Selección de microorganismos






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títuloSelección de microorganismos
fecha de publicación19.03.2017
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Vinagre

Condimento hecho a partir de sustancias azucaradas o feculentas por fermentación alcohólica seguida de fermentación acética.

Su composición depende en parte de la naturaleza de la materia prima fermentada y también de las condiciones de fabricación, conservación y maduración .

Tipos

Vinagre de SIDRA

Vinagre de VINO

Vinagre de MALTA

Vinagre de AZÚCAR

Vinagre de GLUCOSA

Vinagre DESTILADO (Fermentación acética de alcohol destilado diluído)

Otros.

Requisitos generales para la fabricación.

Selección de microorganismos

Naturaleza de la materia prima

Concentración de etanol, y vinagre empleado para acidificación.

Cantidad de O2 suministrado

Naturaleza del medio de fermentación

Temperatura de fermentación

Maduración y conservación

Clarificación

Embotellado y Pasteurización

Carácter y composición de los depósitos, recipientes y materiales que están en contacto con el vinagre durante la fabricación

 

1. Selección de microorganismos

Son muchos los que pueden producir ácido acético a partir de varios sustratos, pero son pocos los que son efectivos en la producción de vinagre.

Para el proceso rápido se emplean:

Bacterias SCHUETZENBACHI

Bacterias CURVUM

Bacterias ORLEANESE (usadas también para el proceso lento)

Del vinagre puede aislarse:

Acetobacter ACETI

Acetobacter PASTEURIANUM

Acetobacter XILENUM

Acetobacter ASCENDENS

Acetobacter ACETIGENUM
Naturaleza de la materia prima

Pude fabricarse a partir de casi todos los productos capaces de dar etanol por fermentación.

Frutos:

Manzanas

Clases de Bayas:

Miel

 

Uvas

 

Jarabes azucarados

 

Peras

 

Materias feculentas hidrolizadas

 

Melocotones

 

Cerveza y vino

 

Ciruelas

 

 

 

Higos

 

 

 

Naranjas

 

 

El vino y el zumo de manzanas son las mejores materias primas.

El vinagre de malta es corriente en Inglaterra.

El de miel es considerado muy sabroso.

La calidad del vinagre depende de la calidad de la materia prima empleada. Los frutos deben ser limpios, sanos y el debido estado de madurez. Los vinos o medios alcohólicos deben estar claros, limpios y libres de materias extrañas.

Es indispensable también la limpieza de la instalación y de todo el material empleado.

Concentración de etanol, y vinagre empleado para acidificación.

Alcohól: es aconsejable, para obtener buenas fermentaciones, una concentración de alcohol de 10 a 13 %. Para concentraciones superiores a 13% se forma con dificultad la capa gelatinosa de bacterias y la oxidación del etanol a ácido acético es incompleta.

Con el empleo de concentraciones muy bajas como inferiores a 1 o 2 % se oxidan los ésteres y el ácido acético con pérdida de aroma y sabor. En la oxidación del ácido acético se forman CO2 y H2O

CH3COOH + 2O2  2CO2 + 2H2O

Algunas especies de bacterias dan esta reacción en condiciones normales.

Acidificación: Tiene dos objetivos,

Inhibir el desarrollo de tipos de bacterias perjudiciales.

Suministrar los tipos adecuados.

La cantidad de vinagre añadida en general se considera adecuado de 10% a 25% en volumen de vinagre fuerte.

Si la mezcla pasa una sola vez por el generador, debe ajustarse la acidez a 3 o 3,5% añadiendo sustrato alcohólico para obtener un vinagre con acidez final 6%.

No se debe acidificar el medio antes de que finalice la fermentación ALCOHÓLICA, porque la acidez impedirá la conversión completa del azúcar a etanol, provocando un vinagre de mala calidad.

Cantidad de O2 suministrado

Como la conversión de etanol a ácido acético es una oxidación, en la que el oxígeno atmosférico actúa como aceptor de hidrógeno, el éxito de la fermentación depende en gran parte de la presencia de cantidades suficientes de O2.

