educbiotecnologia - Enzimas y fermentaciones

01. CATALIZADORES Y ENZIMAS

La llamada comercialmente “agua oxigenada” es una solución acuosa de peróxido de hidrogeno H2O2 que se descompone espontáneamente en presencia de luz solar o altas temperaturas liberando O2.

2 H202 ------> 2 H20 + 02

Esta propiedad explica su uso como decolorante de papeles y tejidos y como desinfectante.

El dióxido de manganeso (MnO2) puede catalizar la reacción anterior. Se trata de un experimento común de laboratorio que permite detectar la liberación de oxígeno en una reacción exotérmica.

En un laboratorio de enseñanza, basta emplear unos mililitros de agua oxigenada sobre el dióxido de manganeso para visualizar la reacción (Figura 1).

Figura 1: Acción del agua oxigenada sobre el dióxido de manganeso

OBJETIVO

Detectar la presencia de una enzima (catalasa) en tejidos animales y vegetales, y comparar sus características con las de un catalizador inorgánico (dióxido de manganeso).

MATERIALES

Agua oxigenada H2O2, una pinza o espátula, pera de goma o pipeta, 7 vasitos de plástico o 7 tubos de ensayo, MnO2, MnO2 hervido y seco, hígado crudo, hígado cocido (hervido), nabo crudo y nabo cocido (hervido).

PROCEDIMIENTO

1. Rotular los recipientes de 1 a 7.

2. Colocar 5 ml de agua oxigenada en el recipiente 1. Observar si hay desprendimiento de gas y registrar la información en la Tabla.

3. Distribuir en los recipientes restantes: una pizca de MnO2, un trozo de hígado crudo, media rodaja de nabo crudo, una pizca de MnO2 hervido, un trozo de hígado hervido, media rodaja de nabo hervido. Es imprescindible el lavado y secado de la pinza o espátula, entre la colocación de una sustancia y la siguiente.

4. Agregar 5 ml de agua oxigenada en los recipientes 2, 4 y 6. Observar la formación de burbujas que indica el desprendimiento de gas, y registrar los datos en la Tabla.

5. Agregar 5 ml de agua oxigenada en los recipientes 3, 5 y 7. Observar la formación de burbujas que indica el desprendimiento de gas, y registrar los datos en la Tabla.

6. Interpretar los resultados obtenidos.

Tabla: Resultados del experimento

NUESTRO COMENTARIO

No es una práctica difícil de realizar (Figura 2). Al ser utilizada para introducir el concepto de enzima y para diferenciar los catalizadores orgánicos de los inorgánicos, los alumnos presentan cierta dificultad al intentar comparar los datos correspondientes a los ensayos 7.

Puede ser necesario agrupar los ensayos en dos grupos, los que utilizan materiales crudos y los que utilizan materiales hervidos.

A la hora de responder las preguntas, se debe explicar el sentido de la palabra “refutar”, en la actualidad poco utilizada por los jóvenes.

Me resulta absolutamente imposible recordar donde encontré este experimento, que es habitual en muchos laboratorios de enseñanza. Este tipo de práctica no permite muchas variaciones, salvo sustituir un tejido por otro. El nabo, por ejemplo puede ser sustituido por papa blanca.

Figura 2: El experimento

02. LAS ENZIMAS EN EL SUPERMERCADO

Las enzimas en los productos para el lavado de la ropa

En los productos industriales para el lavado de ropa, las enzimas se encuentran en una proporción del 1% a 2%, incluso a veces menor. Esta cantidad es considerada suficiente porque al ser catalizadores, las enzimas se recuperan intactas al final de la reacción química que promueven. Su papel es aproximar las moléculas, reduciendo la energía necesaria para formar o romper una unión química.

Además de ser eficientes, las enzimas son específicas. Como un sistema de llave y cerradura, cada una ejerce su acción sobre un sustrato específico: las proteasas actúan sobre las proteínas; las amilasas sobre el almidón; las lipasas sobre las grasas y aceites; y las celulasas sobre la celulosa. Las enzimas son proteínas y por lo tanto, biodegradables.

Las enzimas incluidas en los productos para el lavado de ropa evitan la necesidad de fregar, una tarea pesada y que desgasta la ropa. De todos modos, es necesario dejar las prendas en remojo durante un tiempo para facilitar la acción de las enzimas. Estas hidrolizan sustancias orgánicas específicas, fragmentándolas y facilitando su remoción.

Durante el lavado de la ropa, las enzimas empleadas responden a condiciones determinadas de temperatura (20 a 50 grados Celsius) y pH (alcalino, entre 9 y 11), que permiten evitar el calentamiento del agua para el lavado, y asegurar la coexistencia de la enzima con el surfactante.

La remoción de manchas

Las manchas pueden estar formadas por proteínas, almidón u otros carbohidratos, ácidos grasos y lípidos, sales inorgánicas, tierra y pigmentos.

Las principales enzimas para el lavado de la ropa, son las proteasas y las amilasas que hidrolizan sus respectivos sustratos cuando los encuentran en la ropa. Las proteasas también eliminan manchas por digestión de las proteínas que las pegan al tejido.

Durante el lavado, las lipasas no eliminan más que la cuarta parte de las manchas específicas; pero presentan un efecto residual particularmente interesante. Absorbidas por los lípidos, las lipasas no son eliminadas totalmente en el enjuague. Incluso continúan actuando durante el secado, facilitando la remoción de manchas en el lavado siguiente.

También se incluyen celulasas para remover las fibras que forman bolitas en el tejido, con el objetivo de mejorar el aspecto de la ropa, suavizándola al tacto y resaltando su colorido.

Los productos para el lavado de ropa que se compran en los comercios y supermercados tienen un detalle de su composición en el envase. No todos contienen enzimas.

PRIMERA PARTE: LAS PROTEASAS

Las proteasas son las enzimas que clivan las proteínas que dan color a algunas manchas, facilitando su remoción.

OBJETIVO

Identificar la presencia de proteasas en los productos comerciales para el lavado de ropa.

MATERIALES

Un sobre de gelatina blanca, 5 vasos y 5 cucharas de plástico, agua, 1 cuchara sopera de 4 productos comerciales para lavar ropa, 1 rotulador.

PROCEDIMIENTO

Rotular los vasos (control, producto 1, producto 2, producto 3 y producto 4).

Preparar la gelatina de acuerdo con las instrucciones del envase.

Distribuir cantidades iguales en los vasos y completar los pasos 4, 5 y 6.

Colocar una cucharada de agua en uno de los vasos (control) y mezclar bien.

Colocar una cucharada del primer producto en el vaso correspondiente y mezclar bien.

Repetir lo mismo con los productos restantes

Luego de 2 horas colocar en la heladera, hasta que la gelatina del vaso control solidifique.

Observar si la gelatina de los vasos restantes ha solidificado.

Interpretar los resultados.

NUESTRO COMENTARIO

Como las proteasas son las enzimas más comunes en los productos para lavar ropa, es probable que alguno muestre un resultado positivo. Un buen indicio de la presencia de proteasas es encontrar como consejo en el envase la indicación de que se evite su uso para el lavado de lana y seda.

El procedimiento no presenta mayores dificultades (Figura 1). Si la gelatina no solidifica, el producto contiene proteasas. Sin embargo, si la gelatina solidifica, el resultado puede ser considerado ambiguo: el producto no contiene proteasas o simplemente no conseguimos detectarlas (debido a un tiempo insuficiente de incubación, por ejemplo).

