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Cultivos Iniciadores en Quesería: Tradición y Modernidad

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Cultivos Iniciadores en Quesería: Tradición y Modernidad. Beatriz Martínez (IPLA-CSIC). En las II Jornadas Teécnicas "Nuevas Tecnologías en Seguridad y Calidad de los Productos Lácteos". Cáceres, …

Cultivos Iniciadores en Quesería: Tradición y Modernidad. Beatriz Martínez (IPLA-CSIC). En las II Jornadas Teécnicas "Nuevas Tecnologías en Seguridad y Calidad de los Productos Lácteos". Cáceres, noviembre 2013


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  • 1. Cultivos Iniciadores en Quesería: Tradición y Modernidad T di ió M d id d Ana Rodríguez González y Beatriz Martínez Fernández Grupo DairySafe, IPLA‐CSIC II Jornadas Técnicas Nuevas Tecnologías en Seguridad y Calidad de los Productos Lácteos Cáceres, 14 de Noviembre de 2013
  • 2. INSTITUTO DE PRODUCTOS LÁCTEOS DE ASTURIAS CSIC Tecnología y Biotecnología de P.L. Microbiología molecular Fermentos lácticos y bioconservación Físico-química Microbiología y Bioquímica de P.L. Probióticos, prebióticos y exopolisacáridos Cultivos lácteos funcionales WWW. IPLA.CSIC.ES Quesos de España
  • 3. FERMENTOS LÁCTICOS Y BIOCONSERVACIÓN (DairySafe) CALIDAD Y SEGURIDAD DE PRODUCTOS LÁCTEOS Líneas de Investigación Diseño de cultivos iniciadores Bacteriocinas Bacteriófagos y endolisinas
  • 4. Introducción • Reseña histórica • Cultivos iniciadores – – – – Composición p Tipos Funciones Propagación • Fermentos autóctonos – Afuega´l Pitu • Perspectivas – Seguridad – Calidad
  • 5. Introducción Friso de la Lechería (bajorrelieve sumerio del III milenio a.C.) Descubrimiento accidental hace unos 8.000 años en el Fertile Crescent (Valle del Trigris y Eúfrates (antigua Mesopotamia) Microbiota contaminante Leche acidificación Almacenada en bolsas fabricadas con estómagos de animales Cuajada ácida queso fresco Coagulación enzimática á queso
  • 6. Introducción (Ácidos grasos y C 14) C-14) Neolítico Hace 7000 años en Europa
  • 7. Introducción Uso de una pequeña porción de leche Back-slopping coagulada como inóculo S. XIX: identificación de las bacterias lácticas de la leche 1890 Storch (Dinamarca) Conn (EEUU) Weigmann (Alemania) Fermentos Cultivos iniciadores Starters nata Streptococcus lactis p St. cremoris bacterias acidificantes Mantequilla de mejor calidad
  • 8. Cultivos iniciadores Una o más cepas de una o más especies bacterianas que se utilizan para i inocular un producto crudo o pasterizado con el fin de iniciar l d t d t i d l fi d i i i su fermentación Ingredientes alimenticios Actividad metabólica Sabor Aroma Textura Nutrientes Salud Vida útil Seguridad
  • 9. Cultivos iniciadores BACTERIAS LÁCTICAS Microorganismos Gram + Inmóviles no esporulados Inmóviles, Anaerobios aerotolerantes g En general carecen de catalasa Phylum Firmicutes (G+C < 50%) Streptococcus Lactococcus Oenococcus Enterococcus Lactobacillus Leuconostoc Pediococcus GRAS: generally regarded as safe (FDA, 2001) QPS: Qualified Presumption of Safe (EFSA, (EFSA 2007)
