Ampliación de Biología y Geología 4º1

biotecnología alimentaria

2010-06-11T01:16:00.002-07:00

La biotecnología suele definirse como un conjunto de técnicas en las que se utilizan organismos vivos o moléculas derivadas de ellos para fabricar y modificar productos. Por ejemplo, se emplean técnicas de modificación genética en variedades de plantas, animales y microorganismos para propósitos muy variados.

La biotecnología de alimentos investiga los procedimientos de elaboración de productos alimenticios mediante la utilización de procesos biológicos y enzimáticos. La demanda de alimento global ha contribuido además a que aumente la necesidad de cultivos mejorados.

En este sentido la biotecnología permite producir alimentos más nutritivos y de mejor sabor, rendimientos más altos de cosechas, así como plantas que se protegen naturalmente contra enfermedades, insectos y condiciones adversas. Estos alimentos genéticamente modificados (transgénicos) permiten seleccionar un rasgo genético específico de un organismo e introducir ese rasgo en el genoma del organismo fuente del alimento, mediante ingeniería genética. De esta manera se han desarrollado gran cantidad de cultivos para alimentación con rasgos beneficiosos específicos (vitaminas, resistencias a enfermedades), sin evidencia de rasgos indeseables.

El área de la biotecnología llamada biotecnología enzimática trabaja en el campo de las fermentaciones en el procesamiento de alimentos, así como en la mejora genética de microorganismos para su aplicación a la producción de proteínas y enzimas de uso alimentarioones se realizan modificando el ADN. A estos productos finales se les denomina alimentos transgenicos. (OMG)

La controversia de los alimentos transgénicos

Los alimentos transgénicos son mencionados a menudo en la prensa. Partidarios y detractores esgrimen razones para alimentar la polémica y se hace necesaria una campaña de información para aclarar ideas y malentendidos.
Definamos, en primer lugar, que es un alimento transgénico: son aquellos que han sido producidos a partir de un organismo modificado genéticamente mediante ingeniería genética. La incorporación de genes de un organismo a otro organismo huésped permite conferir a éste ultimo una característica deseada.

Técnicas asociadas

La manipulación (mediante ingeniería genética o tecnología del ADN recombinante) de las secuencias de ADN que normalmente codifican genes de forma directa, posibilita la extracción de un cuerpo biológico dado y su inclusión en otro (inserción de grupos de genes mediante obtención de híbridos). También hace posible la modificación o eliminación de estos genes. En el campo de la biotecnología vegetal, existe además la llamada mejora clásica, que introduce fragmentos de ADN de forma indirecta, mediante cruzamientos dirigidos.

La polémica

El debate surge del siguiente dilema: los alimentos transgénicos pueden permitir aumentar la productividad y el valor nutritivo de estos productos, lo cual ayudará a la reducción del hambre en el mundo y al incremento de la seguridad alimentaria en los países desarrollados. Sin embargo, se temen los hipotéticos riesgos a largo plazo que pueda tener su utilización masiva para la salud humana y el medio ambiente.

El cultivo de vegetales que contienen genes de resistencia a plagas permite reducir la cantidad de sustancias químicas necesarias para proteger los cultivos. De este modo se asegura una mayor productividad y además se reduce la contaminación por pesticidas del medio ambiente.

Hasta ahora, el desarrollo de los alimentos transgénicos se ha dirigido a la obtención de alimentos básicos más nutritivos (introducción de genes en cultivos como el arroz para incrementar su valor alimenticio, modificación genética de frutas y hortalizas para aumentar el tiempo de conservación, reduciendo el enorme desperdicio que tiene lugar durante esas operaciones, así como mejora de las oportunidades comerciales, etc).

Como potenciales riesgos a estudiar mencionaremos los siguientes:

Transferencia genética de los alimentos a células del organismo o bacterias del tracto intestinal, produciendo efectos nocivos sobre la salud humana (transferencia de genes de resistencia a antibióticos, empleados en los procesos iniciales de construcción de organismos transgénicos para la selección de aquellas células que hayan incorporado el transgén).
Las modificaciones genéticas pueden dar lugar a nuevas toxinas. Además, el transgén podría sufrir mutaciones que den lugar a otros productos distintos del que inicialmente se buscaba, y causar problemas de toxicidad.

