Biotecnología de los Alimentos

Biotecnología
1. Introducción
  1. Organismos vivos como herramientas
  2. Desarrollo histórico Biotecnología
    1. Mendel
      1. 1ªLey: Principio de la uniformidad de los híbridos de la primera generación filial
      2. 2ªLey: Ley de la segregación de los caracteres en la segunda generación filial
      3. 3ªLey: Ley de la independencia de los caracteres hereditarios
    2. Friedrich Miescher
      1. Ácidos Nucleicos
    3. Erwin Chargaff
      1. Relación entre los ácidos nucleicos
    4. Watson y Crick junto a Rosalind Franklin
      1. Estructura del ADN
2. Relacionada con:
  1. Microbiología
  2. Genética
  3. Bioquímica
  4. Inmunología
  5. Diagnóstico
3. Biotecnología y metabolismo
  1. Anabolismo y Catabolismo
  2. Radicales libres neutralizados mediante oxidoreductores
  3. Respiración aeróbica
    1. Ciclo de Krebs
    2. Cadena de transporte de electrones
    3. Requiere oxígeno pero produce más ATP que fermentación
  4. Fermentación
    1. Produce
      1. Ácido láctico
      2. CO2
      3. Etanol
4. Biotecnología Celular
  1. Crecimiento exponencial de organismos
5. Biotecnología enzimática
  1. Enzimas llevan a cabo el catabolismo y anabolismo
  2. Tipos de enzimas:
    1. Hidrolasas
    2. Isomerasa
    3. Ligasa o Polimerasa
    4. Liasa
    5. Oxidoreductasa
    6. Transferasa
  3. Usos en farmaceútica, alimentación y bebidas, piensos, etc
6. Biotecnología y fermentación
  1. Uso de microorganismos para obtener diversos productos
7. Biotecnología y residuos
  1. Tratamiento de aguas residuales
    1. Uso de microorganismo obteniendo:
      1. Aguas de riego
      2. Biomasa
    2. Enzimas inmovilizadas para eliminar olores
    3. Eliminación de toxinas mediante bacterias inmovilizadas en alginato
    4. Inmovilización de algas y bacterias en alginato
8. Biotecnología y biocombustibles
  1. Uso de celulosa como biocombustible gracias a:
    1. Celulasa
    2. Mono-oxigenasas líticas de polisacáridos
  2. Sacarificación enzimática de celulosa y hemicelulosa
  3. Producción de plantas transgénicas con:
    1. Menos lignina
    2. Mayor producción
    3. Mayor producción y menos lignina
    4. Lignina molécula con compleja ruptura
  4. Enzimas inmovilizadas para la digestión de glucosa
    1. Endoglucanasa
  5. Biomasa se convierte en biocambustibles por
    1. Enzimas
    2. Fermentación
  6. Produccion de bioenergía
    1. Proteinas receptoras inmovilizadas en célula solar
  7. Granja autosostenible
    1. Estiercol produce etanol y residuos (pienso)
      1. Pienso alimentación ganado
        Ganado produce estiercol
9. Biotecnología y Alimentación
  1. Obtención de alimentos usando la biotecnología
Biocatalizadores
1. Biocatalizadores
  1. Catalizador
    1. Aumenta velocidad de una reacción
    2. Metales
  2. Biocatalizador
    1. Proteinas
    2. ARN
  3. Actividad enzimática
    1. Temperatura
    2. pH
    3. Sustancias inhibidoras
    4. Actividad de agua
    5. Concentración de enzima
    6. Concentración Sustrato
    7. Especificaidad enzima
2. Ensayos enzimáticos clásicos
  1. Midiendo absorbancia
    1. Azúcares a 340 nm
    2. Alcoholes
    3. Clorofila
  2. Conversión glucosa en glucosa-6-fosfato
    1. Cuantificación con absorbancia a 340 nm
      1. Se cuantifica el NADH
  3. Para cuantificar se usan rectas patrón
  4. Inconveniente: Enzimas no se reutilizan
3. Inmovilización de enzimas
  1. Captura de biocatalizadores en soportes sólidos
  2. Ventajas
    1. Reutilización de enzimas
    2. Transformación continua
    3. Enzimas separadas de las del producto
    4. Estabilidad de enzimas
    5. Eficiencia catalítica en algunas ocasiones
    6. Mejora propiedad enzima
    7. Reaccion multienzimática
    8. Control de reacción
  3. Inconvenientes
    1. Coste del soporte en inmovilización
    2. Permeabilidad limitada
    3. Contaminación por enzimas
