UNIDAD XI: MICROBIOLOGÍA DE ALIMENTOS: PROCESOS MICROBIANOS DE LA 177CONSERVACIÓN Y PRODUCCIÓN DE ALIMENTOS

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1 177 UNIDAD XI: MICROBIOLOGÍA DE ALIMENTOS: PROCESOS MICROBIANOS DE LA 177CONSERVACIÓN Y PRODUCCIÓN DE ALIMENTOS Los microorganismos pueden utilizar nuestros alimentos como fuente de nutrientes para su propio crecimiento, lo que puede ocasionar una alteración de los mismos. La alteración del alimento puede ocurrir porque los microorganismos se multiplican en él, porque utilizan sus nutrientes, porque producen modificaciones enzimáticas o porque le producen sabores desagradables mediante el desdoblamiento de determinadas sustancias o mediante la síntesis de nuevos compuestos. Los principales factores de la composición de los alimentos que influyen en la actividad microbiana son: a) ph, b) humedad, c) potencial de óxido-reducción, d) nutrientes y e) presencia de sustancias inhibidoras o barreras. ph (concentración de iones hidrógeno) Cada microorganismo tiene un ph mínimo, un ph óptimo y un ph máximo de crecimiento. Las células microbianas son muy afectadas por el ph, debido a que al parecer, carecen de mecanismos que les permita regular su ph interno. En general, los hongos y las levaduras toleran mejor la acidez que las bacterias, quienes se desarrollan mejor a ph cercanos a la neutralidad. Sin embargo, algunas bacterias como las lactobacterias crecen bien a ph entre 4 y 4,5 o las bacterias con actividad proteolítica que se pueden desarrollar a ph básico. Todo alimento que tenga un ph intrínsecamente bajo, tendería a ser más estable desde el punto de vista microbiológico, que un alimento neutro. Humedad (actividad agua) Los microorganismos se caracterizan por la necesidad de agua para su crecimiento, sin embargo, la cantidad de agua que necesitan es variable. Esta demanda de agua se expresa como agua disponible o actividad agua (aw). El aw se define como la presión de vapor de la solución (sustancias disueltas en agua en la mayoría de los alimentos) dividida por la presión de vapor del disolvente (generalmente agua). El agua pasa a quedar no disponible por: los solutos e iones que fijan el agua de la solución, los coloides hidrófilos (agar) y la cristalización del agua. Cada microorganismo tiene una aw mínima, una aw óptima y una aw máxima. Los factores que influyen sobre la aw de los microorganismos son los siguientes: Tipo de soluto utilizado para reducir la aw Valor nutritivo del medio de cultivo: cuanto más apropiado es el medio para el crecimiento del microorganismo menor es la aw limitante del crecimiento.

2 178 Temperatura: cuando la temperatura esta próxima a la temperatura óptima de crecimiento los microorganismos son más resistentes a valores bajos de aw. Aporte de oxígeno: en condiciones aeróbicas la multiplicación de los microorganismos aeróbicos ocurre a valores de aw menores que cuando lo hacen en un medio anaeróbico. ph: a valores próximos a la neutralidad la mayoría de los microorganismos son más tolerantes a una escasa aw. Potencial de óxido-reducción El potencial redox es una medida de la actividad de los electrones. El poder oxidante o reductor de un alimento influye en el tipo de microorganismo que crece sobre él y por lo tanto en las modificaciones que tendrán lugar en el alimento. El potencial redox de un alimento está definido por: el potencial redox del alimento originario y por la capacidad de compensación del alimento, es decir, su resistencia a modificar su potencial, por la presión de oxígeno de la atmósfera existente en torno al alimento y por el contacto que la atmósfera tiene con el alimento. Un potencial redox elevado (oxidante) favorece el crecimiento de los microorganismos aerobios, aunque permitirá el crecimiento de los facultativos, mientras que un potencial redox bajo (reductor) favorece el crecimiento tanto de los microorganismos anaerobios como facultativos. El crecimiento de un determinado microorganismo sobre el alimento puede modificar el potencial redox del mismo impidiendo el desarrollo de otros microorganismos, así por ejemplo, el desarrollo de microorganismos anaerobios puede reducir el potencial redox lo cual impediría el crecimiento de los aerobios. Por lo general, la mayoría de los alimentos frescos, ya sean de origen vegetal o animal, tienen en su interior un potencial redox bajo y bien equilibrado. Así los vegetales poseen sustancias reductoras como por ejemplo el ácido ascórbico y azúcares reductores, y mientras que los animales poseen radicales sulfhidrilo y otros grupos reductores. Esto conjuntamente con la presión de oxígeno existente en torno al alimento, crea condiciones aerobias en la superficie y sus proximidades, pudiendo permitir el crecimiento de bacterias aerobias productoras de viscosidad o bacterias acidificantes, mientras que en el interior se llevan a cabo procesos de putrefacción anaeróbica. Nutrientes Para determinar qué tipo de microorganismo puede crecer sobre un alimento es necesario tener en cuenta la clase y la cantidad de nutrientes presentes en el alimento. En base a ello tenemos que distinguir: a) alimentos energéticos, b) alimentos plásticos y c) sustancias accesorias de los alimentos o vitaminas.

