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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oAntecedentes históricos
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
oAntecedentes históricos
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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oAntecedentes históricos
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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oAntecedentes históricos
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
oAntecedentes históricos
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oAntecedentes históricos
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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oAntecedentes históricos
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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oAntecedentes históricos
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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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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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)
oINFLUENCIA DE LAS CONDICIONES AMBIENTALES
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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
oINFLUENCIA DE LAS CONDICIONES AMBIENTALES
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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
oINFLUENCIA DE LAS CONDICIONES AMBIENTALES
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Requerimientos de oxígeno
o Aerobios
o Anaerobios estrictos
o Anaerobios facultativos
o Microaerófilos
o Anaerobios aerotolerantes
oINFLUENCIA DE LAS CONDICIONES AMBIENTALES
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oINFLUENCIA DE LAS CONDICIONES AMBIENTALES
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.
oINFLUENCIA DE LAS CONDICIONES AMBIENTALES
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
oINFLUENCIA DE LAS CONDICIONES AMBIENTALES
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