Aplicación Industrial de Microorganismos
Microbiología II
Los microorganismos utilizados industrialmente
M. F. Guevara
Aplicación Industrial de Microorganismos
Metabolismo
Metabolitos
Primarios
Secundarios
Los microorganismos utilizados industrialmente
M. F. Guevara
Aplicación Industrial de Microorganismos
Los compuestos de interés
Los mismos microorganismos (biomasa)
Metabolitos primarios y secundarios
Los microorganismos utilizados industrialmente
M. F. Guevara
Aplicación Industrial de Microorganismos
Manejo de los cultivos Microbiológicos
1. Aislamiento del microorganismo2. Conservación del microorganismo3. Preparación del medio de cultivo en el
que se desarrolla4. Preparación del inóculo5. Escalamiento6. Producción industrial
M. F. Guevara
Aplicación Industrial de Microorganismos
Manejo de los cultivos Microbiológicos
M. F. Guevara
Aplicación Industrial de Microorganismos
Técnicas para obtener cultivos puros
Mantenimiento de los microorganismos
ResiembraDesecaciónCongelación Liofilización
Estriado en caja PetriDiluciones en serie
Manejo de los cultivos Microbiológicos
M. F. Guevara
Aplicación Industrial de Microorganismos
Manejo de los cultivos Microbiológicos
M. F. Guevara
Aplicación Industrial de Microorganismos
Requerimientos nutricionales
Agua EnergíaCarbonoNitrógenoMineralesVitaminas
Manejo de los cultivos Microbiológicos
M. F. Guevara
Aplicación Industrial de Microorganismos
Requerimientos ambientales pH
Temperatura
Medios de Cultivo
SelectivoDiferencial
Sintético o definidoComplejo o natural
Manejo de los cultivos Microbiológicos
M. F. Guevara
Aplicación Industrial de Microorganismos
La preparación del inóculo La recuperación
de la cepaCantidad del inóculoConcentración del inóculo
Levaduras
Introducción a los hongos Micología
Estudia los hongos filamentosos llamados mohos y los hongos unicelulares llamados levaduras
Los hongos son eucariotasPoseen una pared gruesa semejante a
la pared de las células vegetalesNo son fotosintéticosSon heterótrofos
Saprófitos o parásitos
M. F. Guevara
Levaduras
Levaduras Se encuentran en la mayoría de las frutas
y de las flores y en los exudados de las plantas
Fermentan azúcares, produciendo CO2 y etanol
Pueden crecer en medios de cultivo que se utilizan para bacteriasMedios con pH bajo (4.5 – 5.5) para
inhibir bacteriasAgares y caldos de extracto de malta o
extracto de levadura. Jugos de fruta o vegetales
M. F. Guevara
Levaduras
Levaduras Agrupadas en 350 especies, clasificadas
en 39 géneros Muy heterogéneas en su morfología y
fisiología Habitualmente son unicelulares Algunas pueden presentar micelio
Las condiciones ambientales influyen para que los hongos crezcan como filamentos o como levaduras (dimorfismo)
Se encuentran ampliamente distribuidas en la naturaleza La mayoría son saprófitas Otras son parásitas facultativas u obligadas
M. F. Guevara
Levaduras
Fisiología del Crecimiento y Metabolismo
Son relativamente grandes 1-5 µm x 5 a 30 µm
M. F. Guevara
Levaduras
Fisiología del Crecimiento y Metabolismo
M. F. Guevara
Levaduras
Fisiología del Crecimiento y Metabolismo
Reproducción asexual La mayoría se reproducen por gemación y
unas pocas por fisión binaria
M. F. Guevara
Levaduras
Fisiología del Crecimiento y Metabolismo
Reproducción asexual La mayoría se reproducen por gemación y
unas pocas por fisión binaria
M. F. Guevara
Levaduras
M. F. Guevara
Reproducción Sexual
Se da por medio de la formación de esporas sexuales, se unen núcleos compatibles y una división meiótica
Levaduras
M. F. Guevara
Reproducción Sexual
Levaduras
M. F. Guevara
Requerimientos Nutricionales
Generalizaciones: Los azúcares constituyen el mejor alimento
energético de las levaduras Nitrógeno: ion amonio (NH4
+) Azufre: sulfato (SO4
-2) Potasio, magnesio, sodio y calcio Boro, cobre, zinc, manganeso, hierro, iodo y
molibdeno
Levaduras
M. F. Guevara
Requerimientos Nutricionales Uvas, duraznos y bananas contienen
aproximadamente la misma cantidad de fructosa que de glucosa
Manzanas o peras tienen mucha mayor proporción de fructosa que de glucosa
Saccharomyces cerevisiae: La búsqueda de cepas de levadura con mayor
preferencia y tolerancia por fructosa es un objetivo importante para la industria de la fermentación, en general, y especialmente para los enólogos.