3 179 Alimentos energéticos: los hidratos de carbono normalmente representan la fuente más comúnmente utilizada como energía por los microorganismos. Un reducido número de microorganismos pueden utilizar lípidos (grasas) como fuente de energía, siempre que no dispongan de un alimento energético más fácilmente utilizable. En general, en la descomposición de las grasas intervienen principalmente microorganismos aeróbicos, al igual que para la descomposición de las proteínas. Alimentos plásticos: también conocidos como formadores, son aquellos que tienen altos contenidos proteicos. Los microorganismos se diferencian por su capacidad de utilizar los diferentes compuestos nitrogenados como fuente de nitrógeno para satisfacer sus necesidades de crecimiento. Algunos microorganismos son incapaces de utilizar las proteínas, por ello necesitan que previamente estas sean hidrolizadas por microorganismos proteolíticos (por ejemplo, algunos mohos). Otros microorganismos utilizan como fuente de nitrógeno los péptidos, los aminoácidos, la urea, el amoníaco u otros compuestos nitrogenados más sencillos. Sustancias accesorias de los alimentos o vitaminas: algunos microorganismos son incapaces de sintetizar algunas o todas las vitaminas que necesitan, por eso se las deben suministrar los alimentos. Los distintos tratamientos a los que se somete el alimento pueden reducir su contenido vitamínico e incluso el almacenamiento por periodos prolongados (sobre todo a temperaturas relativamente altas) puede disminuir la concentración de vitaminas en el mismo. Cada una de las especies de microorganismos tiene una escala definida de necesidades nutritivas. Para algunas especies la escala es amplia y pueden crecer sobre una cantidad de sustratos muy diferentes, como por ejemplo las bacterias coliformes y los clostridios, mientras que para otras como por ejemplo las bacterias patógenas (Pseudomonas) ese rango es bastante estrecho y estos microorganismos solo son capaces de crecer en un escaso número de tipos de sustratos. Sustancias inhibidoras Las sustancias inhibidoras existentes en el alimento original añadidas a él o producidas en él, ya sea debidas al crecimiento de microorganismos o a los distintos sistemas de tratamiento, pueden impedir el crecimiento de todos los microorganismos o como ocurre más frecuentemente pueden impedir el crecimiento de determinadas especies de microorganismos. Ejemplos de inhibidores naturales son las lacteninas y el factor anticoliforme de la leche recién ordeñada, la lisozima de la clara de huevo y el ácido propiónico producido por las bacterias propiónicas en la elaboración del queso suizo que inhibe el crecimiento de los mohos sobre la superficie del mismo. Grupos de bacterias importantes en microbiología los alimentos Las bacterias que tienen importancia en los alimentos se suelen agrupar en base a alguna propiedad común, sin tener en cuenta su clasificación sistemática.

4 180 Bacterias que producen ácido láctico o bacterias lácticas La propiedad más importante de estos microorganismos es la capacidad para fermentar los azúcares con producción de ácido láctico. Esta propiedad puede ser beneficiosa para la elaboración de alimentos como conservas y quesos, en el proceso de ensilado, pero puede ser perjudicial cuando produce alteraciones en los vinos. Estas bacterias al producir cantidades importantes de ácido láctico provocan una significativa disminución del ph, impidiendo el desarrollo de otros microorganismos competitivos. Dentro de este grupo encontramos géneros como Leuconostoc, Lactobacillus, Streptococcus y Pediococcus. Bacterias que producen ácido acético o bacterias acéticas Dentro de este grupo encontramos principalmente dos géneros: Acetobacter y Gluconobacter que oxidan el alcohol etílico a ácido acético, posteriormente las bacterias del género Acetobacter oxidan el ácido acético a CO2. Este grupo de microorganismos es muy importante por su capacidad de oxidar el etanol a ácido acético, importante en la fabricación de vinagres y bebidas alcohólicas. Bacterias que producen ácido butírico o bacterias butíricas La mayoría de las bacterias de este grupo son anaeróbias esporógenas y pertenecen al género Clostridium. Estas bacterias son responsables de los olores desagradables que suelen aparecer en los silos de forrajes, cuando durante el proceso de ensilado el contenido de azúcares en el forraje no es lo suficientemente grande como para producir una cantidad de ácido láctico como para garantizar un ph de 5 o menos. Bacterias que producen ácido propiónico o bacterias propiónicas La mayoría de las bacterias de este grupo pertenecen al género Propionibacterium. Son Gram positivas, anaeróbicas, fermentan el ácido láctico, carbohidratos y otros alcoholes, produciendo principalmente ácido propiónico, pero también CO2 y ácido acético. Fueron descubiertas en los quesos suizos, en los cuales se produce, debido al CO2 generado, los típicos agujeros, siendo la presencia de estas bacterias la responsable del sabor de estos quesos. Bacterias proteolíticas Son un grupo heterogéneo de bacterias que producen proteasas extracelulares (enzimas que difunden al exterior de la célula). Se las divide en aquellas que son aerobias o facultativas, pudiendo ser esporógenas (Bacillus cereus) o asporógenas (no producen esporas) (Pseudomonas fluorescens), y en aquellas que son anaeróbicas y esporógenas (Clostridium sporogenes).

5 181 Bacterias lipolíticas Es un grupo heterogéneo de bacterias que generan lipasas que catalizan la hidrólisis de los triglicéridos en glicerol y ácidos grasos. Muchas de las bacterias proteolíticas son también lipolíticas como por ejemplo Pseudomonas fluorescens. Las lipasas producidas por estas bacterias son responsables de la rancidez y consiguiente deterioro de alimentos lipídicos. Estas bacterias también son importantes en la elaboración de quesos, como por ejemplo el queso Cotija (de origen mejicano), en el cuál estas bacterias son responsables en gran parte del olor y sabor característico del mismo. Bacterias sacarolíticas Estas bacterias son responsables de la hidrólisis de polisacáridos o disacáridos a azúcares más sencillos. Algunas especies como Bacillus subtilis y Clostridium butyricum son amilolíticas, dado que producen una amilasa que puede producir la hidrólisis extracelular del almidón. Bacterias pectinolíticas Las pectinas son carbohidratos complejos, responsables de la rigidez de la pared celular de frutas y hortalizas, algunas pectinas se pueden utilizar como gelificantes de diferentes productos. Estas bacterias producen enzimas pectinolíticas o pectinasas que son responsables del ablandamiento o pérdida de consistencia de los tejidos vegetales, como así también de la pérdida del poder gelificante. Bacterias termófilas Estas bacterias cuya temperatura óptima de crecimiento es 55 C o más (mínimo 45 C) tienen importancia en aquellos alimentos que se mantienen a temperaturas elevadas. Entre las bacterias termófilas se encuentran Bacillus stearothermophilus y Clostridium thermosaccharolyticum. Bacterias termodúricas Son aquellas que son capaces de resistir el proceso de pasteurización. Algunas especies de Bacillus son capaces de sobrevivir en los huevos líquidos sometidos a pasteurización. Bacterias psicotróficas Estas bacterias pueden crecer a temperaturas normales de refrigeración. A diferencia de las psicrófilas, la temperatura óptima de las bacterias psicotróficas no coincide con las temperaturas de refrigeración. Normalmente la temperatura óptima está entre los 25 y 30 C. La mayoría de las bacterias causantes de la pérdida de calidad de los alimentos refrigerados no estériles, excepto pescados y mariscos, son

