UNIDAD IVBIOTECNOLOGÍA

MICROBIANA

Sonia H. Palomino Felices

PRODUCCIÓN COMERCIAL DE MICROORGANISMOS

(1) Proteínas de Origen Microbiano Constituyen una de las grandes promesas de la biotecnología al sector alimentario.

Su producción surgió como una alternativa de solución a la escasez alimentaria que reinaba en Alemania, en la época de la Primera Guerra Mundial, sobre todo con fines de alimentación de animales domésticos.

Hasta ahora es un producto relativamente caro y los estudios en están orientados a lograr mayor competitividad en precio, frente a las proteínas comerciales vegetales (harina de soya) y animales (harina de anchoveta y leche en polvo).

La perspectiva es la alimentación humana, pero hay dos barreras: cambiar los hábitos y comportamientos alimentarios del hombre; y su alto contenido en ácidos nucléicos.

CONTENIDO DE PROTEÍNAS Y ÁCIDOS NUCLEICOSDE PROCARIOTAS Y EUCARIOTAS COMESTIBLES

ORGANISMO GRUPO Prot. Acid. Nuc. (%) (%)

Methylophilus methylotrophus bacterias 83 15-25Candida utilis levaduras 52 5-15Fusarium graminearum mohos 54 2-10Spirulina maxima microalgas 65 3-4Vegetales superiores eucariotas 19 1-2Animales eucariotas 21 2-3

(2)Cultivos Iniciadores o “Starter” para la Industria

Industria de panificación: hinchamiento de la masa del pan. Ejem. Saccharomyces cerevisiae.

Industria láctea: leches fermentadas (yogur, buttermilk, yakult, kefir, koumiss), fabricación de quesos. Ejem. Lactococcus lactis.

Industria cárnica: embutidos fermentados, donde los m.o. reducen nitratos a nitritos con la formación de color, sabor y olor; y producen ácido láctico. Ejem. Pediococcus cerevisiae, Micrococcus auranticus, Debaryomyces, Penicillium.

(3) Hongos Comestibles

Introducción:

La producción de “champiñones” tuvo su origen en París, Francia, hacia 1650, cuando se observó su aparición en las pilas de compostage durante la producción de abono orgánico para el cultivo de melones.

Posteriormente, Agaricus campestris se comercializó, recién, por primera vez en París, durante el Siglo XIX (las primeras champiñoneras).

Sin embargo, el cultivo artificial de Lentinus eodes y Volvariella olvacea data desde hace más de 2,000 años en los países asiáticos.

Actualmente se utiliza Agaricus bisporus y su cultivo es una actividad que ofrece buenas oportunidades de inversión y de generación de empleo; por necesitar mucha mano de obra, que abunda en países en desarrollo, representa un excelente potencial.

  Los carpóforos de Agaricus bisporus contienen 82-85% de humedad; 7.75% de proteínas ricas en todos los Aas esenciales, sobre todo lisina y leucina (ausentes en granos básicos), pero carentes en metionina y cistina (presentes en la carne); 3.5-5% de carbohidratos; pobres en materias grasas; ricos en K, P, Fe y Mn; altos contenidos de vitaminas del complejo B (ác. fólico), C (ác. ascórbico), H (biotina), D2 (ergosterina).

Agaricus bisporus “champiñón”

Pleurotus ostreatus “hongo ostra”

Lentinus eodes “shiitake”

CLASIFICACION DE LOS HONGOS COMESTIBLESSEGUN EL TIPO DE SUSTRATO

__________________________________________________(1) Que crecen en residuos vegetales frescos o casi frescos:

Lentinus eodes : “Hongo Shiitake”(2) Que crecen en material parcialmente descompuesto:

Volvariella volvacea : “Hongo de la paja”

Pleurotus ostreatus : “Falsa seta de cardo”

“Hongo ostión”(3) Que crecen en material descompuesto por más tiempo:

Agaricus bisporus : “Champiñón”(4) Que crecen en el humus y suelo:

Lepiota procera : “Hongo parasol”(5) Que crecen asociados en raices:

Tuber melanosporum : “Trufa”(6) Que pueden crecer en fermentadores grandes conteniendo

soluciones azucaradas:Morchella esculenta : “Colmenilla”

Aspectos Técnicos:

Comprende dos fases distintas:

- La producción de compost; y - El cultivo del champiñón propiamente dicho.

(1) Producción de Compost:

El compost es una mezcla de sustancias orgánicasparcialmente descompuestas, donde el componenteprincipal es la paja de trigo y el estiércol preferentementede caballo.

El champiñón crece en él aprovechando sustancias dedifícil descomposición, tales como la celulosa y la lignina, que son prácticamente inutilizables para los demásmicroorganismos.

(2) Cultivo del Champiñón:

Se realiza en invernaderos, cobertizos o cámarasde cultivo, especialmente construidos, donde sepueden controlar bien las condiciones de:

- Humedad relativa- Temperatura- Aireación.

(4) Inoculantes para Leguminosas y no Leguminosas

Inoculantes a base de rizobios:Las bacterias del género Rhizobium se emplean comoinoculantes para mejorar la producción de leguminosasde grano (frijol, arveja, haba, soya, tarwi) y forrajeras(alfalfa, trébol blanco, trebol rojo, vicia, esparceta).

La simbiosis consiste básicamente en que los rizobiosproporcionan nitrógeno a las leguminosas y reciben de la planta principalmente carbohidratos.

La fijación del nitrógeno atmosférico (diazotrofia) es unapropiedad de los organismos procariotas.

La mayor espectativa consiste en lograr la transferenciade los genes de la fijación del nitrógeno de las bacteriasa las plantas.

