mo de las fermentaciones

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TEMA 2. Principales organismos utilizados en las fermentaciones alimentarias TEMA 2. PRINCIPALES MICROORGANISMOS UTILIZADOS EN LAS FERMENTACIONES ALIMENTARIAS 2.1. Introducción 2.2. Levaduras 2.2.1. Características generales 2.2.2. Reproducción de levaduras 2.2.3. Ciclo fermentativo (S. cerevisiae) 2.2.4. Levaduras de interés industrial 2.2.5. Genética de levaduras (S. cerevisiae) 2.2.6. Producción de alimentos fermentados 2.2.7. Ventajas de S. cerevisiae en las fermentaciones alimentarias 2.3. Bacterias lácticas 2.3.1 Características generales 2.3.2. Principales familias 2.3.3. Ciclos fermentativos a)Vía homofermentativa b)Vía heterofermentativa c) Vía de Bifidobacterium 2.3.4. Producción de alimentos fermentados 2.3.5. Bacterias lácticas para la producción de aditivos 2.3.6. Ventajas de las bacterias lácticas en fermentaciones alimentarias 2.3.7. Desventajas de las bacterias lácticas en fermentaciones alimentarias 2.3.8. Caracteres genéticos codificados en plásmidos de L. lactis

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TEMA 2. Principales organismos utilizados en las fermentaciones alimentarias

TEMA 2. PRINCIPALES MICROORGANISMOS

UTILIZADOS EN LAS FERMENTACIONES

ALIMENTARIAS

2.1. Introducción

2.2. Levaduras

2.2.1. Características generales

2.2.2. Reproducción de levaduras

2.2.3. Ciclo fermentativo (S. cerevisiae)

2.2.4. Levaduras de interés industrial

2.2.5. Genética de levaduras (S. cerevisiae)

2.2.6. Producción de alimentos fermentados

2.2.7. Ventajas de S. cerevisiae en las fermentaciones alimentarias

2.3. Bacterias lácticas

2.3.1 Características generales

2.3.2. Principales familias

2.3.3. Ciclos fermentativos

a)Vía homofermentativa

b)Vía heterofermentativa

c) Vía de Bifidobacterium

2.3.4. Producción de alimentos fermentados

2.3.5. Bacterias lácticas para la producción de aditivos

2.3.6. Ventajas de las bacterias lácticas en fermentaciones

alimentarias

2.3.7. Desventajas de las bacterias lácticas en fermentaciones

alimentarias

2.3.8. Caracteres genéticos codificados en plásmidos de L. lactis

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TEMA 2. Principales organismos utilizados en las fermentaciones alimentarias

2.3.9. Bacterias lácticas como alterantes de alimentos

2.3.10. Carácter probiótico de cepas de bacterias lácticas

2.4. Bacterias acéticas

2.4.1. Características generales

2.4.2. Principales géneros

2.4.3. Familias

2.4.4. Ciclo fermentativo

2.5. Bacterias propiónicas

2.5.1 Características generales

2.5.2. Ciclo fermentativo

2.6. Bacterias del ácido glutámico

2.6.1 Características generales

2.6.2. Ciclo fermentativo

2.7. Mohos

2.7.1 Características morfológicas

2.7.2. Principales géneros

2.7.3. Mohos de uso industrial

2.7.4. Mohos utilizados en la producción de enzimas

2.7.5. Tecnología de mohos

Page 3: MO de Las Fermentaciones

TEMA 2. Principales organismos utilizados en las fermentaciones alimentarias

FERMENTACIÓN

� Reacciones internamente balanceadas

� Oxidación parcial de los átomos de C ⇒⇒⇒⇒ generación parcial de E

� Oxidación ⇒⇒⇒⇒ Liberación de E (catabolismo) ⇔⇔⇔⇔ Reducción ⇒⇒⇒⇒

Consumo de E (anabolismo)

Mecanismo por el cual los microorganismos sintetizan ATP

(energía) como resultado de reacciones de óxido-reducción que implican

compuestos orgánicos

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TEMA 2. Principales organismos utilizados en las fermentaciones alimentarias

1. Energía ⇒⇒⇒⇒ ATP ⇒⇒⇒⇒ fosforilación a nivel de sustrato

2. Eq. O-R (eliminación de e- ⇒⇒⇒⇒ productos de fermentación)

Producción de compuestos de alta energía

Compuestos orgánicos con grupos fosfato o CoA

(hidrólisis exotérmica)

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TEMA 2. Principales organismos utilizados en las fermentaciones alimentarias

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TEMA 2. Principales organismos utilizados en las fermentaciones alimentarias

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TEMA 2. Principales organismos utilizados en las fermentaciones alimentarias

LEVADURAS

CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LEVADURAS

� Hongos unicelulares

� Grupo de microorganismos hetereogéneo (comprende 60 géneros y unas

500 especies)

Saccharomyces cerevisiae

� Hongo ascomiceto unicelular

� División por gemación

� Capacidad para la reproducción sexual

� Producto principal de la fermentación ⇒ etanol y CO2

� Microorganismo eucariota modelo (ciclo celular, bioquímica, genética,

etc.)