6 182 psicotróficas. Dentro de este grupo se encuentran bacterias pertenecientes a los géneros Pseudomonas, Flavobacterium, Achromobacter y Alcaligenes. Bacterias halófilas Estas bacterias para poder crecer necesitan concentraciones mínimas de NaCl disuelto. Las bacterias halófilas pueden ser: a) débilmente halófilas: las que crecen en medios con concentraciones salinas entre 0,5 y 3 %, y se aíslan a partir de pescados y mariscos (Pseudomonas, Moraxella, Flavobacterium, Acinetobacter y Vibrio), b) medianamente halófilas: las que se aislan en carnes y hortalizas en salmuera y crecen mejor en medios con concentraciones salinas entre 3,0 y 15 % (Bacillus, Micrococcus, Vibrio, Acinetobacter y Moraxella), c) extraordinariamente halófilas: aquellas que crecen en alimentos conservados en salmueras de elevada concentración salina (entre 15 y 30 %) (Halobacterium y Halococcus) y d) halotolerantes: crecen en medios con o sin sal, (Bacillus, Micrococcus, Corynebacterium, Streptococcus y Clostridium). Bacterias osmófilas o sacarófilas Son aquellas que crecen en concentraciones elevadas de azúcar, sin embargo, la mayoría de las bacterias denominadas osmófilas son simplemente tolerantes al azúcar, como es el caso de las especies de Leuconostoc. Bacterias productoras de pigmentos El color de los pigmentos producidos por bacterias que crecen en la superficie o dentro del alimento abarca todo el espectro visible e incluye el blanco y el negro. En algunos géneros, todas las especies producen pigmento, como es el caso de los géneros Flavobacterium (pigmento de un color que varía de amarillo a naranja) y Serratia (pigmento rojo). Bacterias coliformes y grupo de coliformes fecales Son bacterias aerobias o anaerobias facultativas que fermentan la lactosa con producción de ácido y gas. Las principales especies de bacterias coliformes son Escherichia coli y Enterobacter aerogenes. El grupo de coliformes fecales incluye a los coliformes capaces de crecer a temperatura elevada (44,5 o 45 C). Algunas de las características que determinan que las bacterias coliformes sean importantes en las alteraciones que experimentan los alimentos son: a) su capacidad de crecer en sustratos muy distintos y utilizar como fuente de energía algunos hidratos de carbono y otros compuestos orgánicos y como fuente de nitrógeno algunos compuestos nitrogenados muy sencillos, b) su capacidad para sintetizar la mayoría de las vitaminas que necesitan, c) la capacidad de crecer dentro de un intervalo de temperaturas bastante amplio, desde temperaturas inferiores a 10 C hasta una temperatura próxima a los 46 C, d) su capacidad para producir cantidades importantes de ácido y gas a partir de azúcares, y e) su capacidad para producir sabores desagradables.

7 183 APLICACIONES BIOTECNOLÓGICAS DE LAS FERMENTACIONES La elaboración de productos fermentados se cree que se inició en pueblos nómades de Turquía, Asia Central y Bulgaria que transportaban leche fresca dentro del estómago de cabras. Por la acción de enzimas y bacterias presentes en la leche se obtenía una masa coagulada que facilitaba el transporte y la conservación de la misma. Con el transcurso de los años, el hombre intentó conservar de alguna forma los alimentos que eran obtenidos en gran cantidad en las épocas de abundancia, para poder ser consumidos en las épocas de escasez. La fermentación de la leche y otros alimentos contribuyó a satisfacer estos requerimientos. Luego, con la modernidad se realizaron numerosas investigaciones de los microorganismos que intervienen en estos procesos y se fueron desarrollando técnicas cada vez más complejas para la elaboración de diferentes tipos de leche y sus derivados (leches ácidas, diferentes tipos de yogur, quesos, etc.), la conservación de frutas y hortalizas, granos, forrajes, etc. LECHE La leche es el producto fresco del ordeñe completo e ininterrumpido, en condiciones de higiene, de animales sanos, descansados y bien alimentados, recogida higiénicamente y sin calostro. La leche es un líquido blanco, opaco, más viscoso que el agua y de sabor ligeramente azucarado. Químicamente, se puede considerar a la leche como una emulsión de materia grasa en solución acuosa que contiene numerosos elementos, algunos en disolución y otros en estado coloidal. La leche está compuesta principalmente por: materia grasa, lactosa, proteínas (caseína y otras), minerales, sales, agua, vitaminas, enzimas y otros componentes. La leche para ser comercializada debe cumplir con todas las características físicas y bacteriológicas que se establecen en la legislación. Caseína Las caseínas son complejos proteicos fosforados de gran tamaño y que constituyen la parte nitrogenada más característica de la leche. No existe ninguna sustancia parecida en la sangre ni en los tejidos de mamíferos. La caseína precipita solo cuando se acidifica la leche a ph 4,5; razón por la cual se la ha llamado proteína insoluble de la leche. Lactosa La lactosa es el único glúcido libre que existe en cantidad importante en todas las leches. La lactosa se sintetiza en la mama a partir de glucosa sanguínea y es el componente de la leche más lábil frente a la acción microbiana. Numerosas bacterias realizan la transformación por fermentación de la lactosa a ácido láctico, proceso que provoca la acidificación de la leche.

