Biotecnología

	Autores: Silvia Cerdeira, Helena Ceretti y Eduardo Reciulschi. Responsable disciplinar: Silvia Blaustein. Área disciplinar: Química. Temática: Aplicaciones de conceptos de Química orgánica y biotecnología tradicional a diferentes proyectos. Nivel:  Secundario, ciclo básico. Secuencia didáctica elaborada por Educ.ar.

Propósitos generales

● Promover el uso de los equipos portátiles en el proceso de enseñanza y aprendizaje.
● Promover el trabajo en red y colaborativo, la discusión y el intercambio entre pares, la realización en conjunto de la propuesta, la autonomía de los alumnos y el rol del docente como orientador y facilitador del trabajo.
● Estimular la búsqueda y selección crítica de información proveniente de diferentes soportes, la evaluación y validación, el procesamiento, la jerarquización, la crítica y la interpretación.

Introducción a las actividades

La palabra biotecnología hace pensar en algo nuevo, un avance tecnológico actual con consecuencias inesperadas para el futuro. Sin embargo, la biotecnología está presente en muchos ejemplos de la vida cotidiana y es una actividad que el ser humano descubrió hace miles de años.

Por ejemplo, la elaboración de bebidas alcohólicas fermentadas, como el vino, la cerveza o la sidra, es un proceso biotecnológico. En estos procesos intervienen microorganismos que transforman componentes del jugo de frutas o de cereales en alcohol.

La fabricación de yogurt, la elaboración de quesos mediante el agregado de bacterias y la fabricación de pan mediante el uso de levaduras son otros ejemplos de procesos biotecnológicos tradicionales. En este caso, se trata de la obtención y utilización de los productos del metabolismo de ciertos microorganismos.

A escala industrial, se pueden mencionar varios ejemplos:

Objetivos de las actividades

Que los alumnos:

Actividad 1

Las próximas dos actividades tienen que filmarlas. Para eso, pueden utilizar la cámara de sus equipos portátiles. El objetivo es que editen un video con estas actividades biotecnológicas relacionadas con la cocina (serían los «cocineros argentinos y científicos»). Por lo tanto, tendrán que planear bien los pasos para seguir: cómo acomodar los materiales, desde dónde filmar y cómo distribuir el tiempo, ya que ambas experiencias duran más de un día de trabajo. Además, tendrán que elaborar, utilizando las herramientas de los programas de sus computadoras:

Parte A. Fermentación láctica

La caseína y la lacto globulina son las principales proteínas de la leche. Estas tienen alto valor nutritivo ya que contienen todos los aminoácidos esenciales. El pH de la leche es ligeramente ácido (6,5-6,7). Si este pH varía, por ejemplo, al agregar jugos de frutas o por presencia de ácido láctico producido por bacterias, la caseína coagula y se separa del suero de la leche. Al contrario, la lacto globulina, que es la principal proteína del suero, se mantiene en suspensión incluso a pH bastante ácidos.

La coagulación (desnaturalización) de las proteínas no siempre es un proceso indeseable. Se utiliza esta propiedad para preparar una serie de productos lácteos, como el yogurt y el queso.

Si se calienta la leche a unos 85 ºC durante una hora, se inactivan las bacterias de la leche y se desnaturalizan hasta las proteínas del suero, que pierden su estructura compacta y forman estructuras más alargadas. Si luego de enfriar la leche hasta unos 40 ºC se agregan ciertas bacterias, denominadas Lactobacillus bulgaricus y Streptococcus thermophilus, comienza la fermentación de la lactosa de la leche liberando ácido láctico al medio (la lactosa que es un disacárido se degrada a glucosa que es un monosacárido).

Glucosa →  Ácido Láctico + energía

C₆H₁₂O₆ à 2 C₃H₆O₃+ energía

El término fermentación tiene significados diferentes en el contexto de la biología celular y en la industria. Para la primera, fermentación es un proceso de obtención de energía en condiciones anaeróbicas (ausencia de oxígeno) que puede generar como producto final ácido láctico (fermentación láctica, por las bacterias ácido-lácticas) o etanol (fermentación alcohólica, por levaduras). En general, en la industria se denomina fermentación a un proceso microbiano a gran escala que puede darse en condiciones aeróbicas o anaeróbicas.

La fermentación láctica es el primer paso en la elaboración de yogurt y de queso.

Ahora, intentarán fabricar queso para untar.

Elaboración de queso

El ácido láctico producido por la fermentación desnaturaliza las proteínas de la leche que precipitan arrastrando las grasas. Además, el aumento de la acidez del medio inhibe el desarrollo de gérmenes indeseables. El queso para untar puede obtenerse directamente agregando a la leche sustancias ácidas como vinagre o jugo de limón. La utilización de un fermento (llamado también cuajo) que contenga bacterias lácticas le otorga una mejor textura, sabor y digestibilidad.

Materiales

Procedimiento

1. Si se trabaja con leche no comercial, pasteurícenla: calienten la leche hasta 70 ºC a baño de María de 1 a 3 minutos. Enfrien rápidamente introduciendo el recipiente de la leche en agua fría. Bajen la temperatura hasta los 30 ºC (en caso de utilizar leche de cabra, siempre trabajen a temperaturas menores de 29 ºC). De esta forma se eliminan las bacterias patógenas.

2. Coloquen en una taza la dosis de fermento indicada en el envase para 1 o 2 litros de leche. Agreguen a dicha dosis una cucharada sopera de leche pasteurizada que se encuentre a 30 ºC.