CH3CH2OH + ½ O2  CH3CHO + H2O

CH3CHO + ½ O2  CH3COOH

Existen diferentes métodos de lograr la aireación, según el sistema de obtención empleado.

Naturaleza del medio de fermentación

Influye en gran forma sobre la fermentación acética, siendo su objeto aumentar el área de superficie de actuación de las bacterias, acelerando así la fermentación por la posibilidad de un mayor suministro de O2.

Sin el uso de soportes adecuados, la capa bacteriana se rompe periódicamente y se hunde, empleando anaeróbicamente las materias nutritivas del medio sin producir ac. acético.

En toneles o barriles se emplea un enrejado de madera ligera.

 

En generadores se utilizan:

VIRUTAS DE HAYA
BEJUCOS
CARBÓN DE MADERA
COQUE
BAGAZO DE MANZANAS
TUZAS DE MAIZ
MADERA DESFIBRADA.

Debe ser:

Eficaz en la producción de una satisfactoria acidificación del sustrato alcohólico.

Atóxico

No adicionar olor, color al producto

No aportar Fe, Cu, S, u otros iones indeseables

No debe apelmazarse, enredarse o hincharse

No retendrá color del sustrato

Será duradero, de fácil adquisición y de bajo precio.

Temperatura de fermentación

El grupo de bacterias acéticas se caracteriza por el intervalo delimitado de temperaturas que actúan.

Para temperaturas inferiores a los 12 a 15 ºC se desarrollan lentamente y las células son cortas y anchas.

De 15 a 34ºC se desarrollan normalmente, creciendo normalmente y desplegando cadenas de células de distinto número.

A temperaturas mayores (42 a 45ºC) se forman filamentos largos como hebras y transparentes, sin tabiques de división y con protuberancias irregulares.

Maduración y conservación (acabado).

Antes del almacenaje se debe permitir la completa fermentación para que el vinagre tenga su máxima fuerza, si después de esto no se impide la acción de las bacterias por exclusión de O2 u otros métodos, aquellas destruirán gradualmente el vinagre (oxidación completa a CO2 y H2O).

Durante la maduración se mejora el aroma y la limpidez, especialmente en los vinagres hechos de vino o de jugos de fruta. Se forman esteres que hacen desaparecer el sabor áspero del producto reciente. Tiene lugar durante el almacenamiento y puede requerir un año o más. Los vinagres de etanol que son sólo ácido acético diluido, no mejoran en la maduración.

Clarificación.

Aunque algunos vinagres pueden envasarse sin tratamiento, la mayoría han de someterse a una clarificación previa que puede ser por filtración o sedimentación. Para la sedimentación se utiliza cola de pescado y bentonita.

Embotellado y Pasteurización.

Antes de embotellar, el vinagre debe estar madurado y claro.

Se rellenan completamente las botellas y cierran herméticamente.

Para efectuar la pasteurización se calientan las botellas a 60-66ºC durante unos minutos o hasta que la temperatura del vinagre haya alcanzado al menos 60ºC.

En otro método de pasteurización se trata todo el vinagre, se enfría a 21ºC y se embotella.

Se puede hacer pasar el vinagre por electrodos de plata. Los iones plata actúan como antisépticos y germicidas.

Carácter y composición de los depósitos, recipientes y materiales que están en contacto con el vinagre durante la fabricación.

En la fabricación, conservación y distribución del vinagre se debe evitar el uso de metales que puedan ser atacados.

El Fe origina enturbiamientos y es fácilmente atacado.

El Zn puede producir mal sabor y en algunos casos forma el acetato de Zn que es venenoso (no se puede usar hierro galvanizado).

El Cu y el latón son atacados afectándose el sabor del vinagre.

Los materiales más adecuados para ser utilizados son:

MADERA

ALUMINIO

VIDRIO

BAQUELITA

CARBÓN PRENSADO

ACERO INOXIDABLE

 

 MÉTODOS DE FRABRICACIÓN

 

Orleans o Francés

LENTOS

Modificaciones del Orleans

Generador de FRINGS (con soporte regado)

RÁPIDOS

Generador de ELMER (automático)

Generador de MACKIN (formación de niebla)

Generador GIRATORIO

Método con CULTIVO SUMERGIDO

Orleans o Francés.