8 184 Bacterias ácido- lácticas Son un grupo de bacterias Gram positivas, comúnmente no móviles, capaces de crecer en un rango de ph de entre 4 y 4,5; no esporuladas y que producen ácido láctico como producto principal o único del metabolismo fermentativo. Todas las bacterias del grupo son anaeróbicas facultativas o microaerófilas (Tabla 1). Las bacterias ácido lácticas son microorganismos auxótrofos, es decir que requieren una serie de componentes (aminoácidos, purinas, pirimidinas, vitaminas y péptidos) que no pueden ser sintetizados por ellos mismos, por lo cual estos compuestos deben encontrarse en el medio en el cual están creciendo. El elevado requerimiento nutritivo de estos microorganismos, los condicionan a poder vivir solo en hábitats que le sean propicios: como la leche, el intestino de animales (incluso el hombre), mucosas de animales o sobre plantas intactas o en descomposición. Con respecto a las temperaturas a las cuales se desarrollan estos microorganismos, los hay mesófilos y termófilos. Las bacterias ácido lácticas son fermentadoras y dependiendo de si el producto de su metabolismo es solamente ácido láctico, o si el ácido láctico está acompañado por otros productos se las denominan homofermentativas o heterofermentativas, respectivamente. Las bacterias lácticas homofermentativas generan como producto principal de su fermentación el ácido láctico. Con respecto a las bacterias heterofermentativas, durante la fermentación, además de ácido láctico producen: CO2, etanol y algunas acetato (VER unidad metabolismo). Género Streptococcus Leuconostoc spp Lactobacillus spp Tabla 1: Principales géneros de bacterias lácticas. Morfología cocos cocos bacilos largos y delgados o cortos y curvos Temperatura de crecimiento mesófilos mesófilos mesófilos o termófilos Tipo de fermentación homofermentativa heterofermentativa homofermentativa o heterofermentativa Lactococcus spp cocos mesófilos homofermentativa Pediococcus spp cocos mesófilos homofermentativa o heterofermentativa

9 185 Carga microbiana de la leche La calidad de la leche para producción de alimentos es muy importante desde el punto de vista técnico y depende del número y naturaleza de los microorganismos que contiene. Los microorganismos presentes en la leche pueden provenir: Del interior de la ubre: si la ubre está sana la leche obtenida es prácticamente estéril. En cambio, si la ubre presenta mastitis (infección bacteriana) se incrementa en gran cantidad el número de microorganismos presentes en ella. De los pezones: esta contaminación es peligrosa porque en la piel de los pezones se encuentra un alto número de microorganismos esporulados. Cuando el sistema de producción es a campo, la carga microbiana total suele ser baja. De equipos y elementos de ordeñe: contaminación producida por limpieza deficiente de los mismos. De la conservación o el transporte: por conservación o transporte de la leche a temperaturas inadecuadas. Pasteurización La pasteurización es un proceso térmico que recibe su nombre gracias a Louis Pasteur, quien al desarrollar este proceso permitió mejorar la calidad de vida al hacer posible que productos alimenticios básicos, como la leche, se pudieran transportar largas distancias sin ser afectados por la descomposición microbiana. La pasteurización es un proceso realizado a líquidos (generalmente alimentos), que se utilizó por primera vez para controlar la contaminación por microorganismos en el vino. Uno de los objetivos de la pasteurización es la eliminación de los microorganismos patógenos (especialmente los organismos causantes de la Brucelosis, Tuberculosis, entre otros) y otro de los objetivos es disminuir la carga microbiana presente en la leche cruda (disminuye aproximadamente el 95%). Además, la pasteurización retrasa el crecimiento de organismos alterantes, lo cual incrementa la vida útil de los líquidos perecederos y no altera las características nutricionales del producto. Sin embargo, la pasteurización no es sinónimo de esterilización, puesto que en ella no se destruyen todos los microorganismos (excepto en el caso de la ultrapasteurización). Los dos objetivos principales de la pasteurización, se consiguen a través de procesos industriales de distinta complejidad, en los cuales las temperaturas de calentamiento son inferiores a 100 C. Una vez realizados estos procesos no es necesario hervir la leche, aunque debe conservarse siempre en un lugar frío y consumirse antes de la fecha de vencimiento indicada. La pasteurización de la leche se realiza habitualmente pasando la leche a través de un intercambiador de calor: la leche se bombea a través de un tubo que está en contacto con una fuente de calor.

