IMPORTANCIA, USOS Y APLICACIONES DE LOS MICROORGANISMOS EN LA INDUSTRIA ALIMENTARIA Noviembre, 2011

               Microorganismos

DISTRIBUCIÓN DE LOS MICROORGANISMOS AIRE SUELO AGUA SER HUMANO

MICROORGANISMOS PATOGENOS EN LOS ALIMENTOS Los alimentos, desde que son recolectados en el campo o son producidos por los animales hasta que llegan al consumidor deben pasar por una serie de fases o etapas: troceado, preparación, envasado, almacenamiento, transporte, distribución y venta; en las que pueden contaminarse con microorganismos no deseados y volverse peligrosos.

INTOXICACIONES Y TOXIINFECCIONES ALIMENTARIAS Se originan por la ingestión de alimentos que contienen microorganismos patógenos (bacterias, virus, hongos, etc., aunque las bacterias son las mayormente implicadas) o contienen sustancias tóxicas (sustancias producidas por las bacterias, sustancias que se utilizan en el engorde del ganado, sustancias tóxicas que de manera natural se encuentran presentes en los alimentos, etc.)

Vibrio cholerae Vibrio parahemolyticus TIPO ESPECIE ENFERMEDAD Bacilo Bacillus anthracis Bacillus cereus Clostridium botulinum Clostridium tetani Corynebacterium diphtheriae Escherichia coli Salmonella sp. Salmonella typhi Salmonella typhimurium Shigella dysenteriae Shigella sp. Ántrax Intoxicación alimentaria por Bacillus cereus Botulismo Tétanos Difteria Diarrea Salmonelosis Fiebres tifoideas Gastroenteritis por Salmonella Disentería bacilar Sigelosis Cocobacilo Brucella sp. Brucelosis Espiroqueta Treponema pallidum Sífilis Vibrio Vibrio cholerae Vibrio parahemolyticus Cólera epidémico, gastroenteritis Gastroenteritis por Vibrio parahemolyticus

Desarrollo histórico de la microbiología I. Fermentación de cerveza por Sumerios y Babilonios Elaboración de pan por Egipcios Destilación de licores por chinos Descripción de microorganismos (Leeuwenhoek) Levaduras de fermentación (Pasteur) Primeros cultivos puros de levadura cervecera (Hansen) Descubrimiento de enzimas (Buchner) Producción microbiana de glicerol y acetona (Neuberg; Weizmann) 6000 a.C. 4000 a.C 1400 1685 1873 1883 1897 1914 Leeuwenhoek (1687) Pasteur (1873)

Desarrollo Histórico de la Microbiología Industrial 1973 1978 1983 1988 1996 Tecnología del ADN recombinante (Cohen y Boyer) Insulina humana en E. Coli Transformación de plantas con IG (Monsanto) Reacción en cadena de la polimerasa (PCR) 32 fármacos autorizados sintetizados mediante Ingeniería genética.

Desarrollo histórico de Penicilina Producción: De 0,0012 g/l hasta 50 g/l de penicilina Mejora de Penicillium chrysogenum NRRL1951, la cepa WisQ176 Penicillium notatum Avances: screening empírico de mutantes recombinación genética fusión de protoplastos ingeniería genética Reducción de costos En 1980 el precio para penicilina USD$35kg A finales 80’s de $10 a 20kg

Productos del metabolismo de la glucosa Itaconic acid Glucosa Tartaric acid Gluconic acid 3-phosphoglyceraldehyde Glycerol Pyruvic acid Ethanol Lactic acid Acetic acid butanol Acetyl CoA acetona Isopropanol Malic Acid Citric acid Fumaric acid Succinic acid

RUTAS METABOLICAS 1.- Ruta de Embden-Meyerhof (EM) Es la más común en todo tipo de organisos incluyendo hongos filamentosos, levaduras y muchos tipos de bacterias. 2.- Ruta de las Pentosas Fosfato (PF). Esta ruta está presente en muchas bacterias y en la mayoría de los eucariontes. 3.- Ruta de Etner-Doudoroff (ED). Es una ruta usada por un número reducido de microorganismos carentes de la ruta EM. 4.- Ruta de la Fosfocetolasa o de Warburg-Dickens (WD).Es la ruta que siguen ciertas bacterias lácticas (especialmente Lactobacillus y Leuconostoc).