Las proteínas expresadas por los transgenes presentes en los alimentos transgénicos podrían causar reacciones alérgicas. También podría transferirse accidentalmente un gen responsable de expresar proteínas alergénicas por desconocimiento de su función.

La fermentación

Es uno de los procesos principales de la biotecnología alimentaria, donde se produce la transformación de una sustancia orgánica (generalmente un carbohidrato) en otra utilizable, mediante un proceso metabólico mediado por la acción de microorganismos o enzimas que provocan reacciones de oxidación-reducción.

La fermentación la llevan a cabo las bacterias anaeróbicas,que no necesitan oxígeno, y las células aeróbicas, que lo utilizan como mecanismo completamentario de la respiración celular.

Tipos de fermentaciones
Hay muchos tipos de fermentación, pero los principales son dos: Fermentación láctica y fermentación alcohólica.

Fermentación Láctica

La fermentación láctica es una ruta metabólica anaeróbica que ocurre en el citosol de las célula, en la cual se oxida parcialmente la glucosa para obtener energía y donde el producto de desecho es el ácido láctico.

Este proceso lo realizan muchas bacterias (llamadas bacterias lácticas), hongos, algunos protozoos y muchos tejidos animales.

La presencia del ácido láctico. producido durante la fermentación es responsable del sabor amargo, y de mejorar la estabilidad y seguridad microbiológica del alimento.

Los lactobacillu, son bacterias que utilizan la fermentación láctica para obtener energía; estos organismos transforman la lactosa de la leche en glucosa y posteriormente en ácido láctico. Este proceso tiene importancia industrial ya que se utiliza en la fabricación de yogurt.

El yogur se hace fermentando la leche con bacterias compatibles, principalmente Lactobacillus que se encuentran dentro de los lactobacilos, más conocidos como bífidus.

¿Qué son los “bifidus”?

Se trata de una bactería que posee innumerables beneficios para la salud. Precisamente lo saludable del yogurt radica en su contenido en Lactobacillus Bífidus que repuebla la flora bacteriana intestinal, previniendo la aparición de bacterias poco deseables causantes de putrefacciones e infecciones, mientras que la acidez del ácido láctico favorece el crecimiento de las colonias beneficiosas de Lactobacillus.

Pero no todo el ácido láctico es asimilable. De hecho, en el yogurt original, el 50% de las moléculas de este compuesto era levógira y el otro 50% dextrógira. Por tanto, no encaja con nuestro sistema enzimático y no puede ser debidamente asimilada, siendo su destino la eliminación renal.

Los avances en biotecnología alimentaria han permitido desarrollar un yogurt con Bífidus activos, es decir, con todo el ácido láctico dextrógiro y, por lo tanto, asimilable. Ahora bien, los lactobacillus van disminuyendo pasadas 24 horas desde su preparación, siendo por tanto su caducidad muy corta.

Fermentación alcohólica

La fermentación alcohólica es el proceso por el que los azucares contenidos en el mosto se convierten en alcohol etílico.

Para llevar a cabo este proceso es necesaria la presencia de levaduras, hongos microspcopicos que se encuentran, de forma natural en los hollejos (en la capa de polvillo blanco que recubre las uvas y que se llama "pruina")

El oxígeno es el desencadenante inicial de la fermentación, ya que las levaduras lo van a necesitar en su fase de crecimiento. Sin embargo al final de la fermentación conviene que la presencia de oxígeno sea pequeña para evitar la perdida de etanol y la aparición en su lugar de acético o acetrilo.

El proceso, simplificado, de la fermentación es:

Azucares + levaduras ==> Acohol etílico + CO2 + Calor + Otras sustancias

La fermentación alcohólica es un proceso exotérmico, es decir, se desprende energía en forma de calor. Es necesario controlar este aumento de temperatura ya que si ésta acendisese demasiado (25 - 30º) las levaduras comenzarían a morir deteniendose el proceso fermentativo.

