14-15 Tema 20. Fermentación Láctica(1)

1Tema 20

FERMENTACIN LACTICA

Microbiologa.Fac.Ciencias

Tema 20

- MADIGAN, M.T., MARTINKO, J.M., DUNLAP., & CLARK, D.P. 2009. Brock. Biologa de los microorganismos 12 ed. Ed. Pearson.

Captulo 25- WILLEY, J.M., SHERWOOD, L.M. & WOOLVERTON, C.J. 2007. Microbiologa de Prescott, Harley y Klein. 8 Ed. Ed. McGrawHill

Captulo 40

OBJETIVOConocer los principales productos obtenidos por fermentacin lctica y los mecanismos de produccin

BIBLIOGRAFA


2Microbiologa.Fac.Ciencias

Produccin de cido lctico a partir de azcares, fundamentalmente lactosa Proceso anaerobio

Azcares piruvatoPiruvato lactato + CO2

Diferentes rutas metablicas hasta el piruvato Fermentacin homolctica: va glicoltica, produce 2 ATP

Reaccin total: Hexosa 2 lactato + 2 ATP Fermentacin heterolctica: va no glicoltica hasta el piruvato;

produce slo 1 ATPRuta de las pentosas-fosfatoReaccin total:

Hexosa 1 lactato + 1 etanol + 1 CO2 + 1 ATP

Fermentacin lcticaTema 20


Fermentacin homolctica y heterolctica

Tema 20


Tema 20Fermentacin homolctica y heterolctica

HOMOFERMENTATIVAS Est presente la enzima aldolasa Va glicoltica hasta el piruvato Slo se produce cido lctico Gneros

Streptococcus Lactococcus Pediococcus muchas especies de Lactobacillus

HETEROFERMENTATIVAS Carecen de la enzima aldolasa Ruta de las pentosas fosfato Producen cido lctico, etanol y CO2 Gneros

Leuconostoc algunas especies de Lactobacillus


Materia prima Leche o suero de leche (lactosa) Sacarosa: caa de azcar y sus derivados, remolacha Almidones: cereales, tubrculos Otras fuentes: derivados agrcolas, subproductos

Microorganismos Bacterias del cido lctico (LAB)

Productos Derivados lcteos fermentados cido lctico Vegetales fermentados Productos crnicos

Fermentacin lcticaTema 20


Bacterias G(+), inmviles, nunca esporuladas, que producen cido lctico como nico o principal producto de fermentacin (homo o heterofermentativas)

Cocos (Streptococcus, Lactococcus, Leuconostoc, Pediococcus) o bacilos (Lactobacillus)

Carecen de citocromo c, por lo que no realizan fosforilacin oxidativa Anaerobias aerotolerantes Capacidad de biosntesis limitada por lo que tienen complejas

necesidades nutricionales: vitaminas (especialmente del grupo B), aminocidos, purinas, pirimidinas

La mayora solo pueden utilizar azcares como fuente de energa Toleran altos niveles de cidos La mayora son mesfilas, pero hay algunas termfilas y psicrfilas Hbitats: leche y derivados lcteos, frutas, hortalizas, vegetales en

fermentacin, derivados de caa de azcar, productos crnicos, intestino y mucosa de animales y humanos

Bacterias del cido lctico (LAB)Tema 20


Orden LactobacillalesFamilia Streptococcaceae

Gnero Streptococcus. HomofermentativasStreptococcus termophilus

Gnero Lactococcus. HomofermentativasLactococcus lactis subsp cremosis

Familia LactobacillaceaeGnero Lactobacillus. La mayora homofermentativas

Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricusGnero Leuconostoc. Heterofermentativas

Leuconostoc mesenteroides Gnero Pediococcus. Homofermentativas

Bacterias del cido lctico (LAB)Tema 20

En la mayora de los casos hay una asociacin entre varios tipos de bacterias para que se produzca el producto final pretendido (consorcio)

Sabores caractersticos tienen origen en este consorcio

5Aplicaciones Con fines de conservacin. El descenso de pH debido a la formacin del

cido lctico protege frente a otro tipo de microorganismos; adems producen bacteriocinas

