ALIMENTOS DE IMPORTANCIA COMERCIAL OBTENIDOS DE PROCESOS BIOTECNOLÓGICOS Lectura Lección Evaluativa Unidad 3

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1 ALIMENTOS DE IMPORTANCIA COMERCIAL OBTENIDOS DE PROCESOS BIOTECNOLÓGICOS Lectura Lección Evaluativa Unidad 3 En un mundo donde los recursos son día a día más escasos es necesario encontrar rápidamente alternativas para poder hacer frente a la creciente demanda con la mayor competitividad posible. Las industrias intentan renovar sus tecnologías de producción, no sólo por el hecho de adquirir nuevas máquinas y herramientas, sino también por estar continuamente investigando maneras más eficientes de aprovechar las ya disponibles en planta. El hombre ha producido vino y otros alimentos fermentados como el pan, la cerveza o ciertos derivados lácteos desde tiempos remotos. Los restos arqueológicos relacionados con la elaboración del vino más antiguos que se conocen datan de hace unos seis milenios. Esto implica que la biotecnología, es decir, la utilización de organismos vivos o de sus partes en procesos industriales, es casi tan antigua como el hombre, aunque, durante la mayor parte de la historia, la base de estas prácticas biotecnológicas fuera puramente empírica. Hoy en día, debido principalmente a los avances científicos de los últimos 150 años, el conocimiento empírico está siendo reemplazado por un adecuado conocimiento de los procesos que rigen estas transformaciones biotecnológicas. Además, la revolución provocada en el último cuarto de siglo por el desarrollo de las técnicas de la biología molecular y del ADN recombinante ha abierto multitud de posibilidades nuevas para el control de los procesos biotecnológicos y la mejora de los productos elaborados. Esto hace que los avances en Biotecnología, tenga una relevante aplicación es en el ámbito de la fermentación, que como hemos visto en capitulos anteriores consiste en la transformación de una sustancia orgánica (generalmente un carbohidrato) en otra utilizable, producida mediante un proceso metabólico por microorganismos o por enzimas que provocan reacciones de oxidación-reducción, de las cuales el organismo productor deriva la energía suficiente para su metabolismo. Las fermentaciones pueden ser anaeróbicas, si se producen fuera del contacto con el aire, o aeróbicas, que sólo tienen lugar en presencia de oxígeno.

2 Entre los principales alimentos producidos por estas tecnologías están las bebidas alcoholicas como el vino y la cerveza. Industria Vitivinícola GLUCOSA + LEVADURA = ALCOHOL + GAS CARBÓNICO + CALOR Una vez que las levaduras han degradado el azúcar y lo han transformado en alcohol y demás sustancias, mueren y forman un sedimento en el fondo del recipiente llamado borras. Tanto para levaduras como para bacterias, se produce una variación apreciable de su concentración en el mosto, impulsadas por el cambio de la condiciones del medio. En tiempos pasados, antes de los descubrimientos de Pasteur, se interpretaba la fermentación como un proceso de descomposición espontánea del mosto. Hoy se sabe que esta labor de transformar el azúcar del jugo de la uva en alcohol y otros cuerpos químicos llamados secundarios, la realizan las levaduras alcohólicas o Saccharomyces. Cuando las condiciones en bodega son óptimas comienzan a reproducirse. Trabajan sin la presencia de oxígeno (anaeróbicas) y transforman los azúcares por un proceso fermentativo. La reacción química esquemática realizada por las levaduras es: evolución poblacional de unas y otras durante la fermentación: La velocidad del proceso fermentativo está totalmente ligada a la densidad de población de levaduras fermentativas: se aprecia una primera etapa de adaptación, seguida de una segunda etapa de crecimiento exponencial (fermentación tumultuosa, es decir muy viva y agresiva, con gran desprendimiento de gas carbónico) que va siendo cada vez menor hasta llegar a una etapa de crecimiento poblacional nulo, es decir nacimientos = defunciones. Tras esta etapa, la mortalidad comienza a ser mayor a la multiplicación, lo que corresponde a las últimas fases de la fermentación. Inicialmente, cuando el medio es favorable, las levaduras se multiplican por vía vegetativa asexual por mitosis, mientras que al final de la fermentación alcohólica comienzan a reproducirse sexualmente por meiosis, señal de que el medio de vida es muy desfavorable por falta de sustratos. En esta última etapa del proceso fermentativo, las bacterias lácticas empiezan a tener una concentración notable, al aumentar su densidad de población. Modificación genética en la industria vinícola