Page 8: MO de Las Fermentaciones

TEMA 2. Principales organismos utilizados en las fermentaciones alimentarias

REPRODUCCIÓN DE LEVADURAS

Page 9: MO de Las Fermentaciones

TEMA 2. Principales organismos utilizados en las fermentaciones alimentarias

GEMACIÓN

� Formación de yema desde la madre

� No se forman yemas sobre el mismo lugar

� Nº de yemas por célula limitado (hasta 45)

� Gemación de levaduras haploides (más común) o diploides

Page 10: MO de Las Fermentaciones

TEMA 2. Principales organismos utilizados en las fermentaciones alimentarias

REPRODUCCIÓN SEXUAL

� Clasificación de levaduras esporógenas (f) fase vegetativa (haploide ⇒

Zygosaccharomyces; diploide ⇒ S. cerevisiae)

� Reproducción sexual ⇒ Formación de ascosporas

� Factores que pueden influir en la esporulación

• Heterotalismo

• Composición del medio

• Reducción en la concentración de oxígeno

• Temperatura

� Presentan dos tipos conjugativos distintos (sistema bipolar)

� S. cerevisiae (α y a), Saccharomycopsis elipytica (A y B), Schizocaccharomyces

pombe (+ y –)

� Sólo se conjugan tipos distintos (Heterogénesis)

� Tipos conjugativos ⇒ oligopéptidos de la membrana celular distintos

Page 11: MO de Las Fermentaciones

TEMA 2. Principales organismos utilizados en las fermentaciones alimentarias

REPRODUCCIÓN SEXUAL

� Cultivo axénico ⇒ formación de diploides???

� Cambio en el tipo conjugativo de la célula

Page 12: MO de Las Fermentaciones

TEMA 2. Principales organismos utilizados en las fermentaciones alimentarias

CICLO FERMENTATIVO

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TEMA 2. Principales organismos utilizados en las fermentaciones alimentarias

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TEMA 2. Principales organismos utilizados en las fermentaciones alimentarias

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TEMA 2. Principales organismos utilizados en las fermentaciones alimentarias

GENÉTICA DE LEVADURAS (S. cerevisiae)

� Células haploides de S. cerevisiae ⇒ 16 cromosomas

� Hibridación para el “mapeado” genético

� Tamaño de cromosomas ⇒ 245.000 a 2.200.000 pares de bases

� Secuencia completa del genoma

� Obtención de mutantes mediante técnicas clásicas e ingeniería genética

� Uso de plásmidos

MEJORA DE LAS CEPAS

� Cambios introducidos en levaduras de panadería

• ↑ velocidad de crecimiento en presencia de concentraciones

inhibidoras de ácido acético

• Adaptación a la maltosa en presencia de glucosa

• ↓ duración de la fase de latencia en presencia del 20% de azúcar

� Cambios introducidos en levaduras de vinificación

• Producción de ↑ tasa de glicerol

• Factor killer

• Aceleración de autólisis para vinos espumosos

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TEMA 2. Principales organismos utilizados en las fermentaciones alimentarias

PRODUCCIÓN DE ALIMENTOS FERMENTADOS

� Levaduras de panadería y productos de panificación

� Levaduras de cervecería y cervezas

� Levaduras de vinificación y vinos

� Levaduras de destilación y licores

� levaduras para alimentación animal y humana

� productos derivados de las levaduras (autolisados, etc)

� producción de etanol industrial y carburante

VENTAJAS DE S. CEREVISIAE EN LAS FERMENTACIONES

ALIMENTARIAS

� Crecimiento rápido sobre sustratos ricos en azúcar (malta, mosto,

harina)

� El etanol y el CO2 inhiben el crecimiento de microorganismos

competidores

� Factor Killer para competir con otras levaduras

� Poco exigentes respecto a los nutrientes

� Tolerancia al SO2 utilizado en vinificación

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TEMA 2. Principales organismos utilizados en las fermentaciones alimentarias

BACTERIAS LÁCTICAS

CARACTERÍSTICAS GENERALES

� Bacterias Gram positivas

� Forma de cocos (Streptococos) o bacilos (Lactobacilos)

� Anaerobios facultativos (excepto en el intestino de animales)

� Producción de ácido láctico a partir de glucosa (como único o principal

producto)

� Homofermentativas, heterofermentativas y bifidobacterium

� Catalasas negativas (excepto en medios ricos en hemo o manganeso)

