Tema 46.2

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Tema 46.2

  1. 1. Tema 46. Microbiología Industrial 1. Microbiología Industrial. Biotecnología microbiana 2. Microorganismos de interés industrial: Mejora de cepas 3. Las fermentaciones. Metabolitos primarios y secundarios. 4. Principales aplicaciones industriales de los microorganismos. Antibióticos. Aminoácidos. Ácidos orgánicos, Biopolímeros, Biosurfactantes. Productos fermentados 5. Biocoversiones microbianas 6. Microbiología de los alimentos fermentados 7. Biodegradación y biorremediación 8. Bioaumento 9. Microorganismos como productos: nanobacterias, biosensores, biopesticida
  2. 2. Tema 46. Microbiología Industrial 6. Microbiología de los alimentos fermentados Industria alimentaria Fermentación láctica: productos lácteos • Streptococcus • Leuconostoc Bacterias lácticas • Pediococcus • Lactobacillus
  3. 3. Tema 46. Microbiología Industrial Fermentaciones Lácticas Ruta del 6- fosfogluconato Fosfocetolasa F. homoláctica Streptococcus, Pediococcus, F. heteroláctica Lactobacillus Carecen de fructosa 1.6-difosfato aldolasa. Lactobacillus, Leuconostoc
  4. 4. Tema 46. Microbiología Industrial Leches fermentadas: Yogurt Streptococcus termophilus Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricusEl crecimiento de ambos produce un efecto sinérgico o El estreptococo utiliza los péptidos y aminoácidos liberados por el lactobacilo a partir de las proteínas de la leche o El crecimiento del lactobacilo está estimulado por diversos compuestos producidos por el estreptococo • ácido fórmico • CO2 • ácido pirúvico o La producción de ácido láctico, compuestos aromáticos y polisacáridos es también más rápida cuando se cultivan conjuntamente
  5. 5. Tema 46. Microbiología Industrial Probióticos Lactobacillus y Bifidobacterium • Adyvantes microianos ─ Inmunomoduladores ─Anticancerosos ─Control de diareeas ─Mejora de la enfermedad de Crohn
  6. 6. Tema 46. Microbiología Industrial Quesos • Más de 2000 variedades • Se inocula la leche con cultivos seleccionados de bacterias lácticas • Fermentación: la acidez provoca la coagulación de las proteínas de la leche cuajo (requesón) • Prensado Extrusión del agua (suero) • Salado y maduración 1. Fermentación láctica: pH 5.1-5.3 2. Maduración: diferentes bacterias y hongos
  7. 7. Tema 46. Microbiología Industrial Fermentación (cuajado) Prensado Moldeado Salado y Maduración
  8. 8. Tema 46. Microbiología Industrial M IC R O O R G A N ISM O S Q U E IN T E R V IE N E N E N L A F A B R IC A C IÓ N D E Q U E SO S Q ueso E stadíos iniciales E stadíos tardíos S treptococcus M ozzarella (b lando, no term ophilus m adu rad o) L actobacillus bu lgaricus C am em b ert (bland o, L actococcu s lactis P en icilliu m cam em berti m adu rad o) L actococcu s crem oris B ervibacterium linens L actococcu s lactis P en icilliu m roqueforti R oq uefort (sem ibland o) L actococcu s crem oris L actococcu s lactis P ropion ibacteriu m E m m enthal (duro, L actococcu s helveticu s sh erm anii m adu rad o) S treptococcus P ropion ibacteriu m term ophilus freu den reich ii L actococcu s lactis L actococcu s crem oris P arm esano (m uy duro, S treptococcus L actobacillu s bulgaricu s m adu rad o) term ophilus
  9. 9. Tema 46. Microbiología Industrial
  10. 10. Tema 46. Microbiología Industrial 6. Microbiología de los alimentos fermentados Fermentación alcoholica: bebidas alcohólicas Glucosa → Piruvato → Acetaldehído → Etanol Glucolisis Piruvato Alcohol descarboxilasa deshidrogenasa Glucosa + 2 Pi + 2 ADP + 2 H = 2 Etanol + 2 CO2 + 2 ATP + 2 H2O Bebidas alcohólicas Saccharomyces cerevisiae y otras especies • Cerveza: malta de cebada, lúpulo • Vino: a partir de uva prensada (fermentación alcohólica + fermentación maloláctica).
