UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA ESCUELA DE INGENIERIA QUIMICA
BIOTECNOLOGÍA INDUSTRIAL
TRABAJO DE INVESTIGACIÓN: ACETOBACTER
GABRIELA VANEGAS MARGARITA VASQUEZ GABRIELA NARANJO ALEXIS TOAPANTA
SÉPTIMO SEMESTRE
1
INTRODUCCIÓN La acetobacter es una bacteria que está presente en forma natural en medios ácidos, enriquecidos con azúcar o alcohol como: flores, frutas, cervezas, vino, vinagre. Se caracteriza por su habilidad de convertir etanol en ácido acético en presencia de aire, así como también poseen la capacidad de oxidar una gran variedad de sustratos y poder acumular los productos del metabolismo en el medio sin gran toxicidad. Son aerobias, sin embargo la falta de oxígeno no elimina la bacteria, pero impide su crecimiento y reduce mucho su metabolismo. Existen métodos de cultivo específicos, que utilizan medios complejos suplementados con algunos de los sustratos que el grupo oxida con mayor rapidez, como: etanol o azúcar soluble, como la glucosa. Son de gran importancia industrial, porque son grandes productoras de ácido acético y acetaldehído, además cumplen un papel importante en la fabricación del vinagre
2
A C E T O B A C T E R
1.
y
y
y
Características:
³Es una bacteria gram negativa, pertenece a la familia acetobacteraceae, que comúnmente se encuentra en las bebidas alcohólicas, vinagre, sidra, frutas, flores y el suelo. La principal característica es su habilidad de convertir etanol en ácido acético en presencia de aire. Al microscopio óptico se presentan como pequeñas células cilíndricas, frecuentemente en parejas, cortas y algo gruesas, alineadas o en cadenas, y a menudo agrupadas en forma de ocho. Constituyen un grupo de morfología variable es decir poliformo, que se presentan en forma elipsoidal o de bastoncillos. Sus células miden aproximadamente entre 0,4 - 4,5 de largo y de ancho entre 0,4 y 1 .
Figura 1.
±1 Morfología de la acetobacter Fuente: http://es.123rf.com/photo_6003223_close-up-of-algunas-bacterias-aisladasacetobacter.html
y
y
Las células pueden ser móviles o no móviles. Si son movibles, presentan flagelos laterales. El pH óptimo de crecimiento está entre 5 y 6,5, si bien puede llegar a crecer en un pH cercano a 3.
3
Este grupo de microorganismos necesita del oxígeno como aceptador final de electrones, por lo cual son estrictamente aerobias y muy sensibles al SO 2.
y
Poseen una capacidad de oxidar gran variedad de sustratos y de poder acumular los productos del metabolismo en el medio sin gran toxicidad. La capacidad de oxidación es debida, en parte, a la gran actividad de las deshidrogenasas que poseen en la membrana celular.
y
Se cultivan fácilmente en medios complejos suplementados con algunos de los sustratos que el grupo oxida con mayor prontitud: etanol o un azúcar soluble, como la glucosa.´(1)
y
2.
Clasificación:
³Se clasifican en cuatro grupos, tomando en cuenta su grado de capacidad para oxidar el etanol en ácido acético. y y y y
3.
Acetobacter Acetobacter Acetobacter Acetobacter
peroxydans mesoxydans oxydans suboxydans´ (2)
Ecología:
³Las bacterias acéticas son numerosas en los racimos de uvas, sobre todo si los granos están atacados por Botrytis cinérea. En la uva su número es superior al de las bacterias lácticas. 3.1.
Botrytis cinérea
Es un hongo que ocasiona la podredumbre gris de las uvas, al final de la maduración, cuando la película de la uva es más sensible a la humedad y la lluvia. Aunque generalmente es devastador, en determinadas condiciones climáticas puede producir una concentración de las uvas que es la base de la elaboración de los vinos blancos licorosos.
4
Figura 3.1.
±1 Uva afectada por botrytis cinérea Fuente: http://www.blogwinecellar.com/2009/03/what-is-botrytis-cinerea.html Además se encuentran en relaciones simbióticas con muchas plantas diferentes, tales como: Plantas de caña de azúcar y café fermentación de vinagre´ (3)
y y
4.