� Manganeso ⇒ protección frente a oxígeno comparable a la acción de

superóxido-dismutasas (2 Mn2+ + 2 O2•- → 2 MnO2+)

� Complejas necesidades de factores de crecimiento ⇒ Aparición en leche

� Tolerantes a pH ácidos (pH = 5)

� Producción de alimentos de textura filante o espesa (dextrosa) ⇒

crecimiento en medios hipersacarosados (Leuconostoc mesenteroides)

� Suelen presentar auxotrofías diversas (aminoácidos, vitaminas y bases

nitrogenadas)

� Útiles como conservantes de alimentos

� También pueden causar deterioro en alimentos

Page 18: MO de Las Fermentaciones

TEMA 2. Principales organismos utilizados en las fermentaciones alimentarias

CICLOS FERMENTATIVOS

A) CICLO HOMOFERMENTATIVO

� Ruta de Embden-Meyerhof

� Un solo producto de fermentación (ácido láctico)

� A veces existe producción de formato, etano o acetato por desviación a

Acetil CoA

� Producción de dos moléculas de ATP a partir de glucosa

� No existe producción de CO2

B) CICLO HETEROFERMENTATIVO

� Varios productos de fermentación (principalmente ácido láctico, además

etanol, CO2, diacetilo, etc.)

� No fructosa-difosfato-aldolasa (sin ruptura de fructosa-bifosfato a triosa

fosfato)

� Degradación de glúcidos por la vía de las pentosas fosfatos o de las

hexosas fosfato

� Oxidación de glucosa-6-fosfato a 6-fosfogluconato

� Descarboxilación para producir pentosa fosfato

� Fosfocetolasa (ruptura a triosa fosfato y acetil fosfato)

� Producción de una molécula de ATP a partir de glucosa

� Producción de CO2 (descarboxilación del fosfoglucanato)

� Condiciones de anaerobiosis ⇒ oxidación por medio de una

flavoproteína

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TEMA 2. Principales organismos utilizados en las fermentaciones alimentarias

Page 20: MO de Las Fermentaciones

TEMA 2. Principales organismos utilizados en las fermentaciones alimentarias

C) CICLO DE BIFIDOBACTERIUM

� Bacilos heterofermentativos

� Transformación de fructosa-6-fosfato en eritrosa-4-fosfato y acetil-fosfato

� Reordenación de eritrosa-4-fosfato a heptosa-fosfato y triosa-fosfato

� Posterior transformación a acetil-fosfato y gliceraldehído-3-fosfato

� Diferencia fundamental con la vía heterofermentativa ⇒ no producen

CO2

2 Glucosa hexoquinas

a 2 ATP 2 ADP

Glucosa-6-fosfato Glucosa-6-fosfato glucosa-6-fosfato isomerasa

glucosa-6-fosfato isomerasa

Fructosa-6-fosfato Fructosa-6-fosfato

transaldolasa

Pseudoheptulosa-7-fosfato

fructosaquinasa

Fructosa ATP ADP

fructosa-6-fosfato fosfocetolasa Eritrosa-4-fosfato Gliceraldehido-3-fosfato

transcetolasa Ribosa-5-fosfato Xilulosa-5-fosfato

Acetil-fosfato Acetato Acetato quinasa

ATP ADP

ribosa-5-fosfato isomerasa

Ribulosa-5-fosfato ribosa-5-fosfato epimerasa

Xilulosa-5-fosfato

xilulosa-5-fosfato fosfocetolasa

2 Acetil-fosfato 2 Gliceraldehido-3-fosfato

2 ATP

2 ADP Acetato quinasa

2 Acetato 2 NADH+

2 NAD

2 Ácido 1,3-difosfoglicérico

2 ATP

2 ADP

Fosfoenolpirúvico

2 ATP

2 ADP

Pirúvico

2 NADH+

2 NAD

2 Lactato

Ganancia neta = 3 ATP (2 acetato + 2 lactato) por cada 2 moléculas de glucosa fermentada Otros productos (acetato, formiato, glicerol) se forman por rutas alternativas

2 ATP 2 ADP

2 Pi

Page 21: MO de Las Fermentaciones

TEMA 2. Principales organismos utilizados en las fermentaciones alimentarias

PRINCIPALES FAMILIAS

a)Streptococcaceae

� Homofermentativos

� Producción de ácido láctico L(+)

� Células en pares o cadenas

� Streptococcus

� Enterococcus (patógenos)

� Lactococcus

Page 22: MO de Las Fermentaciones

TEMA 2. Principales organismos utilizados en las fermentaciones alimentarias

� Leuconostoc

� Heterofermentativos

� Ácido láctico D(-), etanol y CO2

� Células en pares o cadenas

� Parecidos morfológicamente a Streptococcus

� Oenococcus

� Pediococcus

� Homofermentativos

� Producción de ácido láctico L(+)

� Células en pares o tetradas

b)Lactobacillaceae

� Producción de ácido láctico L(+)

� Forma bacilar

� Generalmente inmóviles

� La mayoría son aerotolerantes

� Grandes exigencias nutritivas

� Más de 70 especies reconocidas

Page 23: MO de Las Fermentaciones

TEMA 2. Principales organismos utilizados en las fermentaciones alimentarias

� Lactobacillus

� Thermobacterium

� Homofermentativos

� L. casei, L. alimentaricus, L. bavaricus, L. carnis, L. Plantarum

Lactobacillus casei

� Streptobacterium

� Heterofermentativos facultativos

� L. delbrueckii, L. acidophillus, L. bulgaricus, L. gasseri, L. helveticus, L.

