produccion biotecnologica

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TEST O 2 STER O 2 NA PRODUCCION BIOTECNOLOGICA FEBRERO 2015 AUSPICIADO POR LA QUIMICA DEL YOUGURT La ciencia de la fermentación EL ACIDO CITRICO Obtención industrial EL ACIDO ACETICO Industria atracvamente mundial

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acidos carboxilicos

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TESTO2STERO2NA

PRODUCCION

BIOTECNOLOGICA

FEBRERO 2015

AUSPICIADO POR

LA QUIMICA DEL YOUGURT

La ciencia de la fermentación

EL ACIDO CITRICO

Obtención industrial

EL ACIDO ACETICO

Industria atractivamente mundial

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E l yogurt es considerado un alimento fundamen-

tal para la salud, debido a que es un producto del

grupo probiótico, los cuales contienen varias colo-

nias de microorganismos vivos que influyen positi-

vamente en nuestro organismo. La palabra probióti-

co proviene del griego y significa "por la vida". Esto

se refiere a que son alimentos de cultivos puros,

mezclas de microorganismos viables y activos los

cuales, al ser consumidos por el hombre o los anima-

les, aportan efectos realmente benéficos, mejorando

principalmente la salud de la flora intestinal.

BIOQUÍMICA DE LA FERMENTACIÓN

+ H2O

Β-galactosidasa

Lactosa Galactosa Glucosa

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hidrolisis de la lactosa

La galactosa se convierte en glucosa que es el substrato inicial para la fermentación. La glucosa forma el piruvato que posteriormente puede ser transformado en ácido láctico por la enzima deshidrogenasa

láctica y en acetaldehído por una serie de enzimas entre las cuales se encuentra la piruvato decarboxilasa

+ NADH + H+ + NADH+

CO2 +

ACIDO PIRUVATO

ACIDO PIRUVATO

ACIDO LACTICO

ACETALDEHIDO

Deshidrogenasa

láctica

Piruvato

descarboxilasa

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Producción de Yogurt

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Balance

El contenido de sólidos grasos y no grasos es uno de los parámetros que se deben ajustar en la elaboración

de yogur para darle al producto las características propias de viscosidad y consistencia que además le

confieren estabilidad durante la fermentación y aumentan su valor nutricional [9, 10].

El contenido de grasas en general no se modifica en relación con la leche empleada como materia prima,

y de ahí que se habla de yogur entero, semidescremado y descremado. El contenido de sólidos no grasos

se ajusta a valores del 7% al 15% m/m, por medio de la adición de leche en polvo o azúcar o por evapora-

ción. En el primer caso, los ingredientes secos se adicionan y mezcla por medio de un triblender. La mezcla

resultante es lo que se denomina la base del yorgur.

Pasteurización HTST

La pasteurización de la base del yogur tiene dos propósitos: reducir la población bacteriana inicial para garanti-

zar una fermentación controlada luego de la inoculación de los cultivos lácticos y para inactivar y desnaturalizar

algunas enzimas como las lipasas, cuya acción afectan la estabilidad de la base.

La pasterización se realiza en tres etapas: calentamiento, sostenimiento y enfriamiento. En el caso del yogur, el

tratamiento consiste en un calentamiento rápido - 9 s -, hasta una temperatura de 85°C sostenidos por un minu-

to, seguido de un enfriamiento hasta los 45°C que es la temperatura de fermentación.

La pasterización HTST se realiza en intercambiadores de calor, de placas o de doble tubo, que se configuran pa-

ra integrar los flujos de calor, aprovechando el calor de la base que sale de la etapa de sostenimiento y que

debe enfriarse para precalentar la base que ingresa al intercambiador. De esta manera es posible ahorrar ener-

gía aprovechando cerca de un 90% de la energía transferida a la base.

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Homogeneización

La homogenización es un operación en la cual se aumenta la presión de la base y se la hace pasar a través a tra-

vés de válvulas estrechas reduciendo y uniformizando el tamaño de los glóbulos grasos que ésta contiene [14, p. 43],

de este modo se incrementa la viscosidad de la base, se evita la formación de una capa de crema durante la fer-

mentación y se aumenta la estabilidad del coágulo dando paso a un producto mucho más cremoso, uniforme y

que no se separará durante la etapa de almacenamiento.

