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________________________________________ Biotecnologa de Alimentos

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Biotecnologa de

alimentosPROGRAMA DE LA ASIGNATURACURSO 2009 / 2010

Licenciatura en BiotecnologaAsignatura Optativa Cuatrimestral

6 crditos (4T+2P)

DPA!TA"#TO$ %&O'OA "O'C*'A! #&!A %&O*"&CA

,!A ACAD-"&CA$ #-T&CAPROFESOR RESP: DR. JosIgnacio Ibeas Corcelles

PROFESOR TEORIA: Dr. JosIgnacio Ibeas Corcelles

Dr. "arcos Alguacil AlgarradaPROFESORES PRACTICAS: Dr. JosIgnacio Ibeas Corcelles

Dr. !am/n !amos %arrales Dr. "arcos Alguacil Algarrada


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Programa Docente

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Descripcin de la asignatura Objetivos generales

Planteamiento y Contenidos

Programa de Clases Tericas

Bibliografa de la asignatura

Guiones de Prcticas

Descripcin de la asignatura

La asignatura de Biotecnologa de Alimentos se plantea como una asignatura

complementaria al plan de estudios de Biotecnologa, que brinda la oportunidad de acercar alalumno al sector industrial de la produccin de alimentos mediante el empleo de

microorganismos. Se trata fundamentalmente de conocer los procesos de produccin de los

principales alimentos fermentados, as como los organismos que los llevan a cabo y las

mejoras a nivel gnico realizadas en los mismos.

Titulacin a la que pertenece: Biotecnologa

Carcter Optativa(cuatrimestral)

Crditos 6 (4 Tericos y 2 Prcticos)

El curso consta de cuatro crditos tericos para los que se plantean cinco temasdistribuidos en 14 semanas con 15 sesiones de teora en clases de hora y media, 12 horas

para discusin de artculos cientficos de inters y las seis horas restantes se destinan a

seminarios especiales, catas, visualizacin de videos de inters relacionados con los

procesos de produccin de alimentos, etc. Al tratarse de una asignatura optativa, este

esquema se puede ver alterado en funcin del nmero de alumnos matriculados.

Los crditos prcticos estarn destinados a desarrollar los procesos de produccin de

aceitunas, yogurt, queso, pan, cerveza y vino, empleando en algunos casos microorganismos

con propiedades diferenciadas, y aplicando variaciones a los procesos en cuanto a materias

primas, tiempos de fermentacin, temperaturas de fermentacin, etc. Una vez producidos losproductos se llevarn a cabo anlisis de los mismos que permitan reconocer las variaciones

aplicadas. Las prcticas se desarrollarn en un laboratorio diseado para tal fin y se

completarn con actividades realizadas en casa por los alumnos

Como complemento, se plantea la visita a dos o tres empresas del sector alimentario.

Debido a que la asignatura tiene un importante componente prctico que requiere que

cada alumno lleve a cabo todas las fases de los procesos a desarrollar, los grupos de

prcticas estarn formados por unos 15 alumnos.

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El empleo de conceptos y tcnicas genticas y microbiolgicas a lo largo de las clases

tericas y prcticas sugiere que los alumnos matriculados procedan de la Licenciatura de

Biotecnologa, y en particular a los cursos 3, 4 5, ya que es interesante que hayan

cursado las asignaturas de Gentica, Gentica Molecular, y Microbiologa.

Objetivos

El objetivo de la asignatura Biotecnologa de Alimentos es proporcionar a los

alumnos de la Licenciatura de Biotecnologa conocimientos tericos y prcticos acerca del

papel que los microorganismos tienen en los alimentos, mediante su participacin en los

procesos de produccin de alimentos fermentados por parte de bacterias lcticas y levaduras,

y entender los procesos productivos. Para ello se estudia y se llevan a cabo de forma pr ctica

la produccin de vegetales fermentados, leches fermentadas, quesos, pan, cerveza y vino,

haciendo especial hincapien el papel que los microorganismos tienen en dichos procesos.

Adems se analizan, durante el estudio de cada uno de estos procesos, los mecanismos

utilizados en la mejora de las cepas fermentadoras empleadas y sus ventajas frente a las

originales.

Planteamiento y Contenidos de la Asignatura

El siguiente programa es fruto de la investigacin sobre el tema y que tras seis aos de

docencia de la asignatura, ha sufrido modificaciones continuas, basadas en las experiencias

propias del profesor y los comentarios aportados por los alumnos.

El mtodo empleado para esta asignatura incluye clases tericas y prcticas que se

acompaan de seminarios por parte de los alumnos, comentarios de artculos seleccionados

por el profesor, visualizacin de videos relacionados con la produccin y visitas a empresas

de produccin de lcteos, vegetales, vinos y cervezas.