  11. 11. Tema 46. Microbiología Industrial 6. Microbiología de los alimentos fermentados Bebidas alcohólicas: El vino F. alcohólica: Etapa esencial de la vinificación, transforma los azúcares en: alcohol, anhidrido carbónico y compuestos que contribuirán al aroma. F. maloláctica: no se busca sistemáticamente. Tiene por objeto transformar el ácido málico en ácido láctico (monoácido) lo que permite obtener vinos menos ácidos y más ligeros (Burdeos tintos y Champagne).
  12. 12. Tema 46. Microbiología Industrial Adición de sulfito destrucción de las Prensado para levaduras y bacterias separar los sólidos Adición del del vino inóculo de Clarificación en levadura cubas de sedimentación Fermentation Prensado de la uva Filtración .Añejo en barricas Embotellado Elaboración del vino tinto
  13. 13. Tema 46. Microbiología Industrial Elaboración de la cerveza
  14. 14. Tema 46. Microbiología Industrial 7. Biodegradación y biorremediación y bioaumento ¿Que es la Bioremediación? • Bio-Remediar = utilizar organismos vivos (bacterias, hongos, plantas etc) para resolver un problema medioambiental • Bioremediación = Aplicación de principios microbiológicos y de ingeniería para la descontaminación ambiental. Para degradar o transformar contaminantes (orgánicos o inorgánicos) tóxicos en compuestos no tóxicos para los seres superiores. Área de la biotecnología ambiental que utiliza sistemas biológicos para catalizar la degradación y/o transformación de compuestos tóxicos del medio ambiente a moléculas menos perjudiciales
  15. 15. Tema 46. Microbiología Industrial 7. Biodegradación y biorremediación y bioaumento Principios de la bioremediación Se basa en la idea de que los microorganismos son capaces de utilizar los compuestos de su hábitat para el crecimiento y el metabolismo propio. En esta característica descansa el principio de la bioremediación. Utilizar a los microorganismos para retirar los contaminantes del medio ambiente o convertirlos en formas menos tóxicas. Existe una gran diversidad de microorganismos que realizan este proceso como parte de su propio metabolismo.
  16. 16. Tema 46. Microbiología Industrial 7. Biodegradación y biorremediación y bioaumento Ventajas de la biorremediación •Poco costosa •Provocan poca alteración del medio •Mineralización del compuesto Inconvenientes de la biorremediación •Lentitud del proceso (limitación de los microorganismos) •Dificultad en ciertos hábitat •Especificidad
  17. 17. Tema 46. Microbiología Industrial 7. Biodegradación y biorremediación y bioaumento ¿A qué debe su Eficacia?• A la gran diversidad de microorganismos existentes. Supone grandes recursos para la limpieza del medio ambiente• Generalmente son microorganismos autóctonos del ecosistema contaminado• Los microorganismos degradadores aparecen de forma espontánea en ambientes contaminados• Su aparición está favorecida por la difusión horizontal de genes en ambientes con gran presión selectiva
  18. 18. Tema 46. Microbiología Industrial 7. Biodegradación y biorremediación y bioaumento El problema
  19. 19. Tema 46. Microbiología Industrial 7. Biodegradación y biorremediación y bioaumento Tipos y técnicas de bioremediación BIOREMEDIACIÓN NATURAL (bioatenuación) IN SITU EX SITU BIOESTIMULACIÓN BIOAUMENTO FITOREMEDIACIÓN
  20. 20. Tema 46. Microbiología Industrial Bioremediación natural o intrinseca Bioatenuación: No es en sentido estricto una técnica de bioremediación Es la naturaleza la que reduce o elimina al contaminante El contaminante se degrada de forma natural con el tiempo. • Si en el lugar de actuación hay microorganismos degradadores • Si hay condiciones de nutrientes y ambientales adecuadas Inconvenientes: Ventajas: • Proceso lento • poco mantenimiento • Con continua monitorización del sitio contaminado • bajo coste • Requiere una caracterización previa del lugar. • Poca alteración del sitio • Puede producirse la migración de contaminantes a otros lugares •No es eficaz a altas concentraciones de contaminantes