3 El uso de levaduras seleccionadas que se inoculan en los mostos para iniciar y conducir la fermentación alcohólica imponiéndose al resto de levaduras presentes, junto con el mayor conocimiento molecular de algunas rutas bioquímicas de interés biotecnológico, ha permitido hacer ingeniería genética de la levadura vínica. El razonamiento es simple: La introducción de uno o varios genes exógenos en la levadura implica la producción de una o varias nuevas características de interés industrial. Su posterior inoculación e imposición asegura la expresión de dichas, características a lo largo del proceso fermentativo y por tanto su efecto en el producto final. Para poder modificar genéticamente un organismo es necesario disponer de un sistema de transformación que permita introducir en él la información genética modificada in vitro. Durante los últimos años se han desarrollado enormemente los sistemas de transformación y, finalmente, se ha logrado construir levaduras vínicas recombinantes. Estas portan un nuevo gen o genes, integrados en el genoma de la misma, en reemplazo de los genes de resistencia a la recombinación que se habían empleado en procesos previos de manipulación. Una vez que somos capaces de introducir genes en la levadura vínica, el siguiente paso consiste en conseguir su expresión durante la vinificación. La regulación de la expresión puede modularse de forma que los genes se enciendan o apaguen en función de determinadas condiciones fisiológicas o ambientales, lo que permite, no sólo que los genes se expresen, sino que lo hagan en el momento más idóneo del proceso de elaboración. - Con las herramientas descritas, se han obtenido diversas levaduras vínicas transgénicas. Para vinos que presentan problemas de baja acidez se han construido levaduras que contienen un gen, aislado de Lactobacillus casei, necesario para la producción de ácido láctico. Esta levadura transgénica es así capaz de llevar a cabo la fermentación alcohólica y la láctica, con lo que se solventa el problema. Para el caso contrario, es decir, vinos con excesiva acidez, se han introducido en la levadura dos genes provenientes de Lactococcus lactis yschizosaccharomyces pombe, que han conseguido que la levadura modificada sea capaz de llevar a cabo la fermentación maloláctica, es decir, la conversión del ácido málico en ácido láctico, la cual se traduce en una disminución de la acidez y una mayor estabilidad microbiológica del vino.

4 Igualmente se han obtenido levaduras transgénicas que producen algunos de los enzimas mencionados anteriormente, prestando especial interés al incremento de los aromas varietales. Así, la inclusión en la levadura vínica de los genes que codifican enzimas implicados en el incremento del aroma se ha llevado a cabo con éxito, lo que ha permitido obtener vinos en los que se ha comprobado el aumento en los aromas florales y frutales. De igual forma se han producido en levadura vínica actividades enzimáticas de maceración, como celulasas y hemicelulasas, y se han logrado resultados comparables a los obtenidos tras la adición convencional de los preparados comerciales durante la vinificación. Análisis de la fermentación de la cerveza. La fermentación juega un rol esencial en la calidad de la cerveza, en particular gracias a los productos secundarios como los alcoholes superiores y ésteres; es también la etapa de la fabricación más difícil de controlar. La levadura que es reutilizada de una fermentación a otra no tiene un metabolismo estable; ella degenera. Esta degradación no es debida a una infección por presencia de otros microorganismos, ni habitualmente tampoco debido a una mutación, sino a causa de modificaciones progresivas de la membrana celular y de la actividad enzimática de la levadura. Las fermentaciones son modificaciones del metabolismo celular, es decir el conjunto de modificaciones bioquímicas y físicas. Este metabolismo comprende el catabolismo y anabolismo. La fase del metabolismo que descompone las moléculas grandes en pequeñas es el catabolismo, mientras que el anabolismo es la fase durante la cual se sintetizan de nuevo las moléculas que la célula utiliza para regenerarse, mantenerse o dividirse. Al final de esta cuando los azucares han sido transformados en alcohol y gas carbónico se tendrá la cerveza. Después de la fermentación la cerveza es separada de la levadura, la cual puede ser utilizada para fermentar más mosto, posteriormente. La cerveza se deja un determinado tiempo en reposo durante el cual se fijan ciertas cualidades y se clarifica naturalmente; después es filtrada. El principal producto obtenido durante la fermentación es el alcohol etílico Los dos tipos de fermentaciones empleadas en cervecería son: Fermentación de superficie: Se usa levadura que va a la superficie del líquido después de filtrar el producto resultante de la fermentación. Con este sistema se hacen

