Biotecnologa de Alimentos

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Biotecnología de Alimentos

• Agentes Biológicos

d'après Alain Fourié - Repas de noces à Yport
(détail) - Musée de Rouen
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Según la Organización de Cooperación y Desarrollo
Económico

• La Biotecnología es la aplicación de los
  principios científicos y de la ingeniería al
  procesamiento de materiales por agentes
  biológicos para proveer bienes y servicios

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La Biotecnología utiliza agentes biológicos de
distinta naturaleza, desde plantas o animales
hasta microorganismos, células de tejidos
animales o vegetales o enzimas, para obtener
productos de utilidad en muy diversos campos
farmacéutico, diagnóstico, médico, quirúrgico,
agrícola, alimentario, ambiental, etc.
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Agentes biológicos usados en Biotecnología

• Células enteras
• Células microbianas
• Células vegetales
• Partes de células
• Animales
• Vegetales
• Enzimas
• Organismos enteros
• Animales
• Vegetales
• Órganos

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(No Transcript)
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(No Transcript)
7
(No Transcript)
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Definiciones de Fermentación de alimentos

• Burbujeo ligero o acción de burbujeo
• Producción de CO2
• Pasteur vida en ausencia de oxígeno
• Gay-Lussac
• fermentación alcohólica
• 1 mol glucosa 2 moles alcohol 2 moles
  CO2
• Degradación controlada de un producto
  alimenticio

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Fermentación

• Ruptura anaeróbica de un sustrato orgánico por un
  sistema enzimático en el que el aceptor final de
  electrones es un compuesto orgánico
• Ejemplo
• Proceso biológico que ocurre en la oscuridad y
  que no involucra cadenas respiratorias con
  oxígeno o nitrato como aceptor de electrones

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Bioquímica de la fermentación de alimentos

• Azúcares Ácidos Alcoholes, Aldehídos
• Proteínas Amino ácidos Alcoholes, Aldehídos
• Lípidos Ácidos Grasos libres Cetonas

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Por qué fermentamos alimentos?

• Preservación de los alimentos
• Inhibición de patógenos
• Inhibición de organismos indeseados
• Cambio de las características organolépticas
• Flavor
• Textura
• Aroma

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FermentaciónControlada vs. Natural

• Fermentación natural
• Crear condiciones para inhibir fermentaciones
  indeseables y permitir las fermentaciones
  deseables
• Ejemplos
• fermentación
• Bebidas del tipo de la cerveza
• Brussels, Belgium
• Fermentaciones vegetales
• Vegetales sal

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FermentaciónControlada vs. Natural

• Fermentación controlada
• Agregado deliberado de microorganismos para
  asegurar la fermentación
• Ejemplo productos fermentados lácteos
• Lactosa ácido Láctico
• Cultivos Starter
• Lácticos o starter láctico o bacteria ácido
  láctica (LAB)

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Fermentación Secundaria

• Microorganismos diferentes a los starters
  (flora secundaria)
• Ejemplo productos fermentados lácteos
• bacterias no starters ácido lácticas (NSLAB)
• mejora de las propiedades organolépticas del
  producto

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Qué Microorganismos Dominan?

• Depende de
• Factores relacionados a los alimentos
• Nutrientes
• pH
• Actividad de agua
• Factores ambientales
• Temperatura
• Atmósfera
• Humedad Relativa

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Microorganismos Usados en Fermentaciones de
Alimentos

• Bacterias productoras de ácido láctico
• LAB Homofermentativas
• LAB Heterofermentativas
• Levaduras productoras de etanol
• Saccharomyces cerevisiae
• Microorganismos productores de flavor
• Bacterias, levaduras, mohos
• Bacterias productoras de ácido acético
• Acetobacter

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LABHomofermentativas

• Glicólisis anaerobia de glucosa
• Glucosa 2 Piruvato 2 Lactato
• Rendimiento 1.8 mol de lactato por mol de
  glucosa (90 conversión)
• Rendimiento neto de energía 2 mol ATP/mol
  glucosa
• Lactococcus, Streptococcus,
• Pediococcus, Lactobacillus (algunos)