Jensenii

Lactobacillus bulgaricus

Page 24: MO de Las Fermentaciones

TEMA 2. Principales organismos utilizados en las fermentaciones alimentarias

� Betabacterium

� Heterofermentativos obligatorios

� L. kefir, L. brevis, L. buchneri, L. cellobiosus, L. Fermentum

Lactobacillus brevis

� Bifidobacterium (Lb. bifidus)

� Hábitat más común ⇒ intestino de lactantes

� Distinto ciclo fermentativo

� Cepas probióticas ⇒ alimentos funcionales y nutracéuticos

Bifidobacteria bifidum Bifidobacteria longum

Bifidobacteria adolescentis Bifidobacterium breve

Page 25: MO de Las Fermentaciones

TEMA 2. Principales organismos utilizados en las fermentaciones alimentarias

PRODUCCIÓN DE ALIMENTOS FERMENTADOS (SOLAS O EN

COMBINACIÓN CON LEVADURAS U HONGOS)

� Queso

� Yogur, kéfir y otros productos lácteos fermentados (incluyendo

probióticos)

� Embutidos

� Encurtidos (pepinillos, aceitunas)

� Sauerkraut

� Pescado fermentado

� Algunos tipos de pan

� Papillas de mandioca o tapioca

� Papillas de cererales

� Vino (fermentación maloláctica)

� Bebidas alcohólicas a partir de frutos tropicales o cereales

BACTERIAS LÁCTICAS PARA LA PRODUCCIÓN DE ADITIVOS

� Producción de ácido láctico

� Producción de diacetilo

� Producción de bacteriocinas (nisina) ⇒ conservante en industria

alimentaria

� Producción de polisacáridos extracelulares (dextranos)

Page 26: MO de Las Fermentaciones

TEMA 2. Principales organismos utilizados en las fermentaciones alimentarias

VENTAJAS DE LAS BACTERIAS LÁCTICAS EN FERMENTACIONES

ALIMENTARIAS

� Crecimiento rápido en los sustratos alimentarios

� Anaerobiosis facultativa

� Rápido descenso de pH

� Resistencia a pH ácido

� Producción de sustancias antimicrobianas (bacteriocinas)

� Actividad protelítica limitada

DESVENTAJAS DE LAS BACTERIAS LÁCTICAS EN FERMENTACIONES

ALIMENTARIAS

� Sensibilidad a fagos de algunas cepas industriales

� Inestabilidad genética de algunos caracteres tecnológicos relevantes

� Requerimientos nutricionales complejos (vitaminas y aminoácidos)

Page 27: MO de Las Fermentaciones

TEMA 2. Principales organismos utilizados en las fermentaciones alimentarias

CARACTERES GENÉTICOS CODIFICADOS EN PLÁSMIDOS DE L.

LACTIS

� Transporte y metabolismo de lactosa

� Degradación de caseína por la proteasa de pared

� Transporte de citrato y de oligopéptidos

� Protección frente a fagos

� Formación de polisacárido extracelular

� Producción e inmunidad frente a bacteriocinas

� Resistencia a antibióticos

BACTERIAS LÁCTICAS COMO ALTERANTES DE ALIMENTOS

� Producción de aminas biogénicas

� Fermentación maloláctica indeseada

� Picado láctico de los vinos

� Alteraciones en la cerveza

� Industria azucarera

� Productos lácteos

Page 28: MO de Las Fermentaciones

TEMA 2. Principales organismos utilizados en las fermentaciones alimentarias

CARÁCTER PROBIÓTICO DE CEPAS DE BACTERIAS LÁCTICAS

DEFINICIÓN

Microorganismos vivos que cuando son ingeridos en cantidades suficientes

tienen efectos beneficiosos sobre la salud, lo que va más allá de los efectos

nutricionales convencionales

� Principales vehículos para la adición de cepas probióticas ⇒ leches

fermentadas

� Cepas usuales ⇒ de los géneros Lactobacillum y Bifidobacterium

CEPAS PROBIÓTICAS

Bacterias del género LactobacillusLb. acidophilus Lb. acidophilus LC1 Lb. acidophilus NCFB 1748

