inoculada en ungalón de sidra que ha sido previamente llevada a la ebullición y enfriada durante la nochantes de ser añadida la levadura. El galón eaireado, trasegando el líquido y colocad

junto a un lugar caliente. En 24 horas, el jugestá fermentando vigorosamente y puede se

usado para inocular un barril de 25 o 5galones de jugfresco. Por últimosi así se desea, econtenido de est

barril puede ser usado para inocular el contenido de otros recipientes de jugo.

El sabor del vinagre resultante puede se

mejorado usando un cultivo de levaduras devino, que haya sido generado especialmentpara la producción de vinagre. Con excepción de la aireación al principio, no es necesario el aire durante la fermentación alcohólica y, en las últimas etapas, incluso, es objetable, debido a que puede dar como resultado el crecimiento de bacterias indeseablescon subsiguiente pérdida de alcohol.

La fermentación alcohólica debe ser realizaden recipientes en los cuales el jugo no estindebidamente expuesto al aire. Un barrtendido horizontalmente con la boca tapadcon algodón o una trampa de aire, es satisfactorio. Para pequeñas cantidades, puedser usada una botella grande con la boc

C6 H12 O6 + Saccharomyces elltipsoideus = 2 C2 H5 OH + 2 C O2

Azúcar simple + levadura = Alcohol + dióxido de carbono



tapada con algodón. El recipiente no debeestar sellado al aire, ya que puede estallardebido a la presión del gas producido.

Después de la fermentación alcohólica, el jugo es liberado de fermentaciones, pulpa y

sedimento por asentamiento, y trasegado aotro recipiente, retirándosele éstos cuidado-samente; o, por filtración, antes de comenzarla fermentación acética. Si se deja el sedi-mento, éste puede impartir un mal sabor einterferir con la fermentación acética.

Analicemos cómo se produce la fermentaciónacética. La formación de ácido acético resul-

ta de la oxidación del alcohol por la bacteriadel vinagre, en presencia del oxígeno del aire.Esta bacteria, a diferencia de las levadurasproductoras de alcohol, requiere un suminis-tro generoso de oxígeno para su crecimientoy actividad. El cambio que ocurre es descritopor la siguiente ecuación:

El número de bacterias acéticas, usualmentepresente en el jugo fermentado, es pequeño;a menudo, estas bacterias son del tipo inde-seable o inactivo. Por lo tanto, debe ser aña-dido un iniciador adecuado para suministrarla clase apropiada de bacterias y producir lascondiciones favorables para su crecimiento yactividad.

El mejor recurso para prevenir el crecimien-to de organismos indeseables es añadir vina-gre fuerte, no pasteurizado, al jugo fermenta-do, después que se ha completado la fermen-tación alcohólica; la adición de este vinagreinocula fuertemente a la sidra con bacterias

del vinagre. Las bacterias del vinagre crecenen el líquido y en la superficie expuesta aaire; pueden formar una película lisa, grisácea, brillante y gelatinosa. La película nosiempre se forma; algunas clases de organismos crecen solamente en el líquido y no en

la superficie.

La rapidez de transformación de alcohol aácido acético depende de la actividad deorganismo, de la cantidad de alcohol presente, de la temperatura y de la cantidad desuperficie expuesta por unidad de volumen

A una temperatura favorable de 27 ºC, el factor limitante puede ser el área superficia

expuesta. El tiempo requerido para el proceso lento, en barril, es de alrededor de tresmeses o más. En los procesos generadores degran escala en los que la superficie expuestaal aire es grande, el tiempo para la fermentación puede ser acortado y producirse enhoras.

Después de que la fermentación

acética se ha completado, evinagre no debe ser expuesto aaire, debido a que puede sufrir una oxidaciónadicional a dióxido de carbono y agua, yreducirse rápidamente a una condición debaja calidad. Para evitar esta situación, evinagre es colocado en recipientes completamente llenos y fuertemente sellados.

El vinagre puede ser, también, pasteurizado

La fermentación acética ocurre más rápidamente, cuando la sidra contiene de 6 a 8 %de alcohol; pero, puede tolerarse hasta 12 %La acción es lenta cuando hay presente de 1a 2 %, Durante la fermentación activa se produce calor y éste puede ser suficiente para

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C2 H5 OH + O2 + Acetobacter aceti = CH3COOH + H2O

Alcohol + oxígeno + bacteria del vinagre = Ácido acético + agua



elevar la temperatura del fermentador.

Teóricamente, por cada 100 partes de azúcarpresente en la sidra, se producen 51 partesde alcohol y 49 partes de dióxido de carbo-no. En la práctica, se obtienen de 45 a 47

partes de alcohol, ya que algo del azúcar esutilizada por las levaduras o es perdida en laproducción de otras sustancias. Con sidraconteniendo 10 % de azúcar se obtiene,aproximadamente, 4.6% de alcohol por lafermentación completa por levadura.

En la fermentación de ácido acético, 100 par-tes de alcohol dan 130 partes de ácido acéti-

co. Realmente, por las pérdidas debidas a laevaporación y otras causas, se obtienenmenos de 120 partes. Por tanto, si se comien-za con 100 partes de azúcar, es posible obte-ner de 50 a 55 partes de ácido acético, bajocondiciones muy favorables. Por consiguien-te, para producir un vinagre con el conteni-do mínimo legal de 4 g por 100 ml (4 % o 40granos de resistencia), es necesario usar un

jugo que contenga, cuando menos, 8 % deazúcar.

El jugo de manzanas maduras varía en elcontenido de azúcar entre 7 y 15 %, comopromedio para un gran número de varieda-des; generalmente, el jugo de las manzanasde verano tiene el contenido de azúcar másbajo, el jugo de manzanas de invierno cuen-ta con el más alto y el jugo de manzanas deotoño en un punto entre los dos. Las manza-nas maduras tienen la mayor cantidad deazúcar, las manzanas verdes una cantidadmucho menor y las frutas sobremaduradasmenos que las maduras. El jugo debe serexprimido y colectado.

c. Pan

La fabricación del pan es una antigua industria que consiste en la elaboración de unmasa de harina, sal, agua y levaduras de panLa consistencia del pan se mejora si, antes d

su cocción al horno, se lo deja reposadurante el tiempo suficiente para permitir lformación de dióxido de carbono por la actividad de los microorganismos que están presentes de una manera natural o que se hanañadido deliberadamente.

El pan "de levadura" de la Biblia se preparaba conservando una porción de la masa d

una hornada y añadiéndola a la siguiente, edecir, mediante un primitivo método de inoculación. En nuestros días, se añade a la masuna cepa seleccionada de la levadurSaccharomyces cerevisae y se le permite metabolizarla durante determinado tiempo antede hornearla, momento en que termina suactividad.

La "levadura de panadería", cepa seleccionada por su vigorosa producción de dióxido dcarbono, se elabora especialmente para lfabricación del pan, y se suministra en formde levadura prensada o seca para mezclacon los demás ingredientes de la masa.

d. Ácido láctico

La flora ácido-láctica ha sido tema de numerosos estudios por analistas de la leche escala mundial. El ácido láctico de fermentación se ha convertido en un importante producto químico en las industrias alimenticiafarmacéutica, textil, plástica, etc.



El ácido láctico existe en la leche fresca, conun porcentaje medio de 30 mg/l. Es, antetodo, el resultado de la fermentación láctica;y, dentro de la industria láctea, puede pre-sentar un carácter beneficioso o perjudicial.

El género a estudiar es la flora ácido-láctica

de los lactobacilos, menos abundante en laleche cruda pero que sí juega un papelimportante en la preparación de diversasleches fermentadas: los yogures, la leche aci-dófila. Este género también está presente enla saliva de los seres humanos, en las cariesdentales, y en el intestino de hombre y deanimales.

Los lactobacilos termófilos se desarrollan demanera normal a temperatura de 45 ºC y losmesófilos -menos resistentes a las temperatu-ras- tienen su desarrollo ideal a 30 ºC; a unatemperatura mayor de 40 ºC, no se desarro-llan.

Morfológicamente, algunos bacilos son bas-tones delgados y largos; otros son parecidos

al colibacilo (E. coli); pero, al contrario deéste, todos son gram-positivos. Aunque casitodos son inmóviles, se han señalado excep-ciones.

Los lactobacilos son microaerófilos o anaero-bios; pero, después de cultivos continuos,

algunas cepas pueden desarrollarse en presencia de aire. Sus necesidades nutritivas soncomplejas; la mayor parte de las cepas nopuede cultivarse en los medios nutritivosordinarios, a menos que se enriquezcan conglucosa y suero. Las necesidades individuales

de aminoácidos varían de 2 a 15, según lascepas.