Levaduras
M. F. Guevara
Requerimientos Nutricionales
S. cerevisiae T73 En función de diversas concentraciones de fructosa
Levaduras
M. F. Guevara
Requerimientos Nutricionales
Levaduras
M. F. Guevara
Requerimientos Nutricionales
Levaduras
M. F. Guevara
Requerimientos Nutricionales Klebsiella oxytoca
Se registra crecimiento máximo a 2% de glucosa
Pero sobre este valor decrece linealmente Respuesta similar para Actinobacillus
succinogenes
Levaduras
M. F. Guevara
Condiciones ambientales requeridas para el crecimiento
Oxígeno Las levaduras crecen bajo condiciones aerobias
Estrictas. Levaduras oxidativas Facultativas. Levaduras fermentativas
pH En general se desarrollan mejor en medios ácidos
Pero pueden tolerar rangos de 2 a 8
Temperatura Generalmente crecen en un rango de 0 a 50ºC
La mayoría de saprófitas tienen temperaturas óptimas entre 22 y 30ºC
Levaduras
M. F. Guevara
Importancia Económica Tradicionalmente, las levaduras han sido utilizadas en
la industria para la producción de etanol y de dióxido de carbono
Producción de elementos de nutrición humana y animal a partir de desechos industriales: vitaminas, grasas, proteínas Disminuye la contaminación ambiental
La levadura comercial de mayor importancia es S. cerevisiae pues presenta muchas variedades con diferentes características y aplicaciones Cerveza Vino Suplemento alimenticio Enzimas, glicerina y saborizantes
Levaduras
M. F. Guevara
Importancia Económica Candida utilis
Crece aeróbicamente principalmente en desechos líquidos de la industria del papel
Las células obtenidas se concentran y se secan
Kluyveromyces fragilis y K. lactis son levaduras que pueden utilizar la lactosa
Levaduras
M. F. Guevara
Importancia Económica Levaduras salvajes
Muchas veces las levaduras se encuentran como contaminantes en la industria de la fermentación Interfieren en el buen rendimiento de los procesos
Provienen de otra fuente que no es el cultivo puro utilizado en las diferentes industrias
Levaduras
Temperatura Solamente unas pocas pueden desarrollar
cerca de 0ºC, entre las que se encuentran Yarrowia lipolytica, Debaryomyces hansenii y Pichia membranaefaciens
M. F. Guevara
Levaduras
Fisiología del Crecimiento y metabolismo
La mayoría de las levaduras que causan deterioro de alimentos crece a una actividad de agua mínima.
En general las levaduras toleran mejor altas concentraciones de azúcar que de sal. Entre las que prefieren substratos salados se hallan Stephanoascus ciferrii, Debaryomyces hansenii
M. F. Guevara
Levaduras
Fisiología del Crecimiento y metabolismo
pH Pichia membranaefaciens pueden crecer a
1,3-1,7 si el acidulante es un ácido inorgánico.
M. F. Guevara
Levaduras
Fisiología del Crecimiento y metabolismo
Las levaduras del género Rhodotorula son especialmente tolerantes a los medios alcalinos
Saccharomycodes no crecen a pH mayor que 8
M. F. Guevara
Levaduras
Fisiología del Crecimiento y metabolismo
Tipos de Fermentación Fermentación Alcohólica Fermentación Ácido Láctica
M. F. Guevara
Fermentación
Organismo Producción
Acetobacter aceti Vinagre
Leuconostoc oenos Vino
Saccharomyces cerevisiae Cerveza
FAO Corporate Document Repository. Basic Principles Of Fermentation
Levaduras del Género Saccharomyces son fermentadores enérgicos de los azúcares pero pronto detienen su crecimiento y multiplicación por falta de oxígeno.