Lb. plantarum Lb. casei

Lb. casei inmunitas Lb. casei Shirota

Page 29: MO de Las Fermentaciones

TEMA 2. Principales organismos utilizados en las fermentaciones alimentarias

Lb. rhamnosus (cepa GG) Kaiku actif Lb. delbruekii subesp. Bulgaricus Lb. Fermentum Lb. helveticus Bacterias del género Bifidobacterium B. bifidum ⇒ Bifidus essensis Bifidus lactis B. longum B. infantis B. brevisB. adolescentis

Otras bacterias Streptococcus salvarius subesp. thermophilus Lactococcus lactis subesp. thermophilus Lactococcus lactis subesp. cremoris Enterococcus faeciumLeuconostoc mesenteroides subesp. dextranicum Propionibacterium freudenreichii Pediococcus acidilacticiCRITERIOS APLICADOS A LAS CEPAS

PROBIÓTICAS

� Microorganismos de origen humano

� Resistentes a las condiciones ácidas del estómago, bilis y enzimas

digestivas

� Preferiblemente aislado de otras especies microbianas

Page 30: MO de Las Fermentaciones

TEMA 2. Principales organismos utilizados en las fermentaciones alimentarias

� Capaces de colonizar el intestino humano

� Efecto beneficioso para la salud del consumidor

� Células viables en número suficiente

� Seguras para el consumo humano (GRAS)

� Buenas propiedades sensoriales

� Eficacia científicamente probada

EFECTOS BENEFICIOSOS

� Prevención de la intolerancia a la lactosa

� Resistencia a patógenos entéricos

� Protección frente al cáncer de colon

� Estimulación de la respuesta inmune

� Prevención de alergias

� Efecto antihipertensivo

� Reducción de los niveles de colesterol (protección cardiovascular)

� Prevención de infecciones del tracto urogenital

� Prevención de úlceras debidas a Hellicobacter pylori

Page 31: MO de Las Fermentaciones

TEMA 2. Principales organismos utilizados en las fermentaciones alimentarias

BACTERIAS ACÉTICAS

CARACTERÍSTICAS GENERALES

� Móviles (flagelación perítrica o polar)

� Oxidación completa de alcoholes (p.ej. etanol)

� Producción de ácidos orgánicos (ácido acético)

� Oxidación a pH ácido (pH < 5)

� Asociación con zumos alcohólicos

� Posible origen a partir de Pseudomonas

� Reconocimiento en placas de agar-CaCO3 que contengan etanol

Acetobacter aceti

Page 32: MO de Las Fermentaciones

TEMA 2. Principales organismos utilizados en las fermentaciones alimentarias

PRINCIPALES GÉNEROS

� Familia Acetobacteriaceae

� Género Acetobacter

� Flagelación perítrica

� Oxida hasta CO2 el ácido acético (relacionado con la presencia de

un ciclo completo del ácido cítrico)

� Bacterias superoxidantes

� Género Gluconobacter (antes Acetomonas)

� Flagelación polar

� Bacterias suboxidantes

Page 33: MO de Las Fermentaciones

TEMA 2. Principales organismos utilizados en las fermentaciones alimentarias

CICLO FERMENTATIVO

� Oxidación de alcoholes primarios (etanol, butanol), secundarios (1,2-

propanodiol, 2,5-hexanodiol), polioles (glicerol, manitol, sorbitol),

monosacáridos (glucosa, fructosa, arabinosa, xilosa) y ácidos orgánicos

(ácido láctico, ácido glioxílico, ácido glucónico) completa e incompleta

Page 34: MO de Las Fermentaciones

TEMA 2. Principales organismos utilizados en las fermentaciones alimentarias

BACTERIAS PROPIÓNICAS

CARACTERÍSTICAS GENERALES

� Género Propionibacterium

� Medio neutro

� Aisladas, pares, pequeñas cadenas o grumos (aspecto de V, Y o letras

chinas)

� Morfológicamente parecidas a Corynebacterium ⇒ con pequeñas

protuberancias, a veces curvadas

� Aisladas por primera vez en queso Emmental

� Productos lácteos ⇒ Estómago de rumiantes

� Heterótrofas ⇒ Degradación de polialcoholes, ácidos y azúcares

principalmente

Propionibacterium

Page 35: MO de Las Fermentaciones

TEMA 2. Principales organismos utilizados en las fermentaciones alimentarias

CICLO FERMENTATIVO

� Queso ⇒ producción a partir de lactosa

� Producción de ácido propiónico, succínico, acético y diacetilo

� Expulsión de CO2 ⇒ formación de ojos en el queso

Page 36: MO de Las Fermentaciones

TEMA 2. Principales organismos utilizados en las fermentaciones alimentarias

BACTERIAS DEL ÁCIDO GLUTÁMICO

CARACTERÍSTICAS GENERALES

� Auxótrofas para la biotina, a veces también tiamina

� A veces requieren compuestos con grupos thiol, sales de hierro y

compuestos quelantes

� Principal aplicación industrial ⇒ producción de aminoácidos

(especialmente ácido glutámico)