PRINCIPALES GRUPOS DE MICROORGANISMOSDIAZOTROFOS SIMBIOTICOS

•I. BACTERIAS HETEROTROFASFormadoras de nódulos en raices:

Rhizobium leguminosarum : frijolRhizobium meliloti : alfalfaRhizobium trifolii : trébolRhizobium phaseoli : habaRhizobium lupini : tarwiBradyrhizobium japonicum : soya

No formadoras de nódulos en raices:Azotobacter paspali : trigo, cebada, maízAzospirillum lipoferum : trigo, cebada,

maízFormadoras de nódulos en tallos aéreos y sumergidos:

Azorhizobium caulinodans : sesbania (Africa)II. ACTINOMICETOS

Frankia spp. : aliso, casuarinaIII. CIANOBACTERIAS

Anabaena azollae : helechos acuáticos (Azolla)Nostoc spp. : musgos (Blasia)

PRINCIPALES GRUPOS DE MICROORGANISMOSDIAZÓTROFOS LIBRES

I. BACTERIAS HETEROTROFAS:Azomonas, Azotobacter,Azotococcus, Beijerinckia, Derxia,Xanthobacter, Vacillus, Clostridium, Desulfotomaculum, Arthrobacter, Citrobacter, Enterobacter, Erwinia, Escherichia,Klebsiella, Methylobacter, Methylococcus, Methylocystis, Methylosinus, Propionibacterium, Aquaspirillum, Thiobacillus,

Desulfovibrio

II. BACTERIAS AUTOTROFAS:Chlorobium, Pelodictyon, Amoebobacter, Chromatium,

Ectothiorhodospira, Thiocapsa, Thiocystis, Rhodomicrobium, Rhodoseudomonas, Rhodospirillum

III. CIANOBACTERIAS:Cylindrospermun, Oscillatoria, Pleurocapsa, Spirulina

Inoculantes a base de micorrizas arbusculares:

Son hongos filamentosos pertenecientes a las especies: Glomus mosseaeGigaspora margaritaScutellospora castenea

Se usan para mejorar la producción de no leguminosascomo: pino, papa, maíz y trigo.

La simbiosis consiste básicamente en que las micorrizasayudan a solubilizar los minerales del suelo y estimulan la ramificación del sistema radicular y reciben de la plantaprincipalmente carbohidratos.

Micorrizas arbusculares

(5)Inóculos Microbianos y Enzimas para el Tratamiento de Desechos

Se utilizan los metanógenos que realizan la digestión anaerobia de residuos orgánicos; también se utilizanbacterias como Pseudomonas spp., Acinetobacter spp.y Nocardia spp. para la degradación de alcanos ydesechos resistentes; o bien bacterias productoras deenzimas extracelulares para hidrolizar las proteínas,los carbohidratos y las grasas de los desechos tantodomésticos como industriales.

PROBIÓTICOS Y PREBIÓTICOS

Probióticos

Son microorganismos vivos incorporados comosuplementos a algunos alimentos para beneficiar lasalud del hospedador humano o animal a través delmantenimiento de un balance microbiano intestinal adecuado.

Los más utilizados son las bacterias acidolácticas (BAL):

LactobacillusLactococcusLeuconostocStreptococcusPediococcus.

Las especies de mayor interés son aquellas que

tienen mayor capacidad de implantarse en la flora

intestinal:

Lactobacillus caseiLactobacillus acidophilus

Otros microorganismos, incluyen:

Saccharomyces boulardii Bifidobacterium spp Enterococcus spp.

Las BAL se han venido utilizando tradicionalmente enla industria porque proporcionan la textura, aroma, sabor,calidad preservativa y valor nutricional a los productoslácteos y otros.

Sin embargo, en los últimos 10 ó 15 años se hadesarrollado un creciente interés por sus propiedades probióticas en los humanos, tanto en el sector científicocomo en el industrial, particularmente en los paíseseuropeos, en Japón, en EUA y Canadá.

Acción probiótica de las BAL:

1.- Inhiben el crecimiento de microorganismos patógenos, debido a la competencia por los nutrientes y a la producción de inhibidores como el ácido láctico, derivados del peróxido de hidrógeno (p.ej., hipotiocianito y tiocianato) y las bacteriocinas (p.ej., nisina, una potente sustancia antimicrobiana, con amplia historia de aplicación en la preservación de alimentos, especialmente en productos lácteos, vegetales en conserva y bebidas alcohólicas).

2.- Restablecen la flora bacteriana saprófita luego de la antibioticoterapia.

3.- Promueven la síntesis de citokinas adhiriéndose a la superficie de las células intestinales.

4.- Producen ácido butírico, el cual por un lado estimula el trofismo del enterocito y por otro neutraliza los carcinógenos dietarios.

Características de las cepas probióticas:

Para la utilización de las BAL como probióticos, esnecesario que las cepas sean capaces de:

a) Adherirse a las células intestinales, lo que constituye un pre-requisito para la colonización.b) Soportar el bajo pH del estómago, la baja tensión superficial, la presencia de ácidos biliares y las interacciones con los otros microorganismos presentes en el tracto intestinal.c)Producir sustancias antimicrobianas.d) Resistir a la acción de los antibióticos.

Prebióticos

Son ingredientes alimenticios no digeribles que influyenbenéficamente en el hospedador por la estimulación selectiva del crecimiento y/o actividad de una o un grupolimitado de bacterias en el colon, mejorando así la saluddel hospedador.

Se refieren básicamente a carbohidratos:

OLIGOSACARIDOS: GalactooligosacáridosFructuooligosacáridos

Resisten la digestión en la parte superior del tractogastrointestinal, no se absorben en cantidadessignificativas y son en consecuencia fermentados en el colon. Se consideran también prebióticos a ciertas proteínasde la leche como la lactoferrina y la lactotransferrina,que estimulan el desarrollo selectivo de bacteriasprobióticas en el tracto gastrointestinal.