Programa abreviado de clases tericas

Introduccin

Tema 1. Produccin de cervezas.

Tema 2. Vinificacin.

Tema 3. Fermentacin de vegetales.

Tema 4. Leches fermentadas y quesos.

Tema 5. Panificacin.

Cada tema se inicia mostrando al alumno los orgenes azarosos de la produccin de

alimentos por microorganismos y con ellos de la Biotecnologa de alimentos. Se analiza su

evolucin a lo largo de la historia y la mejora de los procesos de produccin. Se estudiaran las

materias primas, los procesos productivos, las caractersticas bsicas de los organismos

productores de alimentos, los genes de inters en estos microorganismos y las mejoras que deestos genes se han realizado o se estn realizando.

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Programa Docente

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Clases prcticas

El curso consta de dos crditos prcticos para los que se plantea la realizacin de dosprcticas en sesiones de duracin variable. Estas prcticas son obligatorias y tienen como

objetivo que el alumno lleve a cabo la produccin de alimentos fermentados en todas sus

etapas y sea capaz de identificar la importancia que las materias primas, las condiciones de

produccin y el microorganismo tiene en dichos procesos. Las clases prcticas estn basadas

en los conceptos impartidos en las clases tericas y son a su vez la base de la visita a las

empresas productoras, por lo que su coordinacin con estas otras actividades es

imprescindible.

Los 15 alumnos de cada grupo de prcticas se subdividen en grupos de 2 a 5

dependiendo del proceso. Cada uno de estos grupos dispondr de todo el material paradesarrollar el proceso de produccin, lo que permite introducir variables dentro y entre los

grupos que fundamentalmente consisten en la utilizacin de cepas diferentes de

microorganismos para comparar su actividad, empleo de diferentes materias primas y

alteracin de las condiciones de fermentacin. Las prcticas concluyen con una cata del

producto final que permite evaluar el desarrollo de ste, ascomo el efecto que las distintas

variables aplicadas han generado.

Para garantizar la seguridad de los alimentos a consumir, las prcticas de la asignatura

se impartirn en un laboratorio independiente diseado a tal fin, donde el material empleado

estlibre de contacto con material empleado para cualquier otra actividad pr

ctica.

La clase prctica se inicia con un repaso del proceso de produccin a nivel de

laboratorio y la presentacin e instruccin del equipo a emplear. Cada alumno dispone de un

protocolo en el que se detallan los pasos a seguir, las variables a aplicar y los parmetros a

medir a lo largo del proceso. Al finalizar la prctica cada grupo proporciona sus resultados al

resto de los grupos para su comparacin, y aspoder correlacionarlos con las variables

aplicadas por cada uno de ellos. Los resultados de cada prctica y las conclusiones que de

stos se extraen, son elaborados y presentados en un informe escrito individual cuatro

semanas despus de finalizada la prctica. La evaluacin de los informes de las prcticas

presenciales supondrun 10% de la nota final.

Adicionalmente, los alumnos realizarn en casa y de forma individual la fabricacin de

aquellos productos que no se elaboran en las clases prcticas como aceitunas, pan, yogurt y

quesos. Al finalizar esta actividad el alumno redactar un informe con fotos en el que

explique el proceso desarrollado. La evaluacin de los informes de las prcticas en casa

supondrun 10% de la nota final.

Programa abreviado de clases prcticas

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Prctica 1.- Elaboracin de vinos

Prctica 2.- Produccin de cervezas.

Tutoras

A lo largo del curso se impartirn tutoras3 previa cita3 solicitada personalmente3 poremail a la direcci/noi5ecorupo.eso por tel7ono en el 894 0480:8.

Seminarios

A lo largo del curso, los alumnos expondrn un seminario sobre un tema establecido por

el profesor, basados en un artculo cientfico. La evaluacin de la exposicin supondrun

20% de la nota y la participacin del resto de alumnos en el turno de preguntas un 10%.

En cada tema, se tratar de que un experto relacionado con empresas productoras o

grupos de investigacin imparta un seminario en el que exponga su trabajo de investigacin.

En este seminario, ascomo en las visitas se valorarla participacin del alumnado en el turno

de preguntas y determinarun 10% de la nota final.

