Los microbios y la biotecnología Opción F

Transcripción

1 Los microbios y la biotecnología Opción F 4ª Parte: Los microbios y la producción de alimentos Tema 9 de Biología NS Diploma BI Curso

2 Relaciones entre los microorganismos y la especie humana Al clasificar las relaciones que los microorganismos establecen con la especie humana en concreto, podemos encontrar tres posibilidades: - Inocuas: Podemos encontrar muchas especies de microroganismos que directamente no se relacionan con la humana, por lo que no le causan ni beneficio ni perjuicio. Sin embargo, como componentes importantísimos de todos los ecosistemas, siempre hay relaciones, aunque indirectas o más difícles de de delimitar. Un ejemplo de ello son los ciclos biogeoquímicos, como el del nitrógeno. - Beneficiosas: El hombre obtiene gran cantidad de beneficios de muchos microorganismos, utilizándolos para la depuración de aguas residuales, producción de combustibles, técnicas biotecnológicas o producción de alimentos, entre otros. - Perjudiciales: Hay muchos microorganismos causantes de enfermedades infecciosas y reciben el nombre de patógenos.

3 Las levaduras y la producción de pan Egipto fue la cuna del pan, al descubrir que había algo que hacía que la masa de harina creciera. Dado que las esporas de las levaduras se dispersan por el aire, bien podrían haber caído sobre la masa del pan. El organismo responsable de tal éxito en la fabricación del pan, así como del vino y la cerveza, no fue descubierto hasta 1837 por Louis Pasteur, quien probó que era la levadurasaccharomycescerevisae. Las levaduras utilizan los glúcidos para obtener energía y reproducirse rápidamente por gemación. Video1

4 Metabolismo de Saccharomyces cerevisiae En condiciones anaerobias, esta levadura transforma cada molécula de glucosa en 2 moléculas de etanol, liberando 2 moléculas de CO 2 como producto de desecho. En esta reacción de fermentación la levadura rompe los enlaces químicos de la glucosa para obtener energía para reproducirse. La elaboración del pan depende del dióxido de carbono gaseoso desprendido en dicho proceso, haciendo al pan ligero y esponjoso. La cerveza y el vino dependen del etanol para su sabor y contenido en alcohol.

5 Producción de pan La levadura Saccharomyces cerevisiae utiliza como materia prima la harina de cereales (generalmente de trigo), sal y agua. La descripción del proceso es la siguiente: 1. Mezcla y amasado. En presencia de agua, las amilasas contenidas en la harina hidrolizan el almidón y producen glucosa libre. 2. Adición de la levadura a la mezcla rica en glucosa. Se añade la levadura y se mantiene durante unas horas para que la masa del pan «suba». Este proceso se debe al dióxido de carbono liberado que, al quedar atrapado en el interior de la masa, esponja el pan, incrementando su volumen.

6 Producción de pan 3. Cocción. El pan se trocea, se da forma y se hornea. La cocción elimina agua, evapora el alcohol producido en la fermentación y destruye las levaduras. Resumiendo: - La levadura fermenta los azúcares de la masa del pan. - El CO 2 hace que el pan aumente de volumen. - La cocción en el horno mata las levaduras, para la fermentación y evapora el etanol. Video2

7 Producción de cerveza La materia prima utilizada es la cebada u otros cereales, como el maíz, el arroz (sake), etc. La descripción del proceso es la siguiente: 1. Malteado. La primera fase de la elaboración de la cerveza es la elaboración de la malta y suele hacerse en unas bodegas especiales. El objetivo es obtener al mismo tiempo el almidón y los enzimas (la mayoría de tipo α-amilasa y ß-amilasa) que permiten convertirlo en azúcares (maltosa). Para lograr esto se colocan los granos en remojo, con lo que empiezan a germinar liberando amilasas (enzimas hidrolíticas) que transforman el almidón en maltosa y glucosa. A continuación, se secan los granos para evitar que continue el proceso de germinación.

8 Producción de cerveza 2. Obtención del mosto de la cerveza. Se filtra la mezcla obtenida en la fase anterior y se añaden las flores del lúpulo, que le proporciona el sabor amargo característico y protege la cerveza del crecimiento bacteriano. La mezcla se cuece para detener la hidrólisis (se desnaturalizan las amilasas) y el resultado se filtra de nuevo.

9 Producción de cerveza 3. Adición de la levadura a la mezcla rica en glucosa. La fermentación dura 5-7 días y se produce a una temperatura entre C y un ph ácido (4-5). Para finalizar, se separa la levadura y se deja madurar la cerveza durante un cierto tiempo. La turbidez, producida por proteínas, se elimina mediante proteasas, habitualmente papaína, producida por bacterias. Para evitar la alteración de la cerveza por la acción de levaduras o bacterias, el resultado se filtra y pasteuriza o esteriliza. El resultado final es un 2-6% de alcohol.