  • 10. Cultivos iniciadores Las bacterias lácticas utilizan rutas homo y heterofermentativas para transformar los carbohidratos en ácido láctico Lactosa: azúcar mayoritario de la leche (4-5% g/100 mL) Galactosa Vía Homofermentativa Vía Heterofermentativa Lactococcus Streptococcus Enterococcus Leuconostoc Lactobacillus (Grupo III) Pediococcus Lactobacillus (Grupo I y II) LACTICO >85% 85% Fórmico Acético Etanol β (1,4) pH Láctico Acético Etanol CO2 Glucosa
  • 11. Cultivos iniciadores PROTEOLISIS Caseína Caseína Oligopéptidos Aminoácidos Transaminación Deshidrogenación g Decarboxilación Reducción (www.rug.nl) α-ceto-acidos Aldehídos Alcoholes ésteres
  • 12. Cultivos iniciadores FUNCIONES Metabolismo del citrato: diacetilo, acetaldehido Aumenta actividad del cuajo, sinéresis del coágulo y desuerado (c. enzimática) Producción de aromas Producción de acido láctico Precipitación de las caseínas ( (coagulación ácida) g ) MADURACIÓN (Ojos) Producción de gas P d ió d Actividad proteolítica Producción de P d ió d sustancias antimicrobianas CONSERVACIÓN Ó pH Bacteriocinas… Producción de exopolisacáridos TEXTURA Y AROMA
  • 13. Cultivos iniciadores TIPOS Según la función Primarios: producción de ácido láctico a partir de la lactosa Secundarios: desarrollo y control del sabor, aroma y textura Según la tª óptima de crecimiento Mesófilos: Tª óptima 30ºC p Termófilos: Tª óptima 42ºC Según la composición g p Indefinidos Definidos Cultivos naturales de leche Cultivos naturales de suero Cepa única Múltiples Mixtos
  • 14. Cultivos iniciadores Primarios mesófilos definidos Lactococcus lastis ssp. lactis L. lactis ssp. cremoris L(+) lactato L(+) lactato L. Lactis ssp. lactis biovar. diacetylactis L(+) lactato y diacetilo Leuconostoc mesenteroides ssp. cremoris D(+) lactato, diacetilo, euco ostoc ese te o des ssp c e o s ( ) actato, d acet o, etanol y CO2 Quesos: Gouda, Cheddar, Cottage, Camembert, Feta Leches fermentadas nórdicas: Langfil (Suecia, Noruega) Viilli (Finlandia)
  • 15. Cultivos iniciadores Primarios termófilos Streptococcus thermophilus L(+) lactato, acetaldehido Lactobacillus delbruekii ssp. bulgaricus D(+) lactato, acetaldehido DL-lactato Lb. acidophilus, Lb. helveticus Quesos de pasta cocida: Gruyere, Emmental, Grana, Mozarella Sinergismo Yogur Caseína Aminoácidos Lactobacillus péptidos L t b ill é tid Ácido fórmico Streptococcus
  • 16. Cultivos iniciadores Cultivos naturales o artesanales Mezcla no definida de especies y cepas distintas Producción diaria (temperatura y pH controlado) Selección de cepas mejor adaptadas Suero a 45ºC hasta pH 3,3 (fermentos naturales de suero) Quesos de pasta dura: Parmiggiano Reggiano y Grana Padano Quesos de pasta hilada: Mozzarella Lb. Lb helveticus Lb. delbrueckii ssp. lactis Lb. fermentum St. thermophilus p Leche a 65ºC, 10-15 min, y enfriar a 37-45ºC (fermentos naturales de leche) Quesos italianos t di i Q it li tradicionales l St. thermophilus Lb. delbrueckii ssp. bulgaricus Lb. casei Lb. Lb helveticus Enterococcus faecalis Ent. faecium
  • 17. Cultivos iniciadores Propagación Condiciones asépticas GMP Medios y condiciones “personalizados” personalizados Concentración: Centrifugación Ultrafiltración DVS (Cárcoba, Tesis Doctoral)