Se realiza en barriles de 200 litros que se llenan hasta la tercera parte con el iniciador (vinagre de buena calidad), añadiendo también 10 a 15 litros de vino durante cuatro semanas consecutivas, a intervalos semanales se añaden cantidades de vino análogas a la inicial.

Al cabo de cinco semanas se separan 10 a 15 litros de vinagre, reemplazándolo por la misma cantidad de vino. Y así sucesivamente con lo que se tiene un proceso continuo.

El aire entra en los barriles tumbados por agujeros practicados por encima de la superficie del vinagre. Estos agujeros están cubiertos por tela metálica.

Las bacterias con el tiempo forman una capa fina sobre la superficie de la solución, que con el tiempo se hace gruesa y gelatinosa, conocida como "madre del vinagre". Si no es soportada por un enrejado puede caer al fondo del barril, con el inconveniente del consumo de sustancias nutricias sin la producción de ácido acético.

Este proceso es lento y costoso y requiere mucha atención.

Las películas superficiales se rompen fácilmente al añadir el medio alcohólico y extraer el vinagre.

Modificaciones del Orleans

Una de ellas consiste en el empleo de un enrejado ligero de madera que soporta la película bacteriana.

También puede emplearse un embudo conectado a un tubo de vidrio que llega hasta el fondo del barril, para el agregado de el sustrato.

Por medio de un segundo tubo situado en el fondo del barril se puede medir el nivel del líquido dentro del mismo durante la fermentación, y al mismo tiempo sirve para la extracción del vinagre sin perturbación de la película bacteriana.

Generador de FRINGS

Se basa en el método alemán que consiste en hacer pasar la materia por una sustancia porosa que actúa como soporte.

Es un dispositivo de 4,2m de diámetro por 4,5m de alto.

El depósito descansa sobre pilares de hormigón de modo que pueda circular el aire por la parte inferior.

En su interior, cerca del fondo, hay un enrejado de madera que soporta las virutas, apiladas hasta unos 50 cm por debajo del techo. Debajo del enrejado de madera está la cámara recolectora del líquido. Cerca del fondo del depósito, en el exterior del mismo, van unos serpentines de refrigeración. El líquido avinagrado que ha pasado a través de las virutas, circula por el tubo interior de acero inoxidable y se enfría por el paso de agua a través del tubo envolvente (refrigerante), construido en cobre. A la salida del serpentín se eleva el líquido por medio de una bomba centrífuga de acero inoxidable, y a través de una tubería de goma, hasta la parte alta del depósito. La entrada al mismo se efectúa por medio de un rociador giratorio construido también de acero inoxidable.

La cantidad de oxígeno se regula por medio de una válvula mariposa situada en un tubo de 10 cm de diámetro, que sirve para la salida de aire.

La entrada del aire se efectúa por medio de 10 tubos dispuestos regularmente alrededor del depósito a la altura del enrejado de madera. Estas entradas tienen filtros.

Posee termómetros en la pared lateral a distintas alturas para conocer las temperaturas en distintos puntos.

Composición de la mezcla: la mezcla empleada como materia prima contiene 10,5% de etanol, 1% de ácido acético y 3,2Kg de carga de un medio especial de bacterias acéticas por cada 10.000 litros de sustrato.

Funcionamiento: se hace pasar la mezcla repetidas veces a través de las virutas hasta conseguir el vinagre de la concentración deseada. La conversión de etanol contenido en una carga de 10.000 litros requiere unos 8 a 10 días, al cabo de los cuales se separa la mayor parte del vinagre, dejando unos 800 litros que sirven como alimento a las bacterias y también como cebo de la bomba. Inmediatamente se introduce la nueva carga.

Ventajas:

El funcionamiento se logra a un bajo costo y su regulación es relativamente sencilla.

Pueden producirse vinagres de concentración superior a los de cualquier otro tipo de generador.

Se evitan pérdidas por evaporación

La temperatura ambiental no afecta la existente dentro del generador.

Debido al funcionamiento continuo disminuye la tendencia a la formación de sedimentos.

