Propuesta tarea simulación proceso yogurt

TALLER SIMULACIÓN

GRUPO 2: Cristhian Gavilanez, Sara Guerrero, Raúl Gallegos, Gabriela Montalvo

Introducción: La fermentación en la elaboración de los alimentos constituye uno de los principales métodos de conservación utilizado desde hace muchos años atrás. El proceso de elaboración de yogurt presenta varios factores que deben controlarse para lograr obtener un producto con características deseables como puede ser: sabor, olor, consistencia, rendimiento del proceso etc. Realizar una simulación del proceso nos permite conocer todos los factores que influyen en la fermentación y de esta manera lograr obtener un producto adecuado a las necesidades del consumidor.

Respuesta a las preguntas.

1. Describa el rol de los diferentes parámetros en la ecuación de crecimiento dependiente del pH:

Ecuación: µ = µmax - b (pH - pHopt)²

La ecuación describe un modelo donde la velocidad del crecimiento específico de una determinada bacteria dependerá directamente de la variación del pH del medio donde se lleva a cabo el crecimiento bacteriano. Se puede observar que mientras mas se acerca el valor de pH del medio al pH optimo de crecimiento de la bacteria, la velocidad específica de crecimiento será igual a la velocidad máxima de dicha bacteria; donde también influye el valor de b que constituye la relación de la inhibición del crecimiento de una bacteria y el crecimiento de la otra bacteria en el medio.

1. ¿Por qué S. thermophilus crece antes que el L. bulgaricus durante la fermentación?

Al iniciar el proceso de fermentación el pH de la leche es casi neutro y dispone de abundante oxígeno, lo cual constituye un medio que favorece el crecimiento de S. thermophilus el cual a su vez va transformado ciertos compuestos de la leche que crea un medio adecuado para el posterior crecimiento de L. bulgaricus el mismo que se desarrolla mejor en un pH ácido y a su vez transforma las proteínas de la leche en amioácidos los cuales serán aprovechados a su vez por S. thermophilus.

1. ¿Por qué el pH alcanza un cierto valor constante?

A medida que se realiza el proceso de fermentación ambas bacterias irán transformado las proteínas presentes en la leche en ácido láctico y otros productos, por lo cual el pH del medio irá descendiendo, una vez consumidas las proteínas las bacterias no podrán seguir transformándolos en ácido láctico, por lo cual el pH se mantendrá estable.

1. ¿Qué es una fermentación back slop?

Es un proceso de fermentación en el cual se utiliza como inóculo inicial un cultivo de bacterias obtenido de un proceso de fermentación previo.

1. ¿Por qué un organismo desaparece del sistema después de varias fermentaciones back-slop?

Un microorganismo puede desaparecer del sistema después de varias fermentaciones debido a que no se considera las diferentes etapas de su crecimiento. Es decir, la etapa que permite mantener la reproducibilidad del microorganismo en varios procesos de fermentación es la atapa donde el cultivo alcanza su máximo crecimiento.

1. ¿Cuál es el efecto de los diferentes parámetros en el modelo sobre los resultados de la simulación?

Efecto de la tasa máxima de crecimiento: mientras mayor es la tasa máxima de crecimiento se obtiene valores mas bajos de pH en un período de tiempo mas corto. También se puede observar como una adecuada simbiosis de los microorganismos depende en gran medida del valor de la tasa máxima de crecimiento de cada uno de los microorganismos de tal manera que el crecimiento del uno no supere al otro.

Efecto del pH en la tasa de crecimiento: Al empezar el proceso en un pH alto (6,2) se observa que se ve favorecida la tasa de crecimiento de S. thermophilus, a medida que el pH va disminuyendo la tasa de crecimiento de S. thermophilus también disminuye, mientras que la tasa de crecimiento de L. bulgaricus va aumentando, hasta llegar a un equilibrio entre tasas de crecimiento de cada microorganismo y pH.

Efecto de la cantidad de cultivo utilizado: variando los valores de la cantidad de cultivo utilizado en el simulador, se observa que varía en gran medida el tiempo del proceso de fermentación y por ende varía también la disminución del pH en función del tiempo.

Efecto de la relación entre las concentraciones iniciales de cultivo y el tiempo de fermentación: Variando las concentraciones de S. thermophilus se observa que este alcanza un máximo crecimiento en un período de tiempo menor, sin embargo, al aumentar la concentración de inoculo de L. bulgaricus, su crecimiento en el tiempo no se ve directamente influenciado hasta llegar al pH adecuado que favorece su crecimiento, pero si se inocula una cantidad muy baja del dicho microorganismo el tiempo de fermentación del producto aumentaría considerablemente; por lo cual es importante utilizar las cantidades de inóculo adecuadas de tal manera que el proceso de fermentación sea equilibrado.

1. ¿Es posible encontrar los mismos resultados de las simulaciones de computadora en experimentos reales?

Las simulaciones desarrolladas para entender los procesos microbianos en la fermentación constituyen una herramienta de estudio teórico importante usada como guía en el proceso, sin embargo no corresponden a los mismos resultados realizados en un experimento real ya que hay varios factores intrínsecos y extrínsecos del proceso que influenciarán en los resultados.

Actividades de la práctica.

• ¿Como podemos reducir el tiempo de fermentación a 150 minutos y al mismo tiempo obtener un yogur estable (en función del pH)?

Variando las concentraciones iniciales de inoculo para cada microorganismo, es posible modificar el tiempo del proceso de fermentación hasta llegar a un pH estable de 3,79 en 150 minutos; para lo cual según los siguientes datos aplicado al simulador se propone inocular inicialmente 11,17x 108 de S. thermophilus y 11,07 x 108 de L. bulgaricus.

[pic 1]

• ¿Crees que sea posible producir yogur con una sola cepa de bacteria?

El proceso de fermentación para elaborar Yogurt requiere la presencia de los dos tipos de microrganismos S. thermophilus y L. bulgaricus ya que actúan en perfecta simbiosis es decir que la supervivencia del uno depende de la supervivencia del otro y en conjunto logran inhibir el crecimiento de otro tipo de microorganismos que no tienen posibilidades de crecimiento.

• Propón dos hipótesis de tu interés y usa el modelo de fermentación para evaluar los resultados de tus hipótesis. Presentar los gráficos y discutir los resultados.

1. Complementando la primera pregunta se plantea la siguiente hipótesis: La elaboración del yogurt se puede llevar a cabo únicamente con cultivo de L. bulgaricus.

[pic 2]

En el gráfico del simulador observamos que utilizando únicamente L. bulgaricus para el proceso de fermentación el medio alcanzaría apenas un pH entre 5,0 y 5,5, lo cual no corresponde al pH buscado al elaborar Yogurt. El crecimiento de L. bulgaricus no alcanza su máxima expresión por lo cual también se debe considerar que a ese pH pueden sobrevivir un sin número de microorganismos que pueden alterar y contaminar el producto, por lo cual no constituye una buena técnica de preservación del alimento.

Resultado: Hipótesis rechazada.  

1. Hipótesis: En el sistema de fermentación las constantes de inhibición de crecimiento de cada microorganismo define la supervivencia de los microorganismo hasta el final del proceso fermentativo. [pic 3]

[pic 4]

Comparando ambas imágenes obtenidas del simulador se observa que mientras mayor es la constante de inhibición del crecimiento del microorganismo, menor será la concentración de dicho microorganismo al finalizar el proceso.

Hipótesis Aceptada.

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