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LABheterofermentativas

• Ruta monofosfato o pentosafosfato
• Glucosa ácido láctico(50) Ethanol
  CO2
• También puede formar acetato
• Rendimiento neto de energía 1 mol ATP/mol
  glucosa
• Leuconostoc, Lactobacillus (algunos)
• Algunos Lactobacillus heterofermentativos
• Rutas bioquímicas alternativas para obtener
  energía
• fermentación de Arginina
• Fuerza motora de protones

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Saccharomyces

• Saccharomyces
• saccharo azúcar
• myces hongo
• Se encuentra naturalmente en uvas y otros frutos
• Muchas cepas se encuentran disponibles
  comercialmente
• Metabolismo Aeróbico o anaeróbico
• El alcohol es producido anaeróbicamente
• Glucosa Etanol CO2

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Microorganismos Productores de Flavor

• Bacteria
• Limburger- Brevibacterium linens
• Swiss- Propionibacterium freundenreichii
• Hongos
• Camembert- Penicillium camemberti
• Roquefort- Penicillium roqueforti
• Tempa- Rhizopus oligosporus

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Bebidas alcohólicas

• Productos
• Cervezas
• Vinos
• Bebidas destiladas

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Bebidas alcohólicas

• Microorganismos
• Levaduras
• Saccharomyces cerevisiae
• Bacteria ácido láctica
• Deseable o indeseable dependiendo del producto

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Bebidas alcohólicas

• Preservación
• Alta acidez/bajo pH (vino)
• Etanol (todas bebidas alcohólicas)
• Sulfitos (vino)

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OUR PRODUCTS Although we are best known for our
specialty dried yeast strains, Lallemand also
offers winemaker nutrients, bacteria, enzymes and
other fine enological products.
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Vinos

• Vinos naturales
• Secos
• Ligeramente dulces
• Espumantes
• Vinos para postres y aperitivos
• Vino con flavor especial (e.g. Vermut)
• Jerez
• Vinos dulces

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• La definición bioquímica del vino sería bebida
  proveniente de la fermentación alcohólica de los
  azúcares del jugo de uva por acción de levaduras
  y, en ciertos casos, por bacterias lácticas.

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Producción de vinos

• Aplastar las uvas para obtener el jugo llamado
• Mosto
• Agregado de SO2 (depende del vino)
• agente anti-browning
• Inhibe el crecimiento de organismos indeseables
• Fermentación
• Inocular con cultivo activo de levaduras (1-5)
• Incubar a 70-85oC
• Estacionar/Añejar/Filtrar/Embotellar

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Vinagre

• Microorganismos
• Acetobacter y Gluconobacter
• Ethanol Ácido Acético
• Preservación
• Ácido Acético

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Cerveza

• Granos
• Cebada
• Lúpulo
• Flores de lúpulo
• Levaduras
• Saccharomyces cereviceae
• La cerveza es una bebida resultante de la
  fermentación alcohólica, mediante levadura
  seleccionada, de un mosto procedente de la malta
  (germinación, secado y tostado de los granos de
  cebada), al que se han agregado lúpulos y
  sometido a un proceso de cocción. Tras filtrar la
  cerveza, se procede a su envasado en botellas,
  botellines, latas o barriles.

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Cerveza
"I drink to your health when I'm with youI drink
to your health when I'm aloneI drink to your
health so oftenI'm beginning to worry about my
own"

• Leger
• Ale
• Porter
• Stout
• Bock
• Weiss

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Cerveza

• Leger-alto alcohol, baja fermentación ( la
  levadura está en el fondo fermentado, S.
  cerevisiae)
• Ale-color pálido, alto alcohol, alta fermentación
  (la levadura está arriba, S. uvarum)
• Porter-oscura ale, fermentación de malta tostada
• Stout-un cuerpo fuerte con dulce flavor a malta
• Bock-fuerte, oscura, alto grado de alcohol
• Weiss-de trigo, áspero, marcado flavor de malta
  y lúpulo, CO2 natural, frecuentemente turbia

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Malteado

• Cebada añejada para almacenamiento
• Empapamiento (45 horas)
• Agua y aireación (respiración y lavado)
• Germinación (5 días)
• Desarrollo en núcleos
• Producción de enzimas sacarolíticas,
  proteolíticas, peptidolíticas
• Horneado (24-48 horas)
• Calentamiento a altas temperaturas
• Destrucción de enzimas y agregado de flavor
• Enfriamiento/Screening/Limpieza/Almacenamiento
• /Elaboración de la cerveza