� Cepas silvestres ⇒ bajos rendimientos

� Mejora de cepa mediante mutagénesis clásica e ingeniería genética

� Utilización de mutantes auxotróficos y reguladores

� Formación de ácido glutámico ⇒ Corynebacterium glutamicum

� Utilización de melazas o almidón hidrolizado junto con sales amónicas

� Adición de 0.5 µg/g de biotina al medio fermentativo

Corynebacterium glutamicum

Page 37: MO de Las Fermentaciones

TEMA 2. Principales organismos utilizados en las fermentaciones alimentarias

CICLO FERMENTATIVO

� Ruta de Embden-Meyerhof a partir de una hexosa

� Ciclo de los ácidos tricarboxílicos ⇒ formación de isocitrato

� Descarboxilación oxidativa de isocitrato a α-cetoglutarato

� Conversión a glutamato (junto con NH3)

Page 38: MO de Las Fermentaciones

TEMA 2. Principales organismos utilizados en las fermentaciones alimentarias

MOHOS

CARACTERÍSTICAS GENERALES

� Hongos multicelulares

� Aspecto aterciopelado o algodonoso

� Parte principal del hongo es blanca; a veces coloreada, oscurecida o como

ahumada

� Intervención en diversos procesos biotecnológicos

Page 39: MO de Las Fermentaciones

TEMA 2. Principales organismos utilizados en las fermentaciones alimentarias

CARACTERÍSTICAS MORFOLÓGICAS

� Base para su identificación y clasificación

� Constituidos por hifas (sumergidas o no) y micelio

� Hifas vegetativas (de crecimiento) y fértiles (órganos reproductores)

� Hifas septadas (con tabiques transversales) o no septadas

REPRODUCCIÓN

� A partir de un trozo de micelio (raro)

� Esporas asexuales

� Producidas en gran cantidad

� Pequeñas, ligeras y resistentes a la desecación

� Diseminación aérea para la formación de nuevos mohos

� Tres tipos principales:

1. Conidiosporas ⇒ Conidióforos (hifas fértiles)

Page 40: MO de Las Fermentaciones

TEMA 2. Principales organismos utilizados en las fermentaciones alimentarias

Conidióforo del tipo del Aspergillus del tipo del Penicillium

2. Artrosporas u oidios ⇒ Artrosporas (por fragmentación de hifa)

3. Esporangiosporas ⇒ Esporangióforos (hifas fértiles)

Page 41: MO de Las Fermentaciones

TEMA 2. Principales organismos utilizados en las fermentaciones alimentarias

� Esporas sexuales

� No septados

� Zigomicetos

���� Zigosporas

���� Unión de porciones apicales de dos hifas del mismo o semejante

micelio

���� Membrana de protección frente a desecación

���� Reproducción asexual ⇒ esporangios

Page 42: MO de Las Fermentaciones

TEMA 2. Principales organismos utilizados en las fermentaciones alimentarias

� Septados

� Ascomicetos

���� Ascosporas

���� Unión de dos células del mismo micelio o dos micelios separados

���� Ascosporas recogidas en asca (generalmente 8)

���� Ascas simples o agrupadas en una cubierta (ascocarpo)

���� Membrana de protección frente a desecación

���� Reproducción asexual ⇒ Conidios

Page 43: MO de Las Fermentaciones

TEMA 2. Principales organismos utilizados en las fermentaciones alimentarias

PRINCIPALES GÉNEROS

� Género Aspergillus

� Ascomiceto

� Esporas asexuales ⇒ Conidios

� No se conoce su ciclo sexual, pero por proximidad filogenética podría

considerarse un ascomiceto

� A. niger

� A. flavus

� A. oryzae

Page 44: MO de Las Fermentaciones

TEMA 2. Principales organismos utilizados en las fermentaciones alimentarias

� Género Penicillium

� Hongo filamentoso (crecimiento en forma de micelio)

� Ascomicetos

� Esporas asexuales ⇒ Conidios

� Septados, de micelio ramificado, generalmente incoloro

� Neutraliza el ácido láctico

� Genera aromas característicos

� P. Roqueforti

� P. Camemberti

Page 45: MO de Las Fermentaciones

TEMA 2. Principales organismos utilizados en las fermentaciones alimentarias

� Género Geotrichum

� Incluido a veces en los hongos en forma de levadura

� Masa firme con aspecto de fieltro que posteriormente se torna blanda y

cremosa

� Esporas asexuales (artrosporas)

