Tema+1+MBE_15 (2)

Bloque I: Microbiología Enológica

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MICROBIOLOGÍA INDUSTRIAL

*Aplicación industrial de los microorganismos tanto para la transformación de productos como para la producción de nuevas sustancias o la obtención de masa microbiana

MICROBIOLOGÍA

MICROBIOLOGÍA INDUSTRIAL

MICROBIOLOGÍA ENOLOGICA

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“Sin MICROORGANISMOS no hay VINO”

Libro del Génesis (9: 20,21): “Noé se dedicó a lalabranza y plantó una viña. Bebió del vino, seembriagó…”6000 a.C.: Los sumerios y babilonios usabanlevaduras para fabricar cerveza.

4000 a.C.: Los egipcios descubrieron la manera de fermentar pan con levadura.

oAntecedentes históricos

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Siglo XIV

o Destilación de bebidas alcohólicas

oUso de bacterias de ácido acético para fabricar vinagre, de bacterias de ácido láctico para conservar la leche (yogurt, kefir).

oAntonie van Leeuwenhoek (1632-1723)

•Una sola lente

•50-300 aumentos

•Pequeños animálculos

•1684 Royal Society

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•Fermentaciones: alcohólica-industria vinícola

•Vacunas contra el ántrax, cólera, rabia


Siglo XIX

El desarrollo técnico de los microscopios permite demostrar el origen de los microbios y vencer la creencia de la “generación espontánea”

oLouis Pasteur (1822-1895)

BIOGÉNESIS

• Caniard-Latour (1777-1859)

• Schwann (1810-1882)

• Kützing (1807-1893)

FERMENTACIÓN ESPONTÁNEA

• Liebig (1803-1882)

• Wöhler (1800-1873)

• Berzelius (1779-1848)

PASTEUR

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oPasteur

•1856: Industria alcoholera de Lille

•Fermentación alcohólica y láctica

•Proceso estrictamente microbiano

•En cada fermentación un microorganismo

•Cultivos puros de levaduras, establece el origen y el ciclo

•Enfermedades del vino de naturaleza bacteriana

1866: Études sur le vin.

•Microbiología Industrial (Enológica)

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Robert Koch (1843-1910)

•Teoría de los gérmenes productores de enfermedades

•Postulados de Koch

•Métodos de obtención de cultivos puros

•Medio sólido: agar-agar

•Placa Petri

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Hansen (1841-1909):

•Fundamentos en taxonomía de levaduras y sistemas de clasificación

•Técnicas de aislamiento y determinación de caracteres

•Describe varias especies responsables de fermentaciones

Guilliermond (1912):

•“Les levures”: primer esquema filogenético

Winge:

•Genética de levaduras


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FUNCIÓN más que TAXONOMÍA

Transformaciones bioquímicas

Productos finales que caracterizan al vino:

• Levaduras apiculadas: bajo rendimiento en alcohol y mayor productos secundarios

• Levaduras elípticas: mayor rendimiento en alcohol y menor productos secundarios

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Siglo XX: Gino de Rossi y Castelli

•Escuela Microbiológica de Perugia

•Técnicas de trabajo

• Toma de muestras y aislamiento

• Aislar todas las especies participantes

• Criterios taxonómicos y de clasificación

oConclusiones:

•Fermentación espontánea: dos etapas

•Fermentativa: sucesión de más de dos especies

•Aeróbica

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1936: Marcila, Alas y Feduchy (España)

•Nueva especie autóctona: Sacch. beticus

Década de los 50: Peynaud y Domercq (Francia)

•Estudios químicos y microbiológicos

Década de los 50: Castelli e Iñigo (España)

•Estudio de la zona de la Mancha

•Grupo de Microbiología del Instituto de Fermentaciones

Industriales: todas la regiones vitivinícolas de España.

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oOBJETO DE ESTUDIO• Microorganismos implicados en la producción del vino: desde la

uva hasta el producto final

• Investiga los microorganismos en su esencia, por lo que hacen

• Estudia los microorganismos en su ambiente natural y durante las condiciones del proceso

• Estudia los microorganismos que causan alteraciones (vinificación y conservación)

Estudia la mejora de los microorganismos y las técnicas para conseguirlos

El éxito de la vinificación está siempre subordinado a un comportamiento razonado de los fenómenos microbiológicos.