Inoculación

La fermentación de la base para la producción de yogur se inicia con la inoculación de cultivos de Lactobacillus

bulgaricus y Streptococcus termophilus, previamente desarrollados sobre una base de yogur en un tanque de

fermentación de menor tamaño que los tanques de fermentación de producción. La preparación de este inócu-

lo tiene el propósito de permitir el crecimiento de los microorganismos para su posterior adición a la base prepa-

rada para producción de yogur.

La inoculación es la adición del inóculo sobre la base del yogur una vez se ha realizado la pasteurización y se ha

enviado hacia los tanques de fermentación. Normalmente el inóculo corresponde entre el 1% y 2% del volumen

de la base a fermentar.

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Fermentación

La fermentación es la etapa en la cual la lactosa presente en la base se convierte en ácido láctico, ácido acéti-

co, acetaldehído, acetona y diacetilos por acción de los cultivos inoculados, sustancias que le confieren al yogur

su sabor característico. La fermentación está acompañada por la reducción progresiva del pH, hasta un valor

aproximado de 4.7, en el cual se inhibe el crecimiento de otros microorganismos y asegura la estabilidad del pro-

ducto; de hecho las las especies que conforman el cultivo láctico establecen una simbiosis que favorece la fer-

mentación del yogur.

La fermentación se realiza en tanques agitados, provistos de una chaqueta para el paso de vapor, manteniendo

una temperatura de 43°C a 46°C. La fermentación toma un tiempo de tres a cinco horas y para garantizar una

producción continua es preciso contar con un tren de tanques de fermentación.

Al inicio de la fermentación no se observa ningún cambio en sus propiedades fisicoquímicas significativo pero al

final de ésta se presentan cambios en la mezcla como en la textura y acidez, que son unas de las propiedades

características del yogur.

Una fermentación corta o muy larga afectará las características del producto final, por ello el proceso se controla

por medio del seguimiento del pH y de la concentración de ácido láctico, cuyo valor debe estar entre 0.70 y 1.50

% m/m.

Enfriamiento

Finalizada la fermentación el yogur es bombeado hacia un intercambiador de calor para reducir su temperatura

hasta los 4°C deteniendo la actividad biológica y por ende el proceso de acidificación.

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Envasado

El envasado del yogur es una etapa que debe realizase en las mejores condiciones higiénicas y sanitarias para

garantizar la estabilidad del producto durante su tiempo de vida útil. El yogur se envasa en vasitos sellados con

papel aluminio o envases plásticos con cierre hermético.

Los envases son empacados en cajas y estibados para su almacenamiento en el cuarto frío y posterior transporte

a los puntos de venta.

Refrigeración

Los envases son empacados en cajas y estibados para su almacenamiento en el cuarto frío. Durante la refrigera-

ción el yogur sigue cambiando su viscosidad hasta terminar con la textura característica, por lo cual se mantiene

el producto envasado a una temperatura por debajo de los 4°C y así también prolongar su tiempo de vida útil.

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E l ácido cítrico es un compuesto presente en toda la

naturaleza, tradicionalmente se le asocia a las llama-

das “frutas cítricas” (naranja, limón, etc.) por haber

sido extraídas de estas, aunque con bajos rendimientos.

Actualmente ese compuesto se obtiene por medio de hongos y

bacterias que son capaces de acumular acido cítrico, es utilizado

ampliamente en la industria el hongo Aspergillus niger dado a su

fácil manejo y a su materia prima barata y fácil de conseguir.

Originalmente la obtención de acido cítrico se hacia mediante el

cultivo de Aspergillus niger en medio solido mediante bandejas

superpuestas, ahora solo es usado por un quinto de los produc-

tores a nivel mundial.

El método ampliamente usado involucra fermentación con el

cultivo a temperaturas de casi 30ºC manteniendo un pH casi

neutro o poco acido para el desarrollo de las cepas ya que du-

rante la fermentación llega a pH de 2. Se necesita un medio rico

en glucosa, con niveles bajos de fosfato y nitrógeno, además de

alcoholes de cadena corta (actúan como antiespumante) aumen-

tándose así el rendimiento y ser acumulado por el Aspergillus.

Al final de la fermentación (de 5 a 12 días) el organismo se sepa-

ra del liquido mediante técnicas de filtrado o de centrifugación.

Se hace precipitar al acido cítrico mediante la adición de cal,

estas sales son tratadas con acido sulfúrico para la recuperación

Aspergillus niger: hongo común que

crece en vegetales, filamentoso y que

es usado en cultivos para la obtención

de acido cítrico, ácido glucónico, enzi-

mas como la glucoamilasa, etc

ACIDO CITRICO

RESUMEN DE LA PRODUCCION DE ACIDO CITRICO

Fermentación aeróbica

del azúcar (sacarosa y

glucosa).