Visitas a empresas

A lo largo del curso y con el objetivo de analizar a nivel industrial los procesos

estudiados en clase y llevados a cabo en el laboratorio, se realizarn dos o tres visitas

obligatorias a fbricas de lcteos, vegetales fermentados, cervezas o vinos. Las visitas sernguiadas por tcnicos de la empresa para garantizar el nivel cientfico de la exposicin y ser

discutida posteriormente en clase. La participacin en esta discusin ascomo a lo largo de la

visita serevaluada por el profesor y supondrun 10% de la nota final

Las visitas realizadas durante el curso sern a tres de las siguientes empresas:

Productos lcteos:Danone / Vega e hijos/ Sierralact/Valeme.

Cervezas:Cruzcampo/Alambra

Vinos:Bodegas Osborne / Bodegas Estevez/ Bodegas La Gitana/Bemsa.

Vegetales: Encurtidos Alcor/Cooperativa Dos Hermanas.

Evaluacin

Para la evaluacin de la asignatura se tendrn en cuenta los apartados mencionados

anteriormente con la siguiente aportacin a la nota final, y en algunos de ellos la nota m nima

requerida para superar la asignatura. A modo de resumen:

Actividad Puntuacin Mnimo

Exposicin de seminarios 20

9
mailto:[email protected]:[email protected]


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Programa Docente

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Discusin de seminarios 10

Informes de prcticas 10 5

Prcticas en casa 10

Visitas y conferencias 10

Examen final 40 20

Programa de Clases Tericas

Tema 1. Produccin de cervezas

CONTENIDOS

Elaboracin de cervezas. Tipos de cervezas. Materias prima. Levaduras cerveceras. .

Metabolismo de levaduras cerveceras. Mejora de cepas: aplicaciones. Tolerancia a etanol y

sustrato. Floculacin de levaduras cerveceras. Levaduras inmovilizadas. Cervezas caseras.

OBJETIVOS

Conocer el proceso de produccin de cerveza a pequea escala y escala

industrial.

Conocer las materias primas empleadas en la produccin de cervezas.

Conocer las caractersticas metablicas de las levaduras cerveceras.

Conocer las mejoras genticas realizadas en levaduras cerveceras y sus ventajas.

Tema 2. Vinificacin

CONTENIDOS

El proceso de vinificacin. Variedades de uvas. Levaduras vnicas. Caractersticas

deseables en las levaduras vnicas. La fermentacin. La maduracin y el envejecimiento de

los vinos. La crianza qumica y la crianza biolgica. Tipos de vinos. Mejora de cepas:

aplicaciones. Gentica y mejora de la tolerancia a etanol y SO 2. La formacin de los velos de

flor y su mejora gentica. Produccin de aromas

OBJETIVOS

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Conocer el proceso de fermentacin de mostos a pequea escala y a escala

industrial.

Conocer las materias primas empleadas en la produccin de vinos.

Conocer las caractersticas metablicas de las levaduras vnicas.

Conocer el proceso de envejecimiento qumico y biolgico. Conocer las mejoras genticas realizadas en levaduras vnicas y sus ventajas.

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Programa Docente

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Tema 3. Fermentacin de vegetales

CONTENIDOS

Tipos de vegetales fermentados. Produccin industrial y comercializacin de vegetales

fermentados. Elaboracin de aceitunas, pepinillos y col. Microbiologa de la fermentacin.

Importancia de la salmuera y estabilidad microbiana. Antifngicos naturales. Produccin

casera. Mejora gentica de bacterias lcticas.

OBJETIVOS

Conocer los tipos de vegetales fermentados.

Conocer el proceso productivo de los principales vegetales. Conocer las capacidades metablicas de las bacterias lcticas y otros

microorganismos que participan en estos procesos.

Conocer los sucesos ecolgicos en la produccin de vegetales fermentados.

Conocer las mejoras genticas realizadas en bacterias lcticas y sus ventajas.

Tema 4. Leches fermentadas

CONTENIDOS

Historia de las leches fermentadas. Tipos de leches fermentadas: Yogures, leches

lquidas y quesos. Produccin industrial, semindustrial y casera. Bacterias lcticas y otros

microorganismos. Mejora gentica de bacterias lcticas. Resistencias a fagos. Enzimas

inmovilizadas. Microorganismos de la maduracin de los quesos: cepas de Penicillium.Tipos

de quesos. Denominacin de origen.

OBJETIVOS

Conocer los tipos de leches fermentadas

Conocer los procesos de produccin.

Conocer las capacidades metablicas de las bacterias lcticas.

Conocer los tipos de quesos.

Conocer las mejoras genticas realizadas en bacterias lcticas y sus ventajas.

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Tema 5. Panificacin

CONTENIDOS

Produccin industrial y semindustrial de pan. Materia prima. Caractersticas de

levaduras panaderas. Fermentacin de la masa panadera. Cultivos iniciadores. Mejora de

cepas: aplicaciones. Resistencia a estrs osmtico. Resistencia a la desecacin y a la

congelacin.