10 186 Existen varios tipos de pasteurización según el tipo de tratamiento empleado: La pasteurización baja fue el primer método empleado, aunque la industria alimentaria lo ha ido renovando por otros sistemas más eficaces como la pasteurización alta que es el método actualmente utilizado en la industria. Además, también en la actualidad se utiliza en forma considerable el método de ultrapasteurización que comprende la esterilización de la leche. En general, cuando la leche es calentada a más de 100 C se producen reacciones indeseables, sin embargo, la ultrapasteurización al exponer a la leche a tan cortos tiempos de calentamiento, produce una mínima degradación del alimento. La leche según el Código Alimentario Argentino Las empresas productoras que se encargan de la elaboración y envasado de leche y sus derivados para consumo realizan, además del proceso de pasteurización, controles sanitarios que garantizan que el producto final cumpla con reglamentaciones correspondientes establecidas por el Código Alimentario Argentino (CAA). Para cada tipo de leche o alimento lácteo, el CAA indica diferentes normas específicas en cuanto a las características físicas, químicas y microbiológicas del producto. En este punto es importante destacar que para cada producto existen límites y parámetros microbiológicos que nos indicarán si la leche o alguno de sus derivados es apto para el consumo humano. Según el CAA está prohibido comercializar leche cruda y numerosos organismos oficiales (Ministerio de Salud y otros) recomiendan no consumir la leche sin pasteurizar. La leche cruda sin control sanitario puede ser perjudicial para la salud (en especial por la presencia de microorganismos patógenos) y también cuando la misma es recogida en envases que no son aptos para contener alimentos. Derivados de la leche La fermentación láctica acidifica el medio a valores de ph menores que 5, lo cual elimina la posibilidad de crecimiento de los microorganismos que alteran los alimentos. Esta práctica se emplea para la conservación y producción de alimentos, y a estos alimentos se los denomina en conjunto derivados de la leche. Si bien, existen numerosos derivados de la industria láctea a continuación se desarrollan los más relevantes: Yogur De los derivados lácteos fermentados el yogur es el que presenta mayor consumo a nivel mundial. El yogur es el producto obtenido por fermentación de la leche pasteurizada, a través de la acción de los microorganismos Lactobacillus delbrueckii subespecie bulgaricus y Streptococcus salivarius subespecie thermophillus. Estos dos microorganismos homofermentativos constituyen el cultivo iniciador del yogur (los que se presentan en más alta proporción). S. salivarius se desarrolla acidificando fuertemente el medio y se utiliza para la producción de ácido láctico y L. delbrueckii es

11 187 mucho menos acidificante que el anterior. Este último contribuye fundamentalmente al sabor y al aroma del producto. Ambos microorganismos son microaerófilos y soportan muy bien los ph ácidos. En el yogur estas bacterias conviven en estrecha simbiosis. Cuando se cultivan conjuntamente aumenta más rápido el número de células viables y el contenido de ácido láctico. Para la fabricación del yogur el objetivo principal es mantener un equilibrio adecuado entre el desarrollo de ambos microorganismos con el objeto de obtener un producto final suficientemente ácido y aromático. Al comienzo de la preparación el ph de la leche es favorable a S. salivarius, razón por la cual inicialmente la acidificación es llevada a cabo principalmente por estos microorganismos poniendo en marcha la fermentación láctica. Además, L. delbrueckii también favorece el desarrollo de este microorganismo ya que obtiene un aminoácido (valina) a partir de la caseína el cual estimula el desarrollo de S. salivarius. Luego del aumento de la acidez por acumulación de ácido láctico el ph se vuelve poco favorable para S. salivarius, la relación se invierte y progresivamente pasan a ser más dominantes L. delbrueckii. Cuando el ph se acerca a 4,6 las caseínas se aglomeran formando la red tridimensional responsable de la textura del producto y se obtiene un coágulo que retiene el suero. Los yogures firmes (consistencia semisólida) se preparan con leches concentradas y se fermentan directamente en los recipientes de envasado. El yogur líquido se incuba a una temperatura más baja y por un tiempo mayor, luego se mezcla y se enfría antes del envasado. Los yogures batidos (menor consistencia que los firmes) se obtienen al romper el coágulo antes del envasado. Los yogures con frutas son preparados, batidos en frío a los cuales se les agrega pulpa de diversas frutas previamente pasteurizadas. Quesos Los quesos son concentrados de proteínas, especialmente caseínas, que se obtienen por un proceso de coagulación de estas a ph ácido y un posterior proceso de deshidratación. La coagulación de las caseínas resulta en la generación de un gel en el que quedan retenidos la materia grasa, vitaminas y minerales. En general, el proceso ocurre por la acción del cuajo. El cuajo consiste en un extracto enzimático de proteinasas ácidas como la renina que hidrolizan la caseína. La acción enzimática, en conjunto con la acidificación desarrollada por los microorganismos de la flora nativa de la leche o de cultivos iniciadores, se denomina coagulación mixta. El producto resultante es la concentración de la materia seca de la leche por coagulación a través de la acción microbiana. Luego de la coagulación, se produce el proceso de deshidratación o desuerado del queso que se inicia con el corte del gel formado por coagulación. En este momento ocurre la liberación de lactosuero. Luego del desuerado, se procede a moldear y prensar el queso. El moldeado le da forma a los quesos y el prensado ayuda a eliminar

12 188 el lactosuero remanente. El proceso de elaboración se detiene en este punto en el caso de los quesos frescos, mientras que en el caso de los demás quesos el proceso sigue mediante dos partes: el salado y la maduración. El salado favorece la disminución de la actividad del agua y actúa controlando el crecimiento microbiano y la actividad enzimática. Además, favorece la formación de la corteza del queso al seguir deshidratando. La maduración se realiza en cámaras con temperatura y humedad relativa controladas. En esta etapa ocurren procesos de lipólisis, proteólisis y glucolisis que generan compuestos que otorgan sabor y aroma a los quesos y también hay evaporación de agua, por lo cual se termina de formar la corteza del queso. En esta etapa intervienen en forma más relevante los microorganismos no iniciadores (aquellos que no intervienen en forma directa en la acidificación). En el caso de los quesos frescos estos no presentan una coagulación mixta, sino que tienen una coagulación de tipo láctica. En estos quesos se utilizan pequeñas cantidades de cuajo y se opera a bajas temperaturas para evitar las condiciones óptimas de acción de la enzima. Estos quesos son siempre muy húmedos (60-80% de agua). A causa de su gran contenido de agua son muy poco conservables. Estos quesos precisan de una previa pasteurización de la leche, ya que si existen microorganismos patógenos en la leche, estos quedan intactos ya que no tienen un proceso madurativo. En el caso de los quesos con ojos, estos se deben o bien al dióxido de carbono que se genera al fermentar la lactosa o en algunos tipos especiales de quesos al empleo de cultivos especiales del género Propionibacterium que producen dióxido de carbono a partir de lactato. Estas bacterias también producen ácido propiónico y acético a los cuales se les adjudica el sabor dulce y picante de estos quesos. Existen, además, innumerables variedades de queso que se clasificación por su textura, contenido de humedad, de materia grasa, etc. Otras variedades de queso son los que tienen hongos en su superficie como los quesos azules que presentan vetas azuladas debido al crecimiento de hongos del género Penicilium. Las vetas azulverdosas observadas corresponden a las hifas del hongo en crecimiento sobre el queso. ENSILADOS Las explotaciones ganaderas pueden conservar los forrajes mediante técnicas conocidas como heno y ensilado. El principio de cualquier conservación de forraje está basado en tratar de obtener un producto lo más semejante posible al material original a procesar en cuanto a cantidad (volumen) y calidad nutricional.