  • 18. Fermentos autóctonos Uso de fermentos comerciales Inconvenientes Ventajas Control de la fermentación Estandarización del producto Cierta “pérdida “ d características Ci “ é did de í i organolépticas singulares Fermentos autóctonos Quesos con identidad propia (sabor y aroma diferenciales) - Respetan la microbiota autóctona y sus proporciones relativas - Adaptadas al crecimiento rápido en el tipo de leche tili d l h utilizado - Equilibrio con los fagos endémicos de la zona
  • 19. Fermentos autóctonos Mezcla de cepas lácticas seleccionadas en función de sus características fisiológicas, metabólicas y tecnológicas, tecnológicas aisladas de la microbiota del queso de leche cruda Estudio microbiota queso leche cruda Aislamiento Y caracterización Selección Producción INDUSTRIAL INDUSTRIA
  • 20. Fermentos autóctonos Afuega´l Pitu DOP Los Beyos IGP Casín C í DOP Gamoneu DOP Cabrales DOP
  • 21. Fermentos autóctonos Queso AFUEGA’L PITU Leche de vaca Coagulación ácida (pH 4,4±0,28) Consumo fresco 2-3 días; madurado 2-3 semanas) 100 80 % BAL B 60 40 20 C ua 60 30 15 7 3 ja da 0 días maduración queso (Cuesta et al., 1996) Lactobacillus Leuconostoc Lactococcus
  • 22. Fermentos autóctonos Lactococos 7,5 % 33,3% 59,2% 59 2% 180 cepas L. L lactis subsp lactis subsp. L. lactis subsp. lactis biovar. diacetylactis L. garviae 3,9% 11,7% 11,9% Leuconostoc 58,8% 13,7% Leuconostoc citreum Ln. Ln mesenteroides Ln. paramesenteroides Ln. mesenteroides subsp. mesenteroides Ln. mesenteroides 40 cepas
  • 23. Fermentos autóctonos 180 Lactococcus Capacidad acidificante : >0.65-0.98% Actividad proteolítica Producción de compuestos aromáticos Resistentes a bacteriófagos Ausencia lisogenia Compatibilidad No producción de aminas biógenas 32 cepas Consumo de citrato 100,00 98,00 96,00 94,00 92,00 90,00 88,00 86,00 (J.I. Sánchez, Tesis doctoral) 40 Leuconostoc Producción de compuestos aromáticos Producción de dextrano Resistencia a la acidez Resistencia al NaCl No producción de aminas biógenas 11 cepas
  • 24. Fermentos autóctonos Leuconostoc citreum (8 cepas) 25% 19% L. L lactis subsp lactis subsp. biovar. diacetylactis (6 cepas) Análisis comparativo A Microbiota Parámetros físico-químicos 56 % Lactococcus lactis subsp. lactis (8 cepas) Análisis sensorial MEZCLAS A B C D E F 7 2 3 5 2 2 6 2 3 4 2 3 4 2 2 4 3 2 Mezcla M l D Fermento IPLA 001 IPLA-001 IPLA 947 - IPLA 838 – IPLA 616
  • 25. Fermentos autóctonos Medio de cultivo de bajo coste Cultivo individual de cepas en biorreactor (pH, pO2, fuente de carbono) Cultivo C lti continuo ti (individual, mixto) Concentración de biomasa (filtración tangencial) Liofilización (ensayo de crioprotectores)
  • 26. Fermentos autóctonos bi io bio g es bi ges o o starters starters IPLA001 500 Fermento láctico congelado ,con centrado Ingredientes: Cultivo microbian o ( Lactococcus y Leuconostoc), leche en polvo. Lote: IPLA001 120710 IPLA 001 Cantidad neta: 105 ml para 500 L de leche Co nservar co ng elado (-20ºC) Modo de em pleo : D iluir co n leche atemperada y añ adir a l a cub a de cu ajad o. Usar preferentemente antes del fin de : 01/2011 Fermento autóctono para queso Afuega`l Pitu, elaborado por Bioges con cepas aisladas por el IPLA-CSIC Fabricado po r: Bio-Ges Starters, S.A. Avd a. Portugal, 41 24071 Leó n (ESPAÑA) Contiene lactosa. Antes de usar ver ficha tècnica. Tfn o.: 987 291813 Fax: 987 291947 o: CIF: A-24469249 RGSA: 31.02073/LE
