Biotecnologia Alimentaria

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Biotecnologia Alimentaria

• Uso de tecnologias biologicas para la produccion,
  transformacion y/o preservacion de alimentos, o
  bien para la produccion de las materias primas,
  aditivos o adyuvantes empleados en la industria
  alimentaria

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Procesos de fermentacion en alimentos espontanea
cacao inoculadas vino, yogur, queso,sauerkraut,
fiambres,etc Procesos de fermentacion en medios
de cultivo Produccion de biomasa levadura de
pan, proteina unicelular, starters Obtencion de
metabolitos aa, acidos organicos, etc Obtencion
de aditivos y adyuvantes sabores, aromas,
espesantes y estabilizadores Procesos
enzimaticos elaboracion de materias primas
endulzantes, jarabes en alimentos malteado,
coagulacion de leche
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Produccion de hongos comestibles
Datos de 1985
Los datos (no oficiales) de 1994 indican una
produccion mundial de 5 millones de toneladas, la
mitad de lo cual se produce en China.
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Agaricus bisporus
Lentinus edodes
Volvariella volvacea
Flamulina velutipes
Pleurotus ostreatus
Principales hongos comestibles
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Agaricus bisporus
Composicion Humedad 82-85 proteinas 8 H de
C 3. Rico en minerales y vit B, C y provit D2
Aspectos biologicos Saprofitos (champiñon)
simbiosis (trufas)
Ciclo de vida esporos, fase vegetativa
(micelio), fase generativa (esporoforo -
champiñon maduro). El cambio de condiciones
ambientales induce al pasaje de la forma
vegetativa a la germinativa
Vegetativa metaboliza preferentemente
lignina Limitar el nitrogeno amoniacal Temperatura
24-26 oC Humedad 65-70 Humedad del aire
90-95 Ventilacion abundante
Germinativa metaboliza preferentemente H de
C Temperatura 16-18 oC Humedad del aire 80-85
Ventilacion menor
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Esquema general del proceso de cultivo del
champiñon
90 paja 10 estiercol suplementos de
nitrogeno yeso o CaCO3 Agua Mezclado
(aireacion) Pasteurizacion (58-60 oC, 2 a 6
h) Acondicionamiento (48-52 oC, 6-8 dias)
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PRODUCTOS, REACCIONES Y GRUPOS MICROBIANOS
RESPONSABLES DE LOS PROCESOS FERMENTATIVOS MAS
IMPORTANTES
Hongos comerciales
Lactico etanol CO2
Levaduras Zimomonas
Biomasa CO2
O2
Lactobacilos. Streptococcus Leuconostoc
H
Clostridium butiricum
Clostridium propionicum y Propioniobacterium
enterobacterias
Los grupos que mas interesan desde el punto de
vista alimentario son enterobacterias y
clostridium (Sanitario) y   bacterias lacticas ,
propionibacterias y levaduras (Productivo)
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PRODUCCION DE LEVADURAS Y SUB-PRODUCTOS
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Produccion anual estimada de Levaduras
2 millones tons
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Metodo de Produccion Fed-batch (batch
alimentado) cultivo aerobico generalmente a 30 o
C Medio de cultivo Melazas de caña y/o remolacha
diluidas (adicionadas durante el cultivo para
minimizar la produccion de Alcohol) (1 de
azucares fermentables) corn steep liquor
(optativo) Generalmente se agrega un suplemento
de amonio y fosfatos El pH se mantiene entre 4 y 6
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Proceso de Produccion
Escalas 120 Kg intermedio 240 Kg stock 2500 kg
pitch 15000 a 100000 kg final
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(No Transcript)
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Procesos posteriores a la produccion
Levadura de compresion Centrifugacion- Secado
(por filtracion,hasta 30 de solidos) - Mezclado
(con agregado de emulsificantes y aceites
vegetales)- Extrusion- Envasado- Conservacion en
frio
Levadura seca activa Se somete a un proceso de
secado en tunel con aire caliente forzado luego
de la extrusion durante un period total de 6
horas. Se envasa a vacio o en ambiente de
nitrogeno. El agregado de antioxidantes y
surfactantes no ionicos permiten aumentar su
estabilidad.
Levadura cervecera Las cepas de S. cerevisiae y
S. carlbergensis (uvarum) se usan como cultivos
puros que se propagan y luego se inoculan en el
mosto de fermentacion. Al cabo de la misma se
recuperan y vuelven a utilizarse en un nuevo
proceso (previo control) o se secan y disponen
para alimentacion animal. Se recomiendan hasta 20
reciclados de un cultivo puro.
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Cultivos iniciadores (Starter Cultures)