13 189 Heno: consiste en la deshidratación del forraje hasta niveles de 14-15% de humedad para inhibir el crecimiento microbiano. Un heno puede confeccionarse de diferentes maneras y dependiendo de ello se los denomina fardos, rollos o megafardos. Silo: El ensilado es una técnica de conservación de forraje en estado húmedo, sin luz ni oxígeno. El ensilado está basado en la inhibición de procesos enzimáticos y microbianos no deseados a través de la disminución del ph del medio. Dicha disminución es producida por la fermentación láctica de los azúcares que presenta el material original o forraje (maíz, sorgo, alfalfa, caña de azúcar, etc.), en condiciones de anaerobiosis. Existen múltiples factores a tener en cuenta para lograr un silo de buena calidad (Fig. 1). Dependiendo la especie forrajera (material original), se determina el momento fenológico óptimo para realizar la confección, en este punto se busca el mayor volumen posible por hectárea, sin dejar de tener en cuenta la calidad nutricional. En general, los mejores resultados se observan cuando los vegetales tienen % de materia seca y un contenido mínimo de 6 a 12% de hidratos de carbono solubles para garantizar la fermentación láctica. Luego, se procede al corte y picado del material original, procesos que normalmente son simultáneos. Es importante el tamaño del picado ya que interviene en la compactación del silo. Tamaños de picado muy grandes son difíciles de compactar dejando cámaras de aire, lo que provoca un mayor tiempo de respiración aeróbica (pérdida de valor nutritivo) e impide inicialmente los procesos de fermentación deseados y en casos extremos la pérdida del material ensilado. Por otra parte, debe haber una proporción mínima de trozos de vegetal (no menor a 2 cm) para estimular la motilidad ruminal. En caso que esto no suceda, se pueden ocasionar trastornos a nivel de rumen en el animal. Esto puede suceder en aquellas dietas donde el silaje es el principal componente y no intervienen otras fuentes de forrajes fibrosos como por ejemplo heno de alfalfa. En aquellos forrajes que al momento de ensilar poseen granos (maíz o sorgo), es importante lograr una ruptura de esos granos (cracker). Esto se logra con maquinaria que posee rolos que ejercen el partido de los granos, dejando expuesto el contenido de los mismos a los microorganismos para facilitar los procesos fermentativos, como así también mejorar la disponibilidad de nutrientes en el rumen del animal. El próximo paso es la compactación que busca eliminar la mayor cantidad de oxígeno posible con el objetivo de disminuir la respiración aeróbica y facilitar la posterior fermentación en el silo.

14 190 Fig.1. Silo bolsa Acción de los microorganismos en el proceso de ensilado Al mismo tiempo que actúan las enzimas de la planta, se produce un desarrollo de los microorganismos presentes en la superficie del forraje en el momento de recolección. Estos microorganismos se desarrollan más o menos intensamente en función de las circunstancias predominantes en el ensilaje. Algunos de estos microorganismos que se desarrollan en ausencia de oxígeno (anaerobiosis) son benéficos ya que acidifican la masa del forraje (disminuyen el ph). Otros son perjudiciales, creciendo y multiplicándose en presencia de oxígeno compitiendo con las bacterias lácticas por los azúcares. En una primera fase del ensilaje se desarrollan bacterias aerobias (Klebsiella y Acetobacter) que son más activas cuanto mayor es la cantidad de oxígeno aprisionado en el forraje. Estas bacterias emplean como sustrato los hidratos de carbono que pueden transformar en CO2 o ácido acético, cuya eficacia en la conservación del silo no es muy notable debido a su escasa capacidad acidificante. En esta primera fase, y en condiciones normales, ocurre un incremento de la temperatura en la masa del silo que puede oscilar entre 4 a 6 C por encima de la temperatura media del ambiente debido a la respiración aeróbica (temperaturas superiores podrían estar indicando que el proceso de respiración es excesivo). En condiciones ideales de confección del silo (cultivo y almacenamiento), el oxígeno debería ser eliminado de la masa en no más de 2 horas. En ausencia de