Generador de ELMER.

Es un generador con regulación automática. El líquido avinagrado, cae desde un depósito elevado al generador a través de un vasija con dispositivo de medida que al mismo tiempo regula la llave de paso del depósito. La descarga desde la vasija de medida al generador se regula por una válvula eléctrica conectada con un reloj. Se regulan también la temperatura y la velocidad del paso de aire a través del generador.

Generador de MACKIN.

No usa virutas ni soporte similar. Hay que mantener exacta y continuamente las condiciones de producción. El método consiste en pulverizar la solución nutricia de alcohol diluido que contiene las bacterias acéticas, a través de las boqueras inyectoras de un pulverizador localizado en las proximidades de la parte superior de un espacio confinado (tanque), y dejando que caiga la mezcla en forma de niebla fina a través de una corriente de aire que circula turbulentamente en dirección contraria en el mismo espacio. La mezcla se recoge en el fondo, enfriándola (hasta 35ºC) y volviéndola otra ves a atomizar. El aire empleado se filtra antes de su uso. La temperatura se mantiene entre 20 y 35ºC mediante refrigerantes de agua.

Generadores GIRATORIOS.

Son cilíndricos y rellenos de virutas. El sustrato alcohólico acidificado llena hasta la mitad del cilindro cuya capacidad puede ser hasta 2000 litros. Se imprime al cilindro un movimiento de rotación del orden de 1,5 revoluciones por hora hasta obtener el vinagre de acidez deseada, generalmente al cabo de tres semanas.

La oxigenación se hace a través de aire admitido por medio de diversas entradas y se favorece con la rotación.

Este método no es popular, debido al elevado costo de construcción de los cilindros; de su funcionamiento y de su complejidad.

Grandes Instalaciones.

Constan de un edificio con aire acondicionado que contiene tres generadores de Frings y un tanque para la mezcla previa y dilución de las cargas de los generadores.

Se considera que una unidad trabaja con la máxima eficacia cuando el aire agotado contiene 10 a 12% de O2.

Producción en CULTIVO SUMERGIDO.

Con este método, la formación de ácido, aumenta exponencialmente con el tiempo. También, la misma cantidad de sustrato se puede fermentar 30 veces más rápidamente por éste procedimiento que por los métodos industriales más modernos anteriormente citados.

El ACETATOR.

Fabricado por Heinrich Frings en Alemania.

Consiste en un tanque construido en acero inoxidable, madera, o acero revestido, junto con los equipos necesarios y controles accesorios. Durante la operación se regulan, temperatura, acidez, contenido alcohólico, velocidad de aireación y otros factores. Los contenidos de ácido y alcohol de la mezcla pueden ser indicados automáticamente y la carga y descarga del tanque se regula de igual modo.

Se pueden convertir 90 a 680 litros de alcohol ABSOLUTO por día y producir 3.000 a 24.000 hl de vinagre de 10g % al año, dependiendo del tamaño de la unidad, los tanques tienen diámetros externos desde 1,4 a 3 m y alturas aproximadas desde 3 4 m, cargando cada vez de 30 a 240 hl.

VENTAJAS:

Rendimientos elevados (90 a 95% del teórico).

Alta eficacia (en 24Hs se puede producir de 4 a 6 % o más de ácido).

Buena calidad, ya que las bacterias están presentes en grandes concentraciones en el vinagre y mejoran la calidad del producto durante el almacenamiento.

Sencilla utilización de las materias primas, siendo innecesaria la preclarificación y filtración.

Posibilidad de uso de materias primas de bajo contenido alcohólico (inferior a 6%) y contenido relativamente elevado de productos solubles.

Se puede eludir el uso de los vinagres de recambio cuando se cambian las materias primas, puesto que no emplean materiales de relleno.

Fácil ajuste de la producción (puede trabajarse a pleno rendimiento las 24 horas del día sin usar grandes cantidades de vinagre iniciales, y se puede para fácilmente).

Considerable ahorro de espacio debido a los elevados rendimientos y eficacia.

Economía incrementada por la eliminación de taponamientos de las virutas, interrupciones diversas, etc.