5 cervezas tipo Ale, Porter, Lambic..- Se emplea un tipo de levadura que sedimenta al fondo de la tina después de haber efectuado la fermentación del mosto. Con ella se hacen cervezas tipo Lager. Fermentación de fondo: Se emplea un tipo de levadura que sedimenta al fondo de la tina después de haber efectuado la fermentación del mosto. Con ella se hacen cervezas tipo Lager. Descripción del proceso Se agrega al mosto frío levadura en una cantidad calculada, para que en el mismo quede una concentración de 8 a 10 millones de células por cc. Para la fermentación de mosto concentrado, se usa 1 millón de células por cc por cada grado de concentración de azúcar del mosto. La cantidad de levadura previamente determinada se diluye en el mosto y luego se inyecta a la línea de mosto frío durante el enfriamiento. Se calcula teniendo en cuenta el volumen de mosto que va contener la tina de fermentación. La temperatura inicial de fermentación puede variar entre 6 a 10 ºC. Una vez que se inicia la fermentación se aprecian como cambios notorios, el descenso del extracto, la producción de gas carbónico y el desprendimiento de calor; durante la fermentación se controla el descenso de la densidad regulando la temperatura con atemperadores (serpentines o camisas), por los cuales circula agua fría, salmuera o agua glicolada a temperaturas que oscilan entre 1 a 2ºC para el caso del agua y de -5 a -10ºC, para el caso de la salmuera o el agua glicolada. Para recolectar el gas carbónico que se desprende de la fermentación, comúnmente el tanque está conectado por la parte superior con dos tuberías; una que va a la intemperie y la otra que va a la planta de purificación de gas carbónico.en la planta de gas carbónico, éste es purificado y licuado con el fin de inyectarlo posteriormente a la cerveza. Cuando se alcanza el extracto límite, o sea, hasta donde se le va a dejar fermentar, se enfría la cerveza para que la levadura deje de alimentarse. Se consigue enfriar la cerveza hasta 5ºC y se suspende el envío de gas carbónico a la planta, luego se bombea la cerveza a los tanques de maduración y se recupera la levadura. A la cantidad de levadura obtenida en cada fermentación se le denomina cosecha de levadura. Lo normal es obtener 4 veces la cantidad de levadura agregada.

6 Maduración: Con este nombre se distingue la etapa siguiente a la fermentación y comprende todo el tiempo en que la cerveza permanece en los tanques a baja temperatura antes de ser filtrada. Comúnmente se divide en dos etapas que son reposo y acabado. Entre el reposo y el acabado puede haber una prefiltración, preenfriamiento y precarbonatación. La maduración se puede hacer de dos maneras distintas: En dos etapas: reposo y acabado. Durante el reposo hacer una segunda fermentación, en el paso de reposo a acabado la temperatura es de 2 a 3ºC y en acabado se puede enfriar a -1ºC. Fermentar hasta el extracto límite. Este sistema es americano y en el paso de fermentación a reposo se efectúa el enfriamiento y entre reposo y acabado, precarbonatación, prefiltración y preenfriamiento y durante la filtración final se hace también enfriamiento.