15 191 oxígeno comienza una fase anaeróbica donde las bacterias fermentan azúcares dando como resultado principalmente ácido láctico, y en menor medida ácido acético, etanol, CO2, etc. Cuando el ph del silo baja por debajo de 5 se inhibe el crecimiento de las bacterias acéticas, proliferando las bacterias productoras de ácido láctico. Tras 24 y 48 horas se desarrollan bacterias (Leuconostoc y Streptococcus) que transforman los azúcares en ácido láctico ayudando a bajar el ph rápidamente. A medida que las concentraciones de este ácido son más abundantes, estas bacterias disminuyen, desarrollándose otras (Lactobacilus y Pediococcus) que forman ácido láctico en grandes cantidades (3 y 5 día). Desde el 5º día hasta los días 17 a 21 el ácido se va acumulando en cantidades crecientes inhibiendo el crecimiento de otras bacterias. Si durante este período se ha producido suficiente cantidad de ácido como para llevar el ph a valores de 4,2 o inferiores, existe la garantía de que el forraje se conservará perfectamente por un período indefinido de tiempo, con un valor nutritivo semejante al que poseía al ser puesto en el silo. Es importante destacar que la fermentación láctica no solo estabiliza el silo con la baja de ph, sino que consume menos azucares para lograr la fermentación, alrededor de 3,8 a 4%, mientras que otras fermentaciones demandan mayor porcentaje de azucares (acética 38%, butírica 24%). Por el contrario, si el forraje es pobre en azúcares (leguminosas, plantas jóvenes) o se ha empobrecido antes de ensilarlo (respiración aeróbica, fertilización nitrogenada, etc.) o simplemente las bacterias aeróbicas de la primera fase los han agotado, las bacterias lácticas no tendrán suficiente cantidad de azúcares a su disposición para conseguir bajar el ph a 4,2. Esto permitirá el desarrollo de otros microorganismos que pueden degradar el forraje. En este caso, en primer lugar, actúan los clostridios sacarolíticos que degradan los hidratos de carbono formando ácido butírico (de olor desagradable) con escaso poder acidificante. Estos microorganismos dificultan la actividad de las bacterias lácticas, por lo cual la acidez de la masa disminuye permitiendo la proliferación de otros grupos bacterianos (clostridios proteolíticos). Los clostridios proteolíticos degradan las proteínas originando amoníaco como producto final, el cual termina por neutralizar la acidez residual. La masa sin mucho valor alimenticio y posiblemente con sustancias de carácter tóxico, queda reducida a un producto putrefacto que ha perdido su aspecto original, presentando un olor desagradable y característico. A esto, debe sumarse el efecto destructor de los hongos que se reproducen intensamente, en especial donde han quedado bolsas de aire, completando la destrucción del producto que queda prácticamente inservible. Es necesario considerar las fermentaciones debidas a mohos y levaduras, que tienen lugar por la presencia de oxígeno en el interior del ensilado, ya sea por la falta de estanqueidad del silo o por que hayan quedado bolsas de aire. Cuando el oxígeno ingresa en el momento de la apertura del silo provoca el deterioro del material ensilado (hongos y levaduras no deseados). Este deterioro puede ser disminuido por ph de 4 o menores, y algunos ácidos producidos en la fermentación que son tóxicos para hongos y levaduras (butírico, acético y propiónico). Otros factores

16 192 que ayudan es extremar medidas de manejo y condiciones ambientales favorables como por ejemplo bajas temperaturas. Valor nutritivo En cuanto al valor nutritivo, el ensilado no puede superar el valor del material original, pues seguramente habrá pérdidas tanto en cantidad como en calidad. Son inevitables las pérdidas en la formación de gases y drenaje; aunque pueden aminorarse teniendo en cuenta una serie de puntos como, por ejemplo: estado fenológico del vegetal al momento del ensilado, especie a ensilar, condiciones ambientales, tiempo en la confección del ensilado, etc. Para que un silo sea estable y palatable para el ganado debe tener un nivel de acidez que varíe entre 4,2 y 5. El rango de ph depende de varios factores: especie a ensilar, estado fenológico del forraje al momento del corte y picado, compactación, tiempo de confección, tiempos de fermentación, condiciones climáticas en el momento de la operación del ensilado, etc. Característica Organoléptica Color Aroma Textura Humedad CALIDAD Excelente Buena Regular Mala Verde amarillento, Verde oscuro, tallos Verde tallos más y hojas con igual aceituna pálidos que las tonalidad hojas Agradable a fruta madura El forraje conserva sus contornos definidos, hoja unida al tallo No humedece la mano a cierre de puño y se mantiene suelto el ensilado Agradable, ligero olor a vinagre El forraje conserva sus contornos definidos, hojas unida al tallo No humedece la mano a cierre de puño y se mantiene suelto el ensilado Ácido, con fuerte olor a vinagre. Deja en las manos un permanente olor a manteca (ácido butírico) Las hojas se separan fácilmente de los tallos, bordes del forraje mal definidos, hojas transparentes, vasos leñosos amarillos Al ser comprimido en el puño gotea líquido, con tendencia a ser compactado y formar una masa Casi negro o negro Desagradable, con olor putrefacto y a humedad. Deja un olor a manteca rancia en las manos por horas No se aprecia diferencia entre hojas y tallos, los cuales forman una masa amorfa y jabonosa al tacto Destila líquido, se compacta con facilidad y llega a tomar la forma deseada