Manipulación simplificada (se puede extraer vinagre cada uno o dos días).

Dada la elevada velocidad de oxidación de este método es esencial mantener un residuo de 0,3% de etanol, al menos, con el fin de evitar serias alteraciones a las bacterias acéticas.

Defectos de vinagre

Químicos.

Hierro: es disuelto por el vinagre por contacto con este metal. Suele presentarse en el vinagre como fosfato o tanato de Fe.

Los fosfatos se presentan con mayor frecuencia originando un halo irisado que puede presentar una tonalidad ligeramente azulada. Los tanatos de Fe que pueden ser de color azul, negro – azulado o negro suelen originarse en la tonelera defectuosamente tratada.

La aireación seguida de sedimentación elimina normalmente el oscurecimiento causado por los tanatos.

Cobre: origina enturbiamiento en el vinagre de vino. Desde el punto de vista de la prevención del enturbiamiento del vinagre y de la decoloración de los productos en los que este se usa, es importante mantener un contenido mínimo de Cu en el vinagre.

Bioquímicos.

Bacterias acéticas: ciertas especies de acetobacter suelen causar defectos en el vinagre. A. Aceti debido a su potente capacidad de oxidación, puede convertir el ácido acético en CO2 y H2O. A. Xylinum produce material celulócico conocido como "madre del vinagre"

Oxidasa: el vinagre puede resultar oscurecido por la acción de una oxidasa, enzima oxidante que puede ser destruida por pasteurización.

Anguilulas del vinagre: Gusanos nemátodos, que son perjudiciales para el vinagre, especialmente cuando no se han revisado bien los frutos empleados. También pueden proceder del polvo y de los insectos. Atacan la capa bacteriana y originan su hundimiento y en algunos casos estropean el vinagre. Aunque no son perjudiciales para el hombre, rebajan la calidad del vinagre desde el punto de vista estético. En la fábrica se encuentran en los bordes de la superficie del líquido. La contaminación puede evitarse manteniendo la limpieza extremada en toda la instalación. Cuando existe contaminación, se destruyen por calentamiento a 54ºC o por pasteurización y se eliminan por filtración.

Gorgojos: se multiplican rápidamente en presencia de calor y humedad. Se debe mantener limpio todo el lugar, impidiendo además el acceso a los depósitos por el uso de repelentes. Se eliminan de la misma forma que las anguilulas.

Moscas del vinagre: puede evitarse su presencia en la fábrica por medio de limpieza y cerrando con telas metálicas las puertas y ventanas de los locales así como los orificios de los barriles de fermentación.

Flor del vino: capa blancuzca, arrugada compuesta por microorganismos marcadamente aerobios, se desarrollan rápidamente y en poco tiempo oxidan los constituyentes carbonados a CO2 y H2O.

Rendimientos.

En condiciones favorables, a partir de 100 partes de azúcar se obtienen 50 a 55 partes de ácido acético o sea 1,26g de ácido acético a partir de 1g de etanol. Una parte del azúcar se consume en la producción de sustancias diferentes del etanol y también como alimento de la levadura. Tiene lugar una pérdida de alcohol y ácido acético por evaporación durante las 2 fermentaciones.

Mecanismo de formación del ácido acético por fermentación.

Una teoría:

a) CH3CH2OH + ½ O2  CH3COH + H2O El etanol pasa acetaldehído por deshidrogenación catalítica en la que actúa el O2 como aceptor de H.

b) CH3COH + H2O  CH3C(OH)2H Hidratación del acetaldehído

c) CH3C(OH)2H + ½ O2  CH3COOH + H2O Deshidrogenación del hidrato de acetaldehído por activación de dos átomos de H y unión al oxígeno aceptor.

Otra teoría:

b`) CH3COH + H2O  CH3C(OH)2H

c`) CH3C(OH)2H + CH3COH  CH3COOH + CH3CH2OH

También puede ocurrir una dismutación del acetaldehído que actuaría como aceptor de hidrógeno produciendo acético y etanol, aunque con el tiempo el etanol se transforma totalmente en acético por oxidaciones y dismutaciones sucesivas





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