En general, se requiere piridoxina, tiaminariboflavina, biotina, ácido fólico y ácido nicotínico, variando las necesidades en cada casoEstos requerimientos nutritivos diferentestienen aplicación práctica en técnicas dedosificación microbiológica de vitaminas y

de algunos aminoácidos, para los cuales sonmás sensibles que los métodos químicos disponibles. En concentración adecuada, haycierta relación definida, incluso lineal, entrela concentración de vitamina en un medio decultivo adecuado pero exento de vitamina, yel desarrollo o la cantidad de ácido producidos.

Algunos bacilos forman parte de la floraintestinal normal y pueden predominar enniños lactantes e individuos con ingestiónelevada de azúcares, especialmente lactosa.

Se supuso, así, que la flora intestinal de lactobacilos era preferible a una flora proteolítica de coliformes, ya que tendía a inhibir lotrastornos degenerativos, aumentando lavitalidad en personas de edad avanzada, yque esa flora podía establecerse consumiendo leches fermentadas, o leches búlgaras yacidófilos. De esta manera, pudo alterarse lacomposición de la flora intestinal -tambiénmediante el consumo de cantidades equivalentes de leche azucarada-; pero, el cambio epasajero y no está demostrado que esa flora

2

Cuando decimos flora ácido-láctica, nosreferimos a la gran diversidad de microor-ganismos presentes en la lactosa, los queson capaces de producir ácidos, ya seanperjudiciales para el producto o beneficio-

sos para él.



te se desarrolla a 15 ºC, muere en cultivosrepetidos en caldo de lactosa-peptona-leva-dura, es incapaz de desarrollarse en medioque contengan 2.5 por 100 de cloruro desodio y no crece en caldo a pH de 7.8; entanto, L. acidophilus puede crecer en todas

estas condiciones.

e. Bebidas lácteas fermentadas

La leche, producto animal fresco, se estropeacon rapidez debido a la actividad microbia-na; pero, su fermentación por los gérmenesinocuos resulta un método fácil para conser-

varla. Los productos lácteos fermentados sonlas bebidas fermentadas, la manteca y elqueso.

Estos productos resultan del tipo láctico defermentación en que participan bacterias delgénero Streptococcus lactis y el géneroLactobacillus.

Desde los albores de la civilización se hanelaborado estos productos, dado que la fer-mentación láctica ocurre naturalmente en laleche. Se detectó que el sabor ácido era pro-ducido con más rapidez y uniformidad si seagregaban pequeñas cantidades de productofermentado a leche fresca y se conservaba lamezcla a temperatura adecuada.

Ello fue el origende los distintostipos de "cuajos";esto es, sustanciasque inician odesencadenan lacoagulación de laleche. Estas sus-

tancias se emplean ampliamente en la industria de lácteos para producir cambios característicos en la elaboración de mantecaleches "cultivadas" y queso. Muchos de lomismos productos pueden elaborarse sin eempleo de los "cuajos"; pero, los fenómenos

serían antieconómicos, dado que la mezclaadecuada de microorganismos no aparececon uniformidad en una cantidad dada deleche. Los "iniciadores" en la elaboración demantecas se emplean en la manufactura devarios productos: "maduran" la crema paraemplearla en la elaboración de manteca, permiten elaborar crema agria, y mejoran esabor y la contextura del requesón y de

queso crema.

Para producir las bebidas de leche fermentada, se utilizan muchas cepas diferentes delactobacilos, solas o combinadas con levaduras fermentadoras de la lactosa y con estreptococos; estas bebidas son:

• el yogur, fermentado por Lactobacillu

bulgaricus,• el kéfir, compuesto de leche de yegua fer

mentada por una mezcla de L. caucasicus, Streptococcus lactis y levaduras,

• el kumys -en Asia central-, elaborado conleche de yegua,

• el leben -en Egipto-, procedente de laleche de búfalas, cabras o vacas.

Estas leches fermentadas se producen lo bastante ácidas como para impedir el crecimiento de los gérmenes perjudiciales.

En las primeras investigaciones, se consideróque el beber leche fermentada sería la causade la sustitución de los gérmenes tóxicos de

4

Un cuajo o "iniciador" esun cultivo puro o mixtode microorganismos,que se agrega a un sus-

trato para iniciar la fer-mentación deseada.



intestino por los lactobacilos inocuos y que,por consiguiente, aquélla tendría un valormedicinal: Los lactobacilos pueden estable-cerse temporalmente en el intestino y mante-nerse en él mientras el paciente se nutre deuna dieta rica en hidratos de carbono; sin

embargo, cuando la persona vuelve a sudieta habitual, la flora normal del intestinoreemplaza con rapidez a los lactobacilos.

Las leches fermentadas se preparan pormedio de cultivos de bacterias lácticas deleche; el ácido láctico cuaja la leche y produ-ce el sabor agrio deseado. El carácter del pro-ducto depende de la fuente de la leche -

cabra, vaca, cordero, yeguas o búfalos-, latemperatura a que se calienta antes de inocu-larla, el tipo de microorganismo en el "cuajo"y la temperatura de incubación.

El yogur, de gran aceptación, proviene origi-nalmente de la zona este del Mediterráneo ytiene raíces en el mazún de Armenia, leben deEgipto, dadhi de la India, kéfir de países bal-

cánicos y koumiss de la parte sur de Rusia.

Originalmente, la leche se concentra porebullición, se inocula con parte de la remesaprevia de yogur y se conserva a 38 a 46 ºC,hasta que aparece un cuajo espeso -por loregular, en el término de 10 a 12 horas-. Laacidez que se logra es mayor de 1 %, inclusode 3 %. La temperatura superior de incuba-ción limita la fermentación a Streptococcusthermophilus y Lactobacillus bulgaricus, y esteúltimo produce la acidez intensa final.

f. Manteca

La manteca se hace de la nata separada de la

leche que, generalmente, está ácida, ya que lmanteca elaborada a partir de la nata picadse conserva mejor que la que se saca de lnata dulce.

El picado de la nata corre a cargo de los gér

menes que existen en la leche natural; o biese pasteuriza la leche y se añaden, despuésunos iniciadores -starters- específicos.

Los gérmenes que se usan en la fabricacióde la manteca son Streptococcus lactisStr. cremoris, que fermentan la lactosa agrian la nata, y otros dos gérmenes parecidos a los estreptococos, capsulados

Leuconostoc citrovorum y L. dextranicum. Estoúltimos atacan el ácido cítrico, subproductde la fermentación de la lactosa para producir diacetilo, que confiere un aroma mantecoso a la nata. Muchas otras cepas no identificadas están también presentes y añaden susabores propios a la manteca.

Tiene gran importancia la temperatura a l

que se acidifica la nata. Las temperaturas dalrededor de los 20 ºC son lo suficientemente bajas como para impedir el crecimiento dlos gérmenes termófilos de alteración -loque han sobrevivido a la pasteurización- y lbastante altas como para permitir el crecimiento de los estreptococos deseables.

En la fabricación de la manteca se bate la natpicada, lo que hace que los glóbulos de grasse unan para formar la manteca, permitiendseparar el suero de ésta. Las bacterias estásólo en las gotitas de humedad que hay en einterior de la manteca. El lavado de la manteca para reemplazar dichas gotitas de suerpor agua, priva a las bacterias de nutrientes limita su crecimiento; de este modo, se mejo



ran las cualidades de conservación del pro-ducto. El trabajo de la manteca para romperestas gotitas de humedad en otras máspequeñas, mejora también sus cualidades deconservación, al limitar los nutrientes asequi-bles en cada gotita.

g. Queso

Los quesos son de dos tipos principales:

• quesos blandos, de coágulo blando y cre-mosos, que se comen en fresco, sinmadurar;

• quesos duros o coagulados con cuajo,que se maduran por el crecimiento debacterias, de mohos o de mezclas deambos.

En la preparación de los quesos blandos, laflora natural fermenta la lactosa de la leche aácido láctico, el cual -a su vez- determina lacoagulación de la caseína, que se separa delsuero. Los principales responsables de la fer-mentación son Streptococcus lactis y ciertosgérmenes levaduriformes como, por ejemplo,Oidium lactis. En la fabricación de estos que-sos se emplea leche limpia, a fin de evitaralteraciones tales como la formación de cavi-dades debidas a los gérmenes productores degas, el sabor amargo o la liquefacción provo-cada por los organismos proteolíticos.