NUTRACÉUTICOS

Son alimentos enriquecidos nutricionalmente o medicinalmente que los convierte en alimentos con propiedades muy especiales.

Se vienen produciendo, por un lado, con sustancias que se extraen o son producidas principalmente por algas marinas y hongos; y por otro, obteniendo variedades transgénicas de vegetales tales como la canola, soya y maíz de las que se pueden extraer aceites sin contenido en ácidos grasos trans.

Se ha sugerido que quienes se beneficiarán primero con la biotecnología marina serán los productores de azúcares y polisacáridos, fármacos, colorantes, biofloculantes, pigmentos, vitaminas, lípidos y aceites.

En general, a partir de las algas pueden obtenerse dos clases de productos:

(a) Sustancias intracelulares que actúan como osmorreguladores en la célula (p.ej., glicerol, sorbitol, manitol, etc.) y las que no (p.ej., almidón, amilasa, amilopectina, glucógeno, etc.).

(b) Productos celulares, principalmente polisacáridos (p.ej., glucana, manana, quitina, etc.), hidrocarburos o poliacrilatos

La importancia de las algas radica en que existen especies que contienen entre 1 a 85 % de ácidos grasos omega-3 poliinsaturados y por otro lado, hay especies que son fuente para la extracción de diversos fármacos.

Los ácidos grasos se clasifican según el número de dobles enlaces que poseen.

Las grasas saturadas no contienen dobles enlaces, las monoinsaturadas contienen uno y las poliinsaturadas dos o más.

Los ácidos grasos poliinsaturados se clasifican además en dos familias, según la posición del primer doble enlace:

Acidos grasos omega-3 poliinsaturados

* Ácidos grasos omega-3 (o n-3): tienen el primer doble enlace en el tercer átomo de carbono de la cadena y se derivan principalmente del ácido alfa-linolénico.

EPA : Ácido Eicosapentanoico C20:5 n-3 (aceites de pescado)

DHA : Ácido Docosahexanoico C22:6 n-3 (aceites de pescado)

* Ácidos grasos omega-6 (o n-6): tienen el primer doble enlace en el sexto átomo de carbono de la cadena y se derivan principalmente del ácido linoleico.

Ácido Linoleico C18:2 n-6 (aceites vegetales) Ácido Araquidónico C20:4 n-6 (grasa de cerdo, aves)

Los efectos fisiológicos de los ácidos grasos omega-3 han sido observados en tres áreas médicas:

(1) Corazón y circulación: prevención o tratamiento de la arterioesclerosis, trombosis, hipertriglicerinemia y presión arterial alta.

(2) Inflamación: tratamiento del asma, artritis, migraña, psoriasis y nefritis.

(3) Cáncer: tratamiento de los cánceres de pecho, colon y próstata.

CATEGORIAS DE NUTRACÉUTICOS

CATEGORIA DESCRIPCION EJEMPLO DISPONIBILIDAD

Suplemento dietético

Una sustancia producida por aislamiento o

purificación de cultivos

microbianos, que aporta beneficios a

la salud

Acido docosahexanoico

(DHA)

Cualquier supermercado o tienda naturista

Alimento funcional

Un alimento que es manipulado por ingeniería genética

o suplementado para dar un valor nutritivo superior

Aceite de canola transgénica sin

ácidos grasos trans

Cualquier supermercado o tienda naturista

Alimento medicinalUn alimento que

tiene propiedades medicinales intrínsecas

Plátano conteniendo una vacuna contra

el cólera

Solamente por receta médica

ALIMENTOS RICOS EN LOS DISTINTOS TIPOS DE ÁCIDOS GRASOS

Tipo de grasa Fuentes

SaturadaMantequilla, queso, carne, productos cárnicos (salchichas, hamburguesas), leche y yogur enteros, tartas y masas, manteca, sebo de vaca, margarinas duras y grasas para pastelería, aceite de coco y aceite de palma.

MonoinsaturadaOlivas, colza, frutos secos (pistachos, almendras, avellanas, nueces), maní, palta y sus aceites.

Poliinsaturada

Grasas poliinsaturadas omega-3: Salmón, caballa, peces “azules”, trucha (especialmente ricos en ácidos grasos omega-3 de cadena larga, EPA o ácido eicosapentanoico y DHA o ácido docosahexanoico). Nueces, semillas de colza, semillas de soja, semillas de lino y sus aceites (espacialmente ricos en ácido alfa-linolénico). Grasas poliinsaturadas omega-6: Semillas de girasol, germen de trigo, sésamo, nueces, soja, maíz y sus aceites. Algunas margarinas (ver etiquetas).

PRODUCCIÓN DE INSECTICIDAS MICROBIANOS

Antecedentes

De los diferentes tipos de plaguicidas, los compuestos organoclorados y organofosforados son los plaguicidas que se utilizan más ampliamente en la agricultura mundial (97.5%).

A pesar de que son duramente cuestionados por su:

1) Naturaleza recalcitrante2) Alta toxicidad3) Biomagnificación

Siguen siendo los agentes indispensables debido a su:

1) Alta efectividad2) Confiabilidad3) Facilidad de manejo4) Economía5) Amplia disponibilidad

Frente a la aparición de resistencia en los insectos plaga, surgieron dos alternativas:

* La síntesis química de compuestos más tóxicos,

pero menos persistentes en el ambiente; y* El empleo de los propios enemigos naturales

de los insectos plaga

Aunque el control biológico ya se había iniciado como una nueva ciencia a mediados del Siglo XIX; la producción de bioinsecticidas y su uso en la agricultura es mucho más reciente y todavía de poco impacto en la agricultura(2%).

