UNIVERSIDAD NACIONAL DE LA INTERCULTURAL DE LA AMZONIA

UNIVERSIDAD NACIONAL DE LA INTERCULTURAL DE LA AMZONIACARRERA PROFESIONAL DE INGENIERIA AGROINDUSTRIAL

Ao de la inversion para el desarrollo rural y la seguridad alimentaria

UNIVERSIDAD NACIONAL INTERCULTURAL DE LA AMAZONIA

FACULTAD DE INGENIERIA Y CIENCIAS AMBIENTALES

BIOTECNOLOGIA AGROINDUSTRIAL

BIOPOLMEROS - BIOPOLMEROS DE LA YUCA.

Docente: Blg. DIANA CASTILLO LLANOS Integrantes:PALACIOS MARTINEZ, EINSTEINTOLEDO NIO, GUSTAVO A. ENCISO TUANAMA, CIRCE MORALES PEZO, DELYN

BIOPOLIMEROSLos biopolmeros se definen como compuestos constituidos por monmeros biolgicos, tradicionalmente han sido extrados de plantas y animales, sin embardo en las ltimas dcadas ha cobrado una gran importancia la produccin de biopolmeros microbianos por su alto valor comercial.Los biopolmeros microbianos se producen a partir de una fermentacin microbiana. Existen tres principales grupos de biopolmeros atendiendo a su inters industrial: polisacridos, protenas y PHSS (Polihidroxialcanoatos).El primer polisacrido descubierto fue el dextrano en 1940, siendo el primero en comercializarse, el segundo fue la goma xantana, obtenido en el Northern Regional Research Laboratory (NRRL) del departamento de agricultura de USA, cuando se buscaban alternativas a las gomas de origen vegetalesMicroorganismos productores de EPS: bacterias, hongos, levaduras, arqueas.Los microorganismos productores de exopolisacridos se encuentran ampliamente distribuidos en la naturaleza, incluyendo especies de vida libre saprobios como patgenos de animales y vegetales.La prioridad principal de los empaques es la preservacin y proteccin de todo tipo de productos, siendo los alimentos y las materias primas el campo de mayor prioridad. Estos productos requieren atencin dada la contaminacin generada por microorganismos (bacterias, esporas, hongos, etc.) durante la manipulacin.

No obstante, el uso indiscriminado de empaques sintticos ha generado serios problemas ecolgicos contribuyendo a la contaminacin ambiental provocada por desechos slidos de baja degradabilidad, lo que ha impulsado a la bsqueda de biopolmeros naturales. El aprovechar los recursos naturales como fuente de conservacin y reciclaje se convierte en una excelente opcin e innovacin en el desarrollo de nuevos productos biodegradables. Su total biodegradacin en productos como CO2, agua y posteriormente en abono orgnico es una gran ventaja frente a los sintticos

EPS (exopolisacridos) microbianos de importancia comercial (adaptado de revisiones de Sutherland, 1990 y 1994).POLISACARIDOMICROORGANISMO PRODUCTOR

AcetanoCurdlanoEscleroglucano

Dextrano

ElsinanoPululano

Alginatos

EmulsanosGelanosDesulfatoheparinacido hialurnico

XantanoSuccinoglucano

Polisacridos de:

Acetobacter xylinumAgrobacterium radiobacterSlerotium rolfsiiSchizophyllum communeLeuconostoc mesenteroidesStreptobacterium dextranicumSteptococcus mutansElsinoe leucospilaAureobasidium pullulansTremella mesentricaCyttaria hariotiAzotobacter vinelandiiPseudomonas aeruginosaAcinetobacter calcoaceticusSphingomonas paucimobilisEscherichia coli K5Pseudomonas aeruginosaStreptococcus grupos A y CXanthomonas campestrisAgrobacterium spp.Rhizobium spp.RhizobiumZooglea ramigeraPseudomonas marginalis

APLICACIONES DE LOS POLISACRIDOS MICROBIANOS.Su aplicacin es diversa y empleada en multitud de campos, debido a que la mayor parte de los exopolisacaridos son solubles o pueden ser dispersados en agua actuando como espesantes (Glicksman, 1982). Adems, ejercen un efecto homogenizador estabilizador, controlan la cristalizacin, reducen la sinresis, encapsulan y son formadores de biopelculas.Son capaces de interaccionar tanto con materiales de origen biolgico como sinttico, muestran a su vez sinergismo con otros polisacridos, tales sinergismos son el resultado de mltiples propiedades, biocompatibilidad, hidrofobicidad, biodegradabilidad e inocuidad.Aplicaciones en productos alimentariosLos polisacridos presentan gran cantidad de propiedades tiles para diversas aplicaciones en el sector alimentario; se emplean como agentes estabilizantes, texturizantes y gelificantes (Sanderson y Clarke, 1983). Aunque existen pocos EPS aprobados para el uso en alimentacin, se encuentran en la elaboracin de gelatinas, golosinas y postres de leche, salsas, almbares y rellenos de tarta.Estos compuestos se aaden para el control de la textura del alimento y en la prevencin de la formacin de cristales de hielo en productos congelados, influyendo en la presentacin del producto final comestible, algunos se emplean como saborizantes, existiendo una relacin especifica entre el polisacrido presente y el sabor de un alimento.XantanoMicroorganismo productor: Xanthomonas campestrisPertenece a la familia Pseudomonadaceae, se aislaron inicialmente de hojas de plantas infectadas por la podredumbre negra, se aisl las cepas originales de plantas del genero Brassica afectadas por la podredumbre negra, identificndolas como agente causante de la patogenia (William y Mahadevan, 1980).Caractersticas de Xanthomonas campestris. Oxidasa negativa (depende de la cepa) Catalasa positiva. H2S a partir de peptona. Tolerancia mxima al cloruro sdico 2-5%. Un flagelo polar. Crecimiento mucoso en nutrientes. Esculina positiva. Temperatura mxima de crecimiento 35-39C. Existen multitud de cepas ATC 13951, 6465S, NRRL-B 1459 (inters industrial). Estreptomicina resistente. Son bacterias no desnitrificantes y no reducen los nitratos. (Bradbury, 1984)