En la manufactura de los quesos duros, lacoagulación del caseinógeno de la leche correa cargo del cuajo, enzima que se obtiene del

jugo gástrico de los terneros jóvenes. Éstehidroliza parcialmente el caseinógeno que, acontinuación, se precipita por las sales de

calcio y retiene en sus mallas a los demáscomponentes de la leche, formando un coágulo. Generalmente, la leche se agria antes deañadir el cuajo, merced a la actividad de laflora normal o por la adición de iniciadorescomo Streptococcus lactis o Leuconostoc

dextranicum. El coágulo se divide en pequeñas porciones y se calienta hasta unos 35 ºCcon lo que se separa el suero y aumenta laconsistencia de aquél. Por último, se escurrese sala y se prensa para darle la característicaforma deseada, dejándoselo madurar.

La actividad de los "gérmenes de maduración" varía con la acidez del coágulo, e

modo de la salazón y la flora predominantela que se determina, principalmente, por latemperatura a la que se ha verificado el prensado.

Los organismos deseables que confieren aromas, sabores y consistencias al queso, se suelen añadir al coágulo inmediatamente antedel estadio de maduración. Durante este últi

mo proceso, se verifica la conversión de laproteínas insolubles en sustancias solublesen distintos grados, según los diferentes tipode queso. Las grasas y la lactosa sufren, también, alteraciones -las grasas son hidrolizadacon mayor rapidez en los quesos que, comoel Roquefort, están penetrados por mohos-.

La temperatura a la que se conservan los quesos durante el proceso de la maduracióninfluye sobre la flora predominante y, porconsiguiente, sobre las distintas alteracionemicrobianas del queso. Así, pues, los quesossuizos se calientan a 55 ºC, al principio deproceso, para detener el crecimiento de losestreptococos y permitir el de los lactobacilotermófilos como, por ejemplo, L. helveticu

6



El biorreactor para la producción de alimen-tos consta de:

• un sistema de regulación de temperatura

mediante un depósito concéntrico quepermite el agregado de agua,

• una vaina cerrada que posibilita la intro-ducción de un termómetro, para elseguimiento y el ajuste de la temperatura,

• una vaina abierta para la introducción deun electrodo de medición del pH, quepermite su seguimiento y su ajuste,

• un conducto perforado en suextremo, para la introducciónde aire por la parte inferior; elaires suministrado por mediode un equipo adicional similaral utilizado en los nebu-lizadores, y

• un agitador-mezclador mecáni-

co incorporado, para la homo-geneización de la mezcla.

Para armar y apoyar el dispositivo,se requiere una mesada sólida yfirme, en lo posible con recubri-miento de material resistente a laabrasión química y fácilmentelavable (plástico, melamina, aceroinoxidable, madera dura, etc.).

También es necesario contar con

una toma de agua corriente y cañería ddesagote de resistencia térmica de inmersiónademás de toma de línea de 220 V CA.

Para la alimentación continua del sistema dagua caliente, se requiere disponer de agucaliente de suministro doméstico, que spuede regular por mezcla. De ser necesariuna mayor temperatura, es posible incorporarla en forma manual, previo calentamientpor una resistencia de inmersión (comaccesorio adicional).

Los componentes



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Los elementos constitutivos son:

• Rotor 220 V - 500 W.• Vaso plástico de 1200 ml con base de

goma.

• Granizadora de hielo de acero inoxidablecon cuchilla.

• Eje-acople agitador.

• Vaso auxiliar 750 ml.

• Reguladores de voltaje 0-220 V paracalentador y agitador -dimmers-.

• Calentador de inmersión 220 V.

• Termómetro de escala de 10-50 ºC.

• PHmetro digital.

El sistema de vaso con agitador permite efec-tuar los procesos abiertos, a presión atmos-férica, para simulación de procesos químicosindustriales empleados en tecnología de ali-mentos.

El vaso de acrílico o de borosilicato, inerte ytransparente, permite que los procesos de

biorreactor puedan visualizarse fácilmente.

La conexión de un regulador de voltaje amotor da la opción de controlar bajas velocidades de agitación, desde 0 a 100 rpm.

El uso de un calentador de inmersión(opcional) posibilita trabajar a distintas temperaturas de proceso, las que se controlanmediante el termómetro que se adosa al sistema.

Forma de uso del termómetro en el equipo

Regulador de tensión

Los materiales, herramientas e instrumentos



Por último, si resulta necesario disminuir latemperatura en el biorreactor para los casosen que se quiere estudiar el rendimiento delos distintos procesos a distintas temperatu-ras y obtener curvas de rendimiento en fun-ción esta variable, se puede realizar con un

baño externo de agua fría.

El armado

El dispositivo se puede armar en forma ma-nual.

1. El vaso reactor se dispone sobre su basede goma.

2. Se agregan los reactivos de proceso,según la experiencia a realizar.

3. Se tapa con el acople mecánico.4. Se inserta la tapa-acople mecánico al agi-

tador motor en la parte superior.5. Se integran el termómetro y el electrodo

de medición del pH.6. Si es necesario controlar la temperatura,

se agrega el agua por las aberturas yadefinidas.

La velocidad de agitación se controlamediante un potenciómetro que actúa comoregulador de tensión para alimentar al motor.De esta forma, se logra la velocidad adecuadapara la reacción.

El agregado de aire es suministrado por unequipo adicional, similar al utilizado en losnebulizadores y en los sistemas de aireaciónde peceras.

Secuencia de armado



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Bior reactor ter minado



Permite desarrollar un proyecto tecnológicopara simular y establecer las condicionesóptimas en la producción de derivados fer-mentados de leche.

Las tareas a encarar por los alumnos, son:

• Establecer la importancia de la tempera-tura y la aireación mediante agitación,para la calidad del producto final.

• Establecer, mediante la evaluación deprocedencia de distintos microorganis-mos iniciadores (cepas bacterianas), lascualidades del alimento final.

• Establecer la importancia del nivel deacidez y la ausencia de gelificantes artifi-ciales en la calidad final del producto.

Las variables seleccionadas:

Materiales:

• Leche entera homogeneizada y pasteurizada.

• Muestra iniciadora (yogur, actime

etc.).• Recipientes recolectores.

• Balanza.

• Vaso volumétrico o probeta.

• Biorreactor.

Vamos a compartir con usted algunas experiencias de trabajo en el aula en las quees posible integrar el biorreactor.

4. EL EQUIPO EN EL AULA

Elaboración de yogur y derivados lácteos fermentados

Se entiende por proyecto tecnológico el proce-so y el producto resultante (escritos, cálculos ydibujos), que tienen como objetivo la creación,modificación y/o concreción de un producto, ola organización y/o planificación de un procesoo de un servicio (Gay, Aquiles; Ferreras,Miguel. 1997. La Educación Tecnológica.Aportes para su implementación . Prociencia-CONICET. Ministerio de Cultura y Educación dela Nación. Buenos Aires).

Usted puede acceder a la versión digital deesta obra en: www.inet.edu.ar

Temperatura

Agitación

Duración de proceso

Tipo de cepa ofermento iniciador

Densidad del producto

ViscosidadPropiedades organolépti-cas: sabor, olor, color, con-

sistencia al paladar, etc.Homogeneidad

Variablesindependientes

Variablesdependientes

pH

Concentración de fermento iniciador

Concentración o volumen de sustrato

Variables controladas



Los alumnos:

1. Cargan la muestra y ensamblan el dispo-sitivo.

2. Acoplan el agitador al motor y ajustan lavelocidad de operación.

3. Insertan el termómetro y el calentador aldispositivo.

4. Para la obtención de datos de proceso,realizan lecturas de temperatura, veloci-dad y agitación controlada, a intervalosde tiempo preestablecidos.

5. Obtienen muestras de 20 ml cada hora,

para medir viscosidad, densidad, homo-geneidad y pH.

6. Concretan el producto final, determinan-do la temperatura óptima de proceso y eltiempo final necesario.

7. Calibran las cepas de fermento iniciador.

8. Realizan la limpieza del biorreactor,estableciendo un protocolo de esta

operación con la consigna de utilizar lamenor cantidad de agua posible, con epropósito de reducir al máximo losvolúmenes de efluentes.

9. Presentan resultados a partir de

• Tablas: Propiedades organolépticas deproducto final, valores de muestras a lolargo del proceso (propiedadesorganolépticas, homogeneidad, agitación, temperatura, densidad, pH)tablas comparativas de resultado finapara distintas cepas iniciadoras.

