Bioenergética Microbiana: Fermentaciones

¿QUÉ ES LA BIOTECNOLOGIA?

Podemos entender por biotecnología la serie de procesos industriales que implican el uso de organismos vivos, bien sean plantas, animales o microorganismos. Así, procesos tan diferentes como la producción de antibióticos, la recuperación del cobre marginal para microorganismos o el tratamiento de las aguas residuales, son biotecnología, ya que en todas ellas se utilizan organismos vivos.

¿Que relación tiene la biotecnología y los alimentos?

Todos los alimentos que consumimos en nuestra dieta tienen un origen animal o vegetal. Una pata de pollo o la lechuga de nuestra ensalada son alimentos que consumimos directamente, sin ningún otro proceso que no sea la elaboración culinaria, y su origen es animal o vegetal. Por otro lado, hay otros alimentos que, partiendo de una primera materia de origen vegetal o animal, necesitan una transformación microbiana para generar el producto final. Son alimentos fermentados como el yogurt o el pan. En el primer caso, a partir de una leche, un producto de origen animal, unos bacterios producen el derivado lácteo. En el segundo, una levadura transforma la harina de trigo, un derivado vegetal, en la producción del alimento. Podemos llegar a la conclusión que la producción de alimentos, ya sean de consumo directo o fermentados, es un proceso biotecnológico, ya que intervienen organismos vivos.

Después de hacer estas consideraciones, podemos definir la biotecnología de los alimentos como la parcela de la biotecnología que se ocupa, específicamente, de los procesos agroalimentarios. Si nos atenemos a ésta definición, el hombre ha practicado la biotecnología de los alimentos desde los inicios de la civilización.

BIOENERGÉTICA MICROBIANA: FERMENTACIONES

Durante miles de años, la fermentación ha sido una importante forma de conservación de los alimentos.

Fue Pasteur quien demostró que todos los procesos fermentativos son resultado de la actividad microbiana, siendo específica dicha actividad para cada fermentación. Y que la vida también es posible en ausencia de oxígeno aunque sea un proceso menos energético.

Hoy en día las fermentaciones desempeñan un papel fundamental, siendo muy utilizadas desde un punto de vista industrial y tecnológico como en el caso de los fermentadores o digestores anaerobios. Las fermentaciones industriales requieren medios de cultivo apropiados y la selección a gran escala de microorganismos, siendo utilizadas en procesos alimentarios y para la fabricación de antibióticos.

La fermentación es un proceso catabólico en el que un compuesto orgánico actúa como dador de electrones, y un producto de éste es el aceptor final. Por esto se dice que hay un “aceptor interno de electrones”. También se da una fosforilación a nivel de sustrato, en la que la cesión de un grupo fosfato a la molécula de ADP para formar ATP no requiere la presencia de la cadena de electrones. Es un proceso anaerobio, independientemente de que el organismo que la realice sea aerobio o anaerobio.

Aunque también se fermenten aminoácidos, la fermentación más habitual es la de azúcares. En la fermentación de glucosa, el primer paso es llegar a la molécula de piruvato. La ruta más frecuente por la que se consigue es la glucolisis. Con este proceso, el rendimiento energético obtenido es de 2 ATP por glucosa, lo que indica la baja rentabilidad energética de la fermentación. Una vez formado el piruvato tiene lugar la reoxidación del NADH,H+ a NAD, necesaria para proseguir la glucolisis, ya que el NAD se encuentra en cantidad limitada y es preciso que se regenere. Para ello, el piruvato o alguno de sus productos actúa como aceptor de electrones, permitiendo la formación de moléculas de NAD.

Los productos derivados de la fermentación son muy variados dependiendo del tipo de fermentación. Es frecuente que en algunas reacciones se desprendan gases y ácidos. Estas características permiten identificar bacterias en el laboratorio.

Todos los productos lácteos fermentados se caracterizan por partir de una serie de fases comunes en el proceso de elaboración: inoculación de la leche con un cultivo microbiano iniciador o starter, incubación a la temperatura óptima de crecimiento y enfriamiento. El objetivo final es conseguir que el ácido generado por la actividad bacteriana actúe como desnaturalizador proteico. Las diferencias de aroma y sabor de estos productos varían según las especies que constituyan el starter y de cómo sean las condiciones seguidas en el proceso de incubación.

En estos procesos debemos tener muy en cuenta a las bacterias del ácido láctico: Streptococcus, Enterococcus, Lactococcus, Lactobacillus y Leuconostoc.

En la actualidad las fermentaciones se utilizan de una forma muy amplia y general en relación con la microbiología industrial y la biotecnología, entendiéndose como procesos, aerobios o anaerobios, que conlleven el cultivo masivo de microorganismos. El cultivo microbiano para aplicaciones industriales se realiza en tubos de cultivo, matraces oscilantes y fermentadores con agitación u otros sistemas de cultivo masivo.

Cualquier proceso microbiano debe ser monitorizado para asegurar que transcurre adecuadamente, siendo muy importante el sistema de aireación en los fermentadores aerobios de gran escala (puesto que el gas se mezcla muy mal con el líquido).

Los digestores anaeróbicos son grandes tanques diseñados para funcionar en ausencia de oxígeno con la incorporación continua de fangos no tratados y la retirada de producto final de fango estabilizado. Los principales productos del tratamiento anóxico de las aguas residuales son metano y dióxido de carbono.

La fermentación también es considerada como una prueba para diagnosticar si el agua se encuentra contaminada de bacterias coliformes, y así poder depurar las aguas correctamente para evitar posibles enfermedades.

LA LECHE

ENFRIAMIENTO Y ALMACENAMIENTO

Tras el ordeño, la leche se encuentra en una masa tibia cuya temperatura se acerca a los 33 °C y se enfría muy lentamente con el aire, aunque el ambiente sea fresco, es decir se encuentra en condiciones muy favorables para la multiplicación de numerosas especies de bacterias que la deterioran rápidamente; por lo tanto, es necesario descender rápidamente su temperatura hasta 4 °C como máximo para impedir el desarrollo de las bacterias. La finalidad de la refrigeración es conservar la calidad inicial de la leche hasta su utilización o transformación.

Para el enfriamiento de la leche se pueden emplear intercambiadores de calor a placas donde se efectúa el enfriamiento instantáneamente

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