Fermentación. Fermentación y tecnología de enzimas. Tecnología de enzimas. Teoría de la fermentación

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1 Fermentación Fermentación y tecnología de enzimas Procesado de alimentos Hace uso de la acción controlada de microorganismos seleccionados para modificar la textura de los alimentos, conservarlos o producir ácidos o alcohol y desarrollar en ellos aromas y sabores que aumenten su calidad y valor nutritivo. El efecto conservador se puede complementar con refrigeración, pasteurización o envasado. Ventajas Condiciones suaves de operación (ph y T) Obtención de texturas y aromas imposibles de obtener de otro modo Bajos gastos de instalación y funcionamiento (Bajo consumo energético) Tecnología relativamente sencilla Tecnología de enzimas Teoría de la fermentación Adición de enzimas para provocar reacciones específicas en condiciones de ph y temperatura suaves. Ventajas Producción de modificaciones específicas Uso de temperaturas reducidas Consumo de energía menor que el de las reacciones químicas equivalentes Elaboración de nuevos productos Principales factores de proceso Disponibilidad de nutrientes, especialmente C y N ph del sustrato Temperatura de incubación Potencial de oxidación-reducción Fase de crecimiento del microorganismo Presencia de microorganismos competidores

2 Cultivo discontinuo 1 Fase de inducción 1 Fase lag, de inducción o de retardo cc Fase logarítmica cc t 2 Fase logarítmica 3 Fase estacionaria 4 Fase de declive t Cinética de Monod A: Alimento (sustrato) C: Células (biomasa) R: Residuos (metabolitos) cc Fase estacionaria Con el tiempo decae la velocidad de crecimiento celular debido a: agotamiento de los nutrientes del medio y/o acumulación de metabolitos Cultivo en continuo Aumentar la productividad en fermentaciones con envenenamiento Mantienen las células permanentemente en fase de crecimiento logarítmico t cc: Concentración de biomasa estacionaria cco: Conc. de biomasa inicial cao: Conc. de sustrato inicial car: Conc. de sustrato resdual Y: Factor de rendimiento Conc. de metabolitos sintetizados 4 Fase de declive

3 Fermentaciones alimentarias Clasificación 1. En función de los cambios provocados en los carbohidratos de ciertos sustratos: a) ácidos orgánicos b) etanol y CO2 2. En función de los microorganismos: a) homofermentativos b) heteroferementativos Principales fermentaciones en la industria alimentaria Fermentaciones lácticas Productos cárnicos y derivados del pescado Verduras Productos lácteos Fermentaciones etanólicas Pan Bebidas alcohólicas Fermentaciones ácido-alcohólicas Vinagre, ácidos alimentarios Café, cacao Derivados de la soja Producto fermentado Producto inicial Microorganismo principal de la fermentación Derivados lácteos Queso Leche Lactobacillus sp. (etapas iniciales) Yogur Leche Sterptococcus thermophilus, Lactobacillus bulgaricus Kefir Leche Lactobacillus sp., Saccharomyces sp. Nata ácida Leche Lactobacillus lactis, Leuconostoc cremoris Fermentación alcohólica y ácido-láctica Verduras Pickles Pepino Pediococcus cerevisiae, Lactobacillus plantarum Col ácida (Sauerkraut) Col Leuconostoc mesenteroides, Lactobacillus plantarum Bebidas y otros líquidos Café Granos de café Erwinia dissolvens, Saccharomyces sp. Cerveza Grano de cebada malteado Saccharomyces carlsbergensis Vino Uvas Saccharomyces ellipsoideus Sake Arroz Aspergillus oryzae, Saccharomyces sake Salsa de soja Semillas de soja Aspergillus oryzae, Saccharomyces rouxii, Lactobacillus delbrueckii Vinagre Etanol (vino) Acetobacter orleanensis Otros alimentos Pan Harina de trigo Saccharomyces cerevisiae Jamón curado Cerdo Aspergillus, Penicillum sp. Embutidos Cerdo, vaca Pediococcus cerevisiae