Dependiendo del contexto, se puede realizar esta actividad con un control ciego, identificando los productos sólo cuando ha finalizado la práctica

SEGUNDA PARTE: LAS AMILASAS

Los productos para el lavado de ropa que se compran en los comercios y supermercados tienen un detalle de su composición en el envase, pero no todos contienen enzimas. Entre las enzimas que pueden estar presentes figuran las amilasas, que al fragmentar el almidón de postres y salsas facilitan la remoción de las manchas correspondientes. ¿Cómo identificar la presencia de amilasas en un producto?

OBJETIVO

Identificar la presencia de amilasas en los productos comerciales para el lavado de ropa.

MATERIALES

Una caja (producto en polvo) para preparar postre (vainilla, frutilla o chocolate), 4 vasos y 4 cucharas de plástico, arena lavada y seca, 3 productos comerciales (en polvo) para lavar ropa, 1 rotulador.

PROCEDIMENTO

Rotular los vasos (control, producto 1, producto 2 y producto 3).

Preparar el postre de acuerdo con las instrucciones del envase.

Distribuir cantidades iguales del postre en los 4 vasos y completar los pasos 4, 5 y 6.

Colocar una cucharada de arena en uno de los vasos (control) y mezclar bien.

Colocar una cucharada del primer producto en el vaso correspondiente y mezclar bien.

Repetir el punto anterior con los productos restantes.

Colocar en la heladera, hasta que el postre del vaso control solidifique.

Observar si el postre solidificó en los vasos restantes.

Interpretar los resultados.

NUESTRO COMENTARIO

El procedimiento no presenta mayores dificultades. En la superficie de las porciones del postre con arena y del postre con producto sin enzima se formará una película. La consistencia tendrá el aspecto de una mousse, debido a la retención de espuma. El postre que reciba un producto con amilasas permanecerá líquido porque las amilasas digieren el almidón (Figura 2).

TERCERA PARTE: LAS LIPASAS

Los productos para el lavado de ropa que se compran en los comercios y supermercados tienen un detalle de su composición en el envase. No todos contienen enzimas. Entre las enzimas que pueden estar presentes figuran las lipasas, que fragmentan los lípidos en una reacción que libera ácidos grasos, facilitando la remoción de las manchas correspondientes.

OBJETIVO

Identificar la presencia de lipasas en los productos comerciales para el lavado de ropa.

MATERIALES

Un pote de crema de leche, 8 vasos y 4 cucharas de plástico, 4 productos comerciales para lavar la ropa (uno sin enzimas y los restantes con enzimas), 1 frasco con gotero de fenolftaleína (indicador), 1 rotulador.

Preparación de la solución de fenolftaleína: Disolver 1 g de fenolftaleína en 60 ml de alcohol y diluirlo con agua hasta un volumen de 100 ml. Usar una o dos gotas por cada 100 ml de solución a titular.

PROCEDIMENTO

1. Rotular los vasos (control, producto 1, producto 2, producto 3 y producto 4).

2. Colocar 50 ml de crema de leche en cada vaso.

3. Disolver 3 cucharadas soperas de cada producto en 100 ml de agua. Dejar decantar.

4. Agregar 50 ml del sobrenadante del producto sin enzimas al vaso control y mezclar bien.

5. Repetir el punto anterior con los sobrenadantes de los otros productos en los vasos correspondientes.

6. Incubar a temperatura ambiente durante 15 minutos.

7. En cada vaso, agregar el indicador de pH gota a gota. Si el producto testeado no contiene lipasas, el contenido del vaso se volverá rosa.

8. Interpretar los resultados.

NUESTRO COMENTARIO

Fijamos los controles con dos productos, uno de ellos sin enzimas y el otro con enzimas. El uso del sobrenadante evita, probablemente, el exceso de otros componentes alcalinizantes.

Confirmamos la presencia de lipasas por el aumento de la acidez del medio, causada por la liberación de ácidos grasos como consecuencia de la digestión enzimática de los lípidos. El aumento de la acidez (disminución del pH) es visualizado con la fenolftaleína, un indicador de color rosa con pH mayor a 10 e incoloro con pH menor a 8,2 (Figura 3).

CUARTA PARTE: LAS CELULASAS

Las celulasas son las enzimas que remueven las fibras de celulosa, eliminando las “bolitas”, suavizando la ropa y resaltando los colores. Para detectar la presencia de celulasas en un producto basta observar lo que sucede con el color de una cáscara de cebolla sumergida en una solución de un producto de lavar la ropa. ¿Por qué?

OBJETIVO

Identificar la presencia de celulasas en los productos comerciales para el lavado de ropa.

MATERIALES

Una cáscara de cebolla, una tijera, 4 vasos y 4 cucharas de plástico, agua, 3 productos para lavar la ropa, un rotulador.

PROCEDIMENTO

Rotular los vasos (control, producto 1, producto 2 y producto 3).

Cortar la cáscara de una cebolla en pedazos de igual tamaño.

Colocar en cada vaso un pedazo de cáscara de cebolla y 100 ml de agua.

En el control, agregar una cucharada sopera de agua.

Agregar una cucharada sopera del producto 1 en el vaso correspondiente.

Repetir el procedimiento con los productos restantes.

Esperar unas horas y observar si la cáscara de la cebolla ha conservado o perdido el color.

Interpretar los resultados.

NUESTRO COMENTARIO

El procedimiento no presenta mayores dificultades. Conviene realizar los ensayos con varios productos ya que los sistemas para el lavado de ropa que contienen enzimas no siempre incluyen celulasas.

El pigmento de las células de la cebolla difunde parcialmente en el agua, dándole una tonalidad amarillenta. Con un producto sin enzimas, la cáscara se aclara un poco, resultado que se explica por la alcalinidad del medio y la acción de los agentes blanqueadores sobre la superficie de las capas celulares. En presencia de celulasas que degradan la pared celular, los agentes blanqueadores dejarán la cáscara descolorida (Figura 4).

La pectina es un carbohidrato vegetal complejo que forma parte de la pared de las células (lamela mediana que une las células adyacentes) y también se encuentra dentro de ellas. En contacto con líquidos, la pectina tiene la capacidad de formar geles, una cualidad de fundamental importancia para la industria de mermeladas.

En contraposición, esa misma propiedad es considerada perjudicial en la industria de jugos de frutas y vegetales porque causa la retención de líquidos y enturbia el producto.

La acción de la pectinasa (una enzima pectinolítica de origen microbiana) sobre la pectina permite aumentar el rendimiento del proceso de extracción de jugos y mejorar su calidad. También facilita la clarificación de vinos y cervezas.

OBJETIVO

Comparar el volumen de jugo extraído de la pulpa de frutas, con y sin pectinasa.

MATERIALES

100 g de pulpa de frutas, 10 ml de solución de pectinasa (concentración 1%), 10 ml de agua, 2 vasos de precipitados, 2 cucharas de plástico, 2 probetas, 2 embudos, 2 papeles de filtro.

PROCEDIMIENTO

1. Luego de rotular los vasos de precipitados, distribuir 50 g de pulpa de frutas en cada uno de ellos.

2. Agregar 10 ml de solución de pectinasa en uno de los vasos de precipitados y 10 ml de agua en el otro. Mezclar bien.

3. Incubar a temperatura ambiente durante 30 minutos.

4. Colocar los embudos sobre las probetas y filtrar el contenido de los vasos de precipitados.

5. Medir el volumen filtrado luego de 1 minuto, 5 minutos, 10 minutos, 15 minutos y 30 minutos.

6. Comparar el rendimiento (cantidad de jugo, velocidad de extracción) obtenido sin y con pectinasa.

NUESTRO COMENTARIO

Esta actividad no presenta dificultades, desde que se tenga la enzima. Con el protocolo anterior obtuvimos los resultados de la figura, representados en el gráfico.