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Elaboración de la cerveza

• Malteado
• Trituración
• Hervir el mosto de lúpulo
• Fermentación
• Saccharomyces
• 4-14oC durante 8-10 días
• Produce etanol, CO2 y flavor
• Añejado/Filtrado/Carbonatado/
• Packaging

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(No Transcript)
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(No Transcript)
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Budweiser
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Amstel
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Heineken
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Bebidas destiladas

• Whiskey/Bourbon-grano (arroz, maíz, trigo,
  cebada) añejadas en cubas de roble
• Gin-grano flavored con junípero
• Schnapps-grano
• Brandy/Cognac-vinos (uvas, ciruela,
  manzana,cereza, kirsch)
• Rum- azúcares, especialmente molasas
• Tequila- century plant crowns
• Arrak/Rak/Okelehao-arroz fermentado más azúcar
  y extractos vegetales

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(No Transcript)
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Productos lácteos fermentados

• Quesos
• Leches fermentadas
• Yogurt
• Leche Acidófila(resulta de la acción de
  Lactobacillus acidophilus sobre la leche)
• Crema agria
• Manteca cultivada
• Kefir( producto resultante de la fermentación de
  la leche por los fermentos contenidos en el grano
  del quefir, o por adición de levadura de cerveza
  y fermentos lácticos propios)

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ProductosFermentados Lácteos

• Microorganismos
• Lactococcus
• Leuconostoc
• Lactobacillus
• Otros
• Preservación
• Producción de ácido láctico

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Probióticos

• L. bulgaricus y S. thermophilus.
• Los cultivos conocidos como probióticos son
  bacterias beneficiosas que residen naturalmente
  en el tracto digestivo
• mejoran la función intestinal
• promueven la buena digestión
• mejoran las defensas naturales del organismo.

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Probióticos

• Lactobacillus acidophilus L. acidophilus produce
  beneficios en el tracto gastrointestinal
• L. acidophilus ayuda a disminuir el colesterol
  por interferir con su reabsorción en el
  intestino.
• Bifidobacteria (Bifidus) Bifidus estimula al
  sistema inmune, ayuda a prevenir trastornos
  digestivos permitiendo el desarrollo del tracto
  digestivo.
• Lactobacillus caseiL. casei estimula el balance
  bacteriano en el intestino. Esto mejora el
  sistema inmune por inhibición del desarrollo de
  organismos productores de diarrea, alivio de la
  constipación, reducción de la hipertensión,
  inhibe el desarrollo de tumores carcinogénico, y
  suprimen microorganismos productores de
  enfermedades.
• Lactobacillus reuteriL. reuteri inhibie el
  desarrollo y la actividad de bacterias
  perjudiciales como Salmonella, E. coli,
  Staphylococcus, Listeria and la levadura Candida.
  También tiene efectos terapéuticos y
  profilácticos tanto en diarreas virales como
  bacterianas. L. reuteri estimula el sistema
  inmune mejorando la resistencia a enfermedades
  gastrointestinales.

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Yogurt

• Es el producto resultante de la acción de
  Lactobacillus bulgaricus y de Streptococcus
  thermophilus sobre la leche, preferentemente
  reducido por ebullición a 2/3 de su volumen.
• Preparar la mezcla básica, homogeneizar,
• tratamiento con calor, inoculación con el
  starter
• Colocar el pack de yogurt en un recipiente con
  frutas, incubar, enfriar
• Agitar la mezcla incubada con frutas, frío y
  empaquetar

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Yogurt

• Organismos que producen ácido láctico y
  acetaldehído
• Streptococcus thermophilus
• Produce CO2 y ácido fórmico
• Lactobacillus bulgaricus
• Degrada las proteínas de la leche

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Quesos

• Queso Cottage
• Roquefort
• Stilton
• Queso azul
• Gorgonzola
• Camembert
• Brie
• Swiss
• Baby Swiss
• Gouda
• Edam
• Romano

• Limburger
• Queso brick tradicional
• Cheddar
• Colby
• Sweet Brick
• Muenster
• Havarti
• Muzzarella
• Provolone
• Parmesano

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Etapas Generales de la producción de Quesos

• Pasteurización
• Agregado del starter
• Lactose ácido láctico
• Formar un grumo
• Cuajar el grumo cuajada ácida o
  cuajada ácida caliente
• Cortar la cuajada
• Calentar la cuajada suero
• Remover el suero
• Salado Acollarado - Prensado
• Curado-maduración