• Gráficos: Variación de densidad, homo

geneidad y pH en función del tiempode proceso; cambio en las propiedadede producto final, en función de latemperatura de proceso y de la cepainiciadora; rendimiento en función detiempo y de la materia prima inicial.

• Construcción de datos que relacionanla cantidad de producto elaborado y egasto de agua insumida en todo el pro

ceso.

10. Establecen conclusiones respecto de lainfluencia en la calidad de producto finalsegún los parámetros analizados

• calidad y propiedades organolépticassegún el uso de la cepa iniciadoraimportancia de la selección del fermen

to,• propiedades de acidez del producto

final,

• rendimiento,

• validez de los principios microbiológicos clásicos,

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Le recomendamos realizar distintas prue-bas con sus alumnos, para establecer lascondiciones ideales: empezando desde 3minutos de agitación a mediana velocidadpor hora de proceso, hasta una agitacióncontinua a mínima velocidad.

Le recomendamos partir de una cantidadde 10 a 50 ml de yogur por 500 ml de lechefresca.



• calibración de temperatura óptima detrabajo,

• importancia y nivel de la agitacióndurante el proceso, obtención yvariación de la consistencia en funciónde la agitación,

• etc.

11. Desarrollan propuestas de mejora en elproceso.

12. Valoran las ventajas y las desventajas, alcambiar de una escala de laboratorio auna de proceso industrial masivo.

13. Evalúan la ecoeficiencia de las opera-ciones realizadas.

Este segundo proyecto tecnológico que com-partimos con usted permite:

• Simular y establecer las condiciones ópti-mas para la producción de ácido acéticoa partir de fuentes vínicas y jugos demanzana previamente fermentados.

• Realizar y controlar el proceso de fer-mentación alcohólica, para obtener lamateria prima requerida para la produc-ción de productos acéticos.

• Desarrollar el control de proceso para la

obtención de subproductos diferenciados, como vinagre común y aceto balsámico.

Por tratarse de un proyecto más complejque el anterior, vamos a plantear cinco etapade trabajo, a los fines de secuenciar apropiadamente los pasos y las variables a controlaen cada caso:

Etapa 1.

Obtención de mostos a partir de frutas frescas (manzanas y uvas).

Etapa 2.Fermentación alcohólica de mostos, utilizando levaduras de la especie Saccharomycecerivesae, para obtener sustratos acetificablede hasta un 14 % de gradación alcohólic(vinos y sidras), respectivamente.

Etapa 3.

Acetificación de vinos y sidras por fermentación acética completa, para obtenevinagres de calidad comercial, empleandcepas de Acetobacter sp.

Etapa 4.

Acetificación de vinos por fermentaciónacética incompleta y agregado de mosto fresco, para obtener aceto balsámico de calida

comercial, empleando cepas de Acetobactesp.

Etapa 5. Opcional.

Producción de vinagres aromatizados, mediante agregados de hierbas aromáticadiversas durante el proceso de acetificación

Elaboración de vinagremediante el biorreactor-fermentador



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Materias primas

Fermentación alcohólica

Vinagresaromatizados

Procesamiento

mecánico

Levaduras

Acetobacter

Aceto balsámico Vinagre de vino Vinagre de manzana

Fermentaciónincompleta(más agregadode mosto)

Fermentacióncompleta

Jugo de uva Jugo de manzana

Mostos fermentados

Hasta 14 % en volumen dealcohol etílico



Etapa 1. Obtención de mostos apar tir de frutas frescas (manzanasy uvas)

Implica:

• Establecer la importancia de la tempera-tura y de la incorporación de aire duranteel proceso de mondado, trituración y fil-tración.

• Evaluar los procesos de agitación, paramantener consistencia y para optimizarla extracción.

• Seleccionar de materias primas (tipo demanzanas y uvas, grado de acidez delfruto, grado de maduración y nivel deglucosa, etc.).

Materiales:

• Manzanas frescas (variedades comer-ciales: Red delicious, Grand Smith, etc.).

• Uvas frescas (variedades comerciales:Moscatel, Chinche, Blanca, etc.).

• Recipientes recolectores.

• Balanza.


• Filtro de malla de alambre o tela.

• Filtro centrifugador.Los alumnos:

1. Lavan, cortan y trituran, con una procesadora o licuadora, una masa determinada de fruta para la obtención del jugo.

2. Fijan la velocidad de operación y controlan la temperatura con un termómetro.

Temperatura (refrige-ración y conservación)

Agitación y trituraciónmecánica


Velocidad demolturación y

centrifugación (rpm)

Tipo de filtrado

Neutralización de

enzimas oxidativas

Agregado deantioxidantes

Tipo de fruta

Acidez

Nivel de glucosa

Índice de maduración

de los frutos

Densidad del jugo

Viscosidad

Propiedadesorganolépticas: sabor,

olor, color, consistenciaal paladar, etc.

Concentración deoxigeno disuelto (OD)

Homogeneidad

Concentración

de glucosa

Presencia de sólidos ensuspensión



pH

Temperatura

Concentración de aditivos


Las variables seleccionadas:



3. Filtran con una malla los residuos másvoluminosos (restos de cáscaras, hollejos,semillas, etc.). Por centrifugado o fil-tración por tela, obtienen el jugo lo máslímpido posible.

4. Utilizan este jugo lo más pronto posible,para iniciar la segunda etapa; en su defec-to, almacenan a menos de 4ºC sin llegaral congelamiento, para procesarlo poste-riormente.

5. De ser necesario, inhiben el pardeamien-to enzimático del jugo. Pueden probarcon el agregado de proteasas que inhibanlas enzimas oxidativas o bien adicionado

de antioxidantes naturales (vitamina Cy/o E). Como alternativa, pueden agregar

jugo de limón hasta ajustar, aproximada-mente, el pH a 3. O pueden escaldar elzumo obtenido, calentándolo a 85/90 ºCdurante 2 minutos, para evitar suoscurecimiento.

6. Obtienen lecturas de valores de veloci-

dad y tiempo de proceso.

7. Mediante lecturas de temperatura, esti-mación de velocidad (rpm) de tritu-

ración, a intervalos de tiempo preestable-cidos, obtienen muestras para medir vis-cosidad, densidad, homogeneidad, pH yconcentración de azúcares.

8. Presentan resultados a partir de:• Tablas: Propiedades organolépticas de

producto final, valores de muestras a lolargo del proceso (propiedadesorganolépticas, homogeneidadagitación, temperatura, densidad, pH)tablas comparativas para cada tipo yvariedad de frutas empleadas

rendimiento de cada una.• Gráficos: Variación de densidad, homo

geneidad y desarrollo de colo(pardeamiento) en función del tiempode proceso y agitación, cambio en laspropiedades de producto final en función de la temperatura de proceso y detipo de fruta y variedad comercial, gráficos de rendimiento en función de

tiempo y de la materia prima inicial.

8. Establecen conclusiones respecto de lainfluencia en la calidad de producto finalsegún los parámetros analizados:

• calidad y propiedades organolépticasrespecto del uso de distintas frutas yvariedades,

• propiedades de acidez,

• cantidad de glucosa y su importanciateórica para la siguiente etapa del proceso,

• rendimientos teóricos calculados yobtenidos.

10. Evalúan:

• importancia de la selección de las frutas,

• grado de maduración y conservaciónen cámaras de frío, en relación con laacidez y el nivel de glucosa fermentable.

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Le recomendamos probar, para establecerlas condiciones ideales, empezandodesde baja velocidad.



11. Desarrollan propuestas de mejoras en elproceso de trituración.

12. Discuten acerca de las ventajas y de lasdesventajas de utilizar procedimientosde escaldado, o de agregado de preser-vantes y antioxidantes; incluyen pa-rámetros que acoten cada uno de estosprocesos.

13. Discuten respecto de establecer unmodelo continuo por el agregado dematerias primas durante el ciclo de pro-cesos, proyectando dicha operación enun modelo a escala industrial.

14. Postulan un modelo de proceso mejora-do, a partir de las experiencias efectua-das.


Etapa 2. Fermentación alcohólicade mostos

En esta etapa se integran levaduras de laespecie Saccharomyces cerivesae, para obtenersustratos acetificables de hasta un 14 % degradación alcohólica (vinos y sidras), a partirdel producido en la etapa 1.

Implica:

• Establecer la importancia de la tempera-tura y de la velocidad de agitación, parala calidad de producto final.

• Establecer, mediante la procedencia dedistintos microorganismos iniciadores

(cepas de levaduras), las cualidades dvino y sidra obtenidos en cada caso.