• Los cultivos starter comprenden los
  microorganismos que se emplean en la produccion
  de productos lacteos fermentados, como queso y
  yogur.
• La microflora natural de la leche es ineficiente,
  incontrolada e impredecible, o bien es destruida
  durante el tratamiento termico a que se somete la
  leche. Un cultivo starter en cambio provee las
  caracteristicas particulares deseadas en forma
  mas controlable y predecible.
• La funcion primaria de los cultivos iniciadores
  lacticos es la produccion de acido lactico a
  partir de la lactosa.
• Otras funciones de los cultivos starters son
• sabor, aroma, y produccion de etanol
• actividad proteolitica y lipolitica
• inhibicion de microorganismos indeseables

Los grupos bacterianos mas utilizados son
Streptococcus (lactis, cremoris, S. lactis var
diacetylactis), Lactobacilos (bulgaricus,
acidophilus, plantarum, helveticus) y Pediococcus
cerevisiae.
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Se emplean dos tipos de cultivos iniciadores
Simple o definido constituido por una sola cepa
o un grupo de cepas identificadas. Mezcla o
compuesto mas de una cepa, cada una de las
cuales aporta caracteristicas especiales. Los
cultivos iniciadores pueden ser categorizados en
mesofilos o termofilos Mesofilos Lactococcus
lactis subsp. cremoris L. delbrueckii subsp.
lactis L. lactis subsp. lactis biovar
diacetylactis Leuconostoc mesenteroides subsp.
cremoris Termofilos Streptococcus salivarius
subsp. thermophilus (S.thermophilus)
Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus L.
delbrueckii subsp. lactis L. casei L. helveticus
L. plantarum Tambien se pueden emplear mezclas
de ambos tipos, sobre todo en la fabricacion de
quesos..
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Bacteriofagos Los Bacteriofagos son virus
bacterianos y como tales requieren una celula
huesped para su crecimiento y reproduccion.
Inicialmente el bacterifago se adhiere a la pared
bacteriana, a traves de la cual inyecta su
material genetico en la celula huesped. En el
interior este material dirige la formacion de
cubiertas de fago, las cuales se rellenan con el
material genetico amplificado. La celula
bacteriana se lisa luego y libera las particulas
virales. Los bacteriofagos son de amplia
distribucion, pero generalmente acompañan la
leche desde la etapa de su recoleccion. Pueden
ser inactivados por un tratamiento termico (30
min a 63 to 88 C) o mediante desinfectantes
quimicos. Los bacteriofagos son especialmente
importantes en los procesos de elaboracion de
quesos. Atacan y destruyen a la mayoria de las
bacterias lacticas, impidiendo el proceso normal
de maduramiento o bien tornandolo lento e
ineficiente.
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Preparacion comercial de cultivos starters Los
productores comerciales proveen los cultivos
iniciadores en forma de lifilizados
(freeze-dryed), congelados o secados al spray.
Los concentrados de starters de bacterias
lacticas se proveen como lifilizados o
congelados, en volumenes de 70-500 ml, que se
usan para inocular leches directamente (1000 a
5600 L) Las empresas que manufacturan los
productos lacteos deben inocular los cultivos en
leche o algun sustrato adecuado. Las etapas de
propagacion que deben realizarse para llegar a la
produccion comercial son Cultvo madre
corresponde la primer inoculo del cual se
originaran todas las preparaciones Cultivo
intermedio preparacion en mayor volumen
originada de la primera. Cultivo de produccion
masiva esta etapa corresponde a la preparacion
del producto.
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Los cultivos iniciadores que se emplean en la
produccion de yogur en los EEUU es una mezcla
simbiotica de 2 cepas Streptococcus salivarius
subsp. thermophilus (ST) y Lactobacillus
delbrueckii subsp. bulgaricus (LB). Si bien ambos
organismos pueden crecer en forma independiente,
la velocidad de produccion de acido es mayor
cuando se emplean conjuntamente que cuando se
emplean en forma individual . ST crece mas
rapidamente y produce acido y CO2. El formato y
CO2 producido estimulan el crecimiento del LB.
Por otra parte, la actividad proteolitica del LB
origina peptidos y aminoacidos que son utilizados
por ST. Estos microorganismos son finalmente los
responsables de la formacion del sabor y textura
tipicos del yogur. La mezcla coagula durante el
proceso debido a la caida del pH. Los
estreptococcos son responsables por la caida
inicial del pH hasta un valor aprox. de 5.0. Los
lactobacilli son responsables de la subsiguiente
caida a un pH 4.0. Los siguiente productos de
la fermentacion contribuyen al sabor acido
lactico acetaldehido acetic acid diacetilo
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Biosource flavors, Inc