  21. 21. Tema 46. Microbiología Industrial Tipos y técnicas de bioremediación BIOREMEDIACIÓN NATURAL (bioatenuación) IN SITU EX SITU BIOESTIMULACIÓN BIOAUMENTO FITOREMEDIACIÓN Se requiere crear condiciones adecuadas para el crecimiento de organismos descontaminantes (bioestimulación y fitoremediación) o la introducción de organismos adaptados a la degradación (bioaumento) • No se mueve el sitio contaminado y se ahorra costes • Requiere más tiempo de actuación • Requiere una caracterización previa que permita la eficacia del método • No hay uniformidad de actuación por la variabilidad de los sitios contaminados
  22. 22. Tema 46. Microbiología Industrial Bioestimulación: Estimulación de la microbiota autóctona proporcionando nutrientes o condiciones adecuadas (pH, agua, temperatura, oxigeno..). Nutrientes: Son requeridos para el crecimiento celular: Suelen ser los factores limitantes de la actividad microbiana. Donadores/ Aceptores de electrones: Agua: Sirve como medio de transporte de los nutrientes. Temperatura: Afecta la actividad microbiana. También afecta a la pérdida de contaminantes por volatización Sistema de biorremediación de diseño subterráneo. Los nutrientes y el oxígeno se añaden al suelo para promover la degradación
  23. 23. Tema 46. Microbiología Industrial Bioaumento: Uso de cultivos microbianos seleccionados o modificados genéticamente con capacidad demostrada in vitro para la degradación de grupos específicos de contaminantes y para sobrevivir bajo condiciones medioambientales adversas. También se utilizan microorganismos autóctonos aislados de los sitios contaminados, cultivados por separado y adicionados al sitio contaminado. Cometabolismo utiliza microorganismos que al crecer sobre un compuesto produce enzimas que transforman químicamente otros compuestos sobre los que no pueden crecer.
  24. 24. Tema 46. Microbiología Industrial FITOREMEDIACIÓN Utilización de plantas para descontaminar suelos: para eliminar, transferir, estabilizar y destruir contaminantes LAS PLANTAS DE FORMA NATURAL: •Extraen y utilizan gran cantidad de agua •Extraen nutrientes del suelo •Obtienen su energía de la luz •Estabilizan el suelo y sedimentos frente a la erosión •Restauran la estructura y la materia orgánica del suelo
  25. 25. Tema 46. Microbiología Industrial Procesos de fitoremediación • Fitovolatilización: Eliminación de contaminantes del suelo a la atmósfera a través de la planta • Fitoestabilización: Producción de sustancias químicas por la planta que inmovilizan a los contaminantes y previenen la migración a aguas subterraneas • Fitoextracción: Consumo del contaminante (generalmente metales) por la planta y cosecha e eliminanción de la planta contaminada. • Fitodegradación: Metabolismo de los contaminantes por los tejidos de la planta. La planta produce enzimas (dehalogenasa y oxigenasa) que catalizan la degradación • Rizodegradación: Metabolismo microbiano de contaminantes por la rizosfera. Las enzimas de la raíz de la planta degradan los contaminantes orgánicos
  26. 26. Tema 46. Microbiología Industrial FITOREMEDIACIÓN
  27. 27. Tema 46. Microbiología Industrial FITOREMEDIACIÓN Ventajas: • Coste reducido • Método amigable con el medio ambiente. Inconvenientes: • Periodo prolongado de tiempo para obtener resultados • Produce residuos que hay que eliminar Physocarpus Aster Cirsium opulifolius novae-angliae 27 discolor
  28. 28. Tema 46. Microbiología Industrial Tipos y técnicas de bioremediación BIOREMEDIACIÓN NATURAL EX SITU IN SITU LANDFARMING COMPOSTAJE BIOREACTORES
