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acidos carboxilicos
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TESTO2STERO2NA
PRODUCCION
BIOTECNOLOGICA
FEBRERO 2015
AUSPICIADO POR
LA QUIMICA DEL YOUGURT
La ciencia de la fermentación
EL ACIDO CITRICO
Obtención industrial
EL ACIDO ACETICO
Industria atractivamente mundial
E l yogurt es considerado un alimento fundamen-
tal para la salud, debido a que es un producto del
grupo probiótico, los cuales contienen varias colo-
nias de microorganismos vivos que influyen positi-
vamente en nuestro organismo. La palabra probióti-
co proviene del griego y significa "por la vida". Esto
se refiere a que son alimentos de cultivos puros,
mezclas de microorganismos viables y activos los
cuales, al ser consumidos por el hombre o los anima-
les, aportan efectos realmente benéficos, mejorando
principalmente la salud de la flora intestinal.
BIOQUÍMICA DE LA FERMENTACIÓN
+ H2O
Β-galactosidasa
Lactosa Galactosa Glucosa
hidrolisis de la lactosa
La galactosa se convierte en glucosa que es el substrato inicial para la fermentación. La glucosa forma el piruvato que posteriormente puede ser transformado en ácido láctico por la enzima deshidrogenasa
láctica y en acetaldehído por una serie de enzimas entre las cuales se encuentra la piruvato decarboxilasa
+ NADH + H+ + NADH+
CO2 +
ACIDO PIRUVATO
ACIDO PIRUVATO
ACIDO LACTICO
ACETALDEHIDO
Deshidrogenasa
láctica
Piruvato
descarboxilasa
Producción de Yogurt
Balance
El contenido de sólidos grasos y no grasos es uno de los parámetros que se deben ajustar en la elaboración
de yogur para darle al producto las características propias de viscosidad y consistencia que además le
confieren estabilidad durante la fermentación y aumentan su valor nutricional [9, 10].
El contenido de grasas en general no se modifica en relación con la leche empleada como materia prima,
y de ahí que se habla de yogur entero, semidescremado y descremado. El contenido de sólidos no grasos
se ajusta a valores del 7% al 15% m/m, por medio de la adición de leche en polvo o azúcar o por evapora-
ción. En el primer caso, los ingredientes secos se adicionan y mezcla por medio de un triblender. La mezcla
resultante es lo que se denomina la base del yorgur.
Pasteurización HTST
La pasteurización de la base del yogur tiene dos propósitos: reducir la población bacteriana inicial para garanti-
zar una fermentación controlada luego de la inoculación de los cultivos lácticos y para inactivar y desnaturalizar
algunas enzimas como las lipasas, cuya acción afectan la estabilidad de la base.
La pasterización se realiza en tres etapas: calentamiento, sostenimiento y enfriamiento. En el caso del yogur, el
tratamiento consiste en un calentamiento rápido - 9 s -, hasta una temperatura de 85°C sostenidos por un minu-
to, seguido de un enfriamiento hasta los 45°C que es la temperatura de fermentación.
La pasterización HTST se realiza en intercambiadores de calor, de placas o de doble tubo, que se configuran pa-
ra integrar los flujos de calor, aprovechando el calor de la base que sale de la etapa de sostenimiento y que
debe enfriarse para precalentar la base que ingresa al intercambiador. De esta manera es posible ahorrar ener-
gía aprovechando cerca de un 90% de la energía transferida a la base.
Homogeneización
La homogenización es un operación en la cual se aumenta la presión de la base y se la hace pasar a través a tra-
vés de válvulas estrechas reduciendo y uniformizando el tamaño de los glóbulos grasos que ésta contiene [14, p. 43],
de este modo se incrementa la viscosidad de la base, se evita la formación de una capa de crema durante la fer-
mentación y se aumenta la estabilidad del coágulo dando paso a un producto mucho más cremoso, uniforme y
que no se separará durante la etapa de almacenamiento.
Inoculación
La fermentación de la base para la producción de yogur se inicia con la inoculación de cultivos de Lactobacillus
bulgaricus y Streptococcus termophilus, previamente desarrollados sobre una base de yogur en un tanque de
fermentación de menor tamaño que los tanques de fermentación de producción. La preparación de este inócu-
lo tiene el propósito de permitir el crecimiento de los microorganismos para su posterior adición a la base prepa-
rada para producción de yogur.