04. ¿CÓMO MONTAR UN BIORREACTOR PARA LA FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA?

PRIMERA PARTE: MONTAJE

En el laboratorio de enseñanza los alumnos difícilmente cuentan con material de vidrio de gran tamaño porque es muy caro y se rompe fácilmente. A la hora de construir un bioreactor (fermentador) para el estudio de la fermentación alcohólica, las botellas plásticas de agua mineral o refrescos diet resuelven el problema, ya que son fáciles de obtener y existen diversos tamaños. Evitamos los refrescos normales, ya que a pesar de lavarlos mucho pueden conservar residuos de azúcares adheridos al plástico.

La elección de un modelo de bioreactor depende del nivel de los alumnos (Enseñanza Fundamental, Media o Superior) y del grado de complejidad de la actividad práctica que se quiere desarrollar. La figura muestra varios modelos, todos ellos construidos con elementos simples.

Figura 1. Montaje de un bioreactor (fermentador).

De izquierda a derecha, un montaje simple (A) y dos versiones más elaboradas (B y C).

Detalle de la conexión en la tapa de los fermentadores B y C.

NUESTRO COMENTARIO

El fermentador A es el más simple, siendo conveniente cuando no interesa acompañar la fermentación cuantitativamente.

En el fermentador B, el gas desprendido durante la fermentación sale por una manguera de acuario (pecera) que atraviesa la tapa. Un trozo de la manguera de látex colocado entre la manguera de pecera y la tapa basta para sellar el sistema. El extremo de la manguera de pecera permanece sumergido en un recipiente con agua, de modo de permitir la salida de gas e impedir la entrada de aire. El traslado del sistema de un lugar a otro puede ser complicado.

En el fermentador C, el recipiente con agua es sustituido por un tubo de ensayo fijado a una botella con elásticos, para dar mayor estabilidad al conjunto. Ello facilita las operaciones de pesaje y transporte para las cuales es aconsejable asegurar los fermentadores por la parte superior (tapa). Apretar las botellas plásticas puede dañar el experimento al producir una liberación brusca de gas y el reflujo de líquido.

Pérdida de masa

Durante la fermentación, el azúcar del mosto es transformado en alcohol y dióxido de carbono (CO2). Con la salida del gas del fermentador, se produce una reducción de la masa del mosto que solamente cesa cuando todo el azúcar es consumido.

Se pueden obtener dos tipos de datos:

- Disminución de la masa de todo el conjunto (fermentador + anexos + mosto).

- Disminución de la masa del mosto, calculada a partir de la masa del “fermentador + anexos” y de la masa inicial del mosto.

La primera alternativa, más simple, tiene incorporada un error sistemático ya que solo el mosto fermenta. La segunda es más exacta, pero demanda mayores cálculos.

Desprendimiento de CO2

En una fermentación, la cantidad de gas liberado no es constante a lo largo del tiempo; será pequeña al inicio, aumentará hasta llegar a un máximo en la fase exponencial y, posteriormente decaerá hasta la finalización del proceso.

La medición diaria (o en días alternados) del número de burbujas desprendidas por minuto da una buena estimación de la intensidad de la fermentación y del desarrollo del proceso. ¿Cuántas mediciones hacer? Si las burbujas son numerosas (20-60) tres a cinco mediciones de un minuto serán suficientes, siendo pocas, será necesario contar burbujas durante 5 o 10 minutos.

NUESTRO COMENTARIO

En un fermentador de 1.500 ml de capacidad, se preparó un mosto con 750 ml de zumo (jugo) de uva y 250 ml de una solución de azúcar (proporción 1:1). A continuación, se inoculó el fermentador con 9 uvas cortadas en trocitos. El experimento duró 11 días, durante los cuales la temperatura osciló entre 25 y 29 grados Celsius. La masa y el número de burbujas por minuto fueron medidos diariamente, aproximadamente a la misma hora, obteniéndose los resultados que se muestran a continuación en las figuras 2 y 3.

Ambos métodos permiten evidenciar las diferentes etapas de la fermentación (inicial, exponencial y final) de modo que cualquiera de ellos puede ser utilizado para monitorear una reacción.

05. LAS VARIABLES DE LA FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA

VARIABLE 1: LA CONCENTRACIÓN DE AZÚCAR

La vía fermentativa de la producción de etanol a partir de la caña de azúcar está basada en la actividad metabólica de las levaduras sobre una materia prima azucarada. Además de la sacarosa, las levaduras pueden utilizar otros azúcares tales como la glucosa o la fructosa, pero no fermentan ni la lactosa ni el almidón. Las materias primas amiláceas y féculas deben ser degradadas química o enzimáticamente hasta la obtención de un azúcar fermentable. La utilización de materias celulósicas demanda una tecnología compleja, actualmente en desarrollo.

Las levaduras fermentan en ausencia de oxígeno (anaerobiosis), degradando parcialmente la glucosa en etanol y dióxido de carbono, según la siguiente reacción química:

C6H12O6 --> 2 C2H5OH + 2 CO2 + 2 ATP

Glucose Etanol Dióxido Energía

de carbono

Frutas, caña de azúcar y melaza son las principales materias primas utilizadas en la vía fermentativa para la producción de etanol. Las levaduras ((Saccharomyces cerevisiae) contienen enzimas que hidrolizan la sacarosa liberando monosacáridos (glucosa, fructosa) que son transformados en etanol y dióxido de carbono.

Los factores que interfieren en el rendimiento del proceso fermentativo, es decir la conversión del azúcar en etanol, son físicos (temperatura, presión osmótica), químicos (pH, oxigenación, nutrientes minerales y orgánicos, inhibidores) y biológicos (linajes y concentración de las levaduras, contaminaciones).

OBJETIVO

Estudiar la importancia de la concentración inicial del azúcar (sacarosa) en la fermentación.

MATERIALES

Balanza, 5 fermentadores de 500 ml montados como indicado en la Guía anterior, 150 g de azúcar, 5 g de fermento biológico seco instantáneo (levadura) y agua.

PROCEDIMIENTO

Diseñar el experimento como se indica en la siguiente tabla:

2. Pesar los fermentadores (Mi = Masa inicial del fermentador, en gramos).

3. Repetir la pesada de los fermentadores de cada dos días, durante una semana.

4. Con los datos obtenidos, calcular la relación entre la masa del fermentador (Mf) en un momento dado y la masa inicial del mismo (Mi). Esta relación representa la disminución relativa de la masa del fermentador a lo largo del experimento y se expresa como Mf/Mi (%) = 100 x Masa final del fermentador (g) / Masa inicial del fermentador (g).

5. Analizar e interpretar los datos.

NUESTRO COMENTARIO

Un análisis del método utilizado para monitorear la fermentación por pérdida de masa figura en la Guía anterior. Diseñamos un experimento con azúcar moreno obteniendo los datos que figuran en el gráfico.

Se puede observar que para los valores estudiados, la disminución de la masa aumenta con la concentración del azúcar. En este experimento no alcanzamos a ver la inhibición de la fermentación por exceso de sustrato que se debe al estrés osmótico provocado por altas concentraciones de azúcar.

