BIOQUÍMICA DE LA FERMENTACIÓN

Los microorganismos mantienen sus ciclos vitales mediante un gran número de complejas e interrelacionadas de rutas metabólicas ,con funciones biocinéticas y energéticas .cada ruta metabólica comprende múltiples reacciones reguladas por diferentes sistemas enzimáticos ,por lo que es la síntesis y la actividad de la enzimas la que mantiene y controla las funciones de la célula microbiana .uno de los mecanismos de regulación se debe a los compuestos de bajo peso molecular resultantes de la degradación delos nutrientes (carbohidratos ,proteínas, lípidos y otros constituyentes minoritarios ) presentes en el medio de cultivo ,por lo que la composición de este tiene gran importancia en relación con el crecimiento de estreptococos thermophilus y lactobacilos bulgaricus influye además sobre las propiedades y características del producto .por esta razón ,las reacciones químicas de los microorganismos del yogurt son fundamentales para la elaboración de un producto de alta calidad ,por lo que es preciso estudiarlas con detalle

METABOLISMO DE CARBOHIDRATOS

Los microorganismos cubren sus necesidades energéticas por diferentes vías ,por ejemplos el sistema citocromo de transporte de electrones ,las enzimas de la rutas anapleroticas ,el ciclo de los ácidos tricarboxilicos o la fermentación .las bacterias acido – lácticas no poseen ninguno de los tres primeros sistemas mencionados ,por lo que solo pueden obtener la energía a través de la fermentación de los carbohidratos (Lawrence Thomas y terzaghi,1976 );siendo la lactosa el único azúcar presente en la leche y utilizado para este fin por los microorganismos del yogur .el catabolismo de la lactosa por s.thermohilus y l. bulgaricus tiene lugar en el interior de la célula microbiana ,por lo que el pasado inicial es el trasporte de olas moléculas de lactosa a través de la pared celular

En los estreptococos homo fermentativos del grupo N, el trasporte de lactosa atreves de la pared celular implica la participación del sistema fosfotrasferasa (STP);dependiente del fosfoenolpiruvato ,siendo fosforilada la lactosa a glucosil B – (1,4) - galactosa -6p ( lactosa – p ) durante esta incorporación .una vez en el interior de la célula de la lactosa – p es hidrolizada hasta d – glucosa y galactosa – 6p por acción de la enzima b – D-fosfogalactosidasa (b – p gal) la glucosa es metabolizada hasta piruvato por la vía de edén merhof y el piruvato convertido en ácido láctico por la lactato deshidrogenasa ;los pasos iniciales corresponden a los de la ruta glucolitica normal .el metabolismo de la galactosa – 6 p se corresponde a los de la glucosa en que , en primer lugar, es convertida en gliceraldehido – 3 p por la ruta D-tagatosa -6p y, en segundo lugar ,el gliceraldehido -3p es catabolizada hasta piruvato y ácido láctico por el ciclo glucolitico .si estas rutas metabólica y de trasporte son las que tienen

lugar en los microorganismos del yogur es un hecho que todavía o se conoce con seguridad

Resulta más probable que el trasporte de la lactosa a través de la pared celular de s. thermophilius y L.bulgaricus este mediado por acción de una galactosa –permeasa. estos microorganismos poseen B-D galactosidasa (B-gal ) enzima que hidroliza la lactosa en el interior de la célula hasta D glucosa es metabolizada ,tanto interior de la célula hasta d – glucosa y b-d galactosa .la d galactosa es metabolizada ,tanto en el caso de s. thermophilus como en el de L.bulgaricus ,hasta ácido láctico ,como ocurre en los estreptococos lácticos de grupo N,pero el catabolismo de la galactosa por los microorganismos de la flora del yogur como se conoce como certeza. La evidencia del acumulo de glucosa en el yogur indica que este monosacárido no es intensamente metabolizado y pasa al medio a través de la membrana celular .sin embargo, se ha señalado la presencia de una en segunda enzima, la b-pgal (también presentes en los cultivos este de los quesos)

Estando indicadas en la tabla 1 las actividades relativas de la b – gl y la b-PGAL en los microorganismos del yogurt ,presentando normalmente una mayor actividad la primera ,no obstante es posible que la actividad de la b-pgal aumente en ciertas condiciones ,es decir ,en medios sintéticos ,en los que galactosa es metabolizada por algunas cepas de L.bulgaricus (Snell,Kitai y hoff – jorgensen ,1948;véase también en la tabla 2)y s.themophilius la presencia de las enzimas b-gal y b-pgal en los microorganismos del yogur determina que la hidrolisis intracelular de la lactosa de lugar a d-glucosa D-galactosa y/o galactosa 6p en vista de que algunas bacterianas del yogur son capaces de fermentar la galactosa ,es posible que la galactosa – 6p sea catabolizado hasta ácido láctico por la misma vía d-tagatosa -6p presente en los estreptococos del grupo Sin embargo ,en la producción comercial es más probable que la síntesis de ácido láctico tenga lugar a partir de la glucolisis de la glucosa ,y en menor grado a partir de la galactosa por la ruta d-tagatosa -6p ,ya que es posible que esta última ruta este inhibida enthrmohilus y L.bulgaricus ,por la presencia de un azúcar más fácilmente fermentable ,es decir la glucosa .por tanto ,las posibles vías de utilización de la lactosa por los microorganismos estárter del yogur ,pueden resumirse como se muestran en la cuadro 1