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Cambios en la calidad durante el
proceso/añejamiento

• Flavor a manteca
• Citrato Diacetilo
• Algunas LAB
• Formación de ojos
• producción de CO2
• Propionibacterium shermanii
• Venas azules
• Penicillium roqueforti

50
Quesos Cuajados Ácidos

• Queso Cottage
• Starter
• Lactococcus lactis subsp. lactis
• Lactococcus lactis subsp. cremoris

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IQuesos madurados internamente Blue Mold

• Roquefort
• Stilton
• Queso Azul
• Gorgonzola

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Quesos madurados internamente Blue Mold

• Lactococcus lactis subsp. lactis
• Penicillium roqueforti or Penicillium glaucum
• Cepas metabolizadoras de Citrato (a veces)
• Lactococcus lactis subsp. lactis biovar
  diacetylactis
• Leuconostoc

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Quesos madurados externamente Blue Mold

• Tipos
• Camembert
• Brie
• Cultivos
• Lactococcus sp.
• Penicillium camemberti

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Quesos con ojos

• Swiss
• Baby Swiss
• Gouda
• Edam

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Swiss y Baby Swiss

• Predominante- Streptococcus thermophilus
• Pequeña cantidad - Lactobacillus delbrueckii
  subsp. bulgaricus
• Pequeña cantidad - Lactobacillus helveticus
• Pequeña cantidad - Lactobacillus lactis
• Opcional- Lactococcus
• Propionibacterium fruedenreichii subsp.
  shermanii
• ácido láctico CO2

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Gouda y Edam

• Lactococcus spp.
• Glucosa ácido láctico
• Leuconostoc spp.
• ácido cítrico CO2
• Lactococcus lactis subsp. lactis biovar
  diacetylactis
• ácido cítrico CO2

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Quesos madurados en superficie

• Limburger
• Queso tradicional

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Quesos madurados en superficie

• Lactococcus spp.
• Glucosa ácido láctico
• Brevibacterium linens
• Color rojo amarillento y flavor
• Levaduras ( D. hanssenii, Candida spp., G.
  candidum, Y. lipolytica)
• metaboliza ácido láctico (aumento de pH)
• Sintetizan vitaminas (ácido pantoténico,
  niacina, riboflavina)
• Micrococcus sp. ( M. varians, M. caseolyticus,
  M. freudenreichii)

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Cheddar,Colby, Sweet Brick,Muenster, Havarti

• Cheddar- Lactococci
• Colby- Lactococci
• Brick- Lactococci o Streptococcus thermophilus
• Muenster- Streptococcus thermophilus
• Havarti- Lactococci , Leuconostoc sp.,
  Lactococcus lactis subsp. lactis biovar
  diacetylactis metabolizador de citrato

60
Pasta Filata Mozzarella y Provolone

• Streptococcus thermophilus
• Principales productores de ácidos
• Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus o
  Lactobacillus helveticus
• Relación cocos bacilos
• 11 o 31 o 51

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Quesos grana Parmesano yRomano

• Streptococcus thermophilus
• Lactobacillus delbrueckii subsp.
• Bulgaricus o Lactobacillus helveticus
• Lactococcus lactis (a veces)
• Relación cocos bacilos
• 11 o 31

62
Productos vegetales fermentados Sauerkraut
(cabbage)

• Sauerkraut (repollo)
• Pickles (pepino)
• Aceitunas
• Otros vegetales

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Productos vegetales fermentados

• Microorganismos
• Leuconostoc mesenteroides
• Pediococcus spp.
• Lactobacillus brevis
• Lactobacillus plantarum

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Productos vegetales fermentados

• Preservación
• Fermentación natural
• Efecto combinado de
• Producción rápida de ácido láctico (pHlt4.6)
• sal agregada
• condiciones anaerobias (CO2)
• baja temperatura

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Sauerkraut

• Tiras de repollo (0.1 cm de grosor)
• Mezclar el repollo con 2.25 sal
• Poca sal desarrollo de bacterias indeseables
• Mucha sal lenta producción de ácido por
  Leuconostoc
• Empaquetar, cubrir y sellar el fermentador
• Incubar a 21-24oC durante 1-2 meses
• Detener la fermentación por enlatado/refrigeraci
  ón