� Geotrichum candidum

� Género Rhizopus

� Zigomicetos

� Esporas asexuales ⇒ esporangiosporas

� Masa algodonosa de color marrón negruzco

Page 46: MO de Las Fermentaciones

TEMA 2. Principales organismos utilizados en las fermentaciones alimentarias

� Género Mucor

� Zigomicetos

� Esporas asexuales ⇒ esporangiosporas

� Masa algodonosa de color marrón-negro grisáceo

Page 47: MO de Las Fermentaciones

TEMA 2. Principales organismos utilizados en las fermentaciones alimentarias

MOHOS INDUSTRIALES

A. niger

Características generales de Aspergillus niger

� Especie más importante de Aspergillus

� Hongo filamentoso (crecimiento en forma de micelio)

� Aerobio estricto

� Cabezuelas (esporas) grandes, muy apretadas y globulares

� Cabezuelas de color negro, castaño negruzco o castaño púrpura

� Conidios rugosos con bandas pigmentadas

� Producción de cítricos, ácido glucónico y diveras enzimas

� Gran versatilidad nutritiva

� No tiene requerimientos nutricionales especiales

Page 48: MO de Las Fermentaciones

TEMA 2. Principales organismos utilizados en las fermentaciones alimentarias

Ciclo fermentativo para la producción de ácido cítrico

� Ciclo de los ácidos tricarboxílicos

� No se libera CO2 durante la formación de citrato

� Enzima clave piruvato carboxilasa (incrementada por concentraciones

elevadas de azúcar)

� Inhibición de α-cetoglutarato deshidrogenasa ⇒ acumulación de citrato

� Necesario oxígeno disuelto

� pH < 2.0 (a pH superiores acumula ácido glucónico)

Page 49: MO de Las Fermentaciones

TEMA 2. Principales organismos utilizados en las fermentaciones alimentarias

Ventajas del uso de Aspergillus niger en la producción de aditivos y

enzimas de uso alimentario

� Producción abundante de conidios (inóculo)

� No produce antibióticos ni micotoxinas

� Es capaz de utilizar una gran diversidad de compuestos como fuente de

carbono y/o nitrógeno

� Comportamiento bien estudiado en condiciones industriales (producción

de ácido cítrico desde 1917)

� Filogenéticamente próximo a A. nidulans, modelo de hongo filamentoso

del que aprovecha muchas herramientas

Desventajas

� La principal desventaja es el crecimiento en forma de micelio (lo que

provoca condiciones no homogéneas en el fermentador)

Page 50: MO de Las Fermentaciones

TEMA 2. Principales organismos utilizados en las fermentaciones alimentarias

Aditivos y enzimas producidos por A. niger

� Ácido cítrico

� Ácido glucónico

� Ácido oxálico

� Ácido tartárico

� Proteasas

� Celulasas, hemicelulasas y pectinasas (producción de zumos y aceites

vegetales; degrada la pared celular y facilita la salida del líquido)

� Amilasas y glucoamilasas (industria del almidón)

� Glucosa oxidasa (evitar reacciones de Maillard)

� β-galactosidasa (producción de productos lácteos bajos en lactosa)

� Naringinasa (reduce el amargor de la naringina por desglicosidación)

A. flavus y oryzae

Características generales de A. flavus-oryzae

� Hongo filamentoso (crecimiento en forma de micelio)

� Aerobio estricto

� Cabezuelas de color verde amarillento

� Uso en alimentos orientales fermentados

� Gran versatilidad nutritiva

� No tiene requerimientos nutricionales especiales

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TEMA 2. Principales organismos utilizados en las fermentaciones alimentarias

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TEMA 2. Principales organismos utilizados en las fermentaciones alimentarias

P. roqueforti

� Conidios verde-azulados

� Uso en queso Roquefort y otros quesos de pasta azul (Gorgonzola,

Stilton, etc.)

� Tolera atmósferas pobres en oxígeno

� Resiste a un amplio rango de pHs (3,0-10,5)

� Estimulado en atmósferas ricas en alcohol

� Soporta elevadas concentraciones de sal

� Actividades proteolíticas y lipolíticas

� Liberación de ácidos grasos ⇒ formación de alcoholes secundarios

volátiles (aroma)

� Distintos tipos de cepas

� Indeseable en otros tipos de queso (Cammembert, Emmental, etc.)

Page 53: MO de Las Fermentaciones

TEMA 2. Principales organismos utilizados en las fermentaciones alimentarias

P. camemberti

� Conidios grisáceos

� Utilizado para la elaboración de los quesos de pasta blanda y corteza

florida (camembert, brie, etc.)

� Esporas preparadas en laboratorios especializados

� Tradicionalmente las cepas utilizadas en quesería provenían de formas

salvajes

� Actualmente provienen de mutaciones espontáneas o provocadas

� Cepas distintas en función del color, velocidad de crecimiento, densidad

del tallo, rapidez e intensidad de esporulación, facilidad de germinación

de las esporas, etc.