Zygosaccharomyces bailii fermentan glucosa más rápidamente bajo condiciones aerobias que anaerobias
Hexosas y oligosacáridos: fermentados por las levaduras
Pueden asimilar: pentosas, alcoholes, ácidos orgánicos, aminoácidos y glicósidos
M. F. Guevara
Fermentación
Significados de Fermentación Cualquier proceso que implique el
cultivo en masa de microorganismos Cualquier proceso biológico que se
produzca en ausencia de oxígeno Deterioro de los alimentos Producción de bebidas alcohólicas
M. F. Guevara
Fermentación
Imagen tomada de Frutos Aragón Imagen tomada de: Brunnen
Levaduras son organismos aerobios Especies fermentadoras Especies NO fermentadoras
Levaduras del Género Saccharomyces son fermentadores enérgicos de los azúcares pero pronto detienen su crecimiento y multiplicación por falta de oxígeno
Z. bailii fermentan glucosa más rápidamente bajo condiciones aerobias que anaerobias
M. F. Guevara
Levaduras
Fisiología del Crecimiento y metabolismo
Hexosas y oligosacáridos: fermentados por las levaduras
Pueden asimilar: pentosas, alcoholes, ácidos orgánicos, aminoácidos y glicósidos
Las fuentes comunes de nitrógeno son amonio, urea y aminoácidos
Muchas especies sintetizan todas las vitaminas necesarias
Pueden requerir biotina y diferentes compuestos como tiamina y adenina
M. F. Guevara
Fisiología del Crecimiento y metabolismo
Levaduras
Aceite esencial de ajo Aceites esenciales de cebolla,
orégano y tomillo Cafeína presente en cacao,
café, yerba mate y té
Fisiología del Crecimiento y metabolismo
Algunos Inhibidores naturales
Levaduras
La contaminación por Lactobacillus sp. es la mayor causa de reducción de la formación de etanol por S. cerevisiae en las plantas de producción para combustible, y en las cervecerías Pediococcus sp. es el responsable de sabores desagradables
Fisiología del Crecimiento y metabolismo
Interacciones microbianas
En la producción de salsa de soja, las bacterias lácticas reducen el pH favoreciendo la fermentación por las levaduras
Levaduras
Las levaduras oxidativas como P. membranaefaciens producen niveles inaceptables de acetaldehído, ésteres y ácido acético en vinos
Las especies fermentativas Z.bailii, D. intermedia y S. ludwigii causan una carbonatación excesiva, sedimento, turbiedad, ácidos y ésteres desagradables
Fisiología del Crecimiento y metabolismo
Levaduras
El suelo es el mayor reservorio Aunque están ampliamente distribuidas en la
naturaleza: Hojas Flores Frutos Piel Cuero Plumas Tracto digestivo de animales herbívoros y omnívoros Insectos
Fisiología del Crecimiento y metabolismo
Levaduras
Distribución
Ambientes acuáticos (ríos, lagos y regiones marinas costeras)
Todas aquellas levaduras y organismos levaduriformes que son capaces de constituir y perpetuar poblaciones en el medio marino, o aquellas que se reproducen y crecen preferentemente en el mar, o en condiciones óptimas a las concentraciones normales de sales en el mar, entre 2.4 y 4.0 por ciento de sal de mar (cloruro de sodio). No excluye a las levaduras que también son capaces de ocupar, o aun preferir, nichos ecológicos no marinos.
Origen: Erosión Pueden originarse de la fauna y flora acuática
Fisiología del Crecimiento y metabolismo
Levaduras
Levaduras Marinas
Fisiología del Crecimiento y metabolismo
Levaduras
Levaduras Marinas
Recurso para la producción a gran escala de antibióticos, enzimas, vitaminas y proteína unicelular
Se ha demostrado su potencial como fuente de agentes antivirales, antitumorales, surfactantes (tensoactivos) y polímeros
propiedades atractivas para la industria: Bajas concentraciones de fuentes de carbono El agua de mar favorece su reproducción en
forma selectiva y reduce los riesgos de contaminación
Fisiología del Crecimiento y metabolismo
Levaduras
Levaduras Marinas
En ambientes acuáticos, la mayoría de las levaduras probablemente se encuentran creciendo en condiciones sub-óptimas, y para sobrevivir requieren de sitios de reproducción como sedimentos, detritos o asociarse a organismos acuáticos.
