Productos Lacteos Fermentados
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Productos lácteos fermentados(queso, requesón, mantequilla, kefir, yogur)
*fines de conservación (tienen diferente contenido de agua, ácidoy contienen bacteriocinas)
*presentan una textura, un olor y un “flavor” mucho más atractivos
Añadiendo bacterias lácticas iniciadoras a la leche pateurizada:Cultivos iniciadores o estárter, su función es la de fermentar la lactosa, transformándola en ácido láctico, lo cual baja el pH, modifica las proteínas de la leche……... Además poseen sistemas proteolíticos y lipolíticos y producen compuestos como el diacetilo y el acetaldehido que le dan aroma y aspecto diferente.
Acido LácticoLactosa
COOH
H-C-OHCH3
¿Como se obtienen?
Leche pasteurizada, reduce la posibilidad de crecimiento de ciertos m.o. patógenos y …
CULTIVOS “ESTARTER”
Bacterias ácido-lácticas homofermentativas
Mesófilas (25-30ºC)
Lactococcus lactis subesp. lactisLactococcus lactis subesp. cremoris
Termófilas (37º-42ºC)
Streptococcus thermophilusLactobacillus delbrueckii subesp. bulgaricusLactobacillus helveticus
MICROFLORA SECUNDARIA
Leuconostoc y ciertas cepas deLc. lactis sub lactis citrato+
Propionibacterium freundenreichii
Metabolizan el ácido cítricoproduciendo compuestos aromáticosy CO2 (Edam, Gouda, Azul..)
Metaboliza el ácido láctico a ácidopropiónico, ácido acético y CO2. CO2 forma los agujeros de los quesosde tipo suizo (Gruyere, Emmental).
Devaryomyces y Trichosporom (levaduras) Brevibacterium linen y especies de Mixococcus (bacterias)
Quesos madurados en superficiecomo el Limburger
Penicillium camembertiiPenicillium roqueforti
Maduración de los quesos Camembert y quesos azulesrespectivamente
Penicillium roqueforti
Microorganismos que participan en la elaboración de quesos y leches fermentadas•Productos Microorganismos Flora secundaria
productores de la acidez
QuesosColby, Cheddar, Cottage Lactococcus lactis subesp. cremoris Ningunoy tipo cremosos Lc. lactis subesp. lactisGouda, Edam y Havarti Lactococcus lactis subesp. cremoris Leuconostoc sp. Citrato
Lc. lactis subesp. lactis Lc. lactis subesp. LactisBrick y Limburger Lactococcus lactis subesp. cremoris Geotrichum candidum,
Lc. lactis subesp. lactis Brevibactrium linens, Micrococcus sp.Camembert Lactococcus lactis subesp. cremoris Penicillium camemberti y en ocasiones
Lc. lactis subesp. Lactis Brevibacterium linenQuesos azules, Lactococcus lactis subesp. cremoris Citrato* Lactococcus lactis subesp. lactisRoquefort Lc. lactis subesp. Lactis Penicillium roqueforti
Mozarella, Provolone Streptococcus thermóphilus, Lactobacillus Ninguno. Al romano se le añaden lipasasRomano, Parmesano delbruekii subesp. bulgaricus, Lb helveticus animales para obtener un sabor rancio o
picanteQuesos suizos, Gruyere Streptococcus thermóphilus, Lactobacillus Propionibacterium freundenreichii subesp.Emmenthal helveticus, Lb delbruekii subesp. bulgaricus shermanii
Leches fermentadasYogur Streptococcus thermóphilus, Lactobacillus Ninguno
delbruekii subesp. bulgaricusSuero de mantequería Lactococcus lactis subesp. cremoris Leuconostoc sp. Citrato, Lactococcus lactis
Lc. lactis subesp. lactis subesp. LactisNata ácida Lactococcus lactis subesp. cremoris Ninguna
Lc. lactis subesp. lactis
Productos Lácteos: Yogur
Cultivos iniciadores:
YOGURStreptococcus termophilus (ácido). Lactobacillus delbrueckii ssp bulgaricus(sabor).
ADITIVOS: Lactobacillus acidophilus
Bifidobacterium bifidum
LECHE
Etapas básicas en la elaboración de quesoMateria prima, leche (analizada microbiológica y químicamente)
+/- Pasteurización
+ Cultivo iniciador, bacterias lácticas (0,5-2% v/v)
(Leche a 30-35ºC)
Acidificación(+/- aditivos (ej. color)
Coagulación por la renina o cuajo
Cuajada Corte (molienda)/ agitaciónTratamiento térmico/Salado
Separación del suero del cuajo
Prensado Maduración
Lactosuero
+/- adición de inóculo microbiano (microflorasecundaria) u otros aditivos
(10-75 minutos)
Deshidratación
Productos Lácteos: Queso
Renina o Quimosina
Pre-pro-quimosinaAspartil-proteasa
16 aa
Pro-quimosina27 aa41.000 daltons
Quimosina (activa)pH
35.000 daltons
¿Cómo actúa la quimosina?
Proteínas de la leche
Caseinasα1 caseinaα2 caseinaβ caseinaκ caseina
Suero LactoglobulinaSeroalbuminainmunoglobulinas
quimosina
Submicelade caseína
Micelade caseína
Cuajo
Etapas básicas en la elaboración de quesoMateria prima, leche (analizada microbiológica y químicamente)
+/- Pasteurización
+ Cultivo iniciador, bacterias lácticas (0,5-2% v/v)
(Leche a 30-35ºC)
Acidificación(+/- aditivos (ej. color)
Coagulación por la renina o cuajo
CuajadaCorte (molienda)/ agitaciónTratamiento térmico/Salado
Separación del suero del cuajo
Prensado Maduración
Lactosuero
+/- adición de inóculo microbiano (microflorasecundaria) u otros aditivos
(10-75 minutos)
CH3-CO-COOH CH3-CHOH-COOH
NADH+H NAD
Lactato deshidrogenasa
Piruvico Láctico
Bacterias ácido-lácticas (Lactobacillus, Lactococcus, Streptococcus,Leuconostoc, Pediococcus)
Son bacterias Gram (-), no esporuladas, inmóviles, anaerobias aerotolerantesy la diferencia radica en la morfología: cocos y bacilos.
Son bacterias catalasa negativaLa mayoría son mesófilas, pero también hay algunas pocas psicrófilasy termófilas
Su metabolismo es fermentadorSon muy exigentes por lo que es difícil de cultivarlas, aún cuando se empleanmedios muy ricos. Su hábitat son los vegetales en descomposición.
Según los productos resultantes de la fermentación de la glucosa se clasifican en Homofermentativas y Heterofermentativas
(4) Acido piruvico
(4) Acido láctico
Glucosa-6-fosfato
Fructosa-fosfato
(2)Triosa-fosfato
Fructosa-1-6-difosfato
(4) NAD (4) NADH
(4) NADH (4) NADLactatodeshidrogenasa
Fructosa-1-6-difosfato-aldolasa(2) Triosa-fosfato
Tagatosa-6-fosfato
Tagatosa-1-6-difosfato
Ruta de la tagatosa
Tagatosa-1-6-difosfato-aldolasa
Galactosa-6-fosfato
Metabolismo de la lactosa en las bacterias lácticas homofermentativas
Glucosa
Lactosa-fosfato
Fosfo β-galactosidasa
Galactosa-6-fosfato
Lactosa
Galactosa
Galactosa-1-fosfato
Glucosa-1-fosfato
β-galactosidasa
Ruta de Leloir
excretada
Metabolismo de la lactosa en las bacterias lácticas heterofermentativas
Ruta de lafosfocetolasa
Glucosa
Glucosa-6-fosfato
Lactosa
Galactosa
β-galactosidasa
Ruta de Leloir
1Acido pirúvico
1Acido láctico
NAD+
NADH
NAD+
Acetil-fosfato
Acetaldehido
Etanol
NADH
NAD+
NADH
NAD+
2NAD+6-fosfo-gluconato
Xilulosa-5-fosfato
1Triosa-fosfato
CO2 2NADH
fosfocetolasaPi
ADP
ATP Acido acético
AEROBIOSIS
Metabolismo del ácido pirúvico y del Ácido cítrico en las bacterias ácido-lacticas
Cítrato
membrana citrato permeasa
(2) Citrato
acetato
(2) oxalacetato
(2) Acido pirúvico
Acetaldehido
Etanol
NADH
NAD+
NADH
NAD+
Acetil-fosfato(2) Acido láctico
NAD+
NADH
CH3
HC OH
COOH
ADP
ATP Acido acético
Acetil-fosfato
α-acetolactato
CH3
COCOCH3
diacetilo
Acetoina2,3-butanodiol
CO2
CO2
2) son necesarios para crecer en la leche.Las bacterias lácticas son auxótrofas para muchos aaLos aa libres presentes en la leche no son suficientes para favorecer el crecimiento hasta una D.O elevadaLas caseínas se convierten en la primera fuente de N2 proteico al agotarse el N2 no proteico
1) “ “ para que se desarrolle el sabor, olor y color de los quesos madurados.
Los aa son precursores de muchos compuestos volátilesCiertos aa y péptidos producen de por si un “marcado aroma”.