10 Producción de cerveza Resumiendo: -Producción de mosto (líquido dulce) a partir de la malta. -Adición de lúpulo, hervido y enfriamiento. -Fermentación por las levaduras produce cerveza conteniendo alcohol y CO 2. Video3

11 Producción de vino Dentro de la especie Saccharomyces cerevisiae existe una gran diversidad genética, cada una de las cuales se denominan variedades o cepas. Las cepas que se utilizan en la elaboración de la cerveza no soportan concentraciones de alcohol superiores al 6%, mientras que las cepas de Saccharomyces que se utilizan en la fabricación del vino soportan un 11-15% de alcohol y continúan fermentando. A diferencia de lo que se hace en la producción de cerveza, en la elaboración del vino las células de levadura no se eliminan por calor. Diferentes cepas de levadura producen diferentes sabores, por lo que los productores de vino son muy particulares en la elección de la cepa de levadura.

12 Producción de vino Los pasos que se siguen en la elaboración del vino son: 1. Vendimia. Recolección de la uva en su estado de maduración óptimo. 2. Obtención del mosto. Las uvas son prensadas y el zumo azucarado es recogido. 3. Fermentación. Se añade la levadura al mosto y se dejan en un tanque de fermentación a temperatura controlada, que varía en función del tipo de vino (blanco, fino, tinto, etc.). El CO 2 producido se deja liberar, quedándose el etanol en el tanque. Video4

13 Producción de salsa de soja por Aspergillus oryzae La salsa de soja se fabrica en China desde hace 5000 años, y se debe al hongoaspergillusoryzae. La materia prima utilizada es la soja, o bien una mezcla de trigo y soja a partes iguales, lo que le confiere un toque un poco más dulzón y menos agresivo. La descripción del proceso es la siguiente: 1. Hidratación y adición del hongo. Los granos de trigo se rompen y se escaldan y los de soja se cuecen al vapor, después se mezclan con el hongo. Una vez mezclados se dejan reposar durante 3 días a temperatura controlada de 30ºC moviéndolo dos veces en el transcurso de este tiempo. Este proceso da como resultado un producto verdoso (por efecto del hongo) llamado koji.

14 Producción de salsa de soja por Aspergillus oryzae 2. Salmuera y fermentación. Este koji se cubre con sal y agua y se deja reposar entre 6 meses y un año en unos enormes contenedores de madera de cedro (el uso de estos contenedores está cayendo en desuso desgraciadamente y siendo sustituido por otros más higiénicos y baratos de fibra de vidrio).

15 Producción de salsa de soja por Aspergillus oryzae 3. Filtración y pasteurización. Una vez concluido el proceso la pasta ligera obtenida, llamada moromi, se exprime bajo mucha presión obteniendo de este modo la salsa de soja y el aceite de soja. Tras unos días de reposo el aceite de soja sube a la superficie y se retira para comercializarlo, siendo la salsa de soja pasteurizada y envasada para su posterior distribución. Video5

16 Conservación de alimentos En la actualidad, para conservar durante más tiempo un alimento y que no se estropee mediante el crecimiento de microorganismos, lo dejamos en el frigorífico. Por qué? Antiguamente no se disponían de frigoríficos, entonces cómo se conservaban los alimentos perecederos? Los alimentos como la mermelada y las frutas en almíbar se hacen a partir de frutas estacionales. Para conservarlos se utilizan altas concentraciones de azúcar como conservantes. Por otro lado, alimentos como el jamón o el bacalao se conservan utilizando altas concentraciones de sal (salazones). Por último, la adición de vinagre a ciertos alimentos (encurtidos) también se utiliza como conservante.

17 Conservación de alimentos

18 Conservación de alimentos con azúcar o sal Incrementar el contenido de azúcar es un método tradicional de conservación de alimentos, ya que crea un ambiente deshidratante para posibles bacterias, levaduras o mohos contaminantes. La ósmosis es un mecanismo de difusión (paso a través de membrana) pasiva (sin gasto de energía) del agua con objeto de igualar la concentración de un soluto a ambos lados de la membrana. Animación1 Respecto a la concentración de un soluto, una solución puede ser hipotónica, hipertónica o isotónica.

19 Conservación de alimentos con azúcar: Mermelada Cuando una célula se coloca en un medio hipertónico (imagina una bacteria que cae en un tarro de mermelada), el agua intracelular comienza a salir por ósmosis y la bacteria se encoge hasta morir. Pasos en la elaboración de la mermelada: - Hervir la fruta con azúcar para disolverlo y matar posibles microorganismos. - Impedir que gelifique (añadir pectina). - Sellar en tarros calientes y estériles. Video6