Químicos comunmente producidos por Fermentaciones microbianas y sus aplicaciones Organic chemical Microbial source(s) Industrial uses Ethanol Saccharomyces Industrial solvent, fuel Acetic acid Acetobacter Industrial solvent, plastics, food acidulant Citric acid Aspergillus Food, pharmaceuticals, Gluconic acid pharmaceuticals, food, detergent Glycerol Solvent, cosmetics, soaps Isopropanol Clostridium Industrial solvents, cosmetic preparations, antifreeze Acetona Industrial solvent, intermediate for many organic chemicals Lactic acid Lactobacillus, Streptococcus Food acidulant; fruit juice, soft drinks, plastic Butanol Fumaric acid Rhizopus Antioxidant Malic acid Acidulant Tartaric acid

Productos de fermentaciones 1.- Las células microbianas propiamente dichas. 2.- Las macromoléculas que sintetizan, por ejemplo enzimas. 3.- Los productos de su metabolismo primario, (compuestos esenciales para su crecimiento) y secundario (compuestos no esenciales para su desarrollo). 4.- Productos que llevan a cabo conversiones biológicas 5.- La obtención de los derivados lácteos, cerveza, vino, pan, etc. (los mas antiguos) 6.- La lixiviación bacteriana de menas de bajo contenido para extraer de ellas metales. 7.- La actividad microbiana se aplica también a la detoxificación y degradación de las aguas residuales y desechos industriales.

Fuentes de obtención de Microorganismos para su aislamiento 1.- Fermentaciones naturales: vino, pan, queso, materiales en descomposición. 2.- Animales y plantas enfermos: vacunas. 3.- Suelo 4.- Colecciones internacionales de cultivos tipo. 5.- Aislamiento a partir de cepas de ambientes extremos o poco corrientes que sean capaces de producir nuevos metabolitos.

LÁCTEOS

PANIFICACIÓN

VINIFICACIÓN

Purificación del producto Microorganismo + Sustrato Residuos O Material de desecho Recuperación Y Purificación del producto +

GOMAS Áreas de Aplicación: Alimentaría Cosméticos Químico Médica Petrolera Usos: Agentes gelificantes Emulgentes Estabilizantes Ligantes Coagulantes Espesantes Promotores de suspensiones Espesantes Almidón, Guar, Carboximetilcelulosa, Derivados de celulosa (metil, hidroximetil, microcristalina, etc.), Xantana, Garrofín y Goma arábiga Gelificantes Agar, Gelatina, Alginato sódico, Carragenato y Pectina

PRODUCCIÓN DE GOMA XANTANA EXOPOLISACÁRIDO: Xantano PRODUCCIÓN COMERCIAL : 1967 APROBADO PARA USO INDUSTRIAL ALIMENTARIO: 1969 MICROORGANISMO: Xanthomonas campestri SUSTRATO: Glucosa, sacarosa, almidón, azúcares de maíz, lactosa, suero ácido. COMPOSICIÓN: D-Glucosa, D-Manosa, D-glucoronato PESO MOLECULAR: 5x106 - 5x107

Xantano (12% de humedad, 9-10% de cenizas) Inóculo de Xanthomonas campestris (<0.2%) Medio de cultivo Fermentación aerobia discontinua (también se han patentado sistemas de cultivo continuo o con adiciones) Recuperación del Xantano (25-30 g/L) (por precipitación con isopropanol o con etanol; esta etapa también desnaturaliza al microorganismo) Secado (a vacío o por atomización) y Molienda Xantano (12% de humedad, 9-10% de cenizas)

PROCESO DE RECUPERACIÓN SEPARACIÓN/PURIFICACIÓN Precipitación Añadiendo sal Ajustando el pH, hasta el punto isoelectrico Solventes orgánicos miscibles (etanol o isopropanol) Recuperación y Purificación de polisacáridos de caldos microbianos. Recuperación por precipitación de goma Xantana con alcohol isopropílico. Recuperación y Purificación de Goma Xantana, de un medio de cultivo de suero lácteo.

PARAMETROS DE FERMENTACIÓN Requerimientos Nutricionales Carbohidratos 1-5% (Glucosa, Sacarosa, Hidrolizados de almidón de maíz, etc.) Nitrógeno 0.05-0.1% (Extracto de levadura, peptona, nitrato amónico o urea) Sales (0.27% NH4Cl, 0.5% K2HPO4, 0.01% MgSO4 7H2O, 0.09% NH4NO3, etc. PARAMETROS DE FERMENTACIÓN pH 6.0 a 7.5 Temperatura 18 a 31°C Monitoreo de aireación y presencia de espuma

Microorganismo: Xanthomona campestris Medio de cultivo: Suero de leche Tiempo de incubación: 50 horas Producción: Biorreactor con agitación mecánica

« Never underestimate the power of the microbe » Jackson W. Foster

Instituto Tecnológico Superior de Libres María del Rosario Rosas Castillo Jefa de División de la Ingeniería en Industrias Alimentarias Instituto Tecnológico Superior de Libres proyli_rrc@hotmail.com