Uso del cultivo de

Aspergillus niger.

Separación del ácido

cítrico por purificación

al añadir Ca(OH)2

Añadir H2SO4 para la

recuperación del ácido

cítrico.

Precipitación de

CaSO4 y eliminación

de impurezas con

carbón activado.

Cristalización y

deshidratación del

ácido cítrico.

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REACCIONES

Fermentación

Separación del ácido cítrico

Recuperación del ácido cítrico

Todo este proceso se basa en el tratamiento del hongo As-

pergillus niger en un sustrato (o medio) azucarado, el cual

se puede obtener de la naturaleza ya sea:

Melazas de remolacha

Sustrato de plátanos

Suero de leche

O cualquier solución rica es sacarosa y glucosa

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Variacion de la producción de ácido cítrico según el tipo de cepa utilizada

E l ácido acético, ácido metilcarboxílico o ácido etanoi-

co, se puede encontrar en forma de ion acetato. Éste

es un ácido que se encuentra en el vinagre, siendo el

principal responsable de su sabor y olor agrios .

Es producido por síntesis y por fermentación bacteriana. Hoy en

día, la ruta biológica proporciona cerca del 10 % de la produc-

ción mundial, pero sigue siendo importante en la producción del

vinagre, dado que las leyes mundiales de pureza de alimentos

estipulan que el vinagre para uso en alimentos debe ser de ori-

gen biológico. Cerca del 75 % del ácido acético hecho en la in-

dustria química es prepa-

rada por carbonilación del

metanol. Los métodos

alternativos aportan el

resto. La producción mun-

dial total de ácido acético

virgen se estima en 5 Mt/a

(millones de toneladas por

año), aproximadamente la mitad es producida en los Estados

Unidos. La producción de Europa es aproximadamente 1 Mt/a y

está en descenso, y 0,7 Mt/a son producidos en Japón. Otro

1,5 Mt es reciclado cada año, llevando el mercado mundial total

a 6,5 Mt/a

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La fermentación acética es uno de los tres tipos princi-pales de fermentación que son capaces de llevar a ca-bo las bacterias y otros or-ganismos. Concretamente la fermentación acética es aquella que llevan a cabo las bacterias del grupo Ace-tobacter, Estas bacterias son las encargadas de la producción mundial de vinagre, puesto que el áci-do acético es la característi-ca principal de este condi-mento.

Estrictamente hablando la fermen-tación acética no es una fermenta-ción, sino que metabólicamente es una oxidación y las fermentacio-nes, tanto la alcohólica como la láctica, se caracterizan por llevarse a cabo en condiciones de anabolia o al menos de baja presión parcial de oxígeno.

El sustrato de la fermentación acé-tica es el alcohol etílico, presente en el vino o la sidra. Sin embargo, también se encuentra de forma natural en frutas y flores, que em-plean la volatilidad en el medio, por lo que su eficiencia es enorme.

El primer enzima, llamado alcohol deshidrogenasa tiene como sustra-to el alcohol etílico y lo transforma en acetaldehido. Durante este paso del metabolismo del etanol se elimina un hidrógeno del etanol que pasa a reducir al NAD, una molécula de almacenamiento de energía.

de este compuesto para

atraer a sus polinizadores o

dispersores del fruto. La

transformación del alcohol

etílico en ácido acético se

lleva a cabo en la bacteria

mediante una cadena de 3

enzimas. Estequiometrica-

mente hablando estas bacte-

rias son capaces de producir

un mol de ácido acético por

cada mol de etanol presente

De esta manera el alcohol, al perder un hidrógeno se oxida, es decir, el balance oxígeno/ hidrógeno de la molécula tiende al oxígeno. En este proceso el NAD queda reducido a NADH. Este paso supone una “vuelta atrás” pues el paso de acetaldehído a etanol forma parte de la fermenta-ción etílica que llevan a cabo otras bacterias. En el segundo paso del metabolismo el acetaldehido es hidratado. Para ello la bacteria emplea una molécula de agua H2O. Convirtiendo el acetal-dehido en acetaldehído hidrato. Finalmente el tercer paso para la obtención de ácido acético es una segunda oxidación ésta se lleva a cabo mediante la enzima acetaldehí-do deshidrogenasa que libera otra molécula de hidrógeno que será cap-tada por otro NAD y producirá una molécula de ácido acético.

Descripción de la fermentación bacteriana

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