Recomendamos utilizar azúcar moreno porque contiene otros nutrientes necesarios para el crecimiento de la población de levaduras. En el caso de utilizarse sacarosa como sustrato, conviene agregar 3 a 5 gotas de algún fertilizante de plantas que contenga nitrógeno.

¿CÓMO MONTAR UN PROYECTO?

Estudiar qué ocurre cuando se aumenta la concentración de azúcar.

VARIABLE 2: LA CONCENTRACIÓN INICIAL DE LEVADURAS

La levadura (Saccharomyces cerevisiae) es el agente biológico de la fermentación alcohólica, en la cual los azúcares son transformados en etanol y dióxido de carbono. ¿Cuál es la importancia de la concentración inicial de las levaduras en el desarrollo del proceso fermentativo? Se puede acompañar la disminución de la masa de un fermentador debido a la liberación de CO2, cuando la fermentación es iniciada en presencia de diferentes concentraciones de levadura.

OBJETIVO

Estudiar la importancia de la cantidad inicial de levadura en la fermentación.

MATERIALES

Balanza, 5 fermentadores de 500 ml armados como se indica en la Guía anterior, 100 g de azúcar, 3.75 g de fermento biológico seco instantáneo (levadura) y agua.

PROCEDIMIENTO

1. Diseñar el experimento como se indica en la siguiente tabla:

2. Pesar los fermentadores (Mi= Masa inicial del fermentador, en gramos).

3. Repetir la pesada de los fermentadores luego de una semana.

4. Con los datos obtenidos, calcular la relación entre la masa final de fermentador (Mf) en un momento dado y la masa inicial del mismo (Mi). Esta relación representa la disminución relativa de la masa del fermentador al final del experimento y se expresa como:

Mf/Mi (%) = 100 x Masa final del fermentador (g) / Masa inicial del fermentador (g)

5. Analizar e interpretar los resultados.

NUESTRO COMENTARIO

Un análisis del método utilizado en el seguimiento de la fermentación puede encontrarse en la Guía anterior. Realizamos el experimento con azúcar moreno, obteniendo los datos que figuran a continuación.

Se observa que a partir de un determinado valor (en este caso 1%), el aumento de la concentración de levadura no influye en el desarrollo de la fermentación, probablemente debido a la limitación del sustrato disponible.

Utilizamos azúcar moreno como sustrato ya que contiene otros nutrientes necesarios para el crecimiento de la población de levaduras. En el caso de usarse sacarosa conviene agregar 3 a 5 gotas de algún fertilizante de plantas que contenga nitrógeno.

¿CÓMO ARMAR UN PROYECTO?

Investigar qué ocurre con diferentes tipos de levadura (fresca y seca, por ejemplo).

VARIABLE 3: LA CONCENTRACIÓN INICIAL DE ETANOL

La levadura (Saccharomyces cerevisiae) es el agente biológico de la fermentación alcohólica, en la cual los azúcares son transformados en etanol y dióxido de carbono. ¿Cuál es la importancia de la concentración del producto final en el desarrollo del proceso fermentativo?

OBJETIVO

Estudiar la importancia de la concentración del producto final (etanol) en la fermentación alcohólica.

MATERIALES

Balanza, 5 fermentadores de 500 ml armados como se indica en la Guía anterior, 150 g de azúcar, 5 g de fermento biológico seco instantáneo (levadura) y agua.

PROCEDIMIENTO

1. Diseñar el experimento como se indica en la siguiente tabla:

2. Pesar los fermentadores (Mi = Masa inicial del fermentador, en gramos).

3. Repetir la pesada de los fermentadores luego de una semana.

4. Con los datos obtenidos, calcular la relación entre la masa final del fermentador (Mf) en un momento dado y la masa inicial del mismo (Mi). Esta relación representa la disminución relativa de la masa del fermentador al final del experimento y se expresa como:

Mf/Mi (%) = 100 x Masa final del fermentador (g) / Masa inicial del fermentador (g)

5. Analizar e interpretar los datos.

NUESTRO COMENTARIO

Un análisis del método de seguimiento de la fermentación puede encontrarse en la Guía anterior. Diseñamos el experimento con azúcar moreno (azúcar negra), obteniendo los datos que figuran abajo.

Se observa que a partir de un determinado valor, en este caso del 5%, el aumento de la concentración de etanol en el medio influye en el desarrollo de la fermentación, probablemente inhibiendo la acción de las levaduras.

Recomendamos utilizar azúcar moreno porque contiene otros nutrientes necesarios para el crecimiento de la población de levaduras. En caso de utilizar sacarosa como sustrato, conviene agregar 3 a 5 gotas de algún fertilizante de plantas que contenga nitrógeno.

¿CÓMO ARMAR UN PROYECTO?

Estudiar qué ocurre con concentraciones mayores de etanol.

BIBLIOGRAFÍA

de ALMEIDA LIMA, U. et al. Produção de etanol. In: de Almeida Lima, U. et al. Biotecnologia Industrial Vol 3.

Processos fermentativos e enzimáticos. São Paulo, Editora Edgar Blücher Ltda., 2001.

SEGUNDA PARTE: LA CONSERVAÇÃO DE LOS ALIMENTOS

Las primeras técnicas de conservación de alimentos (ahumado y deshidratación) surgieron cerca de 30.000 años atrás, cuando el hombre cazaba, pescaba y recolectaba frutos. El dominio de la agricultura y la domesticación de animales están ligados al abandono de la vida nómade y al establecimiento de los primeros poblados.

Se descubrieron otras técnicas de conservación de alimentos como el agregado de azúcar para conservar las frutas, el secado de los granos o su transformación en harina, la conservación de la leche por fermentación y la preparación de vinos y cervezas.

Con el aumento de la población humana y el crecimiento de las ciudades, los centros agrícolas se fueron distanciando cada vez más, exigiendo al hombre el perfeccionamiento de las técnicas de producción y conservación de los alimentos.

Como los alimentos se estropean a causa de la acción de los hongos y bacterias, la tecnología de la conservación de los alimentos se basa en la reducción o eliminación de los microorganismos y/o de su actividad enzimática.

Los principales métodos de conservación de los alimentos son los siguientes: Ahumado;; conservación por uso del calor (secado, pasteurización y esterilización), conservación por el uso del frío (refrigeración o congelamiento); conservación por el uso de sal o azúcar; conservación por irradiación; conservación por el uso de aditivos alimenticios (mejoradores, conservadores y sustancias diversas).

OBJETIVO

Observar el deterioro de arvejas en presencia de sustancias que impiden el crecimiento microbiano.

MATERIALES

Arvejas congeladas, agua destilada, solución concentrada de cloruro de sodio (NaCl 10%), solución diluida de cloruro de sodio (NaCl 1%), solución de sacarosa (5%), solución de nitrito de sodio (5%), vinagre, 8 frascos o tubos de ensayo, pinza, rotulador, film de PVC (Rolopac o equivalente), tijeras, estufa a 30 grados Celsius, refrigerador (heladera).

PROCEDIMIENTO

1. Rotular los frascos de A a H.

2. Con una pinza, distribuir igual número igual de arvejas en cada frasco. El número de arvejas dependerá del recipiente usado.

3. Completar los frascos C, D, E, F, G y H con las siguientes soluciones: C: Agua destilada; D: Solución diluida de cloruro de sodio; E: Solución concentrada de cloruro de sodio; F: Solución de sacarosa; G: Solución de nitrito de sodio; H: Vinagre.