Tiene como finalidad biológica proporcionar energía anaeróbica a los microorganismos unicelulares (levaduras) en ausencia de oxígeno para ello disocian las moléculas de glucosa y obtienen la energia necesaria para sobrevivir, produciendo el alcohol y CO₂ como desechos consecuencia de la fermentación.

Las levaduras y bacterias causantes de este fenómeno son microorganismos muy habituales en las frutas y cereales y contribuyen en gran medida al sabor de los productos fermentados. Una de las principales características de estos microorganismos es que viven en ambientes completamente carentes de oxígeno (O₂), máxime durante la reacción química, por esta razón se dice que la fermentación alcohólica es un proceso anaeróbico.

Usos de la fermentación

El empleo principal de los procesos de fermentación por parte del ser humano ha ido dirigido, desde muy antiguo, a la producción de etanol destinado a la elaboración de bebidas alcohólicas diversas.
También se ha intentado emplear el etanol resultante de la fermentación alcohólica de los desechos agrícolas (biomasa) en la obtención de biocombustibles empleados en los motores de vehículos. Se ha intentado centrar los estudios en los reactores de fermentación continua con la esperanza de poder obtener no sólo grandes cantidades de etanol, sino que se aumente la eficiencia de los mismos. La investigacióna cerca de los substratos más adecuados, así como el empleo de levaduras de alto rendimiento es objeto de constante estudio. No obstante la generación de CO₂ durante el proceso pone en alarma acerca de su uso, debido a las consecuencias que puede traer para el cambio climático.Las fermentaciones pueden clasificarse en: anaeróbicas, si se producen en ausencia de aire, o aeróbicas, en presencia de oxígeno. Actualmente, en la industria fermentativa se utilizan tanques de fermentación en condiciones perfectamente controladas de temperatura y presión que permiten regular constantemente la entrada y salida de productos.

Líneas de investigación en el ámbito de las fermentaciones

Hoy sabemos que la biotecnología posee un amplísimo rango de aplicación en la industria de alimentos, ofreciendo los medios para producir los alimentos con mejor calidad y de una forma más segura para la salud y el medio ambiente. Su desarrollo promete generar innovaciones y mejoras conduciendo a prácticas agrícolas más ecológicas, contribuyendo así a una agricultura sostenible.
Entre las principales líneas de investigación podemos mencionar las siguientes:

Mejora genética de microorganismos. Obtención de cepas recombinantes de microorganismos mediante técnicas de ingeniería genética. Se obtienen microorganismos tales como levaduras industriales que poseen una mayor adaptación y eficacia en los procesos fermentativos, o bacterias capaces de producir determinadas enzimas de utilidad en el procesado de alimentos.
Producción de proteínas y enzimas de uso alimentario. A partir de células microbianas se producen enzimas que tienen una actividad enzimática determinada. Estas enzimas pueden transformar el azúcar en polímeros, hidrolizar la lactosa de la leche para hacerla más digerible, utilizarse en enología, etc.
Optimización, economía y diseño de procesos enzimáticos. Nuevos procedimientos que aumentan el rendimiento y abaratan los costes de producción.

Nuevos proyectos de biotecnología alimentaria

Los virus que afectan a las plantas constituyen una de las mayores lacras de la agricultura en el mundo entero. La introducción de mecanismos de protección en los cultivos a través de la genética, además de hacerlos resistentes a los virus, presenta la ventaja añadida de que los agricultores necesitan menos sustancias químicas para controlar la difusión de las plagas.

Ya se están comercializando y cultivando experimentalmente en todo el mundo multitud de cereales, frutas y verduras resistentes a los virus. Cabe mencionar, entre tantos otros, tomates, patatas, melones, pimientos y papayas. También se ha logrado que muchas plantas de cultivo importantes adquieran resistencia a los herbicidas y los insectos, mediante modificación genética.

Otro de los objetivos fundamentales es mejorar la calidad de los alimentos aplicando estas técnicas. Uno de los primeros logros al respecto ha sido una variedad de tomate que puede permanecer más tiempo del habitual en la tomatera, y ganar así en sabor, sin madurar demasiado ni echarse a perder. Se consiguió gracias a una técnica que permite contrarrestar los efectos del gen encargado de producir en la planta una enzima que actúa sobre las células del tegumento que recubre el tomate, provocando su descomposición.