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Productos fermentados de cereales

• Panes
• Crackers
• Pretzels

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3000 años antes de nuestra era los egipcios y
babilonios sabían como usar la fermentación de
levaduras salvajes para hacer pan diferente de
las tortas planas y compactas tradicionales
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Productos fermentados de cereales

• Microorganismos
• Levaduras
• Saccharomyces cerevisiae
• Fermento (CO2)
• Maduración de la masa
• desarrollo de Flavor
• Bacteria Ácido Láctica
• Lactobacillus sanfrancisco

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Pan

• Mezclar harina, agua, azúcar, leche, sólidos, sal
  y grasas
• Agregar levaduras ( Saccharomyces cerevisiae)
• Incubar (25-30oC)
• Hornear

70

• Fermento fresco
• se presenta en forma de bloques, de color crema
  o marfil, con consistencia compacta y homogénea,
  con un tenor de humedad elevado (lo que exige
  refrigeración para su conservación, limitando su
  uso por períodos prolongados). Cuando es
  almacenado a una temperatura de 5C, su vida no
  se extiende a más de 12 días.
• Fermento seco
• el seco granulado no activo y el deshidratado
  instantáneo activo. El primero posee células que
  están en estado latente, y que precisan ser
  revigorizadas antes de su uso.- Eso normalmente
  se realiza rehidratando con agua 15 a 20 minuto
  antes de su uso a 38C. En este caso la relación
  fermento fresco deshidratado es 1 Kg. de fresco
  para 400 a 500 g de granulado.
• el granulado está siempre embalado en un
  recipiente al vacío siendo incorporado
  directamente en la masa, en el inicio del
  proceso. Este tipo de fermento e producido por
  procesos más sofisticados, usándose cepas de
  levaduras especiales y secado en lecho fluido.

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(No Transcript)
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(No Transcript)
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(No Transcript)
74
Chocolate

• Semillas de cacao
• Microorganismos naturales
• Levaduras
• Bacterias
• Lactobacillus
• Acetobacter

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• Originario de América, kab (jugo) kaj (amargo),
  Chacauhaa (chacau caliente, haa bebida)
• Theobroma cacao, Theobroma alimento de los
  dioses.
• Chocolate producto industrializado final que
  contiene el gusto y color típico del producto
• Cacao producto comercial a partir del que se
  obtienen otros a posteriori

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Estudio empírico de la obtención de cacao
comercial

• La almendra de cacao tal como sale del fruto es
  color púrpura, sabor amargo y aroma astringente.
• Curado propiamente dicho (retirada de la semilla
  del fruto, colocación en cajas) y el secado de
  las semillas
• Durante el curado en cajas se produce la
  oxidación del alcohol etílico de los exudados hay
  desprendimiento de CO2 lo que atrae insectos que
  inoculan con Acetobacter y hay formación de ácido
  acético
• Hay pérdida de astringencia de las semillas, la
  coloración púrpura se torna parda y luego del
  secado marrón. Hay formación de precursores que
  luego del secado serían los responsables del
  sabor típico del chocolate.

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Biofermentación

• Multiplicación de levaduras y producción de
  alcohol etílico ( fase alcohólica)
• Multiplicación de acetobacterias y producción de
  ácido acético (fase acética)
• Difusión del ácido acético (permeabilización del
  tegumento)
• Autólisis de los microorganismos
• Todos estos fenómenos son acompañados por aumento
  de la temperatura, cambios de pH, secreción de
  exudados, etc)

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Quimiofermentación

• Las almendras presentan un tenor de humead
  relativo de 50-60, son llevadas a secado
• Secado en cilindros de rotación mecánica o en
  tambores
• Las enzimas producidas en la etapa anterior,
  biofermentación, dan las características propias
  del chocolate
• La humedad final no debe superar el 6
• Esta etapa no involucra células vivas

79
(No Transcript)
80
(No Transcript)
81
Productos cárnicos fermentados

• Embutidos semi secos,
• Summer sausage
• Lebonon bologna
• Embutidos secos
• Genoa salami
• Hard salami
• Pepperoni

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Productos cárnicos fermentados

• Microorganismos
• Pediococcus pentosaceus
• Lactobacillus
• Preservación
• Producción de ácido Láctico (bajo pH)
• Sal y otros aditivos
• Baja actividad de agua