Produccin de xantano.El proceso tpico de produccin de xantano es discontinuo (Garca, Santos y Casas, 2000 y 1999). Comienza con la conservacin y el cultivo de la cepa de Xantoma campestres, la cual se conserva a largo plazo con mtodos como liofilizacin y congelamiento, a fin de mantener sus propiedades; de dicho cultivo se toma una pequea cantidad y se hace crecer en medios slidos o lquidos; sta, a su vez, se cultiva en placas de Petri, Erlenmeyer y fermentadores pequeos, hasta obtener el inculo, el cual ingresa al biorreactor junto al medio de produccin previamente esterilizado. Este ltimo contiene como fuente de carbono sacarosa, glucosa o jarabe de maz en concentraciones de 20-40 g/l; tambin fuentes complejas o inorgnicas de nitrgeno y otros nutrientes en menor cantidad.

IMAGEN 01. Manchas de Xanthomonas campestris especiemicrobiolgica de bacterias- en una hoja.Fuente: http://www.esacademic.com/dic.nsf/eswiki/1231635

La fermentacin se lleva a cabo en condiciones aerobias, controlndose la temperatura, pH, oxgeno disuelto, formacin de espuma y agitacin. Al final de la fermentacin se separan las clulas por centrifugacin o filtracin. El xantano formado se separa tpicamente por precipitacin con agentes como isopropanol, etanol o acetona, agregado de sales y ajuste de pH; de acuerdo a regulaciones de la FDA, para usos alimenticios se debe utilizar isopropanol. El agente precipitante se recupera por destilacin; el producto precipitado se lava, seca, muele y envasa; algunas veces se somete a tratamientos enzimticos intermedios para modificar sus propiedades.

IMAGEN O3. Se pueden hacer modificaciones genticamente para incrementarla produccin de xantano mediante mutaciones, como utilizar la lactosacomo fuente de carbono.Fuente: http://picasaweb.google.com/llorcat/PICTOGRAMES2#

La cepa bacteriana es un aspecto importante del proceso, ya que puede sufrir con el tiempo degradaciones hacia variantes que no producen xantano si no se utilizan buenas tcnicas de conservacin (Garca et al., 1999).Actualmente se pueden hacer modificaciones genticamente para incrementar la produccin de xantano mediante mutaciones, como utilizar la lactosa como fuente de carbono por insercin de un plsmido con un gene que codifica la enzima b-galactosidasa, aunque pueden presentarse problemas de estabilidad en el tiempo (Harding, et al., 1995).Adems, se utilizan como estabilizadores de alimentos y en la fabricacin de plasma y sangre artificial. Los Xantanos se encuentran dentro de la clasificacin de los biopolmeros ms producidos, junto con los scleroglucanos, dextranos, pululanos y el cido algnico.Debido a sus mltiples usos, la goma de xantano es uno de los mayores biopolmeros comercialmente producidos, con una capacidad anual de produccin de 3, 000 toneladas, que significan ganancias de 408 millones de dlares; esta goma se obtiene empleando diferentes sustratos (Kalogiannis et al., 2003).Alginatos

Ha llegado a la produccin industrial, pero si hay una buena cosecha de algas sale ms a cuenta extraerlo de estas que producirlo. En caso de que se produzca lo producenAzotobacter vinelandii (especie microbiolgica de bacteria Gram negativa) y otros del gneroAzotobacter (bacteriaGram-negativa.)

Aplicacin En el laboratorio tiene utilidad para hacer agar. Se lleg a usar para mantener la espuma en la parte superior de la cerveza, pero ya no se usa. Espaa es un gran producto de agar. (European Pharmacopoeia, 2001).En la industria farmacutica y en la biotecnologa. Durante muchos aos, ha sido utilizado en la industria alimenticia como agente espesante, gelificante y estabilizante coloidal. Tambin ha encontrado aplicaciones en el entrampamiento y liberacin de drogas debido a sus propiedades. (AHFS, 2002).