4 Fermentaciones ácido-lácticas Producto Fuente principal Aplicación Ácido cítrico Aspergillus niger Ácido alimentario, cosmética Ácido itacónico Aspergillus terreus Plásticos Xantanos Xanthomonas campestrans Estabilizantes, emulsificantes Celulosa Acetobacter xylinum Filtros, producción de fibra Aminoácidos Corynebacterium glutamicum Suplementos y aditivos alimentarios Amilasa Bacillus Industria textil, detergentes Proteasas Bacillus, Streptomyces Detergentes Lipasa Rhizopus, Saccharomycopsis Desengrasante de lana, ayuda digestiva Instalaciones Materiales sólidos: En bandejas o tanques a temperatura y humedad relativa controlada Productos cárnicos embutidos Fermentador horizontal Fermentador rotatorio

5 Efecto de la fermentación sobre los alimentos Cambios en el contenido vitamínico de algunos alimentos durante la fermentación Apenas hay efectos sobre el valor nutritivo Textura: Reblandecimientos (cambios en proteínas y carbohidratos) Aroma y sabor: disminución del dulzor y aumento de la acidez (transformación de azucares en ácidos orgánicos) incremento en el contenido de sal, adicionada para dirigir la fermentación (pepinillos, salsa de soja) reducción del amargor Color: Con frecuencia no hay cambios: Adición de compuestos químicos cambios enzimáticos experimentados por los pigmentos (degradación de clorofila) desarrollo de pigmentos de color marrón debidos a la acción proteolítica producción de pigmentos por los microorganismos Teoría de los enzimas Objetivos en la industria alimentaria reducir costes de fabricación mejorar el rendimiento en las extracciones de distintas materias primas o mejorar su manipulación prolongas la vida útil o mejorar sus características organolépticas Ventajas Activos incluso a concentraciones bajas La velocidad de las reaccionas se controla con facilidad ajustando los parámetros de incubación Desventajas Son caros En algunos casos, hay que inactivarlos o eliminarlos del producto encarece los costes de fabricación Pueden provocar alergia Clasificación Extracelulares Intracelulares

6 Utilización de las enzimas en alimentos Procesos discontinuos: Se añade la enzima Se deja en el alimento o se la inactiva térmicamente Procesos continuos Enzima inmovilizada en un soporte Puede reutilizarse Permite un control más estricto del ph y de la temperatura actividad óptima Elevado precio de los soportes, instalaciones y sistemas de control x Pérdidas de actividad x Riesgo de contaminación microbiana Enzimas de uso alimentario Enzima Fuente principal Reacción catalizada Aplicaciones Amilasa Aspergillus Almidón azúcar Pectinasa Saccharomyces cerevisiae Sucrosa glucosa + fructosa Cuajo Endothia, Mucor Coagulación de la caseina Cervecería, producción de jarabes Preparación de zumos de frutas concentrados Producción de queso (ayuda a que se forme la cuajada) Proteasas Bacillus, Aspergillus Hidrólisis de proteínas Ablandamiento de carnes Diacetil reductasa Lacatasa Enterobacter aerogenes Kluyveromyces fragilis Eliminación de grupos diacetil Lactosa galactosa + glucosa Naringinasa Aspergillus niger Eliminación de la naringina Oxidasa de la glucosa Aspergillus niger Glucosa ácido glucónico Isomerasa de la glucosa Bacillus, Arthorbacter Glucosa fructosa Prevención de ciertos olores en cervezas y zumos de frutas Digestión de la lactosa en la leche (para personas intolerantes a la lactosa). Prevención de cristalización de la lactosa en helados Eliminar el sabor amargo del zumo de naranja Prevención de pardeamientos de huevos deshidratados Preparación de jarabes muy dulces

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