Microorganismo

Origen B-gal B-pgal Referencias

L.bulgaricus* ATCC 12278 2.363 158 Permi,sandine and eliliker

L.bulgaricus** B – 6B – 56 y B – 62

5.825.273.29

---

Toba etal.(1981)

s. thermophilus**

510 4.10 -

s. thermophilus***

NCDO 573NCDO 821

236833

3891

Farow(loc.cit)

Otros cultivos fueron de national institue of animal industry

** Extracto bruto de lactobacilos libre de célula

Expresando como u – mol de o nitro fenol liberadas a partir del o – nitrógeno b d – galactocipranosido o del nitrogenillo b – d galactopiranosido 6 fosfato por mg de enzimas /min bajo las condiciones experimentales estos datos preliminares fueron obtenidos a pH 7.0

**extracto de bacterias acido lácticas libre de células

***unidades de enzimas x 10ª3/mg peso seco de células y una unidad de actividad enzimática libera

Algunas cepas de bacterias acido –láctica utilizan los carbohidratos del medio de cultivo para la producción de polisacáridos, encontrándose entre estas streptococcus mutan estreptococos bovis y leuconostoc mesenteroides ,capaces d producir dextranos extracelulares aislaron un material mucilaginosos semejante a partir de algunas especies de microrganismos heterofermentativos pertenecientes al género lactobacilos ,resultando ser un glucano ,probablemente dextrano ,con enlaces glicosidicos 1-6 en determinadas ocasiones también algunos microorganismos de la microflora del yogur son capaces de producir una sustancia (multilaginosa )como es el caso del cultivo Conseguido en Holanda para logar una mayor viscosidad en el yogur ;véase también Tamine y Robinson .el trabajo de Tamine indico que la composición química de las sustancias polisacáridos producidas por el estárter RR correspondía a un glucano ,ya que la hidrolisis acida del limo producido rendía solo glucosa

PRODUCION DE ACIDO LACTICO

El catabolismos de la lactosa por s. thermophilus y L. bulgaricus determina principalmente la producción de ácido láctico véase cuadra 1 aunque el proceso comprende muchas reacciones bioquímicas, puede simplicarse en la siguiente ecuación

La importancia del ácido láctico en la elaboración del yogur se debe a las siguientes razones en primer lugar contribuye a la destabilizacion de las micelas de caseína mediante el paso del fosfato y del calcio de un estado coloidal (en las micelas 9 a una forma soluble ,que difunde en la fracción acuosa de la leche ,lo que determina una progresiva depleción de calcio de las micelas que conduce a la precipitación de la caseína a valores de PH de 4.6 a 4.7 dando lugar a la formación del gel que constituye el yogur. Una vez alcanzada esta condición, se forma lactato cálcico y, de acuerdo con Dyatchenko la reacción de desetabilacion puede resumirse como sigue

Fosfacaseinato calcio + ácido láctico caseína + lacto calcio+ fosfato calcio

En segundo lugar, el ácido láctico proporciona al yogur su sabor características, es decir acido, pudiendo también contribuir o acentuar el (flavor) a nuez y /o aromáticos del producto b

Las bacterias acido – lácticas poseen la enzima láctico – deshidrogenasa que cataliza la síntesis de lactato a partir del ácido pirúvico .lactato ,es decir ,ácido láctico ,es una voz de origen latino empleada para designar el ácido procedentes de la leche se pueden producir distintos isómeros de ácido láctico ,los cuales difieren en la configuración del segundo átomo de carbono ,siendo las siguientes

En los cultivos estarte de yogur,s.thermophilus produce principalmente acido l(+) láctico ,mientras que L bulgaricus produce acido D(-) láctico (Gasser ,1970;gaseer ,1971;véase también la revisión de tamine y deeth,1980)se localiza en el citoplasma de la célula bacteriana y, de acuerdo con Garvier (1980) ,la actividad de esta enzima depende ,en los microorganismos de la flora del yogur

Durante la elaboración del yogur el crecimiento de s.termophilus es más rápido que el de L.bulgaricus ,por lo que se produce en primer lugar acido L(+)láctico y a continuación acido D(-) láctico ,siendo el porcentaje entre estos isómeros indicativo de los siguiente hechos :