La inoculación es la adición del inóculo sobre la base del yogur una vez se ha realizado la pasteurización y se ha
enviado hacia los tanques de fermentación. Normalmente el inóculo corresponde entre el 1% y 2% del volumen
de la base a fermentar.
Fermentación
La fermentación es la etapa en la cual la lactosa presente en la base se convierte en ácido láctico, ácido acéti-
co, acetaldehído, acetona y diacetilos por acción de los cultivos inoculados, sustancias que le confieren al yogur
su sabor característico. La fermentación está acompañada por la reducción progresiva del pH, hasta un valor
aproximado de 4.7, en el cual se inhibe el crecimiento de otros microorganismos y asegura la estabilidad del pro-
ducto; de hecho las las especies que conforman el cultivo láctico establecen una simbiosis que favorece la fer-
mentación del yogur.
La fermentación se realiza en tanques agitados, provistos de una chaqueta para el paso de vapor, manteniendo
una temperatura de 43°C a 46°C. La fermentación toma un tiempo de tres a cinco horas y para garantizar una
producción continua es preciso contar con un tren de tanques de fermentación.
Al inicio de la fermentación no se observa ningún cambio en sus propiedades fisicoquímicas significativo pero al
final de ésta se presentan cambios en la mezcla como en la textura y acidez, que son unas de las propiedades
características del yogur.
Una fermentación corta o muy larga afectará las características del producto final, por ello el proceso se controla
por medio del seguimiento del pH y de la concentración de ácido láctico, cuyo valor debe estar entre 0.70 y 1.50
% m/m.
Enfriamiento
Finalizada la fermentación el yogur es bombeado hacia un intercambiador de calor para reducir su temperatura
hasta los 4°C deteniendo la actividad biológica y por ende el proceso de acidificación.
Envasado
El envasado del yogur es una etapa que debe realizase en las mejores condiciones higiénicas y sanitarias para
garantizar la estabilidad del producto durante su tiempo de vida útil. El yogur se envasa en vasitos sellados con
papel aluminio o envases plásticos con cierre hermético.
Los envases son empacados en cajas y estibados para su almacenamiento en el cuarto frío y posterior transporte
a los puntos de venta.
Refrigeración
Los envases son empacados en cajas y estibados para su almacenamiento en el cuarto frío. Durante la refrigera-
ción el yogur sigue cambiando su viscosidad hasta terminar con la textura característica, por lo cual se mantiene
el producto envasado a una temperatura por debajo de los 4°C y así también prolongar su tiempo de vida útil.
E l ácido cítrico es un compuesto presente en toda la
naturaleza, tradicionalmente se le asocia a las llama-
das “frutas cítricas” (naranja, limón, etc.) por haber
sido extraídas de estas, aunque con bajos rendimientos.
Actualmente ese compuesto se obtiene por medio de hongos y
bacterias que son capaces de acumular acido cítrico, es utilizado
ampliamente en la industria el hongo Aspergillus niger dado a su
fácil manejo y a su materia prima barata y fácil de conseguir.
Originalmente la obtención de acido cítrico se hacia mediante el
cultivo de Aspergillus niger en medio solido mediante bandejas
superpuestas, ahora solo es usado por un quinto de los produc-
tores a nivel mundial.
El método ampliamente usado involucra fermentación con el
cultivo a temperaturas de casi 30ºC manteniendo un pH casi
neutro o poco acido para el desarrollo de las cepas ya que du-
rante la fermentación llega a pH de 2. Se necesita un medio rico
en glucosa, con niveles bajos de fosfato y nitrógeno, además de
alcoholes de cadena corta (actúan como antiespumante) aumen-
tándose así el rendimiento y ser acumulado por el Aspergillus.
Al final de la fermentación (de 5 a 12 días) el organismo se sepa-
ra del liquido mediante técnicas de filtrado o de centrifugación.
Se hace precipitar al acido cítrico mediante la adición de cal,
estas sales son tratadas con acido sulfúrico para la recuperación
Aspergillus niger: hongo común que
crece en vegetales, filamentoso y que
es usado en cultivos para la obtención
de acido cítrico, ácido glucónico, enzi-
mas como la glucoamilasa, etc
ACIDO CITRICO
RESUMEN DE LA PRODUCCION DE ACIDO CITRICO
Fermentación aeróbica
del azúcar (sacarosa y
glucosa).