    4. Disminución de la actividad
    5. Cambio de propiedades
    6. Alteración del pH óptimo
    7. Reacciones secundarias
    8. Cofactores
  4. Métodos físicos
    1. Adsorción
    2. Atrapamiento
    3. Micoencapsulación y encapsulación
    4. Películas o monocapas
    5. Más baratos, menos drásticos pero contacto con producto.
      1. Combinación con métodos químicos
  5. Métodos químicos
    1. Unión covalente
    2. Entrecruzamiento covalente
    3. Polimerización electroquímica
    4. Micelas
  6. Reactivos usados
    1. Bromuro de cianógeno
    2. Glutaraldehido
    3. Oxirano
    4. Transglutaminasa
    5. Gelificación de carragenano
    6. Alginatos
  7. Enzimas sin inmovilizar mayor rango de reacción.
    1. Enzimas con amortiguador también mayor rango de reacción
    2. Enzimas inmovilizadas mayor estabilidad
4. Inmovilización de células
  1. En:
    1. Matriz porosa
    2. Sólido portador
    3. Agregación propia
    4. Contenedores presentando barrera
  2. Alginato
  3. Alginato con polietilenglicol (PEG)
5. Aplicaciones de enzimas inmovilizadas
  1. Producción edulcorantes
    1. Degradación del almidón
    2. Hidrólisis almidón en glucosa
    3. Fructosa a partir de almidón
    4. Invertasa convierte sacarosa en glucosa y fructosa
    5. Clucosa isomerasa produce jarabe de fructosa a partir de glucosa proveniente de sacarosa
    6. Glucosa a partir de celulosa mediante celulasa
  2. Producción de zumos y otras bebidas
    1. La pared celular compuesta por celulosa, hemicelulosa, lignina, pectina y proteínas
      1. Pectinasa permite mayor cantidad de zumo
        Floculación y asentamiento de partículas en suspensión
    2. Glucosidasas aumentan sabor y olor
    3. Amargor eliminado por naranginasa
  3. Carne y pescado
  4. Procesado de lípidos
  5. Industria láctea
    1. Eliminación lactosa mediante lactasas
  6. Uso de enzimas en panadería
Aditivos Alimentarios
1. Aditivos Alimentarios
  1. Sustancias añadidas al producto
    1. Esencial
    2. No esencial
2. Edulcorantes
  1. Disacáridos
    1. Sacarosa
      1. Referencia para el dulzor
        Valor 1
  2. Monosacáridos
    1. Glucosa
    2. Fructosa
  3. Edulcorantes naturales
    1. Taumatina
      1. 2000 veces sacarosa
      2. Thaumatococcus daniellii
    2. Monelina
      1. Dioscoreophyllum volkensii
      2. 3000 veces sacarosa
    3. Miraculina
      1. pH neutro
        Bloquea receptores de sabor
      2. pH áciddo
        Activa receptores sabor dulce
  4. Edulcorantes artificiales
    1. Lugdunamo
      1. Edulcorante más potente (300.000 veces sacarosa)
      2. No apto para consumo
    2. Advantamo (20.000 veces)
    3. Aspartama (200 veces)
      1. Biosintesis de fenilalanina y aspártico
        Mediante termoasa inmovilizada
        Producción aspartama
    4. Provoca obesidad, diabetes, cardiopatias
  5. Índice glucémico
    1. Azúcar en sangre
      1. Referencia 100
    2. Artificiales
      1. Mayor dulzor
      2. Menor índice glucémico
3. Biosurfactantes
  1. Sistemas dispersos
    1. Fases no miscibles
      1. Agua/aceite
      2. Aceite/agua
  2. Sustancias anfipáticas
    1. Producen o estabilizan emulsiones
  3. Emulsionantes y jabones
    1. Solubilización, movilización (jabones) y emulsión
      1. Dependen de concentración y peso molecular
        Movilización
        Pm bajo
        Concentración por debajo de concentración crítica de micela(CMC)
        Solubilización
        Pm bajo
        Concentración por encima CMC
        Emulsificación
        Pm alto
    2. Estearato de sodio
    3. Balance o equilibrio hidrófilolipofílico (HLB)
      1. HLB = 20 Mh/M
        Varía de 0 (molécula totalmente lipofílica/hidrofóbica) a 20 (molécula totalmente hidrofílica/lipofóbica)
  4. Mono y diglicéridos
  5. Péptidos
    1. Hidrofobina
      1. Producida por hongos filamentosos
  6. Lipopéptidos
