BIOTECNOLOGÍA 1. CONCEPTO DE MICROBIOLOGÍA INDUSTRIAL

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.
2. MÉTODOS Y TÉCNICAS MICROBIOLÓGICAS
o
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.
o
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.
o
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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:
i. 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.
ii. 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...)
3. LOS MICROORGANISMOS EN LA PRODUCCIÓN DE ALIMENTOS
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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.
4. OTRAS APLICACIONES DEL USO DE LOS MICROORGANISMOS
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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.
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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.