Uso del cultivo de
Aspergillus niger.
Separación del ácido
cítrico por purificación
al añadir Ca(OH)2
Añadir H2SO4 para la
recuperación del ácido
cítrico.
Precipitación de
CaSO4 y eliminación
de impurezas con
carbón activado.
Cristalización y
deshidratación del
ácido cítrico.
REACCIONES
Fermentación
Separación del ácido cítrico
Recuperación del ácido cítrico
Todo este proceso se basa en el tratamiento del hongo As-
pergillus niger en un sustrato (o medio) azucarado, el cual
se puede obtener de la naturaleza ya sea:
Melazas de remolacha
Sustrato de plátanos
Suero de leche
O cualquier solución rica es sacarosa y glucosa
Variacion de la producción de ácido cítrico según el tipo de cepa utilizada
E l ácido acético, ácido metilcarboxílico o ácido etanoi-
co, se puede encontrar en forma de ion acetato. Éste
es un ácido que se encuentra en el vinagre, siendo el
principal responsable de su sabor y olor agrios .
Es producido por síntesis y por fermentación bacteriana. Hoy en
día, la ruta biológica proporciona cerca del 10 % de la produc-
ción mundial, pero sigue siendo importante en la producción del
vinagre, dado que las leyes mundiales de pureza de alimentos
estipulan que el vinagre para uso en alimentos debe ser de ori-
gen biológico. Cerca del 75 % del ácido acético hecho en la in-
dustria química es prepa-
rada por carbonilación del
metanol. Los métodos
alternativos aportan el
resto. La producción mun-
dial total de ácido acético
virgen se estima en 5 Mt/a
(millones de toneladas por
año), aproximadamente la mitad es producida en los Estados
Unidos. La producción de Europa es aproximadamente 1 Mt/a y
está en descenso, y 0,7 Mt/a son producidos en Japón. Otro
1,5 Mt es reciclado cada año, llevando el mercado mundial total
a 6,5 Mt/a
La fermentación acética es uno de los tres tipos princi-pales de fermentación que son capaces de llevar a ca-bo las bacterias y otros or-ganismos. Concretamente la fermentación acética es aquella que llevan a cabo las bacterias del grupo Ace-tobacter, Estas bacterias son las encargadas de la producción mundial de vinagre, puesto que el áci-do acético es la característi-ca principal de este condi-mento.
Estrictamente hablando la fermen-tación acética no es una fermenta-ción, sino que metabólicamente es una oxidación y las fermentacio-nes, tanto la alcohólica como la láctica, se caracterizan por llevarse a cabo en condiciones de anabolia o al menos de baja presión parcial de oxígeno.
El sustrato de la fermentación acé-tica es el alcohol etílico, presente en el vino o la sidra. Sin embargo, también se encuentra de forma natural en frutas y flores, que em-plean la volatilidad en el medio, por lo que su eficiencia es enorme.
El primer enzima, llamado alcohol deshidrogenasa tiene como sustra-to el alcohol etílico y lo transforma en acetaldehido. Durante este paso del metabolismo del etanol se elimina un hidrógeno del etanol que pasa a reducir al NAD, una molécula de almacenamiento de energía.
de este compuesto para
atraer a sus polinizadores o
dispersores del fruto. La
transformación del alcohol
etílico en ácido acético se
lleva a cabo en la bacteria
mediante una cadena de 3
enzimas. Estequiometrica-
mente hablando estas bacte-
rias son capaces de producir
un mol de ácido acético por
cada mol de etanol presente
De esta manera el alcohol, al perder un hidrógeno se oxida, es decir, el balance oxígeno/ hidrógeno de la molécula tiende al oxígeno. En este proceso el NAD queda reducido a NADH. Este paso supone una “vuelta atrás” pues el paso de acetaldehído a etanol forma parte de la fermenta-ción etílica que llevan a cabo otras bacterias. En el segundo paso del metabolismo el acetaldehido es hidratado. Para ello la bacteria emplea una molécula de agua H2O. Convirtiendo el acetal-dehido en acetaldehído hidrato. Finalmente el tercer paso para la obtención de ácido acético es una segunda oxidación ésta se lleva a cabo mediante la enzima acetaldehí-do deshidrogenasa que libera otra molécula de hidrógeno que será cap-tada por otro NAD y producirá una molécula de ácido acético.
Descripción de la fermentación bacteriana