Métodos de aislamiento:
³A nivel industrial, existen diversos métodos de aislamiento de la bacteria acetobacter, pero el medio que más se utiliza es el agar GYP.
Pasos para aislar a la Bacteria Acetobacter (AA) 4.1.
-
Muestra Madre
Primero se debe tener una muestra madre que contenga el alcohol que, mediante la bacteria, se transformara en ácido acético
4.2.
Preparación del agar
Existen diversos agares para aislar a este microorganismo pero a nivel industrial el más empleado es el agar GYP (Extracto de levadura, glucosa y peptona). Las cepas se deben aislar mediante siembra de un mililitro de cada dilución en serie previamente pre-enriquecido en un medio basal (5% de glucosa, 1% extracto de levadura, 100 cicloheximida ppm) en agar 5
GYP: - glucosa (2% m / v) - Acetato de Sodio.3H2O (0,5% m / v) - Triptona (0,5% m / v) - La levadura extracto (0,5% m / v) - Fosfato de potasio (0,1% m / v) - Solución Tween 80(0,5% v / v) - Agar (1,7% m / v)} Y manitol medio -
Manitol Medio (2,5% m / v) Extracto de levadura manitol (1% m / v) Agar (1,5% m / v)}.
El pH de GYP se ajustó a un pH de 6,8, mientras que el manitol medio se ajustó a pH 7.0. El crecimiento de las bacterias del ácido láctico se inhibió mediante la adición de 50 mg / l primaricin y 50 mg / l de agar nisina GYP y medio manitol, respectivamente. 4.3.
Siembra de disoluciones
Las diluciones se sembraron por triplicado y se incubaron a 25, 30 y 37 º C durante un período de 3 a 5 días. Representante de las colonias de los aislamientos (98 cepas) fueron Gram teñidas con el método convencional. 4.4.
Identificación de Cepas
Representante de las colonias de los aislamientos (98 cepas) fueron Gram teñidas con el método convencional, pues de esa manera se reconocería si la sepa sembrada se trata de la bacteria acetobacter, pues esta al ser gran negativa, se teñirá de color rosa. 4.5.
Conservación de la muestra
Para la mejor conservación de este microorganismo es necesario adicionarles crio protectores, en este caso glicerol al 20 % en etanol, para asi poderlo mantener a una temperatura de -70°C´ (4)
6
Figura 4.5.
±1 Método de aislamiento de la bacteria acetobacter Fuente:
7
www.scrib.com
5.
Aplicaciones de la Acetobacter:
5.1.
Acetobacter aceti:
³El vinagre proviene de la actividad de las bacterias Acetobacter aceti que realizan la reacción química de fermentación del alcohol etílico (vino) a ácido acético (vinagre), para que ocurra esta transformación deben existir las condiciones apropiadas de acidez pH, concentración del alcohol, nutrientes (proteínas en el vino). Cuando se produce la actividad de las Acetobacter aceti se forma una piel en la superficie exterior del vino con la intención de ir tomando el oxígeno del aire y convertir el alcohol en vinagre, el fin del proceso resulta cuando ya no hay una concentración alta de alcohol en el vino.´ (5) 5.1.1.
Proceso industrial de fabricación del vinagre
³Las bacterias del ácido acético tienen una aplicación industrial importante en la fabricación del vinagre, aunque también intervienen de forma relevante en la producción de ácido ascórbico (vitamina C) por oxidación del sorbitol y de la sorbosa. La producción del ácido acético tiene lugar por un proceso estrictamente aerobio en el que se suministra alcohol etílico (etanol) a bacterias del ácido acético fijadas sobre soportes diversos. Las bacterias van oxidando el alcohol y se recoge finalmente el ácido. Aunque el ácido acético puede prepararse por oxidación química del etanol, el vinagre es un producto distinto porque su sabor depende de otros compuestos que acompañan la bebida fermentada de la que se parte para la producción del mismo. Hay tres métodos de producción industrial del vinagre:
Método Orleans
En este método se llena la cuarta parte de una barrica con vinagre fresco elaborado recientemente que proporciona el inóculo de Acetobacter y Gluconobacter y, a continuación, se añade la bebida fermentada de la que se desea preparar vinagre. La barrica se deja abierta para que pueda producirse un intercambio de oxígeno suficiente. El proceso dura varias semanas y la eficiencia depende de la disponibilidad de oxígeno.