OBJETIVOS

Conocer el proceso de producci

n de pan a escala industrial. Conocer las materias primas empleadas en la produccin de pan.

Conocer las caractersticas metablicas de las levaduras panaderas.

Conocer los distintos sistemas de inoculacin de masas panaderas.

Conocer las mejoras genticas realizadas en levaduras panaderas y sus ventajas.

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Programa Docente

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Bibliografa de la Asignatura

Al tratarse de una asignatura muy especializada no existen textos que la cubran en su

totalidad, sino ms bien textos especficos y artculos cientficos para cada uno de los temas

tratados. Aun as, el empleo en todos los temas de conocimientos y tcnicas microbiolgicas y

genticas, hace necesario, a lo largo de todo el curso, el empleo de libros generales que cubran

dichas temticas.

Los libros y artculos cientficos empleados para la preparacin de la asignatura, y que

pueden ser consultados en biblioteca o en el propio laboratorio, son:

Manuales

emistr= and Tec>nolog=. Bolumen &= &&. B.. os>i and As>oE Pande=. &%# ;1?;:18;?@9?2

"icro5iolog= and Tec>nolog= o7 immelcultures3 T>e #et>erlands. IJeastsin 7oodK &%# 1 ;99:0 :@6 L

Dequin, S. The potential of genetic engineering for improving brewing, wine-making and

baking yeasts. Appl Microbiol Biotechnol. 56:577-588. 2001.

Doyle, M. P., Beuchat, L. R., and Montville, T.J. Food Microbiology American Society for

Microbiology Press, Washington, D.C. 1997.

Garey, T. The joy of Home Winemaking. Avon Books, Inc. 1996.

Glover, B. The world encyclopedia of beer. Hermes House. 1997.

Iverson, J Home winemaking step by step. Stonemark Publishing Company. 2000.

Jay, J.M. Modern food microbiology. 5th Edition. Van Nostrand Reinhold, New York.

1996.

Kamel, M. Advances in baking technology. Blackie Academic & Profesional London.1993.

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Kroll, R.G., Gilmour, A., y Sussman, M. New techniques in food and beverage

microbiology. Blackwell Scientific, Oxford. 1993.

Lightfoot, N.F. y Maier, E.A. Microbiological analysis of food and water : guidelines for

quality assurance. Elsevier, msterdam. 1999.

Mtodos analticos en alimentaria. Leche y productos lcteos. 1999. Panreac Qumica.

Mtodos analticos en alimentaria. Productos derivados de la uva, aguardientes y sidras.

1996. Panreac Qumica.

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Programa Docente

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Jimnez y Jimnez. Gentica Microbiana. Sntesis. 1998.

Klug y Cummings. Conceptos de Gentica. Prentice Hall. 2005.

Lacadena. Gentica. Sntesis. 1999.

Lewin Genes. Marbn S. L. 2001.

Textos de Microbiologa:

Madigan, M. T., Martinko, J.M., Parker. J. Brock: Biologa de los Microorganismos.

Prentice-Hall. 2000.

Prescott, L., Harley, J., Klein, D. Microbiologa. McGraw-Hill Interamericana. 1999.

Guiones para las clases prcticas

Prctica 1.- Elaboracin de vino.

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Prctica 2.- Produccin de cerveza

Objetivos

Conocer con detalle todas las etapas del proceso de produccin de diferentes

tipos de cervezas.

Observar la variacin del pH, contenido de azcares y alcohol a lo largo de la

fermentacin.

Aprender las bases de la cata de cervezas

Desarrollo experimental de la prctica

Para este proceso de elaboracin se emplearelequipo que se muestra en la figura que consta de

caldera de maceracin, intercambiador de calor y

tanque de ebullicin. Todos los tanques quedan

conectados mediante tuberas de silicona y se emplear

una bomba para el movimiento de los lquidos. Cada

grupo de cinco alumnos dispondr de un equipo

completo.

Los primeros pasos, indispensables en la

elaboracin de toda cerveza, son el malteado de la

cebada (con el que se busca activar las enzimas propias

del grano y degradar con ellas el almidn generando azucares fermentables), y el triturado de

la malta (para facilitar el acceso a las reservas de almidn). Sin embargo, la malta que

nosotros empleamos ya ha sufrido ambos procesos.