Microorganismos Entomopatógenos

Dentro de los principales grupos se consideran a los siguientes:

BacteriasBaculovirusHongos filamentososNemátodosProtozoarios

Actualmente existen productos comerciales principalmente a base de bacterias (90%) o baculovirus. Los otros grupos se encuentran en fase de I+D.

PRINCIPALES GRUPOS Y ESPECIES DE ORGANISMOS ENTOMOPATÓGENOS

Grupo/Especie Insecto blanco

BACTERIAS:Bacillus thuringiensisBacillus sphaericus

BACULOVIRUS:Cydia pomonella VGLymantria dispar VPNMamestra brassicae VPNNeodiprium sertifer VPNOrgyia psoudotsugata VPNSpodoptera littoralis VPN

HONGOS:Beauveria bassianaMetarhizium anisoplaeVerticellum lecaniiPaecilomyices fumosoroseus

NEMATODOS:Heterorhabditis bacteriophoraSteinernema feltiae

PROTOZOARIOS:Nosema locustae

Lepidópteros, Dípteros, Coleópteros, etcLepidópteros, Dípteros, Coleópteros, etc

Palomilla de la manzanaPalomilla gitanaLepidópterosAvispa sierra del pinoGusano peludo del abetoGusano del algodón

Catarinita de la papa, langosta migratoriaEscarabajos, chinchesAfidosMosquita blanca

Gorgojo de la uvaLepidópteros

Grillos, chapulinesPayne,1988

Introducción

El primer aislamiento de BT fue hecho por Ishiwata (1902) a partir de Bombix mori (gusano de seda).

BT es patógeno de los primeros estadíos larvarios de lepidópteros, coleópteros y dípteros.

Bacillus thuringiensis

Toxicidad y Mecanismo Patogénico

BT produce varios tipos de toxinas, siendo la -endotoxina la más importante (cryIIIA).

Esta toxina está contenida en un cristal parasporal proteínico, que es termolábil y soluble en disoluciones alcalinas.

El cristal se produce después de que la bacteria inicia la esporulación y generalmente es de forma bipiramidal. La d-endotoxina produce primero parálisis del intestino y luego parálisis general.

La muerte se produce entre 1-7 días después de la ingestión de los cristales, tanto por inanición, deshidratación y septicemia.

Cristal Parasporal de Bacillus thuringiensis

Produccion Comercial

Es complicado definir cuáles son los materiales más apropiados para la obtención de un bioinsecticida que demuestre ventajas desde el punto de vista de la productividad, rendimiento y economía.

Las diferentes fuentes de carbono y de nitrógeno que se utilizan influyen en la formulación del medio de cultivo, tiempo de esporulación, tamaño del cristal y nivel toxicológico.

Por esta razón, no existe un único modelo; sino más bien, lo mejor sería seleccionar cepas nativas a partir del suelo, larvas enfermas o muertas y desarrollar el proceso para la zona o región donde se desee aplicar el bioinsecticida.

El desarrollo de una tecnología debe tomar en cuenta tres aspectos:

1.- La efectividad de la cepa2.- El mecanismo de acción3.- La posibilidad tecnológica y económica de su producción masiva.

El proceso básico, comprende las siguientes etapas:

1.- Fermentación2.- Separación de cristales por centrifugación

y/o por secado atomizado3.- Estandarización, normalmente por bioensayos,

para determinar la toxicidad4.- Formulación, ya sea como polvo humectante, suspensión, gránulos o croquetas5.- Empacado

Hay dos tipos de formulaciones:

Formulaciones sólidas: polvos humectantes o gránulos dispersables, que se obtienen al mezclar las esporas y cristales proteicos de BT con materiales inertes como minerales orgánicos (borosilicatos, carbonatos, sulfatos o fosfatos) o con materiales biológicos (raspa de la mazorca del maíz después de desgranado); incluyen además fotoprotectores, adyuvantes para la dispersión, agentes estabilizantes, etc.

Formulaciones líquidas: que pueden ser de base acuosa o no acuosa y se emplean como espumas, geles, suspensiones o concentrados emulsificables; otros ingredientes incluyen agentes reológicos, surfactantes, emulsificantes, dispersantes y polímeros

Costos

VECTOLEXFormulación sólida en fécula de maíz, es producidapor Abbott Lab:

- Principio activo : B. sphaericus serotipo H5a5B- Composición : 50 Bs ITU/mg (07.5%)

Ingredientes inertes (92.5%)- Efectividad : contra Culex y Anopheles- Precio : $ 160.00 por bolsa de 18.14 Kg- Aplicación : 1 g/m2 de cuerpo de agua

Antecedentes y Características

Los primeros registros de enfermedades virales en insectos se obtuvieron en Bombix mori (gusano de seda) y Apis mellifera (abeja) por Maestri y Cornalia (1856).

Su nombre proviene del latín baculum que significa bastón o varilla, debido a la forma que posee la partícula viral.

Son virus de ADN, con un tamaño molecular de 80 a 200 kpb.

Producen epizootias en poblaciones naturales de insectos.

Baculovirus

Pueden permanecer en el suelo por largos períodos; pero la luz UV los inactiva.

