GUIA DOCENTE DE LA ASIGNATURA (CURSO 2011-12)

MICROBIOLOGÍA INDUSTRIAL

MÓDULO

MATERIA

CURSO

SEMESTRE

CRÉDITOS

TIPO

2º

1º

5,5

Obligatoria

PROFESORA

•

Ana del Moral García

DIRECCIÓN COMPLETA DE CONTACTO PARA TUTORÍAS (Dirección postal, teléfono, correo electrónico, etc.) Dpto. Microbiología 4ª planta, Facultad de Farmacia Correo electrónico: [email protected] HORARIO DE TUTORÍAS

Lunes, Miércoles y Viernes de 9:30-11:30 h TITULACIÓN EN LA QUE SE IMPARTE

OTROS GRADOS A LOS QUE SE PODRÍA OFERTAR

Licenciatura de Ciencia y Tecnología de los Alimentos PRERREQUISITOS Y/O RECOMENDACIONES (si procede) •

Tener cursadas la asignatura Microbiología, complementos de formación

BREVE DESCRIPCIÓN DE CONTENIDOS (SEGÚN MEMORIA DE VERIFICACIÓN DEL GRADO) Cumplimentar con el texto correspondiente en cada caso. COMPETENCIAS GENERALES Y ESPECÍFICAS

OBJETIVOS (EXPRESADOS COMO RESULTADOS ESPERABLES DE LA ENSEÑANZA)

Se pretende que el alumno adquiera una visión completa sobre la utilización de los microorganismos en biotecnología alimentaría. Para ello se estudian las especies microbianas útiles en este tipo de procesos, el crecimiento y las fermentaciones, así como el metabolismo y genética microbianas para poder desarrollar estrategias de búsqueda, selección, mejora y diseño de cepas de interés en biotecnológia alimentaria.

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TEMARIO DETALLADO DE LA ASIGNATURA TEMARIO TEÓRICO: 1. Concepto y desarrollo histórico de la Microbiología Industrial. Biotecnología. Horizontes e importancia. Definición de Microbiología Industrial. Historia de la Microbiología Industrial. Biotecnología. Definición y conceptos. Categorías. Etapas e hitos de la biotecnología. Aplicaciones de la biotecnología. Procesos biológicos involucrados dentro de la biotecnología alimentaria. 2. Esquema general de los procesos de fermentación. Metabolismo microbiano. Metabolismo energético en microorganismos de interés industrial Procesos generadores de ATP. Conceptos de respiración, fermetación y fotosíntesis. Respiración: respiración aerobia y anaerobia en quimioheterótrofos, respiración aerobia en quimioautótrofos. Fermentaciones: concepto de fermentación desde el punto de vista bioquímico y desde el punto de vista industrial. Tipos de fermentaciones. Rendimiento energético de la espiración y fermentación. Rutas metabólicas que utilizan energía (anabolismo). 3. Productos de interés industrial Células microbianas (proteína unicelular o SCP).Metabolitos primarios y secundarios. Características generales. Trofofase e idiofase. Macromoléculas que sintetizan las células: enzimas, polisacáridos y PHA. 4. Microorganismos industriales Utilidad de los microorganismos. Posibilidades de utilización de un microorganismo. Características que deben reunir los microorganismos industriales. Grupos microbianos de interés industrial. Aislamiento y selección de microorganismos. Métodos acelerados de selección. Mantenimiento y conservación de microorganismos. Colecciones de cultivo. Cultivos iniciadores. Preparación de inóculos. Propiedades y problemas de los inóculos. Bloque temático II: Mejora de cepas 5. Mejora y desarrollo de cepas para uso industrial. Justificación de la mejora de cepas. Procedimientos empleados para la mejora de cepas. Mutación: concepto, agentes mutagénicos y mecanismos de acción. Tipos de mutaciones. Selección de mutantes. Recombinación: Recombinación sexual en eucariotas. Recombinación genética en bacterias: transformación, transducción y conjugación. Fusión de protoplastos. Ciclos parasexuales. 6. Ingeniería Genética conceptos generales Tecnología del ADN recombinante. Estructura, configuración, aislamiento, observación,secuenciación, síntesis y marcaje del ADN. Enzimas en ingeniería genética: endonucleasas de restricción, ligasas, polimerasas. vectores: vectores de clonación: plásmidos, bacteriófagos y cósmidos. Vectores de expresión. Etapas en el proceso de clonación y técnicas asociadas: digestión, ligamiento, hibridación. Librerías genómicas. PCR. Proteómica y Transcriptómica. 7. Aplicaciones de la ingeniería genética en la industria alimentaria. Mejora de cepas industriales utilizadas en producción de alimentos. Obtención biotecnológica de enzimas de interés alimentario. Alimentos transgénicos. Riesgos, control, regulación y aceptación de productos Biotecnológicos. Bloque temático III. Métodos de Fermentación 8. Nutrición de los microorganismos. Substratos y medios de cultivo para la fermentación industrial Materias primas y medios de cultivo empleados en la industria. Substratos utilizados como fuente de carbono: extracto de malta, almidón, glucosa, sacarosa, melazas, lípidos, etanol, metanol, alcanos, otros. Substratos utilizados como fuente de nitrógeno: líquido de maceración del maíz, harina de soja, extracto de levadura, peptona, residuos de la destilación de alcohol. Fuente de vitaminas y sales minerales. Substratos complejos.