Vamos a elaborar tres tipos diferentes de cervezas. En este protocolo se aporta la

receta para elaborar 25 litros de una cerveza tipo Porter

Las etapas a desarrollar son las siguientes

Maceracin

Pesaremos en primer lugar las siguientes cantidades de malta

? 4kg de Malta Pale? 1/2kg de Malta Caramel? 1/2kg de Malta Negra

Las cantidades pesadas se van aadiendo dentro de una bolsa que harlas veces de filtro,

se coloca en una olla previamente limpia y posteriormente se adicionan 17,5 litros de agua

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previamente calentada a 40 C, todo en el recipiente superior. Se realizaruna primera

medicin de pH y la densidad del agua antes de la adicin.

A continuacin iniciaremos la maceracin propiamente dicha mediante la realizacin

de una curva de temperatura con las siguientes etapas

1) Acidificacin. Mantendremos el mosto a 32C durante 30min: Buscamos que se

produzca cierta acidificacin por el efecto de las bacterias lcticas presentes en el

grano de malta. Mantenemos la temperatura lo ms homognea posible mezclando el

grano con el mosto y el mosto recirculando simplemente entre la base y la superficie.

Si es necesario, pasaremos el mosto por el serpentn para incrementar su temperatura.

Previamente tenemos que limpiar el serpentn del intercambiador de calor con agua

hervida y mantener el agua del serpentn hirviendo. Se medirel pH y la densidad del

mosto.

2) Peptonificacin. Calentaremos la mezcla hasta 42 C, pasando el mosto por elserpentn y homogeneizando la mezcla con el grano. Una vez alcanzada la temperatura

la mantendremos durante 30 minutos. Mediremos el pH y la densidad del mosto

3) Sacarificacin. Calentaremos el mosto a 62C pasndolo por el serpentn y

homogeneizando la mezcla y mantendremos esta temperatura durante 20 minutos. A

continuacin incrementaremos de nuevo la temperatura a 66 C y la mantendremos

durante 30 minutos. Se medirel pH y la densidad del mosto.

4) Desnaturalizacin. Calentaremos el mosto a 76C y mantendremos dicha temperatura

durante 15 min sin mezclar el grano. Se medirel pH y la densidad del mosto.

Coccin

A continuacin, con el grano en reposo, tomaremos el mosto por la salida de la cuba y

recircularemos el mosto a travs del grano, hasta que veamos que el mosto sale limpio,

entonces se trasvasaral recipiente inferior, y se le aadirn otros 7 litros ms de agua, a

75C. Se medirel pH y la densidad del mosto.

Posteriormente, herviremos el mosto durante una hora. En esta etapa aadiremos los

l

pulos que seguirn el siguiente orden. X g de l

pulo Cascadeal principio de la ebullici

n yx g de Styrian Holding 15 minutos antes del final de la ebullicin. Ambos lpulos se aadirn

en un atillo con el fin de no interferir en los posteriores procesos de retirada de turbios. Justo

antes de finalizar la ebullicin se le aadiruna pastillita de gelificante. Se medirel pH y la

densidad del mosto.

Clarificacin del mosto

Todo el material a emplear en los pasos siguientes se debe lavar con agua con unas

gotas de leja y enjuagar con agua hervida.

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Esta etapa consiste en la eliminacin de los turbios calientes presentes en el mosto.

Para ello, originaremos un remolino (whirlpool) con la ayuda de una cuchara de madera.

Retiraremos el mosto por el lateral de la cuba con la ayuda de la bomba (previamente lavada).

Enfriamiento

Emplearemos ahora un intercambiador de calor de placas (con agua del grifo en

contracorriente) para enfriar el mosto limpio de unos a uno 20C. y se repetir un nuevo

whirlpool para eliminar los turbios fros.

Fermentacin

Finalmente, tras dejarlo reposar, se traspasar el mosto limpio al tanque de

fermentacin. Previamente se separar un pequeo volumen para prehidratar la levadura

cerveceras a emplear. En la parte superior de los fermentadores se colocarun borboteador,con agua y unas gotas de leja, que permitir la salida de gases desde el interior sin la

posibilidad de entrada de aire exterior minimizando la posibilidad de contaminacin.

Maduracin

Una vez finalizada la primera fermentacin (en la que se convierten los azucares en

alcohol), a los 9-15 das, realizaremos el trasvase de la cerveza generada (excluyendo los

turbios precipitados) a un nuevo tanque limpio donde tendrlugar la segunda fermentacin o

fase de maduracin.

Embotellado

Tras dos semanas de reposo, embotellaremos la cerveza en distintos tipos de envases a

los que aadiremos azcar moreno segn el volumen del recipiente y los cerramos

hermticamente. Almacenaremos los envases a 25C durante 5 das y pondremos a enfriar

durante dos semanas antes de llevar a cabo la cata.

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