Su rango de hospederos son los artrópodos; y en mayor proporción insectos (de los 337 tipos, 280 provienen de lepidópteros).

prueba POLIEDROS

Componentes Estructurales y Fenotipos

a)Cuerpos de Oclusión:Son los poliedros y gránulos, estructuras de resistenciaque protegen a la partícula viral. Están formados de una proteína básica de 29-31 kDa,la poliedrina para los VPN y granulina para los VG.A su vez, están rodeados por una envoltura a base depolisacáridos y cuando ésta se rompe el virión se degrada.

b) Viriones:b.1) Envoltura de la nucleocápside:Es una verdadera membrana celular, que es sintetizadade novo o bien a partir de la gemación de la nucleocápsidea través de la membrana plasmática de las células del hospedero. En el fenotipo extracelular esta envoltura está provista de peplómeros.

b.2) Nucleocápside:Presenta una forma de bastón, pudiendo medir de250-300 de longitud por 40-60 de diámetro. El ADN se encuentra unido a una proteína de 6.9 kDa lacual facilita su condensación para empaquetarse dentrode la nucleocápside.

b.3) ADN:Es 120 veces más largo que la nucleocápside, por lo quese compacta de una manera ordenada dentro de la misma.

Fenotipos de Baculovirus

Compactación del ADN de Baculovirus

Clasificación

Los baculovirus son miembros de la familia Baculoviridae, la cual se subdivide en dos subfamilias:

Eubaculoviridae (VPN y VG)Nudibaculoviridae (VNO)

Ambas familias poseen un solo género, Baculovirus, el cual comprende básicamente 3 grupos o subgéneros de acuerdo a su morfología.

Mecanismo Patogénico

Normalmente los poliedros o gránulos ingresan dentro de la larva por ingestión y llegan al lumen del intestino.

Luego se degradan y los viriones penetran y se replican en las células del epitelio intestinal donde se ocluyen (infección primaria).

O pueden también cambiar al fenotipo extracelular y migrar a los hemocitos (infección secundaria).

El signo típico es que las larvas adquieren una coloración blanco-lechosa.

Larvas Virósicas

Mecanismo Patogénico de Baculovirus

Control de la “polilla de la papa” con Baculovirus

Phthorimaea operculella, es considerada como una de las principales plagas de la papa.

Las larvas dañan los brotes de la planta, barrenan el tallo, minan las hojas y atacan a los tubérculos tanto en campo como en almacén. El Programa de Manejo Integrado de Plagas del CIP ha desarrollado una tecnología alternativa para controlar larvas de esta plaga con un virus de la granulosis altamente específico, denominado Baculovirus phthorimaea.

Formulación sólida (espolvoreo): a la preparación anterior se le añade 1 Kg de talco (silicato de magnesio)como soporte inerte y luego se mezcla hasta obtener unapasta, que se deja secar en un plástico, bajo sombra,de 1-2 semanas. Luego se muele. Dosis: 5 Kg por tonelada de papa, por una sola vez, al momento delalmacenamiento.

Formulación líquida (aspersión): 20 larvas infectadas, molidas en un mortero, se diluyen en un litro de agua másTritón al 0.2%, como agente dispersante. Dosis: para unahectárea de papa se necesitan 36.5 g de larvas(unas 2,000 larvas). La aplicación del virus produce entre70 y 100% de mortalidad larval y se ha registradopersistencia del virus hasta los 60 días después de laaplicación.

PRODUCCION DE VIRUS ENTOMOPATÓGENOS

IN VIVO

CRÍA DE INSECTOS

IN VITRO

CULTIVO DE TEJIDOS

Alto costocrías y dieta

Instalaciones especiales

VPN en el cepario de Control Biológico(SENASA)

VPN para control de Spodoptera eridania VPN para control de Spodoptera frugiperda VPN para control de Spodoptera ochrea VPN para control de Dione juno VPN para control de Euprosterna eleasa

VG en el cepario de Control Biológico (SENASA)

VG para control de P. operculella. VG para control de Erinnys ello. VG para control de Spodoptera

eridania. VG para control de Spodoptera

frugiperda. VG para control de Diatraea

saccharalis

Hongos Entomopatógenos

Producción Masiva

Agitación en medio líquido durante 72 h

Siembra, incubación y secado

Molido de sustrato esporulado

Control de Calidad

Tipificación del hongo entomopatógeno

Control de Calidad

Concentración de conidias 109 con/ml

Germinación de conidias

Pureza

Patogenicidad

Aplicación en Campo

Control de plagas con hongos entomopatógenosen el Perú

ESPECIE PLAGA CULTIVO 

Beauveria bassiana Hypothenemus hampei Café

Cosmopolites sordidus Plátano

Metamasius hemipterus Plátano

Liriomyza huidobrensis Frejol

Epinotia aporema Frejol

Spodoptera frugiperdaMaíz

Bemisia tabaci Frejol, pallar

Ruselliana solanicola Papa 

Beuaveria brongniartii Premnotrypes spp Papa

Adioristus spp Papa

Epitrix spp. Papa

Diabrotica spp. Papa

ESPECIE PLAGA CULTIVO

Lecanicillium lecanii Bemisia argentifolii Algodón, frejol, espárrago, tomate,

cucurbitáceas

Bemisia tabaci Algodón, frejol

espárrago

Aleurodicus cocois Frutales,

Cítricos

Aphis citricida Cítricos

Aphis craccivora Alfalfa

Tetranychus urticae Cítricos

Paecilomyces fumosoroseus Bemisia argentifolii Algodón, frejol

espárrago, tomate

cucurbitáceas

Bemisia tabaci Algodón, frejol

espárrago, tomate

ESPECIE PLAGA CULTIVO

 

•Paecilomyces fumosoroseus Bemisia argentifolii Algodón, frejol

espárrago, tomate

cucurbitáceas

Bemisia tabaci Algodón, frejol

espárrago, tomate

•Paecilomyces farinosus Bemisia tabaci Papa, algodón

• Metarhizium anisopliae Plutella xylostella Brócoli, col

Schistocerca interrita Vegetación silvestre,

Cultivos varios

S. piceifrons peruviana Vegetación silvestre,

Cultivos varios

Spodoptera frugiperda Maíz

Aphis craccivora Alfalfa

CAFÉ

Una de las plagas más importantes de este cultivo es la “broca del café” Hypothenemus hampei.