  29. 29. Tema 46. Microbiología Industrial LAND FARMING Técnica de bioremediación ex situ a gran escala que requiere la excavación del suelo contaminado se retira y se lleva a otro terreno limitado y preparado. Se controlan las condiciones del suelo para optimizar la degradación: • Contenido en humedad: regado y drenajes • Aireación: arado frecuente de la tierra • pH (adición de caliza) • Adición de nutrientes: nitrógeno, fósforo, potasio (fertilizantes) El suelo bioremediado puede ser utilizado en agricultura, en reforestación y otros usos
  30. 30. Tema 46. Microbiología Industrial LAND FARMING Ventajas: Contaminantes remediados: • No produce residuos • Hidrocarburos del petróleo • Poco costoso • Pesticidas • Poco impacto ambiental • Conservantes de maderas Inconvenientes: • Se requiere mucho espacio • Se ve influenciado por las condiciones medioambientales • Deben tratarse previamente los contaminantes volátiles • Requiere evaluación previa del suelo • Puede provocar eliminación de contaminantes al aire
  31. 31. Tema 46. Microbiología Industrial COMPOSTAJE Es un tratamiento aeróbico y termófilo en el que el material contaminado se mezcla con materriales orgániccos para proporcionar la porosidad y el balance C/N que promueve la actividad microbiana termófila. Tipos: •Apilamiento en pilas de volteo •Pilas estáticas de aireación forzada Este sistema también incluye un sistema de recolección de lixiviados y otro de tratamiento de aguas residuales
  32. 32. Tema 46. Microbiología Industrial COMPOSTAJE ETAPAS: 1. Etapa mesófila (Tª ambiente hasta los 40ºC disminuye el pH ligeramente 2. Etapa termófila: hasta 70ºC mueren los microorganismos mesófilos y aparecen los termófilos (Degradación de solubles) 3. Etapa de enfriamiento: degradación de polímeros. Mueren los termófilos y de nuevo aparecen los mesófilos 4. Etapa de maduración
  33. 33. Tema 46. Microbiología Industrial COMPOSTAJE Ventajas: 1. Aplicable a la mayoría de compuestos orgánicos 2. La etapa termófila elimina a los patógenos por lo que se pasteuriza el residuo (compost) 3. Se genera un residuo de valor como fertilizante por lo que posee mayor rentabilidad económica que otros procesos. Contaminantes remediados: • Suelos contaminados con PAHs • Suelos con explosivos (TNT..)
  34. 34. Tema 46. Microbiología Industrial 9. Microorganismos como productos: nanobacterias, biosensores, biopesticida • nanotecnología – e.g., Uso de estructuras 3-D de caparazones de diatomeas (de silice) – e.g., Uso de magnetosomas de bacterias magnetotácticas en resonancias Magnetica nuclear para la detección de cánceres
  35. 35. Tema 46. Microbiología Industrial 9. Microorganismos como productos: nanobacterias, biosensores, biopesticida Biosensores • Organismos vivos, enzimas u orgánulos unidos a electrodos para la detección de sustancias específicas – La detección se hace por conversión de los productos de la reacción biológica en corriente electrica • Amplio número de aplicaciones
  36. 36. Tema 46. Microbiología Industrial
  37. 37. Tema 46. Microbiología Industrial 9. Microorganismos como productos: nanobacterias, biosensores, biopesticida Biopesticidas • Agenties biológicos como bacterias, hongos o virus o sus componentes que pueden utilizarse para matar insectos susceptibles • Bacillus thuringiensis – Cuerpo parasporal • Producido durante la esporulación como un cristal intracelular de proteina toxica • Actua como insecticida biológico – Insecticida (Bt) • A diferencia de otros insecticida quimicos es biodegradable y no se acumula en el ambiente
  38. 38. Tema 46. Microbiología Industrial Toxina Bt

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