  • 27. Fermentos autóctonos
  • 28. Perspectivas p Nutritivo y  energético é Nutritivo N ii y  energético CALIDAD Sano, seguro S y  apetecible SEGURIDAD Nutritivo y  energético Sano, seguro Sano seguro y  apetecible Beneficioso para  la salud Nutritivo y  y energético Sano, seguro y  y apetecible Beneficioso para  para la salud Respetuoso  con el medio  con el medio ambiente Biodiversidad  Biodiversidad cultural
  • 29. Perspectivas p CULTIVOS PROTECTORES INICIADORES/ADJUNTOS PROBIÓTICOS OBJETIVOS ↑ Vida útil ↑ Salubridad Cambios C bi organolépticos lé i ↑ Valor a ñadido ↑ Funcionalidad
  • 30. Perspectivas: Seguridad p g BACTERIOCINAS Péptidos antimicrobianos Tecnológicamente aptas T ló i t t Amplio espectro de inhibición Historia de consumo seguro: BAL Leu Ala Gly Dha Ile Leu Ile Dhb Ala Ala Lys Pro Gly Nisina: E-234 Gly Abu S Ala Abu S Met Ala S S His Ala Asn Met Lys Abu Ala Ser Abu Ala S Ile His Val Dha Lys
  • 31. Perspectivas: seguridad p g – Diseño de cultivos iniciadores protectores (nisina Z) activos en quesos de coagulación ácida y de pasta lavada. Fermento IPLAIPLA001 (Cárcoba, 2000) Fermento IPLA-001-nisZ IPLA-001(A) Fermento IPLA-001-nisZ IPLA-001(B) Fermento IPLA-001-nisZ IPLA-001(C) 28%28%- IPLA 729 28% - IPLA 947 19% - IPLA 838-1 83825% - IPLA 616 18% - IPLA 729 38% - IPLA 947 19% - IPLA 838-1 83825% - IPLA 616 56% - IPLA 729 19% - IPLA 838-1 83825% - IPLA 616 56% - IPLA 947 19% - IPLA 838 25% - IPLA 616 IPLA-001-nis+ (C) IPLA-001-nis+ (B) Evolución del fermento Afuega l Afuega´l pitu 2400 10 2000 8 1600 6 1200 4 800 2 400 0 0 3 6 9 12 15 0 3 6 9 12 15 0 3 6 Tiempo (días) 9 12 15 0 3 6 9 12 15 0 UA/g Log uf fc/g IPLA-001-nis+ (A) IPLA-001 12 Leuconostoc citreum IPLA 616 Lactococcus lactis IPLA 947 L. lactis IPLA 729 L. lactis biovar. diacetylactis IPLA 838 UA/g
  • 32. Perspectivas: seguridad p g Rilla et al., 2003
  • 33. Perspectivas: seguridad p g Fermento IPLA-001-nisZ+ 0,25 20 0,2 0,15 10 0,1 10 0,6 0,4 5 0,05 0 0 0,5 7 0,6 06 0,3 0,4 0,2 0,2 0 0 0,1 5 10 15 20 25 30 0 5 10 15 20 25 30 Tiempo de maduración (días) 0 0 0,8 6 5 0,6 4 0,4 3 2 0,2 1 0 1 8 15 30 1 8 Tiempo de maduración (días) 15 30 0 3-M Metilbutanal* 0,4 0,2 Acetoin na* 0,8 Ácido but tírico (mg/g) 5 0 Ácido acétic (mg/g) co 1 0,8 Diacetilo* 15 1,2 15 Etanol* Fermento IPLA-001; Ácido pirúvico (mg/ /g) Á Ácido láctico (mg/g) Fermento comercial;
  • 34. Perspectivas: calidad p Producción de cultivos iniciadores Congelación Liofilización Materia prima Bacteriófagos Compuestos antimicrobianos Fermentación en la industria láctea Acidez Temperaturas extremas Salinidad Bacteriófagos Compuestos antimicrobianos Producto lácteo fermentado Calidad higiénica Sabor Aroma Textura RESPUESTA AL ESTRÉS
  • 35. Perspectivas: calidad p Presión selectiva GM17 Resistencia a bacteriófagos Cepas más robustas
  • 36. Perspectivas: calidad p RIBOTIPADO RAPD RFLP PFGE RFLP-PFGE
  • 37. Perspectivas: calidad p Tecnologías de alto rendimiento Genómica Proteómica Metabolómica Fenómica…
  • 38. Muchas gracias g