Microfibrillas de celulosa

Es producida por la bacteria Acetobacter. La produccin actualmente es baja, unas 400 500 toneladas al ao.

Aplicacin

Es usado por la industriaalimentaria bsicamente, para hacer capas de cobertura dealimentos y estabilizadorde texturas de alimentos. Antes tambin lo usaba laindustria petrolfera, pero no actualmente.

Dextranos

Fueron los primeros que se produjeron microbiolgicamente, ya que es fcil. Existen numerosas cepasproductoras. Las cepas ms usadas son de Klebsiella,Acetobactery, la que se usa enproduccin comercial, Leuconostoc. Tienen una gran variedad de utilidades, dentro de la industria alimentaria, pero tambin para la produccin deplasma artificial y de piel artificial para cubrirquemaduras. La produccin de dextranos se hace de manera discontinua, ya que de manera continua es imposible, porque el medio se espesara demasiado.Se forma con un peso molecular de 50.000 Da. En todos los procesos de sntesis de dextranos, se sintetizan dextranos ms sacarosa. La sacarosa se recupera y puede ser devueltaal medio como sustrato o seraprovechada para otros usos. El sustrato para la sntesis de dextranos puede ser cualquiercosa, lo nico necesario es la aireacin y eldficit de N.

IMAGEGEN 04. Estructura de un fragmento de dextrano

Obtencin: A partir de sacarosa y con la participacin de la bacteriaLeuconostoc mesenteroidesB512, principalmente. Se obtienen as cadenas muy largas (dextranos nativos o crudos), que posteriormente habr que fragmentar hasta conseguir tamaos ms adecuados a su aplicacin final, mediante un proceso de hidrlisis. (Primo, 1995). Sntesis enzimtica: Se hace crecer un microorganismo que produce la enzima de inters, llamada dextransacarasa. Cuando se tiene la cantidad deseada, se adiciona sacarosa al medio y dicha enzima produce la polimerizacin a dextrano.Tras explicar qu son y cmo se obtienen estas molculas de tan extrao nombre, elquidde la cuestin: Para qu valen? En este caso la respuesta es mltiple y variada, lo que da idea de la gran relevancia que tienen. (Primo, 1995). UtilizacinEn la industria alimentaria se utilizan para preparar dulces que posean una textura interior adecuada, mientras que la industria de la pintura, los teres y steres mixtos de dextranos son usados como agentes lactantes. Adems, determinadas columnas cromatografas cuentan con dextranos como fase fija. (Armstrong, 1982). Su campo de aplicacin ms importante es, sin duda, la medicina:- Se utilizan disoluciones de dextranos como sustitutos del plasma sanguneo, ya que cada vez menor, y se considera ms conveniente la del dextrano al 3,5 % para hemodiluciones teraputicas reolgicas.- La sal sdica del ster del cido sulfrico y dextrano (complejo dextrano-sulfato) tiene propiedades anticoagulantes similares a la heparina.-Pueden formar complejos con el hierro, con lo que pueden ser usados para el tratamiento de anemias ferropnicas cuando es inviable la administracin oral de sumplementos. (Mena, 2004).

BIOPOLIMERO DE YUCALa yuca (Manihot esculenta)La yuca es una de los cultivos ms antiguos del trpico americano, bien antes del descubrimiento del continente era cultivado por los indgenas desde tiempos remotos y constitua uno de sus principales alimentos. En esta planta prcticamente toda sus partes (hojas, ramas, tallos y races), encuentran utilizacin, siendo las races el producto principal. El cultivo de la yuca merece una mayor atencin, teniendo en cuenta las grandes ventajas que ofrece, tales como: su fcil cultivo, su bajo costo de produccin, su adaptacin a diversos climas y suelos, su gran uso en la alimentacin humana y animal, y su posibilidad de industrializacin. La yuca se divide en dos variedades de yucas dulces y amargas depende del contenido de cido cianhdrico de las races. Por lo general las races contienen linamarin, un Gluco - ciangeno, que libera cido cianhdrico cuando es activado por la enzima linamarase. La cscara contiene una cantidad mayor de cido cianhdrico que la pulpa.ALMIDN DE YUCAEl almidn se obtiene separando sus granos del resto de las materias contenidas en la yuca. Los granos de almidn se encuentran en el interior de las clulas conjuntamente con la protena, las grasas, los carbohidratos solubles, etc.; y se obtiene por un proceso de extraccin y purificacin . Los almidones de yuca, se clasifican en alimenticios, industriales no alimenticios y almidones modificados. Los almidones alimenticios se utilizan para fabricar: productos de panadera, postres, pudines, relleno de tortas, alimentos para bebs, caramelos, chicles, agentes espesadores (gelatinas sintticas), bebidas fermentadas y glucosa. Los almidones industriales no alimenticios se usan para: apresto de textiles, lavandera, papelera, gomas, dextrinas, adhesivos, alcohol, acetona, glucosa y para la perforacin de pozos petroleros. Los principales usos de los almidones modificados es para preparar: almidones solubles precocidos, almidones oxidados, almidones mejorados, agregando glicerilmonostearato como agente en encuadernacin.

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