4. Cerrar los frascos

5. Colocar el frasco B en la heladera e incubar los tubos restantes a temperatura ambiente durante 24 a 48 horas, o hasta la próxima clase.

6. Observar e interpretar los resultados.

7. Investigar sobre los métodos de conservación y los diferentes aditivos utilizados.

NUESTRO COMENTARIO

Se trata de un tipo de práctica espectacular que los alumnos comentan en casa y por consiguiente adquiere un valor educativo fuera de clase o el laboratorio. Las fotografías muestran los resultados obtenidos por nuestros alumnos (Figura 1). El crecimiento microbiano es evidente en los frascos con agua destilada, azúcar (5%) y NaCl (1%). Tanto el NaCl (10%) como el nitrito de sodio (5%) o el vinagre resultaron buenos conservantes.

El deterioro de las arvejas dejadas a temperatura ambiente (Frasco 1) es evidente cuando se compara con las arvejas mantenidas en la heladera (Frasco 2).

Observación: Un líquido apenas turbio puede contener 1.000.000 de microorganismos por ml, pero si está muy turbio el número de microorganismos será 1000 veces mayor.

07. FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA: LA PANIFICACIÓN

Durante muchos siglos, la preparación de pan involucró una fermentación natural, para la cual cada panadero preparaba su fermento. El paso a una panificación en escala industrial comienza en el siglo XIX, con el descubrimiento de las levaduras (Saccharomyces cerevisiae) seguido de su producción industrial como fermento de panadería, por fermentación aerobia de materias primas azucaradas.

Aunque algunos panaderos conservan la práctica de la fermentación natural, poco a poco los procesos artesanales van desapareciendo, sustituidos por la panificación industrial, en que la masa se prepara mezclando harinas de uno o más tipos con agua, levaduras y diversos aditivos: emulsificadores, agentes oxidantes y reductores (alfa-amilasas, hemicelulasas, lipasas, etc.) y aceleradores de la fermentación.

La masa del pan es una mezcla de harina, agua, azúcar y fermento biológico (levaduras). Dentro de la masa, las levaduras fermentan el azúcar liberando dióxido de carbono que, por estar dentro de las fibras de proteína de la harina (gluten), aumentan el volumen de la masa.

OBJETIVO

Observar la acción fermentativa de las levaduras en la masa del pan.

MATERIALES

Un recipiente alto (7x14 cm), 1 regla o una tira de papel milimetrado, 1 bolsa plástica, 1 elástico, tijeras, 2 cucharadas (tamaño café) de harina de trigo, 2 cucharadas (tamaño té) de azúcar, 1 cucharada (tamaño té) de fermento biológico seco instantáneo (levadura), 6 cucharadas (tamaño té) de agua.

PROCEDIMIENTO

1. Disolver la levadura en agua.

2. Preparar en la bolsa de plástico una gacha espesa de harina de trigo, azúcar, agua y levaduras.

3. Cortar una punta de la bolsa para pasar la mezcla a un vaso, con cuidado de no tocar los bordes.

4. Medir la altura inicial de la masa.

5. Repetir las mediciones cada 5 minutos hasta el colapso de la masa.

Control: repetir el experimento, sin agregar levaduras, en el punto 1.

NUESTRO COMENTARIO

Fijamos como control un recipiente igual donde colocamos una tira de papel milimetrado.

Completamos el experimento en 50 minutos, a una temperatura ambiente de 25 grados Celsius (Gráfico). En un determinado momento la acumulación de gas provoca la ruptura de la capa de gluten y el colapso de la masa.

¿CÓMO ARMAR UN PROYECTO?

Comparar los valores obtenidos con diferentes marcas o tipos de levadura (fresca y seca, por ejemplo).

2. Estudiar el aumento de la altura de la masa a lo largo del tiempo, en función de alguna variable que pueda ser controlada fácilmente (temperatura, pH, cantidad de levadura, cantidad de azúcar o cantidad de sal).

3. Comparar el aumento de la altura de la masa a lo largo del tiempo, al ser preparada con harinas de diverso origen (trigo, maíz, centeno, soja etc.).

BIBLIOGRAFÍA

MALAJOVICH M.A.M. Biotecnología. Segunda Edición Actualizada. Bernal, Editora de la Universidad Nacional de Quilmes, Argentina, 2012.

VITI, P. Pão. In: Aquarone E. et al. Biotecnologia Industrial Vol. 4. Biotecnologia na produção dealimentos. São Paulo, Editora Edgar Blücher Ltda., 2001.

WYMER, P. Practical microbiology and biotechnology for schools. London, Macdonald Educational, 1987.

08. FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA: GENGIBIRRAS

Las levaduras son hongos microscópicos que pueden vivir tanto en condiciones aerobias como anaerobias. En presencia de oxígeno, transforman el azúcar del medio en CO2 y agua, liberando una cantidad de energía que será utilizada por el propio metabolismo celular. En ausencia de oxígeno, fermentan transformando el azúcar del medio en CO2, liberando una cantidad menor de energía. El proceso fermentativo se encuentra en la base de numerosos alimentos y bebidas.

El tipo de levadura utilizada y el control de la fermentación permiten obtener a partir de ingredientes como azúcar y jengibre o algún componente cítrico, una bebida gaseosa de baja graduación alcohólica. Esta es considerada una cerveza que se caracteriza por su sabor cítrico y la presencia de burbujas de CO2. En Brasil se la denomina gengibirra.

OBJETIVO

Preparar una bebida gaseosa por fermentación.

MATERIALES

Un recipiente grande, 2 litros de agua hervida, 300 g de azúcar (o miel), 0,5 cucharada sopera de levadura, 50 g de jengibre fresco, 1/4 vaso de jugo de lima (o rodajas de lima, o limón sin la cáscara y sin la parte blanca), 7,5 g de cremor tártaro (bitartrato de potasio), 1 cuchillo, 1 colador, 1 embudo, 1 espátula, botellas con tapa.

PROCEDIMIENTO

NUESTRO COMENTARIO

La guía de esta actividad fue tomada del procedimiento “Ginger Beer” del NCBE (National Centre for Biotechnology Education, University of Reading), una institución pionera en la enseñanza de Biotecnología.

La figura muestra varios tipos de jengibirra, preparados por alumnos del Instituto de Tecnología ORT, con azúcar moreno (izquierda) o azúcar blanco (derecha). Algunos agregaron pasas de uvas que subieron hasta la superficie, debido a la formación de CO2 durante la fermentación.

09. FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA: VINOS DE FRUTAS

Las bebidas fermentadas resultan de la actividad metabólica de las levaduras sobre una materia prima azucarada. En ausencia de oxígeno (anaerobiosis), las levaduras fermentan, degradando parcialmente la glucosa en etanol y dióxido de carbono.

La elaboración del vino o vinificación incluye, como mínimo, las siguientes operaciones: Preparación del mosto, por extracción de la pulpa de la fruta; fermentación alcohólica en 3 etapas de diferente intensidad (inicial, exponencial, final); acondicionamiento por filtración y/o decantación)

Los vinos de frutas son bebidas resultantes de la fermentación alcohólica de frutas de estación bastante maduras: uva, manzana, ciruela, durazno (melocotón), tomate, banana, piña, maracuyá, naranja, caqui, kiwi, mango, melón, sandía, etc.

OBJETIVO

Preparación de un vino de fruta

MATERIALES

Un fermentador de 500 ml, montado como se indica en la Guía correspondiente, 300 ml de jugo o pulpa de fruta, 100 g de azúcar, 50 ml de agua, 1 g de fermento biológico seco instantáneo (levadura), papel indicador de pH, jugo de limón, filtro de tela.