1) Enzimas localizadas en el exterior de la membrana citoplasmática2) Sistemas de transporte.3) Enzimas intracelulares
3)
Sistemas proteolíticos de los lactococcos
Oligopéptidos
Di/tripéptidos
aminoácidos
Oligopéptidos>100
Caseinas
aminoácidosEPAPTPDP
aminoácidosAPTPDP
1) Enzimas localizadas en el exterior de la membrana citoplasmática: PrtP(serín-proteasa que libera más de 100 péptidos a partir de la β–caseína soluble)2) Sistemas de transporte.3) Enzimas intracelulares: exopeptidasas y endopeptidasas que convierten los péptidos en aa.
Paredcelular
membranaPrtP
oligopéptidos
di/tripéptidos
aminoácidos
N2 noproteico
Opp
Dtp
Aat
Genética de las bacterias ácido-lácticas
Muchas de las propiedades metabólicas esenciales en el crecimiento de las bacterias ácido-lácticas en la leche son inestables y esta inestabilidad …….
se relaciona con el número inusualmente elevado de plásmidos que hay en los cultivos lácticos
Existen plásmidos que codifican ……-los genes responsables de las enzimas de las rutas PEP-PTS
la tagatosa-6-fosfato,la fosfo-β-galactosidasael transporte de citrato.
Además…….. la producción de proteinasa,el transporte de oligopéptidos,los mecanismos de resistencia a bacteriofagos,la producción de bacteriocinas y la resistencia bacteriocinas,la producción de exopolisacáridos.
1) La estabilización de genes codificados por plásmidos por integración cromosómica.
2) El desarrollo de cultivos resistentes a bacteriofagos.
3) La mejora de la textura y el sabor y la aceleración de la maduración de los quesos.
4) La producción de bacteriocinas y otros compuestos antimicrobianos naturales.Por ejemplo de nisina.
5) La producción de polímeros que mejoran el cuerpo y la textura de los productos lácteos fermentados.
6) La consecución de cultivos lácteos que toleren la liofilización
Las aplicaciones más importantes de la biología molecularde los cultivos iniciadores a la industria láctea
Productos Lácteos: QUESOS
MaduraciónMicroflora: Penicillium roquefortisecundaria
P. camemberti
Propionibacterium
Salado
Calor
Prensado
SueroDESHIDRATACIONACIDIFICACIÓN
COAGULACION
CUAJORENINA.
Lactococcus lactis.Streptococcus thermophilus
Bacterias lácticas(Familia Lactobacteriaceae)
Cocos
Bacilos
Streptococcus(homo)Pediococcus(homo)Leuconostoc(hetero)
StreptococusLactococcusEnterococcus (no son bacterias lacticas)
Thermobacterium(homo)
Betabacterium(hetero)Streptobacterium(homo)
Lactobacillus
Glucosa
Glucosa-6-P
Fructosa-6-P
Fructosa-1,6-di-P
ATPADP
ATPADP
2ATP 2ADP
EtapaIReaccionespreparatorias
(2) Pirúvico (2) láctico
NADH NAD+
EtapaIIReducción
Productos de fermentación
ADPATP
(2) gliceraldehido-3-P Dihidroxiacetona-P
(2) 1,3-di-P-glicérico
(2) 3-P-glicérico
(2) 2-P-glicérico
(2) Fosfoenol pirúvico
NAD+
NADH
ADPATP
EtapaIIOxidación
2ADP 2ATP
2ADP 2ATP
Pi
H2O
FERMENTACIÓN LACTICA
•Producción de renina en E. coli
Se obtuvo mRNA a partir de la mucosa de ternera lechal, se purificó y se utilizó en experimentos de traducción in vitro
Se preparó cDNA a partir de este mRNA y el cDNA se insertó en un vector de clonación
Se expresó como proteína de fusión con la beta–galactosidasa
Se insertó la secuencia de la proquimosina detrás de un promotor procariótico
La expresión resultó 5% del total de proteínaspero se formaron cuerpos de inclusión.
Cuerpos de inclusión
Levaduras como huéspedes de clonación: ventajas
Más apropiados para genes eucariotas Ciertas modificaciones postraduccionales
(glucosilaciones, eliminación Met-1, procesamiento proteolítico de precursores) Fácil manejo microbiológico y genético S. cerevisiae y otras levaduras tienen su genoma secuenciado Levaduras son huéspedes GRAS (seguros)
La quimosina se clonó entrelas secuencias promotoras y terminadoras de gen LAC4(lactasa de Kluyveromyces) Se insertó en pUC19, el plasmido se linearizó y se integró en el cromosoma-la quimosina se secretó alsobrenadante de cultivo (80%)-el rendimiento fue de 100U de enzima/ml, lo que corresponde al 10% de las proteínas celulares.
Producción de quimosina/renina en Kluyveromyces lactis
Actualmente mas del 90% del queso que se hace en Inglaterra se obtiene con quimosina obtenida a partir de un GMO (Organismo modificdogeneticamente). Sin embargo el queso no esta hecho con un GMO, sino con el producto de un GMO (la enzima).
Chymosin