Concepto de microbiología industrial




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títuloConcepto de microbiología industrial
fecha de publicación03.08.2016
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BIOTECNOLOGÍA





  1. CONCEPTO DE MICROBIOLOGÍA INDUSTRIAL (= biotecnología microbiana)


Se trata del conjunto de los procesos industriales que utilizan microorganismos para la obtención de productos.

Estos productos pueden ser:

  • transformados a partir de otros (ver fermentaciones en la elaboración del yogur y del pan)

  • antibióticos y otras sustancias químicas: A partir de hongos del género Penicillium y bacterias de los géneros Bacillus y Streptomyces. La selección de especies con más capacidad productora, la mejora de los medios de cultivo (junto con el empleo de fermentadores), la selección de cepas mutantes y las mejoras en los procesos de extracción son hechos que han provocado un aumento espectacular en la producción industrial de antibióticos.

  • Vacunas

  • Control de la contaminación. Las aguas residuales del uso doméstico o industrial han de ser tratadas antes de verterlas al medio ambiente. Reacciones oxidativas de digestión y fermentación, protagonizadas por microorganismos ayudan a eliminar sustancias orgánicas indeseables y dan lugar a moléculas simples como el CO2 y el CH4. Después de pasar por la depuradora, las aguas residuales llevan ya menos sedimento y materia orgánica y ningún microorganismo patógeno.

  • control biológico de plagas de insectos: Se trata del uso de microorganismos para que ejerzan de parásitos en poblaciones de insectos perjudiciales para la agricultura. Son utilizadas también distintas especies de virus, bacterias y hongos (llamados entomopatógenos) capaces de producir toxinas que actúan como veneno para los insectos cuando las comen. Estas sustancias no son nocivas para otros animales ni para el hombre.

  • alimenticios: Algunas bacterias pueden sintetizar aminoácidos a partir de sulfato amónico. El excedente de aminoácidos producidos por estos microorganismos es aprovechado para la producción industrial de antioxidantes, aditivos y edulcorantes artificiales. También se aprovechan enzimas producidas por distintas especies de hongos para su uso en farmacia, pastelería, panadería etc.

(todo esto partiendo de microorganismos naturales)

También se puede partir de microorganismos genéticamente modificados para la producción de sustancias útiles como hormonas.


  1. MÉTODOS Y TÉCNICAS MICROBIOLÓGICAS




    • Medios de cultivo bacterianos: se trata de disoluciones acuosas con nutrientes orgánicos (monosacáridos, ácidos grasos, aminoácidos, ácidos orgánicos, bases nitrogenadas...) e inorgánicos (sales minerales), que satisfacen los principales elementos químicos que necesitan las bacterias para su metabolismo. Algunas bacterias específicas también necesitan la presencia de ciertos oligoelementos en su medio de cultivo para reproducirse. Los medios de cultivo de bacterias se preparan en medio líquido en tubos de ensayo o bien se emplean medios de cultivo en estado de gel, que se obtienen al añadir al medio líquido una sustancia gelificante como el agar-agar, obtenido a partir de algas marinas; estos medios semisólidos se preparan sobre placas de Petri.




    • Fermentadores: son depósitos de hasta más de 400 000 litros donde el medio de cultivo es un líquido. Añadidos los microbios, se pone en marcha un impulsor de palas para mezclar ambos componentes. Un sistema de tubos y grifos sirve para refrigerar el sistema, evacuar gases residuales, ir recogiendo el producto de la fermentación etc.




    • Esterilización: es la destrucción de todos los microorganismos que hay en cualquier sustrato, sea biológico (tejidos humanos, alimentos...) o no (ropa, instrumentos quirúrgicos...). Los agentes antimicrobianos encargados de la esterilización pueden actuar a varios niveles, como la destrucción de las cubiertas microbianas (tanto pared como membrana), la alteración del citoplasma o la inactivación de enzimas. Estos agentes pueden ser:

      1. Físicos: Calor seco y calor húmedo. Normalmente, con calor seco se necesitan temperaturas más altas y mayor tiempo de exposición para alcanzar los mismos resultados que con calor húmedo.

Los protozoos y los hongos son menos resistentes que las bacterias y sucumben a temperaturas de 50-70 ºC en 5-10’.

Para esterilizar por calor se utiliza el autoclave.

Por calor húmedo se pueden utilizar varias técnicas:

Pasteurización: temperaturas sobre los 65 durante 30 minutos o bien 75 ºC durante períodos más cortos (de 15 segundos) siempre seguido de un enfriamiento rápido.

UHT (ultra high temperature): inyección de vapor a 150 ºC y posterior enfriamiento en menos de 1-2 segundos.

Por calor seco se usan hornos o flameado. Sólo se esterilizan así materiales metálicos o de vidrio.

Otros métodos físicos son las radiaciones ionizantes (como los rayos X y los rayos γ), las radiaciones no ionizantes (como los rayos UV).

También se usa la filtración, con filtros microporosos que no dejan pasar bacterias.

