OXIDACIN ACTICABACTERIAS ACTICAS Y SU APLICACIN EN LA PRODUCCIN DE VINAGRE Dra. ELENA QUILLAMA POLOFACULTAD DE CIENCIAS BIOLGICAS UNMSM

PHYLUM VII: PROTEOBACTERIASECCIN XVII Las -Proteobacterias

Familia II: Acetobacteraceae Acetobacter Gluconobacter Gluconoacetobacter AcidomonasFrateuriaAcidiphilium AsaiaKozakia

GENERALIDADES

Las bacterias acticas suelen presentarse en la superficie de las plantas(flores, frutos), se desarrollan como microflora secundaria en materia vegetal en descomposicin bajo condiciones aerbicas despus de una fermentacin alcohlica por accin de las levaduras. En estas condiciones, utilizan el etanol como substrato oxidable, convirtindolo en cido actico.

Las bacterias del cido actico se encuentran frecuentemente asociadas a bebidas alcohlicas tales como la sidra, el vino, la cerveza y otras.Todas las bacterias del cido actico se agrupan filogenticamente con las - Proteobacterias.

Las bacterias del cido actico forman un grupo de bacilos Gramnegativos. Comprende organismos con flagelos polares y peritricos. Los organismos con flagelos polares incluyen al Gnero Gluconobacter, mientras que los organismos con flagelos peritricos pertenecen al grupo Acetobacter.

Estas bacterias son aerobias estrictas, formar una pelcula superficial en medios lquidos, de esta manera se suministran de oxgeno.

Llevan a cabo la oxidacin incompleta de alcoholes y de azcares, lo que conduce a la acumulacin de cidos orgnicos como productos finales.Con etanol como substrato se produce cido actico.

Adems del etanol, estos organismos llevan a cabo la oxidacin incompleta de alcoholes de cadena larga y varios azcares, por ejemplo: -La glucosa es oxidada hasta cido glucnico-La galactosa a cido galactnico -La arabinosa a cido arabnico

Esta capacidad suboxidante se utiliza para la manufactura de cido ascrbico (vitamina C). Este cido, puede formarse a partir de la sorbosa, (azcar difcil de ser sintetizada qumicamente) y puede generarse convenientemente por la actividad de las bacterias acticas que oxidan el sorbitol (un alcohol de azcar fcilmente disponible) solo hasta sorbosa, proceso llamado bioconversin.

Figure1.Incomplete substrate oxidation in Gluconobacter oxydans. (a) Physiological role: (1) substrate, e.g., glucose, enters the periplasm and is rapidly processed by glucose dehydrogenase (GDH) (2). Gluconic acid exits the periplasm via porins (3) and accumulates in the extracellular space (4). (b) Biotechnological role: (1) selected substrate, e.g., sorbitol (but could also be a sugar, sugar acid, sugar alcohol and polyols) enters the periplasm and is rapidly processed by sorbitol dehydrogenase (SDH) (2). Sorbose exits the periplasm via porins (3) and accumulates in the extracellular space (4) where it can be further converted to ascorbic acid (vitamin C). Bob Crimi

Otra propiedad, es su alta resistencia a condiciones acdicas, la mayora de cepas pueden crecer a pH inferior de 5. Esta tolerancia resulta esencial para que un organismo produzca grandes cantidades de cido.

Los miembros de este grupo, requieren tambin de factores de crecimiento relativamente complejos, normalmente se les hace crecer en un medio con una base compleja, por ejemplo: extracto de levadura o extracto de malta, suplementado con substrato oxidable como el alcohol.

Estas bacterias son acidfilas, crecen a valores de pH bajos como 4, teniendo el ptimo entre 5 y 6. Crecen bien en medios de cultivo conteniendo etanol al 4% ms extracto de levadura, pH 6, en presencia de oxgeno.

Las colonias de este grupo se reconocen en placas de agar con CaCO3 y etanol, ya que estas bacterias, debido al cido actico producido, disuelven el CaCO3 generando una zona transparente alrededor de la colonia.

Son catalasa positivas.

Su principal aplicacin industrial es la fabricacin de vinagre, mediante la acetificacin de materiales que contienen alcohol (como los vinos, sidras etc).

Otra capacidad de algunas bacterias acticas es sintetizar celulosa pura.

Gnero Acetobacter

La mayora son pleomrficas y pueden presentarse como clulas filamentosas, curvadas o cocobacilos Gram negativos, aislados, en pares o en cadenas.

La mayora de las cepas presentan flagelos peritricos .Son aerbicos estrictos.

Presentan colonias plidas y no producen pigmentos, con algunas excepciones que producen pigmentos marrones solubles en agua.

Son catalasa positivos, y oxidasa negativosOxidan el etanol hasta cido acticoEl acetato y lactato son oxidados hasta CO2 y H2O. Las mejores fuentes de carbono para su crecimiento son etanol, glicerol y lactato.

Principales especies:

Acetobacter acetiAcetobacter pasteurianus Acetobacter peroxydansAcetobacter cerevisiaeAcetobacter orleanensis

Gnero Gluconobacter

Presenta clulas elipsoidales o bacilares, aislados, en pares, rara vez en cadena.Las formas mviles presentan tres a ocho flagelos polares.Al igual que Acetobacter, son aerbicos obligados.Temperatura optima 25-30C. No crecen a 37C.Oxidan etanol solamente hasta cido actico.pH optimo 5.5- 6.0. La mayora de las cepas crecen bien a pH 3.5.Son catalasa positivos y oxidasa negativos.

Principal especie Gluconobacter oxidans

HISTORIA DEL VINAGREEl hombre ha aprendido a lo largo de miles de aos que la acidificacin de los alimentos producida por los microorganismos, contribuye a su mejora y conservacin.