PROCEDIMIENTO

1. Preparar un jarabe, disolviendo el azúcar en agua caliente, y dejar que se enfríe.

2. Hidratar la levadura en dos cucharas soperas de agua.

3. Colocar en el fermentador el jarabe, las levaduras y el jugo de frutas. Mezclar bien.

4. Verificar que el pH se encuentre entre 3 y 4. Se fuera necesario, ajustarlo con jugo de limón.

5. Cerrar y armar el fermentador.

6. Seguir el proceso fermentativo, desde el inicio al fin, observando la intensidad de la liberación de burbujas en el tubo anexo.

7. Una vez concluida la fermentación, filtrar el vino y dejar decantando en un lugar fresco.

8. Eliminar el sedimento y guardar en un lugar fresco.

9. Evaluar el aspecto, y el olor, el color y el sabor del vino utilizando la siguiente escala: excelente (5), muy bueno (4), regular (3), malo (2), muy malo (1).

NUESTRO COMENTARIO

El jugo puede extraerse con un aparato doméstico (exprimidor, licuadora, juquera, procesadora) o simplemente colocando la fruta dentro de una bolsa de plástico y amasando con las manos.Para filtrarlo, basta con un colador de tela. Sin embargo, este último paso no es necesario con algunos jugos de fruta industrializados que, a veces, resultan más económicos.

Obtuvimos buenos resultados con jugos de uva y manzana pasteurizados, pero conviene evitar los jugos que lleven conservantes como por ejemplo, el metabisulfito de sodio.

Cuando la pulpa es más espesa (banana, por ejemplo), se debe dejar un espacio libre mayor dentro del fermentador, como prevención en caso de proyecciones.

La graduación alcohólica de un vino se expresa en grados Gay-Lussac (ºGL), un valor que indica el porcentaje de alcohol en volumen (v/v). Se dice que una bebida tiene 12º GL cuando contiene 12 ml de etanol en 100 ml de vino. Generalmente, la graduación alcohólica de los vinos comercializados se mantiene dentro de una franja comprendida entre los 10 y 14ºGL.

Sólo la uva y la banana madura tienen azúcar suficiente para producir un vino con alta graduación alcohólica. Las frutas con poco azúcar generan vinos con poca graduación alcohólica, que se deterioran rápidamente. Es por eso que se agrega azúcar. Sin embargo, no conviene exagerar en la cantidad de azúcar porque el exceso inhibe la fermentación.

De un modo general y aproximado, por cada 20 g de azúcar agregado a un litro de jugo o mosto, la graduación alcohólica del vino aumentará 1º GL (temperatura = 25 grados Celsius). O sea, que si queremos obtener un litro de vino con 10º GL, debemos agregar al mosto 10 x 20 g = 200 g de azúcar.

¿CÓMO MONTAR UN PROYECTO?

- Comparar los vinos de fruta obtenidos sin agregado de azúcar y con agregado de diferentes tipos de azúcar (cristal y moreno).

- Comparar los vinos de fruta obtenidos con diferentes cantidades del mismo tipo de azúcar.

- Comparar los vinos de fruta obtenidos con diferentes frutas.

BIBLIOGRAFÍA

EMBRAPA UVA E VINHO

HASHIZUME T. Tecnologia do vinho. In: Aquarone E. et al. Biotecnologia Industrial Vol. 4. Biotecnologia na produção de alimentos. São Paulo, Editora Edgar Blücher Ltda., 2001.

MALAJOVICH M.A.M. Biotecnología. Segunda Edición Actualizada. Bernal, Editora de la Universidad Nacional de Quilmes, Argentina, 2012.

El vinagre es una bebida que contiene ácido acético en una concentración del 5-6% y resulta de una fermentación alcohólica seguida de una fermentación acética, en la cual el etanol es oxidado y transformado en ácido acético por un agente biológico en una reacción exotérmica.

1. SELECCIÓN DE LA MATERIA-PRIMA

Frutas (uva, manzana), sustancias azucaradas (azúcar, miel), granos amiláceos (cebada)

2. FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA

C6H12O6 → 2CH3CH2OH + 2CO2

Glucosa Etanol

3. FERMENTACIÓN ACÉTICA

CH3CH2OH + O2 → CH3COOH + H2O

Etanol Oxígeno Ácido acético

Durante muito tempo, considerou

Durante mucho tiempo se consideró que el agente biológico responsable de la acetificación era un hongo (Mycoderma aceti), pero hoy en día se sabe que la acetificación se debe a diversas especies de bacterias del género Acetobacter. Para la fabricación del vinagre no se utilizan cepas puras porque las propias condiciones del proceso (etanol y alta acidez) seleccionan las cepas más productivas. Por lo tanto no es necesario mantener condiciones asépticas.

Las condiciones básicas necesarias para producir la acetificación son: una materia prima de buena calidad, aireación y temperatura entre los 25 y 30 Grados Celsius, acidez inicial suficiente y concentración del alcohol adecuada, penumbra y vigilancia de eventuales contaminaciones. No son mayormente complicadas.

El oxígeno es un factor limitante en la producción de vinagre. La solución técnica encontrada para asegurar el suministro de oxígeno para la acetificación varía con cada uno de los métodos de producción. De su solución dependen el rendimiento y la productividad. El envejecimiento del vinagre, a través de numerosas reacciones de esterificación mejora notablemente las propiedades organolépticas (brillo, olor, color y sabor). Actualmente, algunos vinagres de calidad excelente han alcanzado la denominación de origen: vinagres de Jerez y del condado de Huelva en España, aceto balsámico o vinagre de Módena en Italia. Este último llega a pasar 12 años en una serie de toneles de maderas diferentes.

Los vinagres pueden ser elaborados a partir de vinos comerciales, económicos y honestos, pero no de vinos malos. Los vinos tintos en general dan mejores resultados que los blancos. También se elaboran vinagres a partir de vinos de diversas frutas. La manzana, la ciruela o el caqui suelen dar buenos vinagres.

Dependiendo de la materia prima elegida, el producto obtenido será llamado vinagre de manzana, vinagre de ciruela o vinagre de caqui, en contraposición con el vinagre de vino tinto o vinagre de vino blanco. Si el vinagre es elaborado a partir de una mezcla de vino tinto y vino de banana, será llamado vinagre de vino tinto con aroma a banana.

OBJETIVO

Preparar artesanalmente vinagre a partir de uvas o de otras frutas, por doble fermentación (alcohólica y acética).

MATERIALES

Material para la preparación de un vino de frutas, como se indica en la Guía anterior

Vinagre fuerte o vinagre comercial, botellas de plástico, globos, elásticos, embudo, 1 trozo de paño de algodón o 1 colador de paño, papel indicador de pH, olla grande y acceso a una cocina para la pasteurización.

PROCEDIMIENTO

1. Preparar un vino de frutas, como se indica en la Guía anterior.

2. Agregar un vaso de vinagre por cada litro de vino.

3. Dejar en un lugar templado (25 a 30 grados Celsius), ventilado y poco iluminado durante 40 días, hasta que se forme la madre del vinagre, una capa gelatinosa en la superficie del líquido. Cuando el vinagre esté muy ácido, dar por concluido el proceso.

Filtrar, colocar en botellas (utilizar material de vidrio) y pasteurizar el vinagre (65 grados Celsius, durante 5 minutos).