• Establecer la importancia del nivel dacidez y la concentración de sólidos solubles (azúcares), de acuerdo a la variedacomercial de la fruta original, en la cali

dad final del producto obtenido.

Materiales:

• Zumos y mostos producidos en la etapa 1

• Cepas comerciales de Saccharomyce

cerivesae.• Recipientes recolectores.

• Balanza.


• Termómetro.

Temperatura

Agitación


Tipo de cepa o fermentoiniciador(Saccharomyces

cerivesae )


Viscosidad

Propiedades organolép- ticas: sabor, olor, color,

consistencia al paladar,etc.

Homogeneidad

Liberación de CO2

Gradación alcohólicaobtenida



pH


Concentración o volumen de zumos y mostos




Los alumnos:

1. Cargan los zumos y mostos, agregan laslevaduras y ensamblan el dispositivo.

2. Acoplan el motor para fijar la velocidadde agitación.

3. Insertan el termómetro.

4. Obtienen lecturas de valores de tempera-turas, tiempo y velocidad de agitación.

5. Obtienen muestras de 20 ml cada 2horas, para medir densidad, concen-tración de etanol y pH.

6. Obtienen el producto final, determinan-do la temperatura óptima de proceso y eltiempo final necesario.

7. Calibran las cepas de levaduras y las can-tidades requeridas (en gramos por litrode zumo).

8. Extraen el producto.

9. Filtran el vino y la sidra obtenidos.

10. Analizan la necesidad y la convenienciade procesos mecánicos o químicos adi-

cionales (filtrado, centrifugación, clarifi-cación, etc.).

11. Realizan la limpieza del biorreactor,estableciendo un protocolo de estaoperación con la consigna de utilizaciónde la menor cantidad de agua posible.

12. Presentan resultados a partir de:

• Tablas: Propiedades organolépticas deproducto final, valores de muestras a lolargo del proceso (propiedadesorganolépticas, homogeneidad

agitación, temperatura, densidad, pH)tablas comparativas de resultado finapara distintas cepas iniciadoras y paralos distintos zumos procesados.

• Gráficos: Variación de densidad, homogeneidad, producción de etanol y pHen función del tiempo de procesocambio en las propiedades de productofinal en función de la temperatura de

proceso y de la cepa iniciadora, gráficode rendimiento en función del tiempoy cantidad, y tipo de materia prima inicial.

13. Integran datos que relacionan la cantidadde producto elaborado y el gasto de aguainsumida en todo el proceso.

14. Establecen conclusiones respecto de la

influencia en la calidad de producto finalsegún los parámetros analizados:

• calidad y propiedades organolépticasrespecto del uso de la cepa iniciadora,

• propiedades de acidez del productofinal,

• rendimientos,

• capacidad de vinificación,

• características del vino y sidraobtenidos.

15. Evalúan:

• proceso,

70

Le recomendamos probar para establecerlas condiciones ideales, empezandodesde 3 minutos de agitación a medianavelocidad por hora de proceso, hasta un

proceso sin agitación.



• agregado de materias primas en laetapa inicial,

• selección del fermento,

• validez de los principios microbiológi-cos clásicos,


• importancia de la concentración deazúcares inicial,

• importancia y nivel de la agitacióndurante el proceso,

• obtención y variación de la consisten-cia, en función de la agitación,

• valoración del CO2 producido para

estimar el grado de alcohol,

• importancia de la densidad de la mues-tra para calcular dicho parámetro.


17. Valoran las ventajas y las desventajas alcambiar de una escala de laboratorio auna de proceso industrial masivo.

18. Analizan un modelo de ecoeficiencia delas operaciones realizadas.

Etapa 3. Acetificación de vinos ysidras

Implica:

• Optimizar la fermentación acética com-pleta, para obtener vinagres de calidad

comercial empleando cepas d Acetobacter sp.

• Establecer la importancia de la temperatura y la aireación mediante agitaciónpara la calidad de producto final.

• Establecer las cualidades del productfinal mediante la procedencia de distintacepas de microorganismos iniciadore(cepas bacterianas).

• Establecer la importancia del nivel dacidez como factor limitante para ldetención del proceso y la calidad finadel producto.

Materiales:

• Vinos y sidras producidos en la etapa 2

• Cepas de Acetobacter sp. (o muestras dvinagre comercial).

Temperatura

Agitación


Tipo de cepa o fermentoiniciador

Tipo de vino o sidra pro-

ducido en la etapa 2Cantidad (%) de alcohol

del sustrato


Viscosidad

Propiedades organolép- ticas: sabor, olor, color,consistencia al paladar,

etc.

Homogeneidad

Cantidad (%) de ácidoacético en la solución

obtenida

pH





Temperatura inicial de proceso





• Balanza.


•Papel pH, para determinar el ácido acéti-co formado.

Los alumnos:

1. Cargan la muestra y ensamblan eldispositivo biorreactor.

2. Acoplan el motor y fijan la velocidad deoperación.

3. Insertan el termómetro y el calentador al

dispositivo.

4. Obtienen lecturas de valores de tempe-raturas y velocidad, y tiempo deagitación.

5. Obtienen muestras de 20 ml cada 2horas, para medir densidad y pH.

6. Obtienen el producto final, determinan-do temperatura óptima de proceso ytiempo final necesario.

7. Valoran y calibran las cepas de fermentoiniciador.


• Tablas: Propiedades organolépticas deproductos final, valores de muestras alo largo del proceso (propiedadesorganolépticas, homogeneidad

agitación, temperatura, densidad, pH)comparativas del resultado final paradistintas cepas iniciadoras.

• Gráficos: Variación de densidad, homogeneidad, porcentaje de alcohol y pHen función del tiempo de procesocambio en las propiedades de productofinal en función de la temperatura deproceso y de la cepa iniciadora, gráfico

de rendimiento en función del tiempoy la materia prima inicial (vino osidras).

I9. Integran datos que relacionan la cantidadde producto elaborado y gasto de aguainsumida en todo el proceso.

10. Establecen conclusiones respecto de lainfluencia en la calidad de producto finalsegún los parámetros analizados:

• calidad y propiedades organolépticasrespecto de la procedencia de la cepainiciadora,


• rendimientos,

• trazas de alcohol etílico presentes en evinagre, etc.

11. Proponen mejoras en el proceso y en eagregado de materias primas en la etapainicial.

72

Le recomendamos probar para establecerlas condiciones ideales, empezandodesde 3 minutos de agitación a mediana

velocidad por hora de proceso, hasta unaagitación continua a mínima velocidad.

Le recomendamos probar, desde una cantidad de 10 a 50 ml de vinagre comercialpor 1000 ml de vino o sidra.



12. Evalúan:

• importancia de la selección del fermen-to,



• importancia y nivel de la agitación yaireación durante el proceso; obtencióny variación de la producción de ácidoacético en función de la agitación y elnivel de alcohol resultante de la vinifi-cación previa, etc.



Etapa 4. Acetificación de vinospara obtener aceto balsámico

Consiste en la fermentación acética incom-pleta y el agregado de mosto fresco paraobtener aceto balsámico de calidad comer-cial, empleando cepas de Acetobacter sp.

Implica:

• Optimizar la fermentación acéticaincompleta, para obtener acetos balsámi-cos de calidad comercial, empleandocepas de Acetobacter sp. y los productosde la vinificación de la etapa 2.

• Establecer la importancia de la temperatura y la aireación mediante agitaciónpara la calidad de producto final.

• Establecer las cualidades del productfinal mediante la procedencia de distintacepas de microorganismos iniciadore

(cepas bacterianas).

• Establecer la importancia del nivel dacidez como factor limitante para ldetención del proceso y la calidad finadel producto.

• Establecer el tiempo óptimo requeridpara la interrupción del proceso.

• Establecer las concentraciones óptimapara el agregado de sustratos vínicos nacetificados

Temperatura

Agitación


Tipo de cepa o fermentoiniciador

Tipo de vino producidoen la etapa 2

Cantidad (%) de alcoholdel sustrato

Cantidad de mosto yvino agregado


Viscosidad

Propiedades organolép- ticas: sabor, olor, color,consistencia al paladar,

etc.

Homogeneidad

Cantidad (%) de ácidoacético en la solución

obtenida

pH





Temperatura inicial de proceso




Materiales:

• Vinos y mostos producidos en las etapas1 y 2.

• Cepas de Acetobacter sp. (o muestras deaceto balsámico comercial).


• Balanza.


• Papel pH, para determinar el ácido acéti-co formado.

• Probeta.

• Termómetro.