Entre las medidas de control están la utilización de sus enemigos naturales y entre estos la aplicación del hongo Beauveria bassiana y M. anisopliae.

Broca del café

Dosis : 2 - 4 kg / 200 L de agua.

Aplicación : más del 50% de brocas en posición A ó B.

Evaluación : 7 días después de la aplicación.

Nº aplicaciones : de acuerdo a las evaluaciones.

Broca del café

Hypothenemus hampei

Gorgojo negro del plátanoCosmopolites sordidus

Mosca Blanca

Lecanicillium lecanii y Paecilomyces fumosoroseus para el control de Bemisia spp. en algodón, espárrago, ají piquillo, hortalizas, cereales, etc.

Temas propuestos para investigación con hongos y virus entomopatógenos

Identificación y selección de microorganismos entomopatógenos. Desarrollo de hongos en sustratos de la zona (evaluar rendimiento,

pureza, concentración) Pruebas de patogenicidad en campo de diferentes cepas de

hongos y virus existentes en el laboratorio de entomopatógenos del SENASA, en papa, camote, café, tomate, espárrago, cítricos, algodón y palma aceitera.

Formulación de hongos y virus (viabilidad en el tiempo, características insecticidas inalterables, pureza, dosis letal media, adyuvantes, protectores solares, aplicación con equipos convencionales, aplicaciones ultra bajo volumen).

Sinergismo entre hongos entomopatógenos; virus entomopatógenos.

Sinergismo y compatibilidad entre hongos entomopatógenos con pesticidas permitidos en la agricultura orgánica.

Detección de epizootias, evaluación y aislamiento de microorganismos benéficos de especies virulentas.

Evaluación del efecto de cepas virulentas contra fauna benéfica. Ampliar investigaciones en áreas como salud pública y veterinaria.

VINOS

IntroducciónEl vino es la bebida proveniente exclusivamente de lafermentación alcohólica de uva madura y fresca o de

mostode uva fresca, con las adiciones permitidas por Ley, particularmente anhidrido sulfuroso (SO2); y contiene de

8 a 13% de etanol.

Vitis vinifera : vinos de crianza (Europa)Vitis labrusca : vinos comerciales (América)

* Existen otros vinos: vino de naranja, vino de pera, vino de arroz o “sake” (Japón), etc.* “Vinos del terruño”: vinos obtenidos por vinificación artesanal y basados en conocimientos tradicionales.* Composición química compleja: los ácidos como tartárico, málico y cítrico provienen de la uva; mientras que succínico, láctico y acético provienen de la fermentación .

Aspectos Técnicos

Vino Tinto* Luego del despalillado y estrujado y antes de la primera fermentación se realiza el sulfitado del mosto, por adición de dióxido sulfuroso o metabisulfito de potasio (mínimo 30 g/hectolitro), que inhibe las enzimas oxidantes y el crecimiento de m.o. indeseables.

* La fermentación primaria o “tumultuosa” (alcohólica), se realiza en las cubas, junto con las cáscaras y pepitas, durante 3-10 días o más, a 20-30°C, evitándose una excesiva extracción de tanino, por la formación de etanol.

* El “bazuqueado” del orujo consiste en hundirlo con un palo cada cierto tiempo.

* La fermentación secundaria o “lenta” (maloláctica), se realiza en pipas, toneles o barricas de madera (roble, castaño, raulí, guindo, etc.); y más recientemente en tanques de acero inoxidable (50,000 l), a 25-30°C por tiempos variables (desde unas pocas semanas hasta dos años, antes del embotellado), donde se dan algunas reacciones químicas como oxidación y esterificación.

* Es deseable la fermentación maloláctica, para ello se retrasa la separación del vino y las levaduras, lo que permite liberar por autólisis algunos aminoácidos que favorecen el crecimiento de las bacterias responsables.

* El vino se va refinando por floculación y filtración; se realizan por lo menos tres trasiegos: a los 8 días, a los 15 días y a los 45 días.

* Una vez embotellado, el vino tinto puede almacenarse por tiempos variables:

Vinos de crianza : 1 año Vinos de reserva : 2 años

Vinos de gran reserva: 3 años

* Rendimiento : 3,000 Kg de uva dan 1,000 litros de vino.

* Consumo per capita:

Francia : 60-70 litrosEUA : 40 litrosPerú : 10 ml

* Impuestos : 38%

Vino Blanco

* Luego del despalillado, estrujado y sulfitado, la fermentación primaria o “tumultuosa” se realiza en las cubas, únicamente con el mosto claro, a 15-20°C, durante 20-21 días.

* Una vez separado el mosto, ya sea por centrifugación, filtración o sedimentación, la fermentación secundaria o “lenta” se realiza inoculando con cultivos puros de levaduras no debiendo exceder de 38°C.

* No es deseable la fermentación maloláctica.

Champagne

* Primero se obtiene el vino blanco.* Luego se adicionan levaduras tolerantes al etanol y azúcar.* Se deja fermentar hasta 5 atm de presión de CO2 en botellas

con tapones de acero, a 11-13°C, durante 25-30 días.

Pisco

* Bebida alcohólica típicamente peruana.* Se obtiene por destilación del mosto de uva en alambiques: Pisco puro : uva Quebranta Pisco aromático : uva Italia Pisco acholado : Quebranta + Italia* Rendimiento : 4,000 litros de mosto fermentado de uva quebranta dan 1,000 litros de pisco.* Impuestos : 48%

Aspectos Microbiológicos

* La capa cerosa de las uvas maduras, llamada pruina, contiene m.o. deseables y no deseables: levaduras, hongos y bacterias.