5. Analizar las propiedades organolépticas del producto obtenido: color, olor y sabor.

11. FERMENTACIÓN LÁCTICA: YOGURT

Las raíces de la producción láctea se remontan al Oriente Medio alrededor de 3000 a.C. cuando el hombre comprobó que al acidificarse, la leche cambiaba de consistencia y de sabor. La explicación de este fenómeno es simple. Las bacterias que normalmente se encuentran en la ubre de los animales, contaminan la leche, proliferando y formando ácido láctico. En este medio, las proteínas precipitan, separándose del suero.

El yogurt resulta de la fermentación de la leche por una flora bacteriana compuesta de Lactobacillus bulgaricus y Streptococcus thermophilus. Los estreptococos remueven el oxígeno y los lactobacilos transforman el azúcar lactosa en ácido láctico. Cuando el pH oscila entre 5 y 6, la leche coagula. Otras especies bacterianas también pueden fermentar la leche: Lactobacillus acidophilus, Streptococcus lactis, Bifidobacterium bifidum, etc.

Existen diferentes tipos de yogurt y leches fermentadas, todos ellos productos altamente nutritivos, ricos en proteínas, sales minerales y vitaminas. Las variaciones dependen de los aditivos (azúcar, frutas, etc.) y de las modificaciones de consistencia (cremosa, firme, batido). La mayoría de los productos que se venden como “leche fermentada” contienen un alto número de microorganismos vivos (100 millones de bacterias vivas por gramo de yogurt). Consumidos como probióticos, intentan mantener el equilibrio de la flora intestinal y prevenir el desarrollo de otros microorganismos.

MATERIALES

Placa de calentamiento, cocina a gas (anafe) u horno de micro-ondas, 1 olla o recipiente adecuado, 1 litro de leche Larga Vida (UHT), 1 pote de yogurt natural o bacterias lácticas liofilizadas, vasos plásticos con tapa, cucharas plásticas, 1 termómetro, 1 refrigerador.

Observaciones: Tanto el uso de una placa de calentamiento como el uso de un horno u horno a microondas, exige del cuidado del Profesor para evitar quemaduras. Normas de limpieza estrictas son indispensables: mesa, utensilios, manos, etc. El yogurt es un alimento que puede prepararse artesanalmente en varios países, con la condición de tomar las medidas debidas de seguridad en relación con la higiene. La degustación es de total responsabilidad del Profesor.

PROCEDIMIENTO

Lavarse las manos y pasar alcohol en la mesa antes de comenzar el trabajo.

1. Calentar la leche a 85 grados Celsius y dejar enfriar hasta alcanzar una temperatura de 42 grados Celsius. En caso de utilizarse leche larga vida basta con calentar directamente a 42 grados Celsius.

2. Mezclar la leche tibia con el contenido de un pote de yogurt. En caso de utilizarse bacterias liofilizadas seguir las indicaciones del envase.

3. Dejar en un ambiente tibio (42 grados Celsius) durante 6-8 horas, hasta que la mezcla se espese. Esta etapa puede realizarse en la cocina (a baño maría) o en el horno. Para incubar en el horno a microondas, basta calentar la mezcla cada hora durante 3 segundos a 1 minuto.

4. Dejar 24 horas en el refrigerador antes de consumir.

5. Analizar el olor, la textura, el color y el sabor del producto obtenido.

NUESTRO COMENTARIO

El procedimiento no presenta mayores dificultades, pero para despertar el interés de los alumnos debe ser transformado en un proyecto.

La leche larga vida (UHT) permite preparar yogurt sin problemas, así como otros tipos de leches. La excepción es la leche sin lactosa ya que las bacterias lácticas utilizan lactosa. Con la leche de soja, que no contiene lactosa, se observa un crecimiento debido a la presencia de otros azúcares, pero el sabor del producto es diferente.

¿CÓMO MONTAR UN PROYECTO?

1. Seguir los cambios de pH a lo largo del proceso fermentativo.

2. Comparar el yogurt que se obtiene utilizando diferentes tipos de leche (entera, semi-desnatada y desnatada; leche de vaca, leche de cabra, etc.)

3. Tratar de preparar yogurt a partir de leche de soja, de almendra o de arroz.

4. Observar la modificación de la consistencia del yogurt cuando se agregara leche en polvo antes del inicio de la fermentación.

5.Estudiar las preferencia de diferentes franjas etarias en relación con el agregado de azúcar y/o frutas.

6. Modificar el producto que se obtiene con leche entera por filtración, de modo de obtener un yogurt más espeso (yogurt griego). Este puede consumirse con sal y también puede reemplazar a la crema de leche (nata) en algunas recetas.

7. Analizar las diferencias organolépticas entre los productos que se obtienen a partir de bacterias lácticas (yogurt natural, bacterias liofilizadas) o Bacillus acidophilus (investigar en el supermercado cuáles son los lácteos que llevan este microorganismo).

BIBLIOGRAFÍA

MALAJOVICH M.A.M. Biotecnología. Segunda Edición Actualizada. Bernal, Editora de la Universidad Nacional de Quilmes, Argentina, 2012.

SANTO GOLDONI J. Fermentação lática de hortaliças e azeitonas. In: AQUARONE et al. (Org.). Biotecnologia Industrial. Biotecnologia na produção de alimentos. Vol. 4. São Paulo, Editora Edgar Blücher Ltda., 2001.

El queso es un producto de fermentación de la leche. Todos los quesos pasan por 3 etapas: coagulación, desuerado y maduración. Entretanto, la tecnología de producción de quesos permite una serie de variaciones que se traducen en más de 400 tipos diferentes.

Algunas de esas variaciones son el origen de la leche (vaca, cabra, oveja, búfalo), o el agente de coagulación (calor, enzimas, bacterias lácticas o ambas), la humedad y consistencia (blando, semiduro, duro y muy duro) y la maduración. Muchos países aceptan 35 variedades definidas por reglas internacionales.

La producción de quesos involucra la acidificación del medio por las bacterias lácticas, generalmente Lactococcus lactis y Streptococcus thermophilus. El cuajo, una sustancia extraída del estómago de los becerros, fue utilizado como agente de la coagulación enzimática durante siglos, pero su obtención resultó cada vez más costosa y difícil.

Para estabilizar la producción y satisfacer una mayor demanda de los productos lácteos, se utilizó la transferencia del gen de la proteasa a una bacteria (Escherichia coli) y más tarde, a una levadura (Kluyveromyces) y un hongo (Aspergillus). Además de que la enzima producida era más pura que la extraída de los becerros lactantes, los suplementos constantes, aumentan la eficiencia de la producción de lácteos y reducen los costos.

El desarrollo de bacterias y hongos durante la maduración confiere sus características típicas a algunos quesos como, por ejemplo, la presencia de agujeros producidos por Propionabacterium en el Gruyère, o de un manto blanco de Penicillium en el Camembert y en el Brie, o incluso las estrías azules de Penicillium en el Gorgonzola o el Roquefort.

OBJETIVO

Preparar diferentes tipos de queso, utilizando agentes químicos (jugo de limón, vinagre) y biológicos (bacterias lácticas, cuajo).

Normas de limpieza estrictas son indispensables: mesa, utensilios, manos, etc. Tanto el uso de una placa de calentamiento como de una cocina, exigen el cuidado del Profesor, de modo a evitar quemaduras. La degustación es de total responsabilidad del Profesor.