Los alumnos:

1. Cargan la muestra y ensamblan eldispositivo.

2. Colocan el motor y fijan la velocidad deoperación.

3. Insertan el termómetro y el calentador aldispositivo.

4. Obtienen lecturas de valores de tempera-turas y velocidad, y tiempo de agitación.

5. Obtienen muestras de 20 ml cada 2horas, para medir densidad y pH.

6. Obtienen el producto final, determinando temperatura óptima de proceso y etiempo final necesario en que debedetenerse el proceso, y la cantidad demosto y de sustratos vinificados a agregar.

7. Valoran y calibran las cepas de fermentoiniciador.


• Tablas: Propiedades organolépticas deproducto final, valores de muestras a lolargo del proceso (propiedades organolépticas, homogeneidad, agitación, temperatura, densidad, pH)tablas comparativas de resultado finapara distintas cepas iniciadoras y para

diferente cantidad de mostos agregados.

• Gráficos: Variación de densidad, homogeneidad, porcentaje de alcohol y pHen función del tiempo de procesocambio en las propiedades de productofinal en función de la temperatura deproceso, de la cantidad del mosto agregado y de la cepa iniciadora, gráficos de

rendimiento en función del tiempo yde la materia prima inicial y agregada(vinos y mostos).

9. Integran datos que relacionan la cantidadde producto elaborado y el gasto de agua

74

Le recomendamos probar, para establecerlas condiciones ideales, empezandodesde 3 minutos de agitación a medianavelocidad por hora de proceso, hasta unaagitación continua a mínima velocidad.

Le recomendamos probar, desde una cantidad de 10 a 50 ml de aceto balsámicocomercial por 1000 ml de vino.



insumida en todo el proceso.

10. Establecen conclusiones respecto de lainfluencia en la calidad de producto final,según los parámetros analizados:

• calidad y propiedades organolépticasrespecto de la procedencia de la cepainiciadora,


• rendimientos,

• trazas de alcohol etílico presentes en el

aceto balsámico, etc.

11. Evalúan:

• proceso,

• agregado de materias primas en laetapa inicial,

• importancia de la selección del fermen-

to,• momento de incorporación del mosto

fresco,

• detención del proceso fermentativo,


• calibración de temperatura óptima de

trabajo en cada etapa,• importancia y nivel de la agitación y de

la aireación durante el proceso,

• obtención y variación de la producciónde ácido acético, en función de laagitación y del nivel de alcohol resul-tante de la vinificación previa, etc.

12. Postulan un modelo de proceso mejorado a partir de las experiencias efectuadas

13. Valoran las ventajas y las desventajas acambiar de una escala de laboratorio una de proceso industrial masivo.

Etapa 5. Opcional. Producción devinagres aromáticos

Semejante a la etapa 3, los alumnos procedena incorporar, en distintas fases del procesoextractos o material vegetal procedente dplantas aromáticas de valor comercia

(romero, orégano, tomillo, comino, albahacaetc.), a los fines de preparar variedadearomatizadas del producto.

Materia prima (hierbaaromática)

Momento del procesoen que se incorpora (en

general, es intrafer-mentación o posfer-

mentación)

Incorporación y pre-sentación de tallos y

hojas del producto dentro del envase final

(vinagre aromatizado)

Nuevas propiedadesorganolépticas resul-

tantes

Cambios en el pH uotros parámetros físico-

químicos





76

Esta parte final de nuestro módulo de capa-citación contiene un cuadernillo para la eva-luación del recurso didáctico que le presen-tamos y, de las experiencias didácticas y con-tenidos propuestos a partir de él:

Esta evaluación tiene dos finalidades:

• Brindarle a usted, como docente que uti-

liza este material, la oportunidad de do-cumentar el seguimiento de las activi-dades que realice con sus alumnos, a par-tir de nuestras propuestas y, en funciónde esta memoria de acciones, propiciaruna reflexión acerca de los cambios,mejoras o enriquecimiento de su propiatarea de enseñanza.

• Obtener de su parte, como usuario deeste material, información sobre todoslos aspectos en torno a los cuales gira lapropuesta.

Para este relevamiento de información, ustedencontrará, a continuación, una serie decuestionarios organizados básicamente entablas o matrices para completar. Con los

datos que usted exprese en ellos esperamostener una realimentación que nos permitamejorar todos los componentes de la serie depublicaciones “Recursos didácticos” yenriquecerla con propuestas o docu-mentación complementaria para aquellosdocentes que planteen iniciativas, interro-

gantes o dificultades específicas con relacióna la construcción del recurso didáctico, a lasactividades de aula, a los contenidos científicos y tecnológicos, a la metodología deenseñanza, a los procedimientos incluidos, ala información sobre materiales y a otroaspectos.

Dada la importancia que esta información de

retorno tiene para nuestro trabajo deseguimiento, mejora y actualización, leagradecemos que nos remita el cuadernillocon todas las observaciones, comentarios osugerencias adicionales que nos quiera hacellegar. Para ello puede remitirnos una copiaa través de correo postal, a

Área de Monitoreo y Evaluación –CeNET–

Oficina 112Saavedra 789. C1229ACE.Ciudad Autónoma de Buenos Aires.República Argentina.

O, si lo prefiere, solicitarnos el archivo electrónico de las páginas que siguen [email protected], enviándonos la versióndigitalizada de sus respuestas a través de

mismo correo electrónico.

Desde ya, muchas gracias.

5. LA PUESTA EN PRÁCTICA



Identificación del material:

Las dimensiones que se consideran para la evaluación del módulo de capacitación y delrecurso didáctico son:

La puesta en práctic

1. Nivel educativo

2. Contenidos científicos y tecnológicos

3. Componentes didácticos

4. Recurso didáctico

5. Documentación

6. Otras características del recurso didáctico

7. Otras características del material teórico

8. Propuestas o nuevas ideas

(*) Por favor, indique la modalidad, la orientación, la especialidad, etc.

Escuela técnica (*)Nivel educativo EGB2

Polimodal(*)

Trayecto técnico-profesional (*)

Formaciónprofesional (*)

Otra (*

1 2 3 1 62 3 4 5

EGB3

Nivel en el queusted lo utilizó

Asignatura/espacio curricular en el que usted lo utilizó:

2. Contenidos científicos y tecnológicos trabajados:

1. Nivel educativo en el que trabajó el material:



3. Componentes didácticos:

3.1. Testimonios (situaciones problemáticas) presentados en el material

a. ¿Le resultaron motivadores para iniciar las actividades propuestas?

b. ¿Le facilitaron el desarrollo de contenidos curriculares que ustedtenía previstos?

c. A su criterio, ¿están vinculados con el recurso didáctico que se lepropone desarrollar?

d. ¿Le facilitan la organización de situaciones didácticas para el tra-bajo de los contenidos científicos y tecnológicos propuestos?

e. El nivel de las situaciones problemáticas que se plantean, ¿es el

adecuado al nivel educativo para el que está previsto?f. En caso negativo, ¿permiten adecuaciones para ser trabajados en

el nivel educativo de sus alumnos o en otro nivel educativo?

g. Los testimonios iniciales, ¿permiten generar diferentes soluciones(soluciones tecnológicas o didácticas)?

En caso que su respuesta sea negativa (en cualquier ítem), le pedimos que nos indique por

qué (señale el número del ítem a que corresponde su comentario)

Otro (indique el ítem al que corresponde el comentario):

La puesta en prácticaII

Sí Otro1No

1 Utilice esta opción para indicar que agregará comentarios al final de este sector de la matriz.



La puesta en prácticaV

M e j o r

I g u a l

N o a p l i c a d o

I n c o r p o r a d o

3.2.2. Desarrollo de la estrategia didáctica

Con respecto a su forma habitual de trabajo, usted logró:

h. Encuadrar la tarea a partir de la formulación de uno (o varios)

problemas.i. Explicitar consignas de trabajo que plantean una situación pro-blemática.

j. Organizar las actividades de aprendizaje atendiendo a las etapaspropias de la resolución de problemas.

k. Utilizar técnicas de trabajo grupal.

l. Promover el trabajo colaborativo y cooperativo.

m. Otras (que haya incorporado o hecho mejor con el recurso).

M e j o r

I g u a l

N o a p l i c a d o

I n c o r p o r a d o

3.2.3. Aspectos cognitivos (proceso de aprendizaje de sus alumnos)

Con respecto a su forma habitual de trabajo, usted logró:

n. Estimular a sus alumnos en la búsqueda de información e investi-gación en torno al problema eje del material.

o. Promover la consulta a variadas fuentes de información.

p. Rescatar, incorporar los aportes del grupo para identificar aspectoso variables críticas del problema.

q. Evaluar los conflictos cognitivos propios del proceso de aprendizaje.

r. Detectar, evaluar, la comprensión asociativa.

s. Promover la reflexión sobre las actividades realizadas y las estrate-

gias utilizadas en cada parte del proceso.t. Otras (que haya incorporado o hecho mejor con el recurso).