Adems los microorganismos son utilizados en grandes cantidades en la preparacin de cidos orgnicos como el cido actico, el cido lctico y cido ctrico y para fines alimenticios.La elaboracin del cido actico a partir de bebidas alcohlicas fermentadas, especialmente vinos, se conocan desde la antigedad en China, Babilonia, Asira y Egipto.

El vinagre no solo se emple como condimento, sino tambin como conservador de alimentos y como remedio en medicina.La industria del vinagre se desarrolla al final del siglo XIV en Orlens en Francia (Mtodo Lento) y el procedimiento rpido lo propuso Schiizenbach (1793 1869).Los procedimientos superficiales antiguos se han sustituido por procedimientos sumergidos en tanques cerrados y ventilados. Kutzing comprob en 1838 que la formacin del cido actico la efectuaba organismos que vivan en el velo que se formaba en el vinagre.Hansen aisl en 1879 las bacterias acticas a las que llam Bacterium aceti y Bacterium pasteurianum, actualmente forman parte del gnero Acetobacter.Desde una perspectiva aplicativa, el vinagre puede ser usado en muchas formas. Se utiliza como acompaante de las ensaladas, resaltador del sabor o condimento, ablandador de las carnes, preservante natural de alimentos, un agente medicinal y un elemento de gran utilidad en la limpieza del hogar.

VINAGRE

Es el producto que se obtiene por oxidacin del alcohol en cido actico.

Cualquier sustancia azucarada o rica en carbohidratos puede ser utilizada para la obtencin del vinagre.

PROCESO QUMICO

El proceso qumico ocurre en 2 fases:

1. Primera Fase: Como producto de partida para la obtencin de cido actico se recomienda el etanol (alcohol etlico), que se obtiene por fermentacin con levaduras de los hidratos de carbono, por ejemplo Saccharomyces cerevisiae

C6H12O6--------------------------- C2H5OH + CO2Glucosa Alcohol Etlico Dixido de Carbono

2. Segunda Fase: En esta fase, el alcohol etlico producido es oxidado por las bacterias acticas primero a acetaldehdo y luego cido actico.

C2H5OH + O2 -----------------------------CH3COOH + H2OAlcohol etlico cido Actico + AguaEl cido actico se origina por un proceso aerbico (requerimiento de oxgeno molecular), adems se producen como productos finales pequeas cantidades de Aldehdos, steres y acetonas los cuales le conferirn sabores deseables.

Las definiciones de los diferentes vinagres, dada por la FDA (Food and Drug Administracin) en Norteamrica son: a) Vinagre de Vino: Producto de la fermentacin alcohlica del jugo de uvas seguida de la acetificacin.

b)Vinagre de Glucosa: Producto de la fermentacin de la glucosa, seguida de la acetificacin.

c)Vinagre de Malta: Producto de la fermentacin alcohlica del mosto de cebada o cereales previamente sacarificada seguida de la acetificacin

d)Vinagre destilado: Producto obtenido por oxidacin del alcohol etlico destilado y diluido.

Adems del vino de uvas, se pueden usar otras materias primas que contengan ya sea alcohol o azcar fermentescible; la cerveza, los jugos de frutas (pias, naranjas, mangos, manzanas, etc) los jarabes diversos, la miel de abeja, los almidones, los mostos de cereales (maz, centeno, arroz, cebada), previamente hidrolizados y fermentados y muchas otras sustancias industrializables.

Mtodo tradicional o mtodo de Orleans: En este mtodo, tambin denominado sistema superficial, las BA se encuentran situadas en la interfase liquido/gas en contacto directo con el aire (oxigeno).

La presencia de las BA se limita a la superficie del liquido a acetificar y por tanto, se trata de un procedimiento esttico. Esto hace que el proceso de acetificacin sea lento y que se necesiten periodos de tiempo largos para obtener un grado actico alto. Como contrapartida, el vinagre obtenido por este mtodo es de mayor calidad organolptica y presenta un bouquet caracterstico, debido a que esta lentitud de la acetificacin favorece que se produzca de forma simultanea el envejecimiento. Estos productos se suelen elaborar en barricas de madera.SISTEMAS PARA PRODUCIR VINAGRE

Mtodos rpidos: Dentro de estos destacan:

Mtodo Schutzenbach: En este sistema para aumentar la velocidad de produccin de vinagre, se aumenta la superficie de contacto de las BA utilizando virutas como soporte. En este mtodo el liquido a acetificar es bombeado a travs de un lecho de virutas de madera, donde se encuentran las BA, recirculandolo hasta obtener el grado actico deseado.

Cultivo sumergido: En este sistema, como su nombre indica, las BA estn sumergidas en la solucin a acetificar, no se utiliza material poroso o de soporte, sino que se hacen circular pequeas burbujas de aire a travs de la biomasa bacteriana, inyectndose aire solo o mezclado con oxigeno, favoreciendo la acetificacin. La mayor poblacin bacteriana obtenida, asi como la disponibilidad constante de oxigeno, permiten obtener rendimientos de transformacin de etanol a acido actico muy elevados, una velocidad de acetificacin mayor (23-24 horas) y uniformidad en el producto. Este mtodo requiere una estricta vigilancia de la temperatura, presin parcial de oxigeno y de los ciclos de carga y descarga, ya que una disminucin de la tasa de oxigeno en los acetificadores disminuye dramticamente la actividad de la poblacin celular. La obtencin de vinagres por este sistema, es decir, en cortos periodos de tiempo, requiere de una fuerte aireacin y agitacin lo que repercute negativamente en la composicin voltil del vinagre resultante y por tanto, en su calidad final.