� Resiste a un amplio rango de pHs

� Soporta elevadas concentraciones de sal

Page 54: MO de Las Fermentaciones

TEMA 2. Principales organismos utilizados en las fermentaciones alimentarias

Geotrichum candidum

� Oidium lactis

� Hongo de las lecherías

� Color blanco o cremoso

� Quesos de corteza lavada (Pont-l’Eveque, Limburger)

� Neutraliza la pasta quesera

� Favorece el desarrollo de gérmenes caseolíticos

� Desarrollo excesivo ⇒ altera el aroma y sabor final

� Control de crecimiento mediante sal y temperatura de maduración

Page 55: MO de Las Fermentaciones

TEMA 2. Principales organismos utilizados en las fermentaciones alimentarias

“Starters” utilizados en charcutería

� Cubierta externa de los salchichones color blanco marfil ⇒ Debaryomyces

hansenii (levadura) o Penicillum nalgiovense (moho)

� Otros mohos (Penicillium verrucosum) ⇒ contaminaciones indeseables

P. nalgiovense P. verrucosum

Page 56: MO de Las Fermentaciones

TEMA 2. Principales organismos utilizados en las fermentaciones alimentarias

Mohos utilizados en las preparaciones culinarias exóticas

(Extremo Oriente y África)

���� Mejora de la digestibilidad de las materias primas (enzimas amilolíticas,

celulolíticas, lipolíticas y proteolíticas)

���� Formación de características organolépticas interesantes

Principales cepas utilizadas

� Rhizopus oryzae

� Rhizopus microsporus

� Amylomyces rouxxi

� Actinomucor elegans

� Mucor circinelloides

� Aspergillus oryzae

� Aspergillus parasiticus

Principales materias primas utilizadas

� Arroz

� Soja

� Cacahuete

� Mandioca

� Coco

� Trigo

� Cebada

� Maíz

� Sorgo

� Mezcla de varias

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TEMA 2. Principales organismos utilizados en las fermentaciones alimentarias

Productos elaborados

� Koji ⇒ salsa de soja y/o arroz fermentado (Aspergillus oryzae y

Aspergillus parasiticus)

� Shoyu ⇒ salsa de soja y harina de trigo (distintos mohos, levaduras

y bacterias lácticas)

� Miso ⇒ bebida de soja que se utiliza en distintas preparaciones

alimenticias (Actinomucor elegans)

� Chu ⇒ Bolas de harina de arroz inoculadas con Amylomyces rouxii

� Tempeh ⇒ Fermentación típica de Indonesia de la soja, mandioca o

coco por Rhizopus oryzae o R. microsporus.

� Sake ⇒ Bebida obtenida a partir de arroz fermentado por

Amulomyces rouxii y con menor frecuencia Aspergillus oryzae. Bebidas

similares: Sato (Tailandia), Binuburan (Filipinas), Yankju (Corea)

� Kaffir ⇒ bebida africana fabricada a partir de sorgo fermentado por

Aspergillus flavus, Amylomyces rouxii entre otros mohos.

� Uso de los anteriores productos como inóculos para platos más

elaborados

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TEMA 2. Principales organismos utilizados en las fermentaciones alimentarias

Mohos utilizados en la producción de ácidos orgánicos

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TEMA 2. Principales organismos utilizados en las fermentaciones alimentarias

Mohos utilizados en la producción de enzimas

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TEMA 2. Principales organismos utilizados en las fermentaciones alimentarias

PRINCIPALES APLICACIONES DE LOS ENZIMAS FÚNGICOS

� α-amilasa y amiloglucosidasa de Aspergillus niger ⇒ Hidrólisis del

almidón (mejora de la fermentación del pan) sin los inconvenientes

(subproductos) de una hidrólisis por vía ácida

� Enzimas aptas para la coagulación de la leche ⇒ Rhizomucor pusillus y

Rhizomucor miehiei.

� Pectinasas de Aspergillus ⇒ Clarificación de zumos de frutas y de vinos;

gelificación de confituras; desagregación de los mucílagos de los granos

de café antes del secado

� Lactasa de Aspergillus niger y A. foetidus ⇒ Hidrólisis de lactosa en las

leches condensadas (reducción de su cristalización)

� Proteasas de Aspergillus oryzae ⇒ Acelera la maduración de algunos

quesos (Cheddar y Gouda) y mejora su aroma y sabor

� Glucosa oxidasa de Aspergillus niger ⇒ Antioxidante y prevención de las

reacciones de Maillard en las industrias de huevos en polvo y las fábricas

de mayonesa industrial

� Celulasas de Aspergillus o de Trichoderma ⇒ Mejora la digestibilidad de las

frutas y legumbres deshidratadas