La adhesividad puede ayudarles a colonizar y eventualmente incrementar su población en el intestino de los peces Alta capacidad de colonización Probióticos
Fisiología del Crecimiento y metabolismo
Levaduras
Levaduras Marinas
Enzima superóxido-dismutasa, se ha usado en medicina para controlar los efectos indeseables radioterapia quimioterapia enfermedades inflamatorias reumatismo La levadura marina D. hansenii produce la
enzima superóxido-dismutasa de cobre y cinc acción anti-inflamatoria siendo eficaz frente a
agentes anti-inflamatorios de marca
Fisiología del Crecimiento y metabolismo
Levaduras
Levaduras Marinas
Las levaduras constituyen la causa más probable de alteración de productos como frutas y bebidas sin alcohol contienen azúcares fermentables
Las levaduras comúnmente asociadas con el deterioro de las frutas secas incluye Z. rouxii y especies de los géneros Hanseniaspora, Candida, Debaryomyces y Pichia
Fisiología del Crecimiento y metabolismo
Levaduras
Perjuicios
El deterioro de los jugos de frutas y derivados está influenciado por la presencia de conservantes ácido sórbico, ácido benzoico o dióxido de azufre,
solos o combinados. Z. bailii es tolerante a la acidez y muy resistentes
a los conservantes ácidos Fermenta intensamente la glucosa y fructosa
produciendo dióxido de carbono en tal cantidad que eleva la presión del producto envasado a más de 500 kPa (5 kg/cm2 aprox.) produciendo distorsión de los envases plásticos o estallido de los de vidrio
Fisiología del Crecimiento y metabolismo
Levaduras
Perjuicios
Aplicaciones Industriales
Levaduras
Tolerancia a concentraciones elevadas de etanol (hasta 18% en comparación de 1 a 4% de otras levaduras)
Poder acidificante y tolerancia a pH 3 -4 Inocuidad comprobada Fácil separación del producto Alta productividad Posibilidad de manipulación genética Estabilidad genética
Aplicaciones Industriales
Levaduras
Ventajas tecnológicas de S. cereviciae
Producción de levadura para panadería Aditivos alimenticios agrícolas Complementos nutricionales Extracto de levadura para Microbiología Suministro de levadura para uso
industrial
Aplicaciones Industriales
Levaduras
S. cereviciae como biomasa
Elaboración de vino Elaboración de licores Producción de alcohol industrial Elaboración de cerveza
Saccharomyces cerevisiae var. cerevisiae: levadura de las fermentaciones “ale”, destilerías, panadería, vinatería, alcohol industrial, productos nutricionales.
S. cerevisiae var. uvarum: levadura de las fermentaciones “lager”.
S. cerevisiae var. bayanus: levadura de vinos
S. cerevisiae var. fermentati: producción de jerez
Aplicaciones Industriales
Levaduras
S. cereviciae como fermentadora
En el siglo 12 a.C ya se conocía Las plantas de producción de levadura se crearon en el
siglo 19 (Holanda) Alimentación controlada de azúcar a los mostos en
fermentación materia prima
Granos Reemplazo por melazas de remolacha
Especie Saccharomyces uvarum Saccharomyces cerevisiae Candida, Hansenula y Zygosaccharomyces
Aplicaciones Industriales
Levaduras
Producción de levadura en panificación
Mejoramiento genético Propiedades relacionadas con la producción:
crecimiento rápido altos rendimientos a partir de las melazas poder fermentativo estabilidad del producto
Genes: ciclos de la glicolisis y de los ácidos tricarboxilicos metabolismo del nitrógeno y en la síntesis de
hidratos de carbono de reserva
Aplicaciones Industriales
Levaduras
Producción de levadura en panificación
Mejoramiento genético Las cepas de levadura que han sido
desarrolladas en los últimos años: insulina hormona de crecimiento bovina vacuna contra la hepatitis B
Aplicaciones Industriales
Levaduras
S. cereviciae en Laboratorio
Top Related