20 Conservación de alimentos con sal: Jamón Lo mismo ocurre con la sal en lugar de azúcar. Un ambiente muy salino (hipertónico) es un medio deshidratante para los microorganismos. Pasos para la elaboración del jamón ibérico: - Desangrado de las piezas y separación por peso. - Cubrir con sal marina (salmuera) y dejar 10 días en cámaras con frío y humedad (cámaras de salzón) para su curación. - Retirar y lavar para quitar la sal. - Colgar en cámaras de reposo durante 2 meses con las condiciones ambientales propias del invierno, para el reparto de la sal en la pieza. - Secado con las condiciones ambientales propias de la primavera-verano. - A los 4-5 meses se estabiliza su temperatura durante el otoño. Video7

21 Conservación de alimentos con ácido Como la frutas, muchas verduras se recolectan en una época concreta del año, por lo que en el pasado existía la necesidad de conservarlas hasta la cosecha del año siguiente. Los encurtidos son generalmenete verduras conservadas en vinagre y condimentadas con especias, como las aceitunas, pepinillo o los arenques. Los pasos para su elaboración son: - Dejar la verdura en una solución salina y después escurrir. - Colocar la verdura en jarras estériles. - Añadir vinagre caliente y especias para crear un ambiente ácido. - Cerrar herméticamente haciendo vacío. Un bajo ph es clave para preservar mediante encurtidos. Un 5% del vinagre es ácido acético, el cuál disminuye el ph hasta un punto no tolerable para los microorganismos. La solución salina inicial también mata microorganismos al ser hipertónica.

22 Intoxicaciones alimentarias: Salmonelosis Cuando el alimento no es tratado convenientemente, pueden ocurrir intoxicaciones alimentarias, cuyos síntomas son similares a los de la gripe. Uno de los organismos que más intoxicaciones de este tipo causa, es la bacteriasalmonella, descubierta hace unos 100 años por Salmon. Los síntomas de intoxicación por Salmonella (salmonelosis) comienzan a las h después de la infección (entrada en las células epiteliales intestinales), e incluyen: - Diarrea. - Fiebre. Video8 - Espasmos abdominales. - Algunas personas desarrollan el síndrome de Reiter (artritis, irritación ocular y dolor al miccionar). Estos síntomas pueden durar 4-7 días y, en los casos severos, los pacientes necesitan ser hospitalizados porque la bacteria ha podido trasladarse desde los intestinos hasta el torrente sanguíneo, pudiendo causar la muerte.

23 Intoxicaciones alimentarias: Salmonelosis Existen varios métodos de transmisión de esta bacteria: - Salmonella vive en el tracto intestinal de los humanos y otros animales, pudiendo transferirse por un inadecuado lavado de manos. - Comer alimentos contaminados no cocinados adecuadamente puede causar intoxicación por Salmonella. - Samonella puede encontrarse en las heces de algunas mascotas y transferirse a la comida tras un inadecuado lavado de manos. - Los reptiles llevan normalmente Salmonella, por lo que hay que lavarse las manos tras su manejo. - Cortar carne sin cocinar en una tabla de cocina puede, posteriormente, transferirsalmonella a otras carnes cocinadas y vegetales crudos. - Los huevos crudos pueden contener Salmonella. Cocinarlos y evitar preparar productos caseros como mayonesa. - La leche sin pasteurizar puede contenersalmonella.

24 Intoxicaciones alimentarias: Salmonelosis El tratamiento de la intoxicación porsalmonella consite en: - Tratar la deshidratación con mucha ingesta de agua. - Deshidrataciones graves son tratadas con fluidos intravenosos. - Si la bacteria se ha expandido a la sangre es necesario el tratamiento con antibióticos. La intoxicación por Salmonella puede evitarse si se toman unas simples precauciones, especialmente el correcto lavado de manos.

25 Intoxicaciones alimentarias: Botulismo Origen: Intoxicación alimentaria debida a una neurotoxina producida por la bacteria Clostridium botulinum que hace que los neurotransmisores no funcionen correctamente. Síntomas: Aparecen de 12 a 72 h después de haber ingerido el alimento, y entre ellas están la parálisis de los músculos esqueléticos; visión borrosa; difilcultad para tragar; dificultad para hablar; muerte por parálisis respiratoria. Método de transmisión: Infección transmitida por alimentos en conserva que no han sido envasados debidamente. Tratamiento: Suministro de antitoxinas o inmunoglobulinas para bloquear el paso de la toxina a través de la sangre; ingreso en unidad respiratoria.

26 Intoxicaciones alimentarias: Botulismo

27 Correlación y causa: TdC En el caso de un brote de una intoxicación alimentaria, es importante reconocer la diferencia entre correlación y causa. Una correlación puede ser un indicador preliminar de que exista una conección causal, y por tanto, puede suponer un punto de arranque útil en una investigación, pero si realmente se quiere proteger la salud pública, en última instancia hay que establecer unas relaciones causales claras. Se necesita un gran número de evidencias para establecer una clara relación causal. Por lo general, los estudios epidemiológicos examinan las correlaciones existentes, si bien puede ser extremadamente difícil eliminar los efectos de otras variables diferentes de la variable estudiada.