Si el yogur contiene más de un 70 % de ácido Láctico ello indica que ha sido inoculado con un cultivo estárter consistente principalmente en s. thermophilus que la fermentación se ha desarrollado a temperatura inferiores a 40ºc, si el yogur contiene un 0.8 % o menos de ácido láctico que ha sido refrigerado cuando presentaba una acidez baja

Si el yogur contiene más acido D(-) láctico que L(+9,ello indica: que ha sido incubado a una temperatura demasiada alta ,es decir de 45ºc o superior que ha sido incubado durante mucho tiempo ,por lo que el producto yha alcanzado una acidez muy alta ,que ha sido almacenado por un periodo de tiempo prolongado ,que el inoculo de estárter fue superior al 3 %,o bien que el cultivo estárter empleando contenido más bacilos que cocos

El yogur contiene normalmente un más de un 70%de ácido l(+) láctico que ha sido inoculado con un cultivo estárter consistente principalmente en s.thermopphilus ,que la fermentación se ha desarrollado temperaturas inferiores a 40ºc o si el yogur contiene un 0.80% o menos de ácido láctico que ha sido refrigerado cuando presentaba una acidez

Si el yogur contiene más acido d láctico que láctico, ello indica: que ha sido incubado a una temperatura demasiado alta, es decir, de 45 ºc o superiores que ha sido acidez muy alta, que ha sido almacenado por un periodo de tiempo prolongado, que el inoculado de estárter fue superior al 3% o bien que el cultivo estárter empleado contenía mas bacilos que cocos

El yogur contiene normalmente un 45- 60 % de ácido láctico y un 40 – 55% de ácido láctico (puhan ,banhegyi y fluler ,1973)pudiendo emplearse la relación entre el contenido en las formas como control de calidad del producto .no obstante ,puhan,fluler y banhegyi (1973 – 1974) analizaron 269 muestras de yogur comercial encontrado que la relación oscilaba de 0.34 (en los productos muy ácidos)a 8.28 (es decir ,con un claro predominio de la forma l(+).blummenhal y helbling han propuesto que para un yogur de buena calidad el valor en los casos en los que calidad del producto (es decir ,dulce o de baja acidez o acido o de elevada acidez)tenga que modificarse para cubrir las demandas de los consumidores ,es decir ,que el yogur acido deberá presentar una relación

PRODUCCIÓN DE LOS COMPUESTOS RESPONSABLES DEL FLAVOR

Los cultivos estárter son los principales responsables de la producción de los compuestos que contribuyen al aroma del yogur, los cuales pueden ser agrupados en cuatro categorías

Ácidos no volátiles, como el láctico, pirúvico, oxálico o succínico Ácidos volátiles, como el fórmico, acético, propio Nico o butírico Compuestos con grupos carbonilo ,como acetaldehído, acetona acetona

o diacetilo;un grupo heterogéneo formados por degradación de las proteínas ,la grasa o lactosa por acción de la temperatura

Existe un acuerdo general en la literatura sobre el hecho de que el aroma y el flavor del yogur se deben básicamente a la producción de ácido láctico y de compuesta carbonilo.pette y lolkema (1950) fueron los primeros en investigar sobre el flavor del yogur y llegaron a la conclusión de que el aroma era debido a la presencia de acetaldehído y de otros compuestos no identificados sin embargo, también observaron que la producción de acetaldehído era muy superior en cultivos mixto ,debido a la simbiosis establecida entre los microorganismo del yogur ,si ben L. bularicus juega el papel más importante .esta observación ha sido confirmada por otros muchas investigadores en la tabla 2 se presenta un resumen de los resultados obtenido

Estudios organolépticos llevados a cabo por ptte y lolkema y por schulz y hingst pusieron de manifiesto que el yogurt considerando como el mejor un papel de catadores era el que presentaba un contenido en acetaldehído bajo ,lo que sugiere que pueden ser otros carbonilo los principales responsables del flavor y/o aroma típico del yogur.bottazzi y dellaglio aprobaron esta misma teoría y comprobaron que cepas aisladas de s. thermophilus producían iguales cantidades de acetaldehído y diacetilo ,siendo la relación 1:1 estos compuestos la típica del deseado aroma del yogur .sin embargo ,en otra publicación de este mismo laboratorio ,de bottazzi y vescovo (1969)se establecía que el aroma características del yogur se lograba cuando la proporción de acetaldehído/acetona, compuestos formados por cultivo puros de s. thermophilus era de 2.8/1.l bulgaricus solo producía una pequeña cantidad e acetona .por otra parte estos investigadores no observaron producción alguna de diacetilo por los microorganismos estudiado ,mientras que dutta,kuila y rangamanthan (1973) comprobaron que cepas aisladas de s. thermophilus y de l.bulgaricus producían 13 ppm de diacetilo (el máximo valor señalado en la literatura )