El descenso de pH produce cambios qumicos que en muchos casos mejoran las propiedades organolpticas del alimento: presentan una textura, olor y sabor mucho ms atractivos

Productos: Derivados lcteos fermentados: yogur, queso, mantequilla, kfir, cido lctico Vegetales fermentados:

Col cida (chucrut) Encurtidos (pepinillos, aceitunas, ) Ensilado

Productos crnicos

Tema 20M

icrobiologa.Fac.Ciencias

La leche es uno de los alimentos ms completos que existen En su constituicin hay tres componentes principales:

- Lactosa (fuente de energa y carbono para las bacterias acido-lcticas)- Casena (protena que forma cogulos cuando el pH es < 4,6)- Grasa

Tambin contiene albmina y sales mineralesLos derivados lcteos fueron en su origen un mtodo de conservacin de alimentoCmo se obtienen los derivados lcteos? Aadiendo bacterias lcticas iniciadoras a la leche pasteurizada

Cultivos iniciadores o starter: su funcin es la de fermentar la lactosa transformndola en cido lctico. Adems poseen sistemas proteolticos y lipolticos y producen compuestos como el diacetilo y el acetaldehdo que le dan aroma y aspecto diferente

Leche pasteurizada: reduce la posibilidad de crecimiento de ciertos microorganismos patgenos y permite un mayor control del proceso

Derivados lcteosTema 20


6 Producto que resulta de la fermentacin de la leche debido a la precipitacin de la casena formacin de un cuajo

Las bacterias acido-lcticas responsables de la formacin de la textura y aroma del yogur son:

- Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus

- Streptococcus thermophilus

El grado de produccin de cido lctico es mucho ms alto cuando se utilizan ambas que cuando se utilizan individualmente

Lactosa

Lactobacillus bulgaricus

Streptococcus thermophilus

Aminocidos CO2 + Formiato cido lctico

YogurTema 20


1.- Pasteurizacin de la leche A una temperatura de 80-90 C durante 30 minutos Sus principales funciones son:

Reducir y eliminar los microorganismos que existen en laleche para favorecer el crecimiento de las cultivos iniciadores

Desnaturalizar las protenas para que se forme un gel msestable

2.- Homogenizacin Para mezclar mejor todos los ingredientes y as mejorar la

consistencia del yogur3.- Refrigeracin:

Rpida disminucin de la temperatura de la leche a 40-43 C, valor apropiado para los cultivos iniciadores

4.- Inoculacin En esta fase la leche es transferida a tanques donde se inoculan

los cultivos de Lactobacillus delbrueckii subsp.bulgaricus yStreptococcus thermophilus

Produccin industrial del yogurTema 20



5.- Fermentacin Lactobacillus delbrueckii subsp.bulgaricus y Streptococcus

thermophilus crecen produciendo cido lctico Al principio de la fermentacin la acidez de la leche favorece el

crecimiento de Streptococcus thermophilus, sin embargo, cuando se alcanza determinado valor de pH el crecimiento de Lactobacillus empieza a ser ms favorable que el de Streptococcus thermophilus

Producen acetaldehdo, considerado el compuesto aromtico ms importante del yogurt

Cuando se alcanza el pH = 4,6 se produce la precipitacin de la casena y se produce la formacin del cuajo

6.- Refrigeracin El yogur es enfriado a una temperatura de 5 C. El objetivo es

parar la fermentacin y as controlar la acidez del producto. Adems, la baja temperatura aumenta la rigidez y consistencia del cuajo