      1. Químicos: sustancias químicas que matan microbios.

Veamos las siguientes definiciones:

    • Esterilizante: sustancia que mata todas las formas microbianas (por ejemplo formaldehído y glutaraldehído)

    • Desinfectante: matan microbios pero no sus formas resistentes (esporas). Se utilizan para desinfectar superficies inanimadas (por ejemplo compuestos fenólicos y sulfato de cobre)

    • Antiséptico: matan o impiden el crecimiento de microbios en heridas (por ejemplo etanol al 70%, solución de yodo, agua oxigenada...)



  1. LOS MICROORGANISMOS EN LA PRODUCCIÓN DE ALIMENTOS




  • Fabricación del queso y yogur. Intervienen aquí las bacterias del ácido láctico, muchas de las cuales se encuentran de forma natural en la leche produciendo su agriamiento.

La producción de queso comprende dos fases:

    • Formación de la cuajada: puede ser un proceso exclusivamente microbiológico, donde el ácido producido por las bacterias es capaz de coagular las proteínas de la leche, o bien ser un proceso asistido por la renina, una enzima extraída del estómago de las terneras. Una vez coaguladas las proteínas y formada la cuajada, se retira el líquido.

    • Maduración: se trata de un proceso complejo en el que la proteína coagulada se va hidrolizando y dando productos solubles: primero péptidos solubles y luego aminoácidos que pueden ser descompuestos dando amoníaco, ácidos grasos y aminas.

También las grasas son descompuestas; el proceso de maduración lo llevan a cabo sobre todo las enzimas microbianas.

    • Diferencias entre distintos tipos de queso:

    • Quesos duros tipo Cheddar: sólo se convierte en compuestos solubles entre el 25 y el 30% de la proteína, mientras que en los quesos blandos tipo Camembert, toda la proteína es convertida en solubles.

    • Quesos secos son madurados por bacterias del ácido láctico que crecen a través de todo el queso, mueren y se autolisan liberando enzimas hidrolíticas, mientras que los quesos frescos son madurados por los enzimas de levaduras y hongos que crecen sobre su superficie. El Roquefort es madurado por la acción de un hongo llamado Penicillium roqueforti que crece por toda la masa del queso.

    • Especies microbianas que intervienen en la producción de queso y yogur:

En el yogur se produce fermentación láctica por bacterias Lactobacillus bulgaricus y Streptococcus thermophillus. En el queso intervienen Streptococcus lactis o Streptococcus cremoris en la primera y segunda fase, y hongos del tipo Penicillium en la maduración.


    • Fabricación del pan. Se inicia con una fermentación alcohólica donde la harina húmeda se mezcla con la levadura. La harina contiene enzimas capaces de degradar el almidón en azúcares; sobre ellos actúan las levaduras fermentándolos. La fermentación produce alcohol (que se desprende en el proceso de cocción) y CO2, que queda atrapado como burbujas en la masa haciéndola esponjarse.

Las levaduras utilizadas para fabricar pan son de la especie Saccharomyces cerevisiæ derivadas de las cepas usadas por la industria cervecera.

Actualmente se produce levadura prensada y secada bajo control industrial que mantiene la viabilidad de las células.

Para bollería se puede emplear levadura en polvo, una mezcla de productos químicos que producen CO2 al humedecerse, pero en la panificación tradicional no puede sustituir a la auténtica levadura que le da a la masa unas propiedades texturales y aromáticas insustituibles.


  1. OTRAS APLICACIONES DEL USO DE LOS MICROORGANISMOS




    • Producción de proteínas. Algunas bacterias pueden sintetizar aminoácidos a partir de sulfato amónico. El excedente de aminoácidos producidos por estos microorganismos es aprovechado para la producción industrial de antioxidantes, aditivos y edulcorantes artificiales.

También se aprovechan enzimas producidas por distintas especies de hongos para su uso en farmacia, pastelería, panadería etc.

    • Control de la contaminación. Las aguas residuales del uso doméstico o industrial han de ser tratadas antes de verterlas al medio ambiente. Reacciones oxidativas de digestión y fermentación, protagonizadas por microorganismos ayudan a eliminar sustancias orgánicas indeseables y dan lugar a moléculas simples como el CO2 y el CH4. Después de pasar por la depuradora, las aguas residuales llevan ya menos sedimento y materia orgánica y ningún microorganismo patógeno.

    • Control de plagas de insectos. Se trata del uso de microorganismos para que ejerzan de parásitos en poblaciones de insectos perjudiciales para la agricultura. Son utilizadas también distintas especies de virus, bacterias y hongos (llamados entomopatógenos) capaces de producir toxinas que actúan como veneno para los insectos cuando las comen.

Estas sustancias no son nocivas para otros animales ni para el hombre.

  • Producción de antibióticos. A partir de hongos del género Penicillium y bacterias de los géneros Bacillus y Streptomyces. La selección de especies con más capacidad productora, la mejora de los medios de cultivo (junto con el empleo de fermentadores) y la selección de cepas mutantes son hechos que han provocado un aumento espectacular en la producción industrial de antibióticos.

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