Queso casero básico

Materiales: Placa de calentamiento o cocina, 1 litro de leche UHT, 25 ml de jugo de limón o vinagre, paño de algodón, 1 colador, 1 recipiente donde apoyar el colador, termómetro, heladera.

Procedimiento:

1. Calentar la leche a 44 grados Celsius.

2. Agregar el jugo de limón (o vinagre) y mezclar bien.

3. Dejar enfriar.

4. Colar el suero a través del paño y guardar la fracción sólida proteica (queso).

5. Agregar sal o azúcar al queso y degustar.

Queso casero elaborado, tipo Minas

Materiales: laca de calentamiento o cocina, 2 ollas para baño maría, 1 litro de leche UHT, 0,2 g de cloruro de calcio, 1 cucharada de yogurt natural (bacterias lácticas), 1 ml de cuajo (enzima), 1 cucharada de sal, 1 cuchara de madera, 1 paño de algodón, 1 colador plano, 1 recipiente donde apoyar el colador, termómetro, heladera.

Procedimiento:

1. Diluir el cloruro de calcio en la leche y calentar a 44 grados Celsius.

2. Agregar el yogurt y mezclar bien.

3. Cuando la temperatura alcanza 32 grados Celsius, agregar el cuajo y mezclar bien. Mantener la temperatura y esperar 1 hora hasta que la leche coagule.

4. Cortar la masa en cubos del tamaño de un dado, formando cuadrados. Aguardar 5 minutos.

5. Mezclar lentamente con cuchara, formando ochos, por 20 minutos para que se libere el suero. Dejar reposar otros 5 minutos.

6. Transferir la masa al colador para filtrar el suero. Dejar 24 horas, dando vuelta la masa 3 veces.

7. Salar levemente, pasando suavemente la sal por la superficie y los bordes del queso.

8. Conservar en la heladera. Degustar.

Queso casero tipo ricota

Materiales: Placa de calentamiento o cocina, suero extraído en la preparación del queso casero elaborado, jugo de limón o vinagre (0,5 ml por 100 ml de suero).

Procedimiento:

1. Agregar el jugo de limón o vinagre al suero recogido en el procedimiento anterior.

2. Calentar a 85 grados Celsius y esperar 20 minutos para retirar los grumos formados en la superficie. Formar una masa.

3. Enfriar y degustar.

NUESTRO COMENTARIO

Estos procedimientos no presentan grandes dificultades técnicas. En caso de utilizar leche pasteurizada, tendrá que ser calentada a 85 grados Celsius antes de iniciar los procedimientos. Esa precaución no es necesaria con la leche UHT, pero para obtener buenos coágulos proteicos se debe agregar cloruro de calcio.

Se puede mejorar el proceso de desuerado colgando el paño con el cuajo durante un corto período de tiempo, como se indica en la figura.

La respuesta de los alumnos es variada. Algunos se muestran entusiasmados y repiten los procedimientos en casa. Otros se muestran decepcionados con la calidad de los quesos obtenidos, que consideran inferior a la de los productos comerciales.

¿CÓMO MONTAR UN PROYECTO?

Investigar y desarrollar alguno de los procedimientos seguidos para la preparación de otros tipos de queso como, por ejemplo, queso mozzarella.

BIBLIOGRAFÍA

MALAJOVICH, M.A.M. de. Biotecnología, 2ª edición actualizada. Bernal, Editorial de la Universidad Nacional de Quilmes, 2012.

RIBEIRO E.P. In: AQUARONE et al. (Org.). Biotecnologia Industrial. Biotecnologia na produção de alimentos. Vol. 4. São Paulo, Editorial Edgar Blücher Ltda., 2001.

La fermentación láctica es un método de conservación de hortalizas que produce pocas alteraciones de su valor nutritivo. Debido al alto tenor de vitamina C, el repollo fermentado era utilizado en la prevención del escorbuto por los navegantes y los habitantes de las comarcas en los inviernos rigurosos.

Originario de China y de Japón, el método se difundió por otros países donde sufrió adaptaciones varias. Estas posibilitaron la elaboración artesanal e industrial de productos alimenticios como las aceitunas, el chucrut, los kimchis y los picles (pepino, cebolla, maíz, etc.).

El chucrut es el producto de la fermentación del repollo (Brassica oleracea) por bacterias lácticas del grupo Leuconostoc, naturalmente presentes en las hojas. El proceso ocurre en condiciones anaeróbicas, a temperatura ambiente y en presencia de baja cantidad de sal (saladura seca). Desde el punto de vista químico se trata de una fermentación heteroláctica en la cual, además de ácido láctico, se producen etanol y dióxido de carbono.

OBJETIVO

Preparar chucrut, por fermentación láctica del repollo.

MATERIALES

Balanza, 1 recipiente cilíndrico, 1 botella de plástico con agua para usar de peso, 1 cuchillo, 1 tabla o 1 azulejo, 1⁄2 repollo, condimentos a gusto (ajo en rebanadas, zanahoria rallada, pimiento rojo en pedacitos, pimienta negra, hojas de laurel, etc.), cloruro de sodio, papel indicador de pH, 1 pedazo de tul, 1 elástico de goma o cordel.

Normas de limpieza estrictas son indispensables: mesa, utensilios, manos, etc. A pesar de tratarse de un alimento elaborado artesanalmente en diferentes países, el consumo del repollo fermentado es desaconsejado cuando se prepara sin las debidas precauciones, dentro del ámbito escolar. La degustación es de total responsabilidad del Profesor.

PROCEDIMIENTO

1. Pesar el repollo.

2. Pesar una cantidad de cloruro de sodio equivalente a 2,5 % de la masa del repollo.

3. Cortar el repollo en tiras finas, reservando una hoja grande entera.

4. Mezclar el repollo con los condimentos.

5. Distribuir en la parte inferior del recipiente varias capas alternadas de la mezcla anterior y cloruro de sodio. Cubrir con la hoja de repollo reservada.

6. Observar y explicar la aparición de líquido.

7. Con la botella llena de agua, prensar el repollo hasta eliminar totalmente el aire (Figura 2).

8. Medir el pH del líquido formado y evaluar el grado de turbidez (0: líquido transparente, +: líquido turbio, ++: líquido muy turbio). Anotar esos datos.

9. Ajustar el tul con el elástico sobre el recipiente para evitar la entrada de insectos.

10. Dejar el repollo fermentando durante 1 a 2 semanas. Medir nuevamente el pH y evaluar el grado de turbidez. Comparar con los valores obtenidos en el punto 8.

NUESTRO COMENTARIO

La figura 2 indica una forma de montar el experimento y al lado, la foto de un montaje alternativo en que el peso es una botella llena de piedras.

A simple vista, la fermentación heteroláctica del repollo difiere de la fermentación homoláctica del yogurt por la presencia de burbujas. La turbidez indica el crecimiento de bacterias lácticas y el aumento de la acidez corresponde a la producción de ácido láctico. Una vez iniciado el experimento, el pH disminuye de 6 a 4 en pocas horas.

La ausencia de aire y acidez favorecen el crecimiento de las bacterias lácticas en detrimento de otras bacterias.

Se considera que la fermentación ha sido exitosa cuando el producto tiene un color homogéneo, amarillo claro y un olor suave y agradable. En la parte superior del líquido se puede observar una película blanca de levaduras. Las contaminaciones pueden originar manchas rosas o verdosas, con un olor desagradable. Se evitan eliminando cuidadosamente el aire y dejando siempre el repollo sumergido en líquido.

Figura 2. El montaje del experimento.