FACULTAD DE FARMACIA
LICENCIATURA EN CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE LOS ALIMENTOS


Microbiología industrial

Tipo: Obligatoria
Créditos: Teóricos: 4.5. Prácticos: 1.5.
Curso: Curso 2º. Primer Cuatrimestre.
 
Programa teórico:

I.- Primera parte: Conceptos generales

 

Tema 1. Concepto y desarrollo histórico de la Microbiología Industrial. Biotecnología. Horizontes e importancia.

Definición de Microbiología Industrial . Historia de la Microbiología Industrial.

Biotecnología . Definición y conceptos. Categorías. Etapas e hitos de la biotecnología. Aplicaciones de la biotecnología. Procesos biológicos involucrados dentro de la biotecnología alimentaria.

 

Tema 2. Esquema general de los procesos de fermentación. Metabolismo microbiano.

 

Metabolismo microbiano . Metabolismo energético en microorganismos de interés industrial Procesos generadores de ATP. Conceptos de respiración, fermetación y fotosíntesis. Respiración : respiración aerobia y anaerobia en quimioheterótrofos, respiración aerobia en quimioautótrofos. Fermentaciones : concepto de fermentación desde el punto de vista bioquímico y desde el punto de vista industrial. Tipos de fermentaciones.

Rendimiento energético de la respiración y fermentación. Rutas metabólicas que utilizan energía (anabolismo). Integración del metabolismo celular.

Tema 3 Productos de interés industrial

Células microbianas (proteína unicelular o SCP).

Metabolitos primarios y secundarios. Características generales. Trofofase e idiofase.

Macromoléculas que sintetizan las células: enzimas, polisacáridos y PHA.

Tema 4. Microorganismos industriales

 

Utilidad de los microorganismos. Posibilidades de utilización de un microorganismo. Características que deben reunir los microorganismos industriales.

Grupos microbianos de interés industrial

Aislamiento y selección de microorganismos. Métodos acelerados de selección.

Mantenimiento y conservación de microorganismos. Colecciones de cultivo.

Cultivos iniciadores. Preparación de inóculos. Propiedades y problemas de los inóculos.

 

II.- Segunda parte: Mejora de cepas

 

Tema 5. Mejora y desarrollo de cepas para uso industrial.

 

Justificación de la mejora de cepas. Procedimientos empleados para la mejora de cepas.

Mutación : concepto, agentes mutagénicos y mecanismos de acción. Tipos de mutaciones. Selección de mutantes.

Recombinación : Recombinación sexual en eucariotas. Recombinación genética en bacterias: transformación, transducción y conjugación.

Fusión de protoplastos.

Ciclos parasexuales.

Tema 6. Ingeniería Genética conceptos generales

 

Tecnología del ADN recombinante . Estructura, configuración, aislamiento, observación, secuenciación, síntesis y marcaje del ADN. Enzimas en ingeniería genética : endonucleasas de restricción, ligasas, polimerasas. Vectores : vectores de clonación: plásmidos, bacteriófagos y cósmidos. Vectores de expresión. Etapas en el proceso de clonación y técnicas asociadas: digestión, ligamiento, hibridación. Librerías genómicas. PCR. Proteómica y Transcriptómica.

 

Tema 7. Aplicaciones de la ingeniería genética en la industria alimentaria.

 

Mejora de cepas industriales utilizadas en producción de alimentos. Obtención biotecnológica de enzimas de interés alimentario. Alimentos transgénicos. Riesgos, control, regulación y aceptación de productos biotecnológicos.

 

III. -Tercera parte: Métodos de Fermentación

 

Tema 8. Nutrición de los microorganismos. Substratos y medios de cultivo para la fermentación industrial

 

Materias primas y medios de cultivo empleados en la industria.

Substratos utilizados como fuente de carbono : extracto de malta, almidón, glucosa, sacarosa, melazas, lípidos, etanol, metanol, alcanos, otros. Substratos utilizados como fuente de nitrógeno : líquido de maceración del maíz, harina de soja, extracto de levadura, peptona, residuos de la destilación de alcohol.

Fuente de vitaminas y sales minerales. Substratos complejos.

Tema 9. Cinética del crecimiento microbiano: fermentación continua y por cargas

 

División bacteriana y fases del crecimiento. Determinación de la biomasa y otros parámetros.

Fermentación contínua y discontínua . Crecimiento exponencial balanceado. Cultivo contínuo. Ventajas e inconvenientes de los sistemas de cultivo contínuo.

El quimiostato . Expresión matemática del quimiostato. Relaciones en estado de equilibrio en un quimiostato. El turbidostato.

Tema 10. Diseño de fermentadores y factores que afectan al rendimiento de las fermentaciones.

Fermentadores : Diseño y descripción de los componentes básicos. Aireación y agitación. Instrumentación y control. Sistemas de medida. Sistemas de esterilización.

Fermentadores de laboratorio. Fermentadores a escala piloto.

Factores que afecten al rendimiento de las fermentaciones

Agitación, aireación y mezclado. Número de Reynold. Potencia necesaria en un fermentador. Efecto de la viscosidad, temperaturay pH. Aporte de oxígeno.