4. Recurso didáctico:

4.1. Construcción del recurso didáctico

Tomando en cuenta la finalidad prevista en el material para el recurso didáctico (equipamiento o software), le pedimos que nos indique si, a partir de la propuesta contenida en el mate

rial:

4.1.1. Utilizó:


a. Un equipo ya construido, según lapropuesta del material.

c. Otro que ya tenía disponible(de características similares).

b. Un software.

d. Ninguno.

Si su respuesta fue “d.” indíquenos la razón, por favor:



a. ¿Pudo seguir sin dificultades los procedimientos indicados en el “Manual deconstrucción”?

b. La secuencia indicada, ¿fue la adecuada para la construcción?

c. El grado de complejidad, ¿fue el apropiado para el nivel educativo a que sedirige el recurso?

d. Los contenidos científicos asociados, ¿son pertinentes para el desarrollo delrecurso propuesto?

e. Los contenidos tecnológicos asociados, ¿son pertinentes para el desarrollo

del recurso propuesto?f. Con sus alumnos, ¿construyó el recurso didáctico siguiendo el proceso y la

metodología de resolución de problemas?

g. ¿Siguió todos los procedimientos propuestos para la construcción peroincorporó sus propios contenidos científicos y tecnológicos?

h. Por el contrario, ¿hizo adaptaciones en los procedimientos de construcciónpero mantuvo los mismos contenidos?

i. ¿Realizó la construcción siguiendo las actividades de aula propuestas en elmaterial?

j. ¿Diseñó sus propias experiencias en función de su grupo de alumnos?

¿Completó todas las etapas del proceso de construcción propuesta?

En caso negativo, indíquenos a qué fase llegó:

Sí No

La puesta en práctica

4.1.2. ¿Realizó todo el proceso de construcción del recurso didáctico con susalumnos? (Conteste este apartado en caso de que haya construido un equipoigual al propuesto. En caso contrario, pase al apartado 5 “Documentación”)

4.1.3. En caso de que su respuesta sea afirmativa, le pedimos que nos indique:

Sí No

Sí No

a. Planificación.

c. Construcción, armado.

b. Diseño en dos dimensiones.

d. Ensayo y control.

e. Superación de dificultades (evaluación del funcionamiento, siguiendo las indica-ciones y la lista de control que brinda el material).

f. Construcción de otro equipo que se adapta más a sus necesidades curriculares(Si marcó esta alternativa, lo invitamos a responder, directamente, el apartado 4.1.5.).

VI




4.1.4. Complete este ítem sólo si realizó el proceso de construcción del equipo siguiendo loprocedimientos indicados en el Manual. Si no fue así, lo invitamos a responder eapartado 4.1.5.

Acerca de los materiales, herramientas e instrumentos:

a. La especificación de los materiales para la construcción, ¿fue suficiente paraconseguirlos?

b. ¿Utilizó los mismos materiales (en calidad y tipificación) indicados en ladocumentación?

c. ¿Reemplazó materiales, instrumentos, componentes, piezas, etc., sin alterarel resultado final previsto en el material?

d. La especificación de las herramientas a utilizar, ¿le resultó adecuada?

e. La cantidad de herramientas indicadas, ¿fue la necesaria?

f. Los instrumentos, ¿estuvieron bien especificados?

g. El tipo y cantidad de instrumentos, ¿fueron los adecuados para armar elrecurso didáctico?

Sí No

4.1.5. En caso de que usted haya construido un recurso didáctico diferente al propuesto poel material de capacitación, le pedimos que nos indique si la razón fue:

a. El propuesto no se ajustaba a susnecesidades curriculares.

c. No pudo interpretar el manual deconstrucción.

b. No pudo conseguir los materi-ales o instrumentos indicados.

d. Otra (Por favor, especifíquela).




4.1.6. ¿Qué características específicas destacaría en este recurso didáctico diferente al propuesto por el material, que sus alumnos han construido. (Marque todas las opcioneque considere necesarias):

a. Se ajusta mejor a los contenidoscurriculares que necesita trabajar.

c.

b. Es más económico.

d. Es más adaptable(a diversos usos).

e. Otra (Por favor, especifique):

Permite su reutilización(mediante el desarme y armado, enfunción de necesidades didácticas).

Descripción del recurso didáctico construido:f.

Indique las principales diferencias con el equipo propuesto(estructurales, funcionales, didácticas):

g.

II




a. Aprovechando todo el proceso y la

secuencia de construcción pro-puestos en el material.

c.

b. Aplicándolo (como algo ya comple-

to) a la solución de problemas dife-rentes al propuesto en el material.

d. Otra (Por favor, especifique):

Utilizándolo como un sistema tecnológico (ya construido) en las funciones paralas que está pensado (manejo de las variables, control de operaciones, etc.).

4.2. Utilización del recurso didáctico

4.2.1. ¿Cómo utilizó el recurso didáctico (hecho por usted o ya construido), en las experiencias didácticas que concretó? (Puede marcar todas las opciones que crea necesarias)




Con respecto a su forma habitual de trabajo, este recurso didáctico lepermitió a usted, como docente:

a. Integrar contenidos científicos y tecnológicos en la solución de situa-ciones problemáticas de carácter tecnológico.

b. Diseñar situaciones de enseñanza y de aprendizaje centradas en laresolución de problemas tecnológicos.

c. Planificar y promover en sus alumnos la organización del trabajo(planificación y secuenciación de tareas), según el proceso tecnológico.

d. Favorecer la identificación de aspectos o variables críticas de unasituación problemática.

e. Organizar las actividades de manera que facilite la toma de decisionespor parte de los alumnos (determinación y selección de alternativas,opciones de diseño, materiales, etc.).

f. Organizar la actividad de sus alumnos en función de solucionesdiversas a los problemas planteados.

M e j o r

I g u a l

N o a p l i c a b l e

4

O t r o 5

4.2.2. Ya sea que haya desarrollado el recurso didáctico con sus alumnos según las especificaciones del material, ya sea que haya construido otro diferente o que haya utilizadoun equipo ya construido, en relación con las actividades que usted venía realizandola utilización del recurso didáctico propuesto por el material le permitió (seleccione laopción que coincida con sus experiencias):

g. Agregue otras que usted considere haber logrado de una mejor manera con este recursodidáctico

4 NA: No aplicable; es una actividad que no realizó antes ni ahora.5 Otro: Recuerde utilizar esta opción para indicar que agregará comentarios al final de este sector de la tabla.

X




Con respecto a su forma habitual de trabajo, este recurso le permitió alos alumnos (habilidades intelectuales):

Capacidad de planificar

h. Identificar variables o aspectos fundamentales de un problema tec-nológico.

i. Organizar su trabajo en etapas (identificar y seguir la secuencia deoperaciones de un proceso).

j. Ejecutar las actividades en los plazos o etapas previstas.

k. Seleccionar materiales, herramientas y piezas, de acuerdo con lasnecesidades del diseño.

l. Anticipar y resolver dificultades que podrían surgir en el proceso.

m. Prever puntos críticos de todo el proceso.

M e j o r

I g u a l


O t r o

n. Agregue otras que considere que sus alumnos alcanzaron mejor con este recurso didáctico




Capacidad para tomar decisiones

o. Analizar alternativas en función de un problema.

p. Seleccionar alternativas en función de las restricciones planteadasen el problema, o en el contexto de enseñanza y de aprendizaje.

q. Adecuar la propuesta para la solución del problema planteado.

M e j o r

I g u a l


O t r o

r. Agregue otras que considere que sus alumnos alcanzaron mejor con este recurso didáctico

II




Capacidad de aplicar y transferir

s. Interrelacionar los datos, técnicas y procedimientos en el diseño dela solución.

t. Utilizar técnicas de representación adecuadas al equipo que seconstruye o en el ya construido que se utiliza.

u. Integrar los conocimientos científicos y tecnológicos en losmomentos pertinentes para el diseño de la solución.

v. Relacionar, ensamblar componentes en la secuencia adecuada.

w. Utilizar de manera correcta la simbología y los lenguajes propios dela tecnología (representación gráfica, simbólica, etc.).

x. Transferir conocimientos científicos y tecnológicos en otras activi-dades similares.