* El empleo de levaduras seleccionadas como: Saccharomyces bayanus, S. ellipsoideus, S. cerevisiae, S. uvarum trae mayores ventajas:

- Inicio más rápido de la fermentación primaria. - Fermentación más regular y homogénea, con mayor rendimiento de etanol - Buena conservación de los vinos, siendo bien secos, es decir, excentos de azúcares reductores

fermentables.

CERVEZAS* La cerveza es la bebida obtenida por fermentación alcohólica de mosto de un cereal malteado, generalmente malta de cebada; es facultativa la adición de otra materia prima amilácea o de lúpulo y, en general, contiene de 3-8 % de etanol.

* En general, hay dos tipos de cervezas: las de tipo ALE (p.ej., “Porter”, “Stout”) y las de tipo LAGER (p.ej., “Cristal”, “Pilsen”).

* Las de tipo ALE son fabricadas por fermentación superficial o “alta” con Saccharomyces cerevisiae; mientras que las de tipo LAGER, son las más comunes en todo el mundo y se fabrican por fermentación profunda o “baja” con S. carlsbergensis o S. uvarum.

Aspectos TécnicosMaterias primas: cebada, lúpulo, agua y levadura.Adjuntos cerveceros: maíz y arroz.Lúpulo: producto obtenido de la planta Humulus lupulus, especie dioica, se utilizan las flores femeninas que están agrupadas en “cachos”; los cachos contienen un material resinoso denominado lupulina; esta planta necesita un fotoperíodo de 18 h (países nórdicos). Se importa deAlemania, Checoslovaquia, EUA e Inglaterra. Se comercializa como flores secas, polvo, granulado, pasta, extracto, etc.

MalteadoRemojo de la cebada entre 10-25°C por 48-60 h.Germinación entre 15-21°C, donde las amilasas y proteasasactúan durante y después del malteado.Secado y almacenamiento en silos.Molienda.

Cocimiento

* Inicialmente, en la cuba-filtro la malta molida se mezcla con agua tratada, hasta unos 67°C, para complementar la hidrólisis del almidón. Luego se separa la parte sólida o afrecho y el mosto filtrado pasa a la paila de ebullición.

* En la paila de ebullición, el mosto se mezcla con el lúpulo y se somete a cocimiento por 8 h. Esto permite detener la actividad enzimática, precipitar las proteínas presentes y extraer del lúpulo las sustancias aromáticas.

Fermentación

Comprende dos etapas: una fermentación primaria o tumultuosa y una fermentación secundaria o lenta.

Para iniciar la fermentación primaria, el mosto se inoculacon las levaduras (107 células/ml), dando lugar a lafermentación alcohólica. Se realiza en tanques cónicosa 7°C durante 7 días. La biomasa llega a quintuplicarse.

La fermentación secundaria o maduración se realiza enlos mismos tanques, pero a 0°C por 14 días. El productono llega a congelarse por la formación de etanol.

Acabado y Embotellado

* Filtración del mosto maduro.* Enchapado.* Pasteurización por 45 minutos (cerveza) y 3 minutos (shop).* Etiquetado.* Estabilidad de la cerveza: 6 meses.* Tiempo total de fabricación: 23 días.

Antecedentes

Los maestros del arte culinario japonés utilizaban el caldo del algamarina Laminaria japonica para preparar comidas, resultando mássabrosas que otras (gran cantidad de glutamato en estado libre).

En 1908, el profesor Kikunae Ikeda de la Universidad de Tokyo,demostró que el ácido glutámico que había logrado aislar de lasalgas secas, era la clave del sabor especial y delicioso del caldotradicional japonés.

El profesor Ikeda estaba convencido de que el cristal que habíaaislado, formaba la base del “umami”; el sabor que existía apartey adicionalmente a los cuatro sabores llamados básicos: dulce,ácido, salado y amargo.

PRODUCCIÓN DE GLUTAMATOMONOSÓDICO (GMS)

La producción comercial se inició en 1909, extrayéndose GMS delgluten de trigo.

Posteriormente fueron desarrollados los procesos de fermentación(en la década de los 60), empleándose melaza de caña de azúcar,melaza de beterraga o hidrolizados de almidón como sustratos.

AJI-NO-MOTO significa “la esencia del sabor”.

Actualmente el GMS está declarado con estatus GRAS y no haylímite de consumo en humanos de todos los grupos etáreos.

Aspectos Técnicos

(1)Tanque inóculo (1.5 l): se cultiva Brevibacterium lactofermentum a 35°C por 24 h en un medio compuesto de: glucosa 40 g; K2PO4 1 g; MgSO4.7H2O 0.5 g; extracto de levadura 1 g; urea 8 g;

agua corriente 1 litro.

(2) Preparación del medio de fermentación: la melaza de caña de azúcar, conteniendo aproximadamente 55 % de sacarosa, es previamente descalcificada y sometida a una hidrólisis ácida a 55°C, a un pH de 2.5. Luego se le añade úrea como fuente de N, antiespumante (AZ Emulgen), QB (ácido graso saturado, principalmente ácido oleico, que ayuda a la excreción de glutamato), fosfato y se ajusta el pH inicial a 7.6.

(3)Tanque semilla (8,000 l): el inóculo preparado en la etapa (1) se transfiere cuantitativamente al tanque semilla conteniendo el medio de fermentación estandarizado y se cultiva a 35°C por 24 h, en condiciones de agitación y aireación moderada.