    1. Lipopectidos producidos por Pseudomonas
    2. Surfactina
      1. Bacillus subtilis
  7. Glucolípidos
    1. Soforolípidos
      1. Starmerella bombicola
    2. Monorramnolípido y dirramnolípido
      1. Pseudomonas aeruginosa
  8. Flavolípidos
    1. Siderolípido
      1. Flavobacterium
      2. Potentes
      3. Ácido cítrico en región polar
  9. Modificaciones químicas y enzimáticas de proteínas alimentarias
    1. Cambio de hidrofilicidad/hidrofobicidad
      1. Cambio de carga
        Fosforilaciones (kinasas)
        Desfosforilaciones (fosfatasas)
      2. Glucosilación y unión de ácidos grasos (transferasas)
      3. Cambio de parámetros estéricos
        Oxidorreducción de cisteínas/cistinas
        Oxidasas/reductasas
        Entrecruzamiento
        Transglutaminasas
        Proteolisis
        Proteasas
4. Aromatizantes y saborizantes
  1. Saborizantes
    1. Factores objetivos y subjetivos del aroma y sabor
      1. Sabores básicos
        Dulce
        Salado
        Ácido
        Amargo
        Umami
        ¿Grasa?
      2. Sabor
        Picante
        Metálico
        Astringente
      3. Flavor
        Amplitud
        Continuidad
        Aroma
      4. Palatibilidad
        Textura
        Temperatura
        Color
        Forma
        Sonido
      5. Aceptabilidad
        Condiciones personales
        Medio Ambiente
        Cultura y sociedad
    2. Amplia terminología en la cata
  2. Aromatizantes
    1. Receptores en la nariz
      1. Envía señales al cerebro
  3. Aroma y sabor relacionados
    1. Interacciones fisiológicas
    2. Interacciones culturales
  4. Desarrollo de un simulador digital de sabores
  5. Producción de sabores y aromas mediante la biotecnología
    1. Producidos por microorganismos
5. Espesantes
  1. Gomas o biogomas
    1. Exopolisacáridos solubles en agua
      1. Espesantes-estabilizantes
        Procedentes de vegetales y microorganismo
  2. Biosíntesis a partir de glucosa
  3. Goma xantana
    1. Por fermentación
6. Acidulantes
  1. Ciclo de Krebs
    1. Ácido cítrico
      1. Conservante ideal salvo cuando se requiere
        Mayor estabilidadd
        Mayor solubilidad
    2. Ácido fumárico
      1. Cuando se requiere mayor estabilidad
    3. Ácido málico
      1. Cuando se requiere mayor solubilidad
    4. Oxálico
      1. Menos deseado
        Piedras en el riñón
  2. A partir de melazas o alcanos
    1. Ácido cítrico
      1. Por Aspergillus niger
Nuevos Alimentos
1. Nuevos alimentos
  1. Preocupación de los consumidores
    1. Grasa
    2. Sal
    3. Conservantes
    4. Azúcares
2. Sustitutos de grasas (sucedáneos e imitadores)
  1. Sustituto de grasa
    1. Término que engloba cualquier ingrediente con tal fin
  2. Sucedáneos
    1. Sustituos de la grasa
      1. Estructura similar a grasa
      2. Resiste la digestión
  3. Imitadores
    1. Mimético de grasa
      1. Sustancia no grasa
      2. Requiere grandes cantidades de agua
      3. No reemplaza todas las funciones de las grasas
    2. Grasa baja en calorias
      1. Triglicéridos sintéticos bajos en calorias
    3. Extensor de grasa
      1. Ingrediente en cobinación con aceites o grasas
  4. Numerosas alternativas culinarias para disminuir contenido graso
    1. Por ejemplo
      1. Chocolate negro en vez de chocolate con leche
      2. Dos claras de huevo en vez de un huevo
  5. A partir de la biotecnología
    1. Basados en carbohidratos
      1. Almidón
      2. Productos resultantes de la hidrólisis del almidón
      3. Fibra
        Gomas
        Geles
    2. Basados en proteinas
      1. Proteínas diseñadas especialmente
      2. Combinación de fibra y proteinas
    3. Basados en lípidos
      1. Grasas sintéticas
      2. Emulsificantes
      3. Grasas bajs en calorias
  6. Sucedaneos
    1. Derivados de ácidos grasos
      1. Evita digestión
        Evitando lipasas gástricas mediante:
        Cambio de enlace
        Cambio de esqueleto molecular
        Cambio de residuos de ácidos grasos
      2. Requieren autorización GRAS
    2. Salatrim (Benefat)
      1. Compuesto de
        Residuo de ácido graso corto
        Aportan menos calorias
        Otro ácido graso largo
        Principalmente esteárico
        No se absorbe bien en el tubo digestivo
      2. Valor calórico del 55%
        Respecto a las convencionales
    3. Triglicéridos estructurados
      1. Triglicéridos de cadena media (MCT)invertidos
        Ácidos grasos de cadena larga
        Posición 1 y 3
        Absorción bajo
        Ácido graso de cadena corta
        Posición 2
        Aporte energético bajo
        Valor energético bajo
        Se obtienen por lipasa inmovilizada
    4. Olestra
      1. Sacarosa poliesterificada
        Con ácidos grasos
      2. No se digiere en el tubo digestivo
  7. Imitadores
    1. Simplesse
      1. A partir de
        Clara de huevo
        Proteina de la leche
      2. Solo se puede usar en alimentos frios
    2. Oatrim
      1. Carbohidrato
        Derivado de fibra de avena
      2. Puede usarse en cocción pero no en fritura
3. Supresores del apetito
  1. Éster de propionato de inulina
    1. Pérdida de apetito y, por tanto, de
      1. Peso
      2. Grasa hepática
    2. Incremento hormonas de la saciedad
4. Fibras dietéticas
  1. Proceden de
    1. Plantas
    2. Hongos
    3. Bacterias
    4. Animales
    5. Síntesis artificial
  2. Clasificación
    1. Alto peso molecular
      1. Insolubles
      2. Solubles
    2. Almidón resistente a la digestión
    3. Bajo peso molecular
  3. Efectos beneficiosos en la salud
    1. Fibras solubles
      1. Absorven agua a modo de gel
        Atrapan azúcares y grasa
        Reducen su absorción
    2. Fibras insolubles
      1. Promueven
        Movimientos peristálticos
        Regularidad
    3. Reducen concentración de
      1. Glucosa 13%
      2. Insulina 28%
  4. Oligosacáridos sintéticos
    1. Derivados químicos de carbohidratos
      1. Autorización GRAS
    2. Mediante biotecnología
      1. A partir de
        Lactosa
        Sacarosa o inulina
        Almidón
        Suero de soja y xilano
5. Proteínas microbianas (SCP)
  1. Se obtiene de
    1. Bacterias
    2. Levaduras
    3. Mohos
    4. Algas
  2. Potencial biotecnológico
    1. Microorganismos
  3. De futuro
    1. Exploración espacial
  4. Microorganismos GRAS
    1. Hongos
      1. Aspergillus fumigatus
      2. Aspergillus niger
      3. Rhizopus cyclopium
      4. Ventaja
        Fácil de crecer y cosechar
      5. Inconveniente
        Bajos índices de crecimiento y bajo contenido en proteína
    2. Levadura
      1. Saccharomyces cerevisae
      2. Candida tropicalis
      3. Candida utilis
      4. Ventajas
        Gran tamaño
        Bajo contenido en ácidos nucleicos
        Familiaridad
        Aceptabilidad
      5. Inconvenientes
        Poca digestibilidad
        Bajo contenido en proteina
        Crecimiento lento
    3. Algas
      1. Spirulina sps.
      2. Chlorella pyrenoidosa
      3. Chondrus crispus
      4. Ventajas
        Fácil crecimiento y recolección
        Alta calidad de proteina
      5. Inconveniente
        Celulosa no digerible
        Concentración de metales pesados
    4. Bacteria
      1. Pseudomonas fluroescens
      2. Lactobacillus
      3. Bacillus megaterium
      4. Ventajas
        Alto contenido en proteinas
        Pared celular digerible
      5. Inconvenientes
        Alto contenido en ácidos nucleicos
        Pequeño tamaño
        Baja densidad
  5. Difieren en composición de principios inmediatos