Método de goteo
En este método se permite el contacto de las bacterias con el alcohol haciendo circular éste por una cámara de madera rellena con viruta de madera laxamente empaquetada. El proceso se desarrolla en continuo y el aparato se conoce como generador de vinagre. La aireación se consigue mediante la entrada de aire por la 8
parte inferior del generador. La vida útil de un generador de vinagre puede ser muy larga. El producto final carece de bacterias porque éstas quedan fijadas al lecho de virutas.
Método de burbujeo
Se trata de un proceso de fermentación sumergida en el que el oxígeno se suministra mediante un proceso de burbujeo de aire. La velocidad de adición del alcohol se regula de manera que se permite una conversión muy eficiente del alcohol al ácido (llega a 98%). Este proceso presenta la desventaja frente al anterior de que es necesario filtrar el vinagre para eliminar las bacterias. ´ (6) 5.2.
Acetobacter xylinum
³La celulosa producida con fines industriales, se obtiene normalmente de plantas o de la acción bacteriana. Acetobacter xylinum es una de las más importantes bacterias productoras de celulosa, ya que la produce en una cantidad suficiente para interés industrial. La celulosa producida por Acetobacter xylinum ,(bacteria que tiene la capacidad de sintetizar celulosa a partir de una gran variedad de sustratos),es quimicamente pura, libre de lignina y hemicelulosa. Además es un polímero altamente cristalino con un elavado grado de polimerización, lo que la distingue de otras formas de celulosa. La industria vinícola portuguesa produce aproximadamente entre 100000 y 200000 toneladas de bagazo por año. Esta cantidad podría ser usada para la producción de celulosa bacteriana. El objetivo de este proyecto es intentar obtener un extracto de bagazo, que sirva como medio de cultivo para Acetobacter xylinum, lo que conllevaría a la producción de una celulosa más resistente y de bajo coste. 5.3.
Aplicaciones alimenticias de la celulosa bacteriana:
1. Producto alimenticio de Filipinas llamado Nata de coco. Es consumido como postre en Japón. 2. Aditivo de bajo valor calórico, estabilizante y modificador de la textura. 5.4.
Aplicaciones no alimenticias de la celulosa bacteriana:
1. Diafragma acústico para micrófonos desarrollados por Sony Corp. La celulosa bacteriana post modificada se caracteriza porque tiene una alta velocidad sonora y una elevada pérdida interna de sonido; lo que la hace ideal para la regeneración y clarificación del sonido. Estos diafragmas acústicos son usados en algunos auriculares y micrófonos.
9
2. Producción de fibras de carbón activo para absorción de gases tóxicos. En el campo médico, debido a sus propiedades mecánicas e hidrofílicas, es usada temporalmente como sustituto de la piel en tratamientos de heridas. Tal vez en un futuro, la celulosa bacteriana modificada, podrá ser usada en trasplantes de órganos y tejidos.´ (7) 6.
Referencias bibliográficas:
6.1.
Citas bibliográficas:
(1) CLAUDE FLANZY, Enología fundamentos científicos y tecnológicos, 2. ed., París, techniquet ef documentation, 2003, pág. 345, 346, 347. (2) http://www.uco.es/dptos/ing-quimica/ing-q/unidquimica/docencia/doctorado/enologia/sevilla/tema1.pdf (3) http://www.guserbiot.com/20-24%20viticul.pdf (4) www.scrib.com (5) http://www.portalplanetasedna.com.ar/relatos_quimicos7.htm (6) http://www.unavarra.es/genmic/curso%20microbiologia%20general/17bacterias%20gram-positivas%20aerobias.htm (7) http://www.rpi.edu/dept/chem-eng/Biotech-Environ/CELLULOSE/marias2.htm 6.2.
Bibliografía:
6.2.1.
CLAUDE FLANZY, Enología fundamentos científicos y tecnológicos, 2. ed., París, techniquet ef documentation, 2003.
6.2.2.
www.uco.es
6.2.3.
www.guserbiot.com
6.2.4.
www.scrib.com
6.2.5.
www.portalplanetasedna.com
6.2.6.
www.unavarra.es
6.2.7.
www.rpi.edu
10