 

Tema 11. Fermentadores industriales. Instalaciones y técnicas empleadas.

 

Escalado de un proceso en microbiología industrial. Etapas. Problemas y factores asociados con el escalado de un proceso.

Dispositivos de una planta de fermentación . Tanque. Sistemas de esterilización. Sistemas de agitación y mezclado. Dispositivos de aireación. Filtros en profundidad. Sistemas de inoculación aséptica.

 

IV- Cuarta parte: Procesos microbianos aplicados en la industria alimentaria

Tema 12. Producción industrial de metabolitos primarios. Ácidos orgánicos y aminoácidos.

 

Funciones de los ácidos orgánicos en la industria alimentaria. Producción industrial de ácidos orgánicos . Ácido cítrico. Bioquímica de la producción del citrato por Aspergillus niger . Ácido glucónico. Ácido láctico. Ácido acético. Ácido tartárico. Ácido fumárico. Ácido málico.

Aplicaciones de los aminoácidos en la industria alimentaria. Métodos de producción industrial de aminoácidos . Ácido glutámico. Lisina. Metionina.

 

Tema 13. Producción industrial de otros metabolitos primarios: alcoholes, vitaminas, nucleótidos y nucleósidos.

 

Producción industrial de etanol . Microorganismos implicados. Esquema del proceso: fermentación contínua y discontínua. Condiciones de la fermentación y optimización del proceso.

Producción de vitaminas . Vitamina B 12 . Riboflavina

Nucleótidos y nucleósidos . Aplicaciones en la industria alimentaria. Métodos de producción.

 

Tema 14. Producción industrial de enzimas y polisacáridos microbianos.

 

Enzimas de interés comercial . Selección de microorganismos. Microorganismos GRAS. Producción industrial de enzimas. Amilasas. Glucosaisomerasa. Proteasas y renina microbiana.

Exopolisacáridos microbianos : aplicaciones de los exopolisacáridos a la industria alimentaria. Producción industrial de xantano. Otros polisacáridos: gelano, curdlano, escleroglucano, dextrano y alginatos.

Tema 15. Producción de bebidas alcoholicas .

 

La cerveza. Aspectos generales de la fabricación: materias primas. Tipos de levaduras que intervienen en el proceso. El vino. Tipos de fermentaciones y microorganismos implicados. La 2ª fermentación alcohólica y los vinos espumosos. La sidra. Las bebidas destiladas.

 

Tema 16 . Producción de vinagre .

 

Metabolismo de las bacterias acéticas. Proceso de fabricación del vinagre.

 

Tema 17. Producción de pan .

 

Levaduras de panadería. Metabolismo de la levadura en la masa de pan. Técnica de fabricación.

 

Tema 18 . Producción de derivados lácteos .

 

Las bacterias lácticas y sus transformaciones. El yogur y las leches fermentadas . Características de los fermentos. Proceso de fabricación. El queso Tipos. Procesos de fabricación y fermentaos implicados.

 

Tema 19. Alimentos probióticos y prebióticos.

 

Microorganismos implicados. Influencia en la salud. Utilización de microorganismos en alimentos con fines terapéuticos.

 

Tema 20. Vegetales fermentados .

 

Tipos de fermentaciones y microorganismos implicados. Fermentación de la col y aceitunas. Alimentos derivados de soja y otros preparados.

Tema 21. Productos cárnicos .

 

Papel de los microorganismos en la elaboración de productos cárnicos fermentados y curados.

 

Tema 22. Fermentación de los productos de pesca .

 

Productos tradicionales. Nuevos productos. Aspectos bioquímicos

 
Programa práctico:

Práctica 1. Aislamiento y caracterización de microorganismos de interés industrial: aislamiento de Bacillus productores de exoenzimas a partir de muestras del suelo.

Práctica 2. Obtención de polisacáridos a partir de cultivos bacterianos: producción de xantano por Xanthomonas campestris.

Práctica 3. Obtención de alimentos por fermentación: fermentación láctica para la producción de yogur. Producción de pan.

Práctica 4. Obtención de bebidas por fermentación: fermentaciónalcohólica para la producción de cerveza.

 
Evaluación:
Un único examen de teoría. Se tienen en cuenta la participación de seminarios y la asistencia a visitas a empresas.
 
Bibliografía:

Biotecnología alimentaria. García-Garibay, Quintero –Ramírez, López-Mungía. Limusa.

Biotecnología básica. Bu´lock. Acribia.

Biotecnología de la cerveza y la malta. Hough. Acribia

Biotecnología de la fermentación. Ward. Acribia

Biotecnología: Manual de Microbiología Industrial. Crueguer y Crueger. Acribia.

Manual of Industrial Microbiology and Technology. Demain and Davies. ASM Press.

Microbial Biotechnology. Fundamentals of Applied Microbiology. Glazer and Nikaido. Freeman.

Microbiología alimentaria. Volumen 2: Fermentaciones alimentarias. Burgeois y Larpent. Acribia

Industrial Microbiology. An Introduction. Waites, Morgan, Rockey, Hington. Blackwell Science, Oxford.

Biotecnologia. A texbook of Industrail Microbiology. Second Edition. W. Crueger and A. Crueger. Sinatter Associated, Inc.