Produccin Industrial del yogurTema 20


4. Definicin de producto.4.1 Se entiende por yogur o yoghourt el producto de leche coagulada obtenida por fermentacin lctica mediante la accin de Lactobacillus bulgaricus y Streptococcus thermophilus a partir de leche pasterizada, leche concentrada pasterizada, leche total o parcialmente desnatada pasterizada, leche concentrada pasterizada total o parcialmente desnatada, con o sin adicin de nata pasterizada, leche en polvo entera, semidesnatada o desnatada, suero en polvo, protenas de leche y/u otros productos procedentes del fraccionamiento de la leche.Los microorganismos productores de la fermentacin lctica deben ser viables y estar presentes en el producto terminado en cantidad mnima de 1 por 107 colonias por gramo o mililitro.4.2 Se entiende por yogur pasteurizado despus de la fermentacin o yoghourt pasteurizado despus de la fermentacin el producto obtenido a partir del yogur o yoghourt que, como consecuencia de la aplicacin de un tratamiento por el calor posterior a la fermentacin equivalente a una pasteurizacin, ha perdido la viabilidad de las bacterias lcticas especficas y cumple todos los requisitos establecidos para el yogur en esta norma, salvo las excepciones indicadas en sta.

7.2 Adiciones esenciales. nicamente cultivos de Lactobacillus bulgaricus y Streptococcus thermophilus, y estando presentes ambos.

3273 REAL DECRETO 179/2003, de 14 de febrero,por el que se aprueba la Norma de Calidad para el yogur o yoghourt (BOE nm. 42, martes 18 febrero 2003)

Tema 20


Producto fresco o madurado, slido o semislido, obtenido a partir dela coagulacin de la leche y posterior separacin del suero

Las leches que se utilizan habitualmente para su elaboracin son: Leche de vaca (entera o desnatada) que le otorga un sabor suave Leche de cabra u oveja para la obtencin de sabores fuertes Leche de bfala, en algunos quesos especializados (mozzarella)

La grasa de la leche es el nutriente que ms influye en el sabor delqueso. La leche entera es la ms rica en grasas, pero en ciertos casospara poder reducir el contenido graso de los quesos se usa su versindesnatada o semidesnatada, lo cual tambin puede disminuir el sabordel producto final. Segn el contenido graso los quesos pueden ser:

Extra-grasos: Ms del 60% materia grasa Grasos: 45-60% materia grasa Semi-grasos: 25-45% materia grasa Semi-desnatados: 10-25% materia grasa Desnatados: ausencia o hasta 10%

QuesoTema 20

Etapas bsicas en la elaboracin de quesoMateria prima: leche (analizada microbiolgica y qumicamente)Pasteurizacin

enfriar la leche a 30-35CCultivo iniciador: bacterias lcticasAcidificacin

10-75 minutosCoagulacin por la renina o cuajoCuajada

Corte (molienda)/ agitacinTratamiento trmico/Salado

DeshidratacinSeparacin del suero de la cuajada Lactosuero

+/- adicin de inculo microbiano (microbiota secundaria) u otros aditivosPrensado Maduracin

Tema 20


9Cultivos iniciadoresFunciones:

Fermentacin de la lactosa -> cido lctico descenso del pH contribuye a la coagulacin de la casena

Actividad proteoltica Lipolisis de los cidos grasos de la leche

Bacterias cido-lcticas mesfilas y termfilas Lactococcus lactis subesp. lactis Lactococcus lactis subesp. cremoris Streptococcus thermophilus Lactobacillus delbrueckii subesp. bulgaricus Lactobacillus helveticus

Tema 20M


Modificaciones fisicoqumicas de la casena que conducen a la formacin de un cogulo

La precipitacin de la casena se produce por el cido lctico producido cuando la leche sufre fermentacin lctica y/o por la adicin del enzima renina

La renina est presente en la secrecin gstrica de los rumiantes. Actualmente se obtiene a partir de microorganismos modificados genticamente

Coagulacin Tema 20

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- La cuajada se separa del suero de la leche- Se hacen ajustes de tipo mecnico como el cortado y

el removido- El calentamiento disminuye el grado de hidratacin,

favoreciendo la concentracin de la cuajada- Se hacen ajustes a la cuajada, como aadir sal, retirar

una cantidad especfica de humedad, inocular conmicroorganismos especficos si es necesario y darle laforma y tamao deseado

La cuajada se incuba bajo condiciones que favorezcan el desarrollo de los microorganismos deseados

DesueradoTema 20


Los cientos de quesos diferentes se pueden clasificar en: Quesos frescos: consisten en cuajada que no ha sido

fermentada por microorganismos Quesos maduros o curados: resultan del crecimiento de

bacterias u hongos en o sobre la cuajada durante un perodo de incubacin determinado. Estos se clasifican en fuertes, semicurados y suaves en funcin de la cantidad de casena que ha sido metabolizada por los microorganismos de la maduracin.