• Cultivos starters para carnes
• Pediococcus acidilactici Lactobacillus
  plantarum Micrococcus varians Staphylococcus
  carnosus Staphylococcus xylosus.
• Individual cultures or blends are available in
  frozen cans in various sizes or in freeze-dried
  powder.
• Cultivos starters para lacteos
• Lactococcus lactis Lactococcus cremoris
  Streptococcus thermophillus Lactobacillus
  bulgaricus Lactobacillus casei
  Propionibacterium shermani
• Specialty cultures for low-fat cheeses, yogurt,
  sour cream and other dairy products are available
  in frozen cans as well as in freeze-dried powder.
  
• Cultivos starters para vinos ( fermentacion
  malolactica)
• Leuconostoc oenos
• Malolactic cultures for wine are available in
  frozen as well as in freeze-dried form.
• Cultivos starters para panificacion
• Lactobacillus sanfransciscus Lactobacillus
  plantarum
• Culture Blend for Sour-Dough Bread and for
  Crackers are available in frozen cans and as
  freeze-dried powder.
• Cultivos para alimentos funcionales
• Lactobacillus acidophilus Bifidobacterium
  bifidum Bifidobacterium longum Bifidobacterium
  infantis Streptococcus thermophilus
  Lactobacillus bulgaricus Lactobacillus
  plantarum Lactobacillus casei subsp. rhamnosus
  Streptococcus faecium
• Individual cultures or customized blends are
  available in various strengths in maltodextrin
  with fructo-oligosaccaharide or with vegetable
  and fruit powders and orther phyto nutrients.
• Cultivos starters para ensilado Lactobacillus
  plantarum Streptococcus faecium Pediococcus
  acidilactici
• Individual cultures or blends are available in
  freeze-dried powder.

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PREPARACION DE STARTERS CONCENTRADOS Se emplean
cultivos batch (contaminaciones,
bacteriofagos) 1-Medios de crecimiento
complejos
peptonas, extracto de levadura y lactosa.
Leche descremada (dificil
separacion)
añadido de citrato (cuando importa el diacetilo)
2- incubacion temp y pH controlado (pH6)
(cuando se acumula lactico dejan de crecer!). El
exceso de agitacion y O2 favorecen la formacion
de H2O2 y disminuye el rendimiento. El agregado
de reductores, catalasa y un ambiente con CO2
favorece el crecimiento. 3- separacion de las
celulas (centrifugacion) 4- agregado de un
diluyente adecuado 5- congelado o liofilizado. El
congelado es tanto mas efectivo si se mantiene a
la menor temperatura posible (-196 oC)Se agregan
crioprotectores
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Mejoramiento genetico aplicado a las levaduras de
panificacion
Introduccion del factor killer para evitar la
infeccion por cepas silvestres Introduccion de
genes para la utilizacion de otros azucares
durante la etapa de propagacion en azucar de
remolacha (melibiosa, rafinosa)
Mejoramiento genetico aplicado a bacterias
lacticas

• Capacidad de utilizar H de C como lactosa,
  galactosa y sacarosa
• Produccion de proteasas
• Capacidad de asimilar citrato para producir
  diacetilo
• Resistencia a bacteriofagos
• resistencia a iones inorganicos
• Capacidad de produccion y resistencia a agonistas
  (bacteriocinas)
• Capacidad de producir gomas extracelulares

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Ejemplos Transduccion mediante fagos temperados
de genes para la asimilacion de la lactosa y
manosa entre cepas de la misma especie. Co-transdu
ccion de caracteres para la similacion de lactosa
y la actividad proteolitica en el misma especie
Conjugacion entre cepas de distinta especie de
la capacidad de fermentar lactosa, la resistencia
a fagos y a la nisina. Mediante fusion de
protoplastos se obtuvieron cepas recombinantes
que utilizan lactosa y maltosa. Mediante
transformacion de protoplastos, empleando
plasmidos vectores, se pudieron introducir genes
de diferentes generos.
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(No Transcript)