  6. Producción de proteínas de alto valor alimentario a partir de
    1. Espirulina
    2. Efluentes de la industria alimentaria
  7. Caracterización de variabilidad microbiana
    1. Microchips
      1. Caracterización multiplexada
Biosensores
1. Biosensores
  1. Se compone de
    1. Parte orgánica
      1. Métodos biológicos
    2. Parte inorgánica
      1. Instrumentación analítica
  2. Formado por:
    1. Biocatalizador
      1. Transductor
        Amplificador de señal
        Análisis
        Detectan fenómenos fisico-químicos
        Generan señales eléctricas
2. Electrodos enzimáticos
  1. Primer biosensor
    1. Clark y Lyons
    2. Glucosa oxidasa
    3. Membranas semipermeables externa e interna
  2. Inmovilización de enzimas en el electrodo
    1. Interacciones electroestáticas
    2. Unión covalente
    3. Entrecruzamiento y polimerización
    4. Interacciones de afinidad
    5. Atrapamiento en matriz
  3. De pasta de carbono con aceite
    1. Medidas puntuales o continuas
    2. Mezcla de
      1. Polvo de grafito
      2. Aceite de parafina
  4. Serigrafiado
    1. Un solo uso
  5. De flujo continuo
    1. Biosensor de glucosa
    2. Electrodos de membrana microporosa
      1. Paso de sustrato y producto
      2. Bloquea electrolizando a los inhibidores
3. Membrana protectora y semipermeable
  1. Inmovilización de la enzima
    1. En un paso
      1. Solución de enzima con poliimida
    2. En dos pasos
      1. Primero solución de enzima
        Después poliimida
    3. Se deja secar
    4. Poliimida crea una membrana semipermeable
      1. Bloquea el paso a los inhibidores
  2. Membrana semipermeable ideal
    1. Paso de productos y sustratos
    2. Bloqueo de inhibidores
4. Aplicaciones de los electrodos enzimáticos
  1. Determinación
    1. Enzimática de glucosa
      1. Glucosa oxidasa
      2. Glucosa deshidrogenasa
      3. Hexoquinasa
    2. Detección bioluminiscente de glucosa
      1. Mediante sistema enzimático coinmovilizado
    3. De lactato
      1. Con lactato oxidasa inmovilizada
    4. De etanol
      1. Con alcohol oxidasa inmovilizada
    5. De glutamato
      1. Con glutamato oxidasa inmovilizada
    6. De fenoles
      1. Con
        Lacasa
        Tirosinasa
        O peroxidasa de rábano
    7. Carbohidratos
      1. Por fluorescencia
      2. Mediante lectinas inmovilizadas
    8. De ADN
      1. Biosensor formando una micromatriz de nanocables de cristal fotónico
        Determinación de
        Drogas
        Metales pesados
        Toxinas
        Glucosa
    9. De drogas o contaminantes
      1. Usando anticuerpos y glucosa oxidasa inmovilizada
      2. Mediante inmunoensayo
      3. Competición entre ferroceno-antígeno y el antígeno por los anticuerpos
    10. Microorganismos
      1. Biosensor de resonancia
    11. Salmonella
      1. Mediante anticuerpos en la superficie de bacteriófagos
        Biosensor de resonancia
    12. Salmonella enterica subsp. enterica, serovar. Typhi
      1. Biosensor de nanotubos de carbono de pared simple
      2. En tiempo real
    13. De glucosa
      1. Con sistemas enzimáticos coinmovilizados
        En tiras indicadoras
  2. Biochip de glucosa-lactato-glutamato
    1. Con enzimas inmovilizadas
    2. Transmisión remota
  3. Biochip en lente de contacto
    1. Detección glucosa en lágrima
    2. Trasmisión remota
5. Bioquímica de electrodos enzimáticos
  1. Determinación
    1. De maltosa
      1. Glucoamilasa y glucosa oxidas inmovilizadas
    2. Glucosa-6-fosfato
      1. Fosfatasa ácida y glucosa oxidasa inmovilizada
    3. Glucosa total en mezcla de sacarosa y glucosa
      1. Invertasa y glucosa oxidasa inmovilizadas
    4. Glucosa
      1. Glucosa oxidasa y glucosa deshidrogenasa
      2. Amplificación de la señal
        Oxidorreducción cíclica
    5. NAD+
      1. Competición enzimática entre
        Glucosa oxidasa
        Genera gluconolactona y agua oxigenada
        Glucosa deshidrogenasa
        Genera gluconolactona y NADH
    6. Sacarosa en presencia de glucosa
      1. Mediante anti-interferencia
        Enzimas inmovilizadas en serie
        Primero glucosa oxidasa y catalasa
        Después invertasa y glucosa oxidasa
6. Pinzas moleculares
  1. De glúcidos
    1. Basadas en ácidos borónicos
    2. Incluye complejos de inclusión gammacilodestrina de ácido borónico
7. Biosensores celulares
  1. Sistemas portátiles
  2. Biopelículas microbianas
  3. Sistemas de microfluidos
  4. Inmovilización de células en superficies funcionales
  5. Ejemplos
    1. Biosensor portable basado en bacterias y levaduras bioluminiscentes
    2. Biosensor celular
      1. Basado en secuencias de oligopéptidos
        Funcionan como proteínas de adhesión celular
    3. Medición del consumo de oxígeno
      1. Biosensores microbianos
        En presencia de compuestos asimilables y tóxicos
    4. Inmovilización de microorganismos para la medición de metabolitos generados
  6. Ventajas
    1. Reacciones secuenciales
    2. Mayor vida útil
    3. Tolerantes a inhibidores y cambios de pH y temperatura
    4. Más baratos
    5. Fácil regeneración
  7. Inconvenientes
    1. Mayor tiempo de respuesta
    2. Mayor tiempo de recuperación
    3. Selectividad
8. Diseño de biosensores
  1. Tecnología multidisciplinar
  2. Electrodos de diamante nanocristalino y nanocables de silicio
  3. Electrodos con glucosa deshidrogenasa en láminas de grafeno
  4. Electrodos en nanotubos de carbono de pared múltiple con lacas inmovilizada
    1. Detectar toxinas
  5. Electrodos en nanocables de transistores de efecto de campo túnel
    1. Detección de moléculas únicas sin marcar
Transgénicos
1. Fundamentos de ingeniería genética
  1. Manipulación del material genético
    1. Introducción en célula
      1. Replicación y transmisión a la desendencia
2. Biotecnología de moléculas
  1. Proteínas de la soja
    1. Globulinas
      1. Sustitución de Asn o Gln por Glu o Asp
        Conseguimos una mayor solubilidad
  2. Ovoalbúmina
    1. 13 proteínas
      1. Sustitución de Cys 11,30,367 y 382 por Arg
        Incremento pI, Mejor película proteica
      2. Sustitución de Asp 47 por Asn
        Mayor retención de agua y viscoelasticidad
3. Biotecnología en microorganismos
  1. Caseina kappa
    1. Eliminación parte hidrofílica por quimosina
  2. Mutantes inducidos
    1. Incubación bacterias más mutagénico
    2. Incubación bacterias
    3. Diferencia entre mutantes totales y espontáneos
4. Biotecnología en plantas
  1. Electroporación
    1. Aumento conductividad eléctrica
      1. Alteración membrana e introducción del material genético
  2. Métodos biobalísticos
    1. Propulsión de genes dentro de células mediante un cañón de ADN
  3. Transfección
    1. Introducción material genético mediante plásmidos, vectores víricos u otros
5. Biotecnología en animales
  1. Obtención de proteína beta lactoglobulina pura
6. Perspectivas futuras
  1. Es una ciencia básica
  2. Supone una revolución biotecnológica
  3. Diseño de alimentos a medida
    1. Animales y plantas nuevos
    2. Masa microbiana
    3. Ingeniería de proteínas
      1. Modificación gen 1-aminopropano 1-carboxilato sintetasa en tomate
      2. Modificación gen de la Poligalacturonasa en tomate

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