MaduracinTema 20

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Microbiota secundaria Propionibacterium freundenreichii: Metaboliza el cido lctico a cido

propinico, cido actico y CO2. El CO2 forma los agujeros de los quesos de tipo suizo (Gruyere, Emmental) Leuconostoc y ciertas cepas de Lactococcus lactis sub lactis citrato+:

Metabolizan el cido ctrico produciendo compuestos aromticos y CO2(Edam, Gouda) Penicillium camembertii y Penicillium roqueforti: Maduracin de los

quesos Camembert y quesos azules respectivamente

Tema 20M

icrobiologa.Fac.CienciasM


El 90% del cido lctico producido en el mundo es elaborado por va biotecnolgica

A partir de medios sintticos, sueros de quesera, sacarosa proveniente de la caa de azcar y de la remolacha azucarera, etc.

Lactobacillus delbrueckii es el microorganismo ms utilizado en la produccin a gran escala de cido lctico, ya que tiene la ventaja de producir nicamente ismeros L (+), consumir eficientemente glucosa y ser un microorganismo termfilo con temperatura ptima de crecimiento 41.5C, lo que reduce costes de enfriamiento y esterilizacin, as como riesgos de contaminacin microbiolgica en el biorreactor

El carcter anaerobio aerotolerante de estas bacterias permite trabajar en un biorreactor sin eliminar el oxgeno

Actualmente se utiliza tambin el moho Rhizopus oryzae para la produccin biotecnolgica de cido lctico ya que tiene menos requerimientos nutritivos que los lactobacilos

Produccin microbiana de cido lcticoTema 20

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Usos del cido lctico En la industria alimenticia se usa como acidulante y conservante Emulsionante en productos de bollera Las industrias qumicas lo utilizan como disolvente y como agente

controlador de pH En la produccin de pinturas y resinas puede ser utilizado como

solvente biodegradable En la industria de plsticos es utilizado como precursor del cido

polilctico (PLA), un polmero biodegradable con interesantes usos en la industria y la medicina

Aplicaciones farmacuticas y cosmticas: lociones, soluciones contra el acn, humectantesetc. El lactato de calcio se puede utilizar para una terapia de deficiencia de calcio y como agente anti-caries

Tema 20M

icrobiologa.Fac.CienciasM


Uso de cultivos de bacterias lcticas para la fermentacin de productos vegetales: coles, pepinos, aceitunas,etc.

Pediococcus, junto con otras bacterias del cido lctico, como Leuconostoc y Lactobacillus, se utiliza en la fermentacin del repollo para la elaboracin de chucrut. Durante este proceso, los azcares de las coles frescas se transforman en cido lctico que le dan un sabor agrio y permiten que se conserven en buenas condiciones

Encurtidos: alimento sumergido en una solucin salina, que fermenta por s solo o con ayuda de un inculo de bacterias lcticas. A partir de esta materia prima fermentada se elaboran los distintos tipos de encurtidos

Ensilado: fermentacin lctica del forraje para su conservacin. Puede ser in situ o en silos

Vegetales fermentadosTema 20

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Microbiota espontnea predominante en la fermentacin de los productos crnicos est constituida por lactobacilos (Lb.plantarum, Lb.brevis, Lb.fermentum) y Pediococcus (Pc.acidilactici). Estos inhiben bacteria patgenas como Salmonella, Staphylococcus o Clostridium boltulinum en la fabricacin de salchichas, bacon, salami y otros embutidos

Productos crnicosTema 20

14-15 Tema 20. Fermentación Láctica(1)

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