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9. Cinética del crecimiento microbiano: fermentación continua y por cargas. División bacteriana y fases del crecimiento. Determinación de la biomasa y otros parámetros. Fermentación contínua y discontínua. Crecimiento exponencial balanceado. Cultivo contínuo. Ventajas e inconvenientes de los sistemas de cultivo contínuo. El quimiostato. Expresión matemática del quimiostato. Relaciones en estado de equilibrio en un quimiostato. El turbidostato. 10. Diseño de fermentadores y factores que afectan al rendimiento de las fermentaciones. Fermentadores: Diseño y descripción de los componentes básicos. Aireación y agitación. Instrumentación y control. Sistemas de medida. Sistemas de esterilización. Fermentadores de laboratorio. Fermentadores a escala piloto. Factores que afecten al rendimiento de las fermentaciones. Agitación, aireación y mezclado. Número de Reynold. Potencia necesaria en un fermentador. Efecto de la viscosidad, temperaturay pH. Aporte de oxígeno. 11. Fermentadores industriales. Instalaciones y técnicas empleadas. Escalado de un proceso en microbiología industrial. Etapas. Problemas y factores asociados con el escalado de un proceso. Dispositivos de una planta de fermentación. Tanque. Sistemas de esterilización. Sistemas de agitación y mezclado. Dispositivos de aireación. Filtros en profundidad. Sistemas de inoculación aséptica. Bloque temático IV. Procesos microbianos aplicados en la industria alimentaria. 12. Producción industrial de metabolitos primarios. Ácidos orgánicos y aminoácidos. Funciones de los ácidos orgánicos en la industria alimentaria. Producción industrial de ácidos orgánicos. Ácido cítrico. Bioquímica de la producción del citrato por Aspergillus niger. Ácido glucónico. Ácido láctico. Ácido acético. Ácido tartárico. Ácido fumárico. Ácido málico. Aplicaciones de los aminoácidos en la industria alimentaria. Métodos de producción industrial de aminoácidos. Ácido glutámico. Lisina. Metionina. 13. Producción industrial de otros metabolitos primarios: alcoholes, vitaminas, nucleótidos y nucleósidos. Producción industrial de etanol. Microorganismos implicados. Esquema del proceso: fermentación continua y discontínua. Condiciones de la fermentación y optimización del proceso. Producción de vitaminas. Vitamina B12. Riboflavina. Nucleótidos y nucleósidos. Aplicaciones en la industria alimentaria. Métodos de producción. 14. Producción industrial de enzimas y polisacáridos microbianos. Enzimas de interés comercial. Selección de microorganismos. Microorganismos GRAS. Producción industrial de enzimas. Amilasas. Glucosaisomerasa. Proteasas y renina microbiana. Exopolisacáridos microbianos: aplicaciones de los exopolisacáridos a la industria alimentaria. Producción industrial de xantano. Otros polisacáridos: gelano, curdlano, escleroglucano, dextrano y alginatos. 15. Producción de bebidas alcohólicas. La cerveza. Aspectos generales de la fabricación: materias primas. Tipos de levaduras que intervienen en el proceso. El vino. Tipos de fermentaciones y microorganismos implicados. La 2ª fermentación alcohólica y los vinos espumosos. La sidra. Las bebidas destiladas. 16. Producción de vinagre. Metabolismo de las bacterias acéticas. Proceso de fabricación del vinagre. 17. Producción de pan. Levaduras de panadería. Metabolismo de la levadura en la masa de pan. Técnica de fabricación. 18. Producción de derivados lácteos. Las bacterias lácticas y sus transformaciones. El yogur y las leches fermentadas. Características de los fermentos. Proceso de fabricación. El queso Tipos. Procesos de fabricación y fermentos implicados. 19. Alimentos probióticos y prebióticos. Microorganismos implicados. Influencia en la salud. Utilización de microorganismos en alimentos con fines terapéuticos. 20. Vegetales fermentados.

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Tipos de fermentaciones y microorganismos implicados. Fermentación de la col y aceitunas. Alimentos derivados de soja y otros preparados. 21. Productos cárnicos. Papel de los microorganismos en la elaboración de productos cárnicos fermentados y curados. 22. Fermentación de los productos de pesca. Productos tradicionales. Nuevos productos. Aspectos bioquímicos Programa práctico 1. Aislamiento y caracterización de microorganismos de interés industrial: aislamiento de Bacillus productores de exoenzimas a partir de muestras del suelo. 2. Obtención de polisacáridos a partir de cultivos bacterianos: producción de xantano por Xanthomonas campestris. 3. Obtención de alimentos por fermentación: fermentación láctica para la producción de yogur. Producción de pan. 4. Obtención de bebidas por fermentación: fermentación alcohólica para la producción de cerveza. Prácticas de Campo Práctica 1. Visita industria alimentaria

BIBLIOGRAFÍA

Microbiology and Technology. Demain and Davies. ASM Press. Biotecnología de la cerveza y la malta. Hough. Acribia Biotecnología alimentaria. García-Garibay, Quintero –Ramírez, López-Mungía. Limusa. Biotecnología básica. Bu´lock. Acribia. Biotecnología de la fermentación. Ward. Acribia Biotecnología: Manual de Microbiología Industrial. Crueguer y Crueger. Acribia. Microbial Biotechnology. Fundamentals of applied Microbiology. Glazer and Nikaido. Freeman. Microbiología alimentaria. Volumen 2: Fermentaciones alimentarias. Burgeois y Larpent. Acribia ENLACES RECOMENDADOS Cumplimentar con el texto correspondiente en cada caso. METODOLOGÍA DOCENTE La metodología se expone dividida en las tres actividades que siguen:


Métodos de trabajo intelectual en el Aula • • • •

Lecciones expositivas de los contenidos basadas en recopilaciones bibliográficas, esquemas con apoyo técnico de : pizarra, retroproyección, y material digitalizado. Aproximación del contenido de las lecciones al mundo cotidiano. Potenciación del espíritu crítico. Exposición de trabajos sobre temas de actualidad.

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Métodos de trabajo intelectual fuera del aula




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Promoción de actividades complementarias utilizando recursos “online”. Selección de contenidos (textos y online) y organización y exposición en el aula. Fomentar el trabajo autónomo del alumno. Tutorías especializadas.

Métodos de trabajo experimental




• • •

Familiarización con el método experimental y de trabajo en el laboratorio. Conocimiento de técnicas microbiológicas básicas. Conocimiento de técnicas de fermentación.

PROGRAMA DE ACTIVIDADES Actividades presenciales (NOTA: Modificar según la metodología docente propuesta para la asignatura) Primer cuatrimestre

Temas del temario

Sesiones teóricas (horas)

Sesiones prácticas (horas)

Exposiciones y seminarios (horas)

Tutorías colectivas (horas)

Exámenes (horas)

Etc.

Actividades no presenciales (NOTA: Modificar según la metodología docente propuesta para la asignatura)

Tutorías individuales (horas)

Estudio y trabajo individual del alumno (horas)

Trabajo en grupo (horas)

Semana 1 Semana 2 Semana 3 Semana 4 Semana 5 … … … … … Total horas

EVALUACIÓN (INSTRUMENTOS DE EVALUACIÓN, CRITERIOS DE EVALUACIÓN Y PORCENTAJE SOBRE LA CALIFICACIÓN FINAL, ETC.) • • •

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Etc.

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INFORMACIÓN ADICIONAL Cumplimentar con el texto correspondiente en cada caso.

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