(4)Tanque producción (130,000 l): se carga el tanque y luego se transfiere cuantitativamente la semilla. El sistema mantiene una agitación moderada de 150 rpm, una tasa de aireación moderada y una concentración de glucosa de 8%. La temperatura inicial es de 31.5°C y una vez que se ha iniciado el crecimiento del cultivo (aproximadamente a las 14 h) se aumenta la temperatura a 35°C. La fermentación dura aproximadamente 31 horas, alcanzándose un rendimiento de 90-100 mg/l.

(5) Separación y cristalización: el licor mixto es sometido a un proceso de filtración y luego cristalización. Los cristales de ácido glutámico se purifican en resinas especiales, se colocan en columnas con carbón activado, se neutralizan con NaOH y finalmente se secan en evaporadores a 120-130°C para garantizar la estabilidad durante su comercialización. Luego viene el pesado y el envasado.

Aspectos Microbiológicos

El aislamiento de Corynebacterium glutamicum se realizó en 1957,lo que dio lugar al inicio de los estudios acerca de su producciónpor fermentación.

Posteriormente, se identificaron otras cepas industrialmente importantes con capacidad de secreción de ácido L-glutámicode al menos 30 mg/l, como por ejemplo: Brevibacteriumflavum (acetato), Brevibacterium divaricatum (glucosa + acetato amónico), Corynebacterium hydrocarboclastus(n-alcanos), Corynebacterium alkanolyticum (n-alcanos), Arthrobacter paraffineus (n-alcanos), etc.

Introducción

• Se consideran legalmente como aditivos alimentarios a aquellas sustancias añadidas intencionadamente a los alimentos para mejorar sus propiedades físicas, sabor, conservación, etc., pero no a aquellas añadidas con el objetivo de aumentar su valor nutritivo.

• En aquellos casos en los que la sustancia añadida es eliminada, o la cantidad de ella que queda en el alimento no tiene función alguna, no se considera un aditivo sino un agente auxiliar de fabricación (p.ej., las enzimas). La sal en general no es considerada como un aditivo.

• Algunos aditivos, como la sal o el vinagre, se utilizan desde tiempos muy antigüos. Las consideraciones ligadas a la protección de la salud hacen que los aditivos estén sometidos a un control legal estricto en todos los países.

PRODUCCIÓN DE ADITIVOS ALIMENTARIOS

• Los grupos de aditivos alimentarios más importantes, son:

• Colorantes naturales (betalaínas, carotenoides, ácido carmínico, antraquinonas)• Conservantes (acido acético, nitratos, nitritos, sulfitos)• Antioxidantes (ácido ascórbico, tocoferoles)• Secuestrantes de metales (fosfatos, celulosa microcristalina, CMC)• Gelificantes y Estabilizantes (dextrano, xantana, alginato, agar, carragenano)• Emulsionantes (polisorbatos)• Potenciadores de sabor (glutamato monosódico)• Edulcorantes bajos en calorías (aspartame = 200; sacarina = 300; miraculina = 1500; taumatina = 3,000 )

Algunos Aditivos de Interés Biotecnológico

Betalainas:

Colorantes naturales (betacianinas = rojo a rojo-violeta; ybetaxantinas = amarillo) utilizados en productos alimenticios(helados, productos lácteos, embutidos, conservas, gelatinasy dulces), farmacéuticos y cosméticos; los cuales se obtienenpor cultivo de líneas celulares vegetales de Amaranthustricolor, Beta vulgaris, Opuntia mycrodasys, Teloxisambrosoides y Escontria chiotilla.

Celulosa Bacteriana Microcristalina (BMCC):

Un tipo de celulosa pura que se obtiene por fermentaciónaerobia a partir de Acetobacter xylinum.

Aspartame:

Dipéptido compuesto por los aminoácidos: ácido aspárticoy fenilalanina, es 180 veces más dulce que la sacarosa.

Fue descubierto en 1965, accidentalmente, durante la síntesisde un tetrapéptido para un bioensayo.

La síntesis de aspartame se ha venido haciendo en formaquímica y actualmente existen métodos biotecnológicosque incluyen procesos enzimáticos o fermentativos.

Aunque se encuentra en I+D, las etapas generales de laproducción de aspartame por ingeniería genética, incluyen:

(1) Síntesis química del mensaje genético necesario.

(2) Polimerización de los dodecanucleótidos, dando lugar a un polímero sintético de ADN.

(3) Incorporación del ADN sintético en el vector pWT121 (ligación) e introducción del plásmido recombinante en Escherichia coli (transformación).

(4) Obtención de minicélulas conteniendo como complemento genético el plásmido recombinante.

(5) Lisis de las minicélulas y empleo de la termolisina proveniente de Bacillus thermoproteolyticus para producir el dipéptido aspartame a partir del polipéptido n(Asp-Fen).

Esteviosa:

Sustancia 300 veces más dulce que la sacarosa. Se extrae deStevia rebaudiana, planta arbustiva originaria del noreste deParaguay. Su producción biotecnológica se encuentra en I+D.

Taumatina (Talina):

Proteína 3,000 veces más dulce que la sacarosa. Se extraede la fruta Thaumatococcus daniellii originaria de Ghana (Africa).El gen se ha clonado en E. coli, B. subtilis, Streptomyces lividans,S. cerevisiae; aún se encuentra en I+D.

Monelina:

Otra proteína 2,500 veces más dulce que la sacarosa.Se extrae de la fruta Discoreophyllum cumminsii, también africana.Su producción biotecnológica se encuentra en I+D.

Miraculina:

Glicoproteíona 1,500 veces más dulce que la sacarosa. Se extrae de la fruta Richarella dulcifica, del oeste africano.Su producción biotecnológica se encuentra en I+D.