17 193 Cuando se realice la apertura de un silo se puede evaluar su confección a partir de indicadores organolépticos como aroma, color, grado de humedad y textura. Esto nos informa sobre la confección del silo y por ende una aproximación cualitativa en cuanto a su nivel nutricional. Los rangos son los siguientes: VINIFICACIÓN La producción de vino es una industria muy importante en nuestro país y en el mundo. El vino es una bebida obtenida de la uva mediante la fermentación alcohólica. La fermentación se produce por la acción metabólica de levaduras que transforman los azúcares del fruto en etanol y CO2. La producción del vino comienza con la vendimia o la recolección de la uva, que resulta ser un proceso delicado ya que tiene que pasar el menor tiempo posible desde su recolección hasta su elaboración. A continuación, las uvas se prensan y se extrae el zumo resultante llamado mosto. Según el tipo de uvas que se utilice y la manera de preparar el mosto, se producirá vino blanco o vino tinto. El vino blanco se obtiene de uvas blancas o negras a la cuales se les ha quitado la piel, ya que es la piel la que tiene la sustancia colorante. En cambio, en la fabricación del vino tinto, pieles y semillas (lo que se conoce como orujo) se deja dentro del tanque de fermentación. Esto hace que el vino tinto presente mayor cantidad de taninos (sustancias químicas presentes en la piel de la uva) por lo cual suele presentar aromas más fuertes. Las levaduras utilizadas en la producción de vino pueden ser de dos clases: a) levaduras silvestres presentes en las uvas cuando se recogen del viñedo y que se transfieren al mosto y b) levaduras cultivadas del género Saccharomyces las cuales se añaden al mosto para iniciar la fermentación. Las levaduras silvestres presentan una menor tolerancia al alcohol que las cultivadas y además las levaduras silvestres suelen producir compuestos no deseados que afectan la calidad del producto final. Por ello, en muchas bodegas se suelen destruir estas levaduras. La fermentación del vino se puede realizar en fermentadores (tanques) de 200 a litros de capacidad según la bodega y que pueden estar hechos de madera de roble, cemento, piedra o metal revestido de vidrio. El fermentador está construido de tal manera que el dióxido de carbono pueda escapar pero que no pueda ingresar aire dentro del recipiente. Luego de la fermentación, los vinos se dejan envejecer almacenándolos por algunos meses o varios años. Durante el envejecimiento se suceden numerosos y complejos cambios químicos. El contenido final de alcohol del vino oscila entre un 6 y 15% en función del contenido de azúcar de las uvas, la duración de la fermentación y la cepa de levadura cultivada utilizada. Finalizada la fermentación es necesario realizar el descube (paso del vino a otro envase), para separarlo cuanto antes de levaduras y otras materias depositadas en el fondo del recipiente de fermentación y cuyo contacto prolongado produciría a la larga, olores e incluso sabores desagradables.

18 194 En el caso de los vinos espumantes, estos vinos tienen una segunda fermentación en la botella y se caracterizan por presentar dióxido de carbono de forma apreciable. Este gas presente en el vino es de origen endógeno, producido en el seno del propio vino mediante una segunda fermentación de azúcares añadidos. ELABORACIÓN DE CERVEZA Si bien, la elaboración de la cerveza tiene una muy larga historia, y las evidencias históricas coinciden en que ya era empleada por los antiguos egipcios, hoy en día la cerveza es una popular bebida alcohólica producida en todo el mundo a partir de la fermentación alcohólica de distintos tipos de cereales. En la actualidad el cereal más utilizado es la cebada, pero se pueden llegar a ser utilizados otros granos como materia prima: arroz, trigo y maíz. La elaboración de cerveza se divide en dos procesos principales: el primero corresponde a la conversión del almidón del cereal en azúcares fermentables por acción de las enzimas que se encuentran en la malta y la posterior fermentación alcohólica de los mismos por la acción de las levaduras. El primer paso que es la conversión de los granos de cebada en malta se denomina malteado. La malta constituye uno de los elementos iniciales y más importantes para la elaboración de la cerveza. En el proceso de malteado los granos de cereales se dejan germinar y luego son secados y molidos. La malta contiene enzimas naturales que degradan el almidón (amilasas). El proceso de malteado es fundamental para la generación de sustancias fermentables (azúcares simples) por las levaduras. Luego del proceso de malteado se agrega lúpulo (inflorescencia femenina de una planta) que le da el sabor amargo característico y que además actúa previniendo el desarrollo de microorganismos no deseados (por la acción de una resina). Posteriormente, se produce la fermentación de los azúcares por cepas seleccionadas de levaduras del género Saccharomyces. En este momento se producen el etanol y el CO2. Luego, la cerveza es almacenada a 0 C, momento en el cual precipitan las proteínas y resinas y el líquido se aclara y luego se produce el envasado. BEBIDAS ALCOHÓLICAS DESTILADAS Estas bebidas se fabrican a partir de la destilación de diversos líquidos previamente fermentados. Esta destilación incrementa en gran medida el contenido de alcohol de las bebidas. Así, la destilación de las bebidas de malta da lugar a la fabricación del Whisky, la del vino al Brandy, la destilación de la melaza fermentada produce Ron y la de papa o cereales produce Vodka, entre otros. La bacteria Zymomonas mobilis es responsable de la fermentación del jugo del agave (Agave atrovirens) para producir el pulque, bebida que por destilación origina el tequila. Normalmente esta bacteria no se utiliza para la fermentación de la cerveza o de

19 195 la sidra por producir sabores u olores desagradables, pero su capacidad para sobrevivir a elevadas concentraciones de etanol la convierte en la bacteria ideal para la generación de etanol para usos no comestibles (biocombustibles). Factores que limitan la fermentación alcohólica Acidez del sustrato: el ph es un factor limitante en la fermentación, debido a que las levaduras crecen en un rango de ph óptimo entre 3,5-5,5. A nivel industrial para mantener los niveles óptimos de acidez durante la fermentación se utilizan soluciones buffers. Los ácidos de algunas frutas (málico, tartárico) pueden limitar este proceso. Concentración de azúcares: concentraciones demasiado bajas o excesivas de monosacáridos o disacáridos pueden frenar el proceso. Los valores límites dependen del tipo de hidrato de carbono y de la levadura responsable de la fermentación. La concentración de azúcar afecta los procesos de ósmosis dentro de la membrana celular. Contacto con el aire: el contacto con el oxígeno (por mínimo que sea) durante el proceso lo detiene por completo (efecto Pasteur). Por eso los fermentadores se cierran herméticamente. Temperatura: la fermentación es un proceso exotérmico. Las levaduras son organismos mesófilos, con un régimen de funcionamiento dentro de un rango de temperatura óptimo. Temperaturas superiores a 55 C producen la muerte de las levaduras, la mayoría de las levaduras trabajan en forma óptima a temperaturas próximas a 30 C.

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