3. Agreguen este fermento diluido al resto de la leche revolviendo suavemente.

4. Cubran con una tela o trapo el recipiente y dejen reposar la mezcla a temperatura ambiente (nunca debe estar a menos de 20 ºC ni a más de 35 ºC). El tiempo que debe dejarse va a depender de la temperatura ambiente y variará de 8 a 24 hs. Aquí se produce la fermentación láctica.

5. La cuajada está lista para desuerar cuando al introducir el cuchillo y levantar la punta hacia arriba se produzca una grieta en la superficie. Esto significará que la leche se ha coagulado o «solidificado» y, por lo tanto, la cuajada está a punto.

6. Humedezcan la tela y forren con ella un colador grande (como para colar fideos). Coloquen un recipiente (plato hondo o fuente) debajo del colador.

7. Coloquen la cuajada sobre la tela y muevan la tela para dejar escurrir el suero (a veces se lo envuelve en la tela y se retuerce para acelerar el proceso. Se puede utilizar también una manga de tela para hacer café si la cantidad a colar es pequeña). El tiempo de desuerado es variable ya que depende de la consistencia deseada en el queso elaborado, puede variar entre 4 y 8 hs.

8. Al obtener la consistencia adecuada, le pueden agregar todo tipo de condimentos. Deben colocarlo en un recipiente con tapa y pueden conservarlo alrededor de una semana en la heladera.

Elaboración de queso casero

Hacer queso - Elaboración de quesos

Fabricación casera de queso fresco

Cómo se hace el queso

Los microoganismos en la industria de los alimentos

Parte B. Fermentación alcohólica

La fermentación alcohólica es otro proceso en el que intervienen microorganismos. En este tipo de fermentación, las levaduras Saccharomyces cerevisiae transforman los hidratos de carbono en etanol, en condiciones anaeróbicas. La capacidad de las levaduras para realizar este proceso se ha aprovechado para la elaboración de vino (uvas), de sidra (manzanas) y de cerveza (cebada). Cuando se hace pan, también se utiliza el mismo proceso biotecnológico.

C₆H₁₂O₆ à 2 C₂H₅OH + 2 CO₂

Materiales

Procedimiento

1. Coloquen en el frasco un cuadradito de levadura (lo pueden romper en trozos pequeños).

2. Disuelvan la levadura con pequeños agregados del jugo de uva.

3. Agreguen el resto del litro de jugo de uva.

4. Tapen el cuello del frasco con el globo.

5. Agiten y esperen que el globo se infle (debido a la producción de dióxido de carbono).

6. Repitan la experiencia utilizando el segundo frasco y reemplazando el jugo de uva por jugo de manzana.

7. Una vez que el globo se infló lo suficiente (comparen en el mismo tiempo cuál de los dos globos se infla más), midan con una probeta 250 ml de cada una de las mezclas de las botellas.

8. Midan el contenido alcohólico mediante la utilización de un densímetro (alcoholímetro). Si no cuentan con uno, pueden construirlo utilizando una pipeta de plástico. En el video «Densímetro casero»  muestran cómo construir el densímetro y su calibración. El contenido alcohólico es el volumen de etanol (en ml) contenido en 100 ml de una bebida alcohólica a 20 ºC.

Nota: si no tienen alcoholímetro pueden medir la densidad de la mezcla pesando un volumen determinado de solución (por ejemplo 10 ml medidos con una probeta) con una balanza (el alcohol etílico puro tiene una densidad de 0,79 g/ml). Si la densidad del agua es 1,01 g/ml a 20 ºC, se puede realizar el cálculo de la graduación alcohólica mediante la siguiente ecuación matemática:

y = -0.34 x + 1.01

donde y es la densidad de la solución y x el % en volumen de la graduación alcohólica. Es decir que por cada grado de graduación alcohólica, la densidad del agua (tomada inicialmente como 1,01 g/ml) disminuye 0.34 g/ml.

Actividad 2

        El vinagre (del latín vinum acre, vino agrio) es un líquido miscible en agua con sabor agrio, que proviene de la
        fermentación acética del vino y de la manzana (mediante las bacterias Mycoderma aceti).

Como vieron en la actividad 1, la fermentación alcohólica del jugo de uva y de manzana produce etanol, un alcohol. Los alcoholes son una familia de compuestos que contienen el grupo funcional –OH y pueden convertirse en ácidos carboxílicos por oxidación. Esta oxidación ocurre en dos etapas: en la primera, el etanol (C₂H₅OH) se transforma en etanal (acetaldehído, CH₃COH), y luego este compuesto se transforma en ácido etanoico (ácido acético, CH₃COOH).

        El vinagre contiene una concentración que va de 3 % al 5 % de ácido acético en agua.

a) Utilicen el programa ChemSketch versión 12.01 para representar las tres moléculas mencionadas, identificar los grupos funcionales presentes en cada una y establecer qué átomos se agregan o se pierden en ambas etapas de oxidación.

b) Investiguen diferentes métodos para elaborar vinagre. Para comenzar este trabajo pueden mirar la presentación «Elaboración del vinagre».

Actividad 3

A diferencia de la biotecnología tradicional, la biotecnología moderna surge en la década de 1980 y utiliza técnicas para modificar y transferir genes de un organismo a otro (ingeniería genética).

Utilizando estas técnicas es posible producir insulina humana en bacterias, y también la enzima quimosina que reemplaza al cuajo en la fabricación de quesos y en el mejoramiento de los cultivos. Cada vez se conocen más aplicaciones destinadas a la producción de alimentos, medicamentos o productos industriales en general. Busquen información, preparen una presentación utilizando el programa Impress de sus equipos portátiles, y hagan una puesta en común utilizando la plataforma Squeak.

Webgrafía recomendada

Por qué biotecnología

«¿Cómo se hace el vinagre balsámico?» (en italiano), 8 minutos de duración.