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MICROBIOLOGÍA: Ciencia que se ocupa del estudio de los microorganismos y de las técnicas utilizadas para su estudio

Técnicas microscópicas

microscopio óptico: tinciones

Técnicas de cultivo

cultivo puro o axénico

medios de cultivo

técnicas de siembra

Técnicas de esterilización: calor

SimpleGramFresco

ComplejosDefinidos

Selectivos DiferencialesEnriquecimientoCultivo líquido

En placa

Autoclave

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oCARACTERÍSTICAS GENERALES DE LOS MICROORGANISMOS

Individualidad, generalmente unicelular

Organización biológica sencilla

•No hay especialización tisular

•Carácter multicelular en algunos

Organización celular

•Procariotas (Bacterias y Arqueobacterias)

•Eucariotas (Hongos, Algas y Protozoos)

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Woese et al., 1990 según secuencia del rRNAoARBOL FILOGENÉTICO UNIVERSAL

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o Nucleoide: 1 molécula de DNA circular de doble cadena

o Plásmidos: elementos extracromosómicos (DNA circular de menor tamaño, le confiere una ventaja selectiva)

o Replicación del DNA simple

o Carecen de orgánulos (poseen cuerpos de inclusión: reserva carbono, polifosfato, azufre…)

o Ribosomas 70S (50S +30S)

o Pared celular de Peptidoglicano o mureína

o División celular sencilla: fisión o bipartición

o Gran diversidad metabólica

o ARQUEOBACTERIAS: Diferencias en pared celular

oMicroorganismos Procarioticos

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oMicroorganismos Eucarióticos

• Unicelulares o pluricelulares sin tejidos

• Coloniales o miceliares

• Compartimentalización estructural y funcional

• Genoma: cromosomas asociados a proteínas y en núcleo

• Orgánulos celulares rodeados de membrana

• Ribosomas 80S (60S + 40S)

• Citoesqueleto: microtúbulos, microfilamentos

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Procariotas Eucariotas

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oMicroorganismos implicados en las transformaciones vínicas

Levaduras: fermentación alcohólica

Bacterias lácticas: fermentación maloláctica

Bacterias acéticas: causantes de alteraciones junto a

algunas levaduras y bacterias lácticas

Mohos: importantes mermas en la cantidad y en la

calidad de la uva y de los vinos

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Temperatura•A mayor Tª, aumenta la velocidad de las reacciones celulares (se acelera el crecimiento)

Tª óptima: máxima velocidad de crecimiento

•Psicrófilos: temperaturas óptimas ente 0 y 15 ºC•Mesófilos: temperaturas óptimas entre 25 y 40 ºC•Termófilos: temperaturas entre 55 y 75ºC •Hipertermófilos: temperaturas superiores a 80ºC

Esterilización: Calor húmedoCalor seco

oINFLUENCIA DE LAS CONDICIONES AMBIENTALES

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• Efecto del pH• La mayoría de microorganismos tiene un pH óptimo entre 4 y 8

• Las bacterias propias del vino son acidófilas

• Levaduras y mohos crecen bien entre pH 5 y 6 y las levaduras del vino entre 3 y 4

• El pH del vino blanco está alrededor de 3, mientras que el del tinto está entre 3,5 y 3,7.

Esta acidez se debe a la presencia de ácidos orgánicos en su composición (los más importantes son el tartárico, el málico y el galacturónico)


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Efecto de los solutos y actividad de agua•Disponibilidad de agua = actividad acuosa Aw

•Halófilos •Osmófilos•Xerófilos

Aw Ambiente bacterias hongos

1,0000,950,90

0,850,800,75

0,700,60

Sangre, agua pura, verdurasPanJamón

SalamiConservasLagos salados, pescado saladoCereales, dulces, frutossecosChocolate, miel

Mayoría gramnegativasMayoría bacilos grampositivosMayoría de cocos, Bacillus

Staphylococcus

Halobacterium, Actinospora

BasidiomicetosFusarium, Mucor,Rhizopus y levadurasSaccharomyces rouxiiPenicillium

AspergillusSaccharomycesrouxii


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Radiación ultravioleta•Daños en el DNA: Letal•Longitud de onda 260 nm•Bajo poder de penetración

•Desinfectar superficies, aire y agua

Radiación ionizante•Poder de ionizar la materia biológica•Formación de radicales libres •Rayos X, rayos gamma•Alto poder de penetración de la materia

Efecto de la presión •Barotolerantes: soportan presiones de 600 a 1100 atm •Barófilas: necesitan para crecer de altas presiones


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Requerimientos de oxígeno

o Aerobios

o Anaerobios estrictos

o Anaerobios facultativos

o Microaerófilos

o Anaerobios aerotolerantes


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Agentes químicos

oAcción esterilizante: destrucción total de todas las formas

de vida (vegetativas y de latencia)

oAcción desinfectante: acción selectiva, destrucción de

determinados microorganismos, normalmente patógenos o

perjudiciales para el desarrollo de un proceso fermentativo

oAcción antiséptica: paraliza toda actividad microbiana, por

muerte de los microorganismos más sensibles; los más

resistentes entran en fase de latencia

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Cepas de Penicillium sp.


oFactores biológicos:• ANTAGONISMO: cuando una población microbiana produce una

sustancia que es inhibidora de otras poblaciones

• La población puede no verse afectada por la sustancia o puede

ganar alguna ventaja que le dé mayor competencia

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Factores biológicos:

La fermentación alcohólica del mosto de uva constituye un caso típicode antagonismo entre las distintas especies de levaduras y otros

microorganismos presentes en la epidermis de la uva(bacterias, mohos, protozoos, etc.)

Este proceso constituye un modelo biológico de acción múltiple y secuenciada de especies que actúan

interaccionadas de una manera reglada y sistemática


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