M e j o r

I g u a l


O t r o

y. Agregue otras que considere que sus alumnos alcanzaron mejor con este recurso didáctico

Otro (Por favor, exprese aquí los comentarios que tenga, identificando el ítem con la letra qucorresponda):



Sí OtroNo


5.2. Manual de procedimientos para la construcción y el funcionamientodel recurso didáctico

En caso de que haya seguido los procedimientos contenidos en el Manual (ya sea para haceun equipo igual o uno diferente al propuesto), le pedimos nos indique si:

a. ¿Pudo seguir todos los procedimientos descriptos, sin dificultad?

b. ¿La secuencia descripta le resultó la adecuada?

c. ¿La secuencia establecida le planteó alternativas según algún crite-rio (disponibilidad de los materiales, trabajo de contenidos especí-ficos, etc.)?

d. ¿La finalidad (para qué sirve) del equipo está indicada con clari-dad?

e. ¿Se establecen cuáles son los contenidos (científicos o tecnológicos)que se asocian al equipo a construir?

f. ¿Se determina la relación entre conocimientos implicados, proce-dimientos a seguir, materiales a utilizar y experiencias posibles derealizar?

g. ¿Considera que la relación anterior es pertinente (es la que corres-ponde) para la construcción que se propone?

h. ¿La descripción de los procedimientos le facilitaron la organizaciónde las experiencias de trabajo con sus alumnos?

i. ¿Pudo seguir las indicaciones para la puesta en funcionamiento?

j. ¿Todas las indicaciones para el uso son claras?

Otro (identifique con la letra que corresponda el ítem sobre el que hace observaciones)

Por favor, fundamente sus respuestas negativas o agregue los comentarios que crea pertinente(identifique el ítem a que se refiere):




6. Otras características del recurso didáctico:

6.1. Constructivas (Por favor, conteste sólo si realizó el proceso de construcción). Indique sel proceso de construcción reúne las siguientes características:

a. Simplicidad. Es sencillo de construir por parte de los alumnos.b. Economía. Es posible hacerlo con materiales de bajo costo.

c. Compatibilidad. Todos los componentes, bloques y sistemas permiten serintegrados entre sí.

d. Acoplabilidad. Puede ser unido o combinado con otros recursos didácticos.

e. Sencillez. Permite combinar diferentes tipos de materiales (madera, cartón,plástico, otros similares).

f. Facilidad de armado y desarmado. Permite, sencillamente, realizar pruebas,

correcciones, incorporación de nuevas funciones, etc.

Sí No

Si su respuesta es negativa en alguna de ellas, indique por qué (Por favor, identifique sucomentario con la letra del rasgo aludido):

VI




6.2. Técnicas (Por favor, complete tanto si construyó el equipo como si utilizó uno ya cons-truido)

a. Portabilidad. Puede ser utilizado en el taller, aula, laboratorio.

b. Modularidad. Puede ser adaptado a diversos usos; para trabajar diversos con-tenidos curriculares o para realizar diferentes experiencias didácticas; paraaprendizaje, demostraciones, análisis, etc.

c. Reutilización. Posee partes, componentes, bloques o subsistemas que puedenser desmontados para volver a su estado original, y usados en sí mismos o enforma independiente.

d. Incrementabilidad. Puede complejizarse agregando piezas o completando elsistema para mejorar su funcionalidad, rendimiento, precisión o calidad.

e. Aplicabilidad múltiple. Como sistema tecnológico, permite que usted selec-

cione las variables con las que desea trabajar (algunas de las que maneja el sis-tema, todas las previstas o agregar otras).

Sí No

Si su respuesta es negativa en alguna de ellas, indique por qué, identificando su comentariocon la letra correspondiente:




6.3. Didácticas (Por favor, complete tanto si construyó el equipo como si utilizó uno yaconstruido)

a. Congruencia. Tiene relación con los testimonios de realidad incluidos en elmódulo de capacitación.

b. Pertinencia. Los componentes, bloques funcionales y sistemas son adecuadospara el trabajo con los contenidos curriculares de la educación técnico-profe-sional.

c. Integración. Posibilita el tratamiento asociado de los conocimientos científicosy tecnológicos propuestos en el material.

d. Escalabilidad. Es posible utilizarlo con proyectos o problemas con diferentesniveles de complejidad.

e. Complejidad creciente. Las soluciones alcanzadas para una parte del proble-

ma, sirven de base para las siguientes o permite que, agregando componentes,sea utilizado como solución a problemas más complejos.

f. Adaptabilidad. Permite su adaptación a soluciones diversas en torno a lasproblemáticas planteadas.

Sí No

Si su respuesta es negativa en alguna de ellas, indique por qué, identificándola con la letracorrespondiente:

II




7. Otras características del material teórico:

¿Cómo calificaría el diseño del módulo escrito (desarrollo de contenidos científicos y tec-nológicos, y propuestas de experiencias didácticas)?

a. Formato gráfico del material (distribución del contenido, márgenes, dis-tribución de texto e imágenes, inserción de gráficos, diseño gráfico glo-bal, etc.).

b. Lenguaje utilizado (claridad, adecuación al destinatario).

c. Organización (secuencia entre cada parte).

d. Adecuación al destinatario (evidencia que se toma en cuenta que es unmaterial para ser trabajado en un ámbito escolar).

e. Pertinencia de los conocimientos científicos con las problemáticasplanteadas.

f. Pertinencia de los conocimientos tecnológicos con las problemáticasplanteadas.

g. Vinculación (pertinencia) del recurso didáctico que propone con lassituaciones didácticas planteadas.

h. Congruencia (vinculación) de los contenidos propuestos con el recursodidáctico.

i. Aporte metodológico para enriquecer sus estrategias didácticas.

j. Aporte teórico (en general) para su trabajo docente.

k. Valor motivador para el trabajo con sus alumnos.

l. Valor orientador para generar sus propios recursos didácticos.

m. Concepción innovadora para el trabajo didáctico en la educación técni-co-profesional.

MB7

B MR

Si marcó la opción “Malo”, le pedimos que nos explique por qué:

7 Escala= MB: Muy bueno / B: Bueno / R: Regular / M: Malo




8. Propuestas o nuevas ideas:

Tanto para los autores de este material, como para el CeNET como institución responsablede su elaboración y distribución, una de las finalidades más importantes es suscitar en loseducadores nuevas ideas, aplicaciones o propuestas creativas a partir de la lectura o el traba

jo con el módulo.

En función de ello, le solicitamos que nos indique:

Si a partir del módulo (contenido teórico y recurso didáctico) usted, en su calidad de(marque todas las opciones que correspondan):

a. docente a cargo de un grupo de alumnos

c. responsable de la asignatura:

b. directivo

d. lector del material

e. otro (especifique):

ha generado nuevas ideas o propuestas:

Respecto de los contenidos (independientemente del recurso didáctico):

a. Organización de su asignatura.

b. Contenidos científicos y tecnológicos (formas de asociarlos, ampliarlos,desarrollarlos, etc.)

c. Planificación de las experiencias didácticas.

d. Trabajo con resolución de problemas.

Sí No

X




Otras (Por favor, especifique en qué ámbitos ligados con los contenidos ha generado estanuevas ideas o propuestas):

Si su respuesta fue afirmativa le pedimos que la amplíe:




En relación con el recurso didáctico. Le pedimos que nos relate (libremente) las nuevas ideao propuestas que el trabajo con este material le ha suscitado:

II



Sí


No

En caso negativo, por favor, indíquenos por qué:

¿Puso en práctica alguna de estas ideas o propuestas?

¿Cuál/es?



Títulos en preparación de la serie “Desarrollo de contenidos”.

Colección: Tecnología química en industrias de procesos

• El aire como materia prima

• El azufre como materia prima

• Los minerales como materia prima –bauxita y minerales de hierro

• Colección: Construcciones

• Construcción de edificios. Cómo enseñarla a través de la resolución

de problemas

• Construcciones en hormigón armado: tecnología, diseño estructural

y dimensionamiento

• Colección: Telecomunicaciones

• Técnicas de transmisión banda base aplicadas a redes LAN y WAN

• Cálculo de enlaces alámbricos

• Colección: Materiales

• Fundamentos y ensayos en materiales metálicos

• Colección: Tecnología en herramientas

• Historial de las herramientas de corte

• Diseño y fabricación de herramientas de corte

• Colección: Electricidad, electrónica y sistemas de control

• Instalaciones eléctricas

• Familia TTL (Lógica transistor-transistor)• Familia lógica CMOS

Bioreactor Para La Produccion de Alimentos Tiene Del Acido Lactico

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