La biotecnología sirve también para incrementar el aporte vitamínico de los alimentos.

Las plantas podrían utilizarse para producir anticuerpos monoclónicos, muy costosos hasta ahora, en grandes cantidades, que se aplicarían al tratamiento de diversas enfermedades.

Otras investigacionesde han dado lugar a las vacunas comestibles, destinadas al consumo humano.

Vacunas comestibles

Destinadas a la elaboración de alimentos más saludables y con propiedades medicinales se aplican al desarrollo de plantas productoras.

Dicen los especialistas que después del agua potable, las vacunas son el método que más ha prevenido las enfermedades infecciosas. Las vacunas tradicionales son preparadas con el agente patógeno vivo, aletargado o muerto. El principio en que se basa la vacunación es que el agente patógeno modificado no provoque la enfermedad, pero estimule la respuesta inmunológica que dejará en “alerta” al sistema inmune en caso de que el agente extraño en su estado natural ingrese al organismo.

Se demostró que en muchos casos no es necesaria la presencia del microorganismo completo para la inmunización y que basta con introducir en el cuerpo alguna de las proteínas del agente extraño responsables de desencadenar la respuesta inmune. Entonces se comenzaron a utilizar técnicas para fabricar estas proteínas antigénicas, en lugar de proporcionar al cuerpo el agente patógeno entero (ver Cuaderno Nº 71).

En la década de 1980, con el desarrollo de la biotecnología, fue posible identificar y aislar del patógeno el fragmento de ADN que codifica para la proteína que desencadena la respuesta inmune. Una vez aislado el fragmento de ADN, se consiguió que un microorganismo no-patógeno produjera en el laboratorio la proteína correspondiente. La ventaja de este método es que se evita el contacto con el patógeno, incluso durante la producción de la vacuna.

Mediante este procedimiento, en 1986 surgió la primera vacuna recombinante contra la Hepatitis B, a través de la producción en levaduras de un antígeno del virus causante de esta enfermedad.

En la actualidad, los científicos están agregando una nueva posibilidad para el diseño de vacunas: hacerlas comestibles! La idea de estas investigaciones en ingeniería genética que utilizan frutas o bacterias lácticas, es desarrollar una manzana, una banana o un yogurt que posea una única diferencia con los productos homólogos que se consumen habitualmente: la presencia de una proteína capaz de iniciar la respuesta inmune en el organismo.

Las ventajas de las vacunas comestibles

Las plantas pueden ser cultivadas localmente, utilizando para ello los cultivos tradicionales de una región. Las vacunas comestibles serían estables a temperatura ambiente, económicas y podrían ser administradas en forma oral, lo que evitaría los molestos pinchazos y, más importante aún, el uso de jeringas no esterilizadas que aún ocurre en algunos países.

Antibióticos como conservantes alimentarios

Antibiótico (del griego, anti, ‘contra’; bios, ‘vida’) es cualquier compuesto químico utilizado para eliminar o impedir el crecimiento de organismos infecciosos.

El primer antibiótico fue descubierto accidentalmente por el Profesor Alexander Fleming en 1928 y su aplicación se destinó al ámbito clínico, para combatir infecciones en humanos, así como el resto de antibióticos que se descubrieron en los años sucesivos.

En 1946 se comprobó que algunos antibióticos, incorporados a los piensos en muy pequeñas proporciones, estimulaban el desarrollo de los pollos . Esto permitía obtener un crecimiento acelerado de los animales domésticos con el correspondiente beneficio para los criadores. Sin embargo, existen otras finalidades como la curación de animales enfermos o la prevención de infecciones . Una vez comprobada la acción de los antibióticos sobre los animales se consideró la opción de poder aplicarlos para la conservación de alimentos frescos perecederos así como las latas de conserva evitando el crecimiento de organismos capaces de proliferar en ambientes ausentes de oxígeno.

Los antibióticos utilizados son, de largo, menos peligrosos que los conservantes químicos, sin embargo, igual que los usados en clínica, estos antibióticos pueden generar resistencia a diferentes cepas de modo que en un futuro resultarán ineficaces frente a dichas especies. Para evitar que estas resistencias tengan una repercusión negativa en la salud humana, los antibióticos aplicados en alimentos o suministrados a animales deben ser diferentes a los usados en clínica para evitar que éstos últimos se vuelvan inútiles.

La nisina o E-234 es una proteína de cadena corta que actúa como antibiótico y es producida por la misma bacteria implicada en la producción del queso. Se usa como conservante de quesos, cremas, frutas enlatadas, conservas, embutidos…. La ventaja que presenta, es que al ser una proteína similar a las que ingerimos normalmente en los alimentos, es digerida por el organismo. Esto sería una desventaja en el uso de la nisina en clínica por lo que no es aplicable al tratamiento de infecciones en humanos .

En conclusión; la aplicación de antibióticos en la conservación de alimentos así como en animales de consumo está altamente controlada por la legislación de cada país reduciendo al mínimo los riesgos. Por otra parte, las dosis son tan reducidas en comparación con las usadas en clínica que es poco probable que tengan efectos negativos en los consumidores.

Las aguas salvajes y los torrentes

2010-02-11T09:02:00.000-08:00

Aguas salvajes
Las aguas continentales que circulan sin curso fijo, procedentes de las precipitaciones, se denominan aguas salvajes.

Proceden de la lluvia o del deshielo y corren libremente sobre el terreno, sin un curso fijo, hasta incorporarse a un torrente o a un río.
A lo largo de su recorrido erosionan y transportan materiales.
La actividad erosiva de estas aguas depende del clima, el terreno y la vegetación.
Para evitar la erosión y favorecer la absorción del agua por parte del subsuelo, se construyen bancales o terrazas de cultivo.
Aparecen cuando el aporte de agua es superior a la capacidad de absorción del terreno.
En las laderas que la pendiente es grande, una lluvia intensa puede empapar el terreno y hacer que este se deslice, provocando una avalancha.
Cuando en el terreno existen grandes rocas que protegen de la erosión al suelo que hay debajo de ellas, el agua arrastra los materiales que no están protegidos y se forman las chimeneas de hadas
Su efecto erosivo puede llegar a ser muy importante, arrastrando grandes cantidades de materiales, destruyendo el suelo edáfico e, incluso, ocasionando avenidas y desencadenando movimientos de ladera. En todo caso, depende de factores como: cubierta vegetal del terreno, pendiente y tipo de material.

Suponen un grave problema medioambiental, ya que favorecen la pérdida de suelo fértil y, por tanto, la desertificación.En terrenos sueltos o poco consolidados, el agua arrastra los materiales por la pendiente y forma grandes surcos, que se llaman cárcavas que evolucionan aumentando su extensión y profundidad.
El desarrollo de cárcavas da lugar a paisajes muy accidentados, donde la vegetación no puede arraigar, que presentan profundos surcos entre aristas agudas; por esto, se les ha llamado bad lands o tierras malas.

La acción geológica de las aguas salvajes

Las aguas salvajes o de arroyada son las que provienen del deshielo de la nieve, o de la lluvia y discurren sobre el terreno sin cauce fijo. Al deslizarse por las laderas se van uniendo entre sí hasta incorporarse a un torrente o río. Su acción es especialmente erosiva, dependiendo en gran medida de la naturaleza del terreno por el cual discurren, de su permeabilidad, de la pendiente y de la vegetación.
Los terrenos pueden ser homogéneos o heterogéneos.

*Sobre terrenos homogéneos. Si se trata de terrenos blandos e impermeables, como arcillas o margas, el agua excava profundos surcos en forma de V, que, al principio, se llaman cárcavas, y cuando se hacen mayores, barrancos. Las zonas donde se da este tipo de erosión se llaman bad-lands o tierras malas. Son frecuentes en la región de los Monegros, en Aragón.
Cuando las aguas discurren sobre rocas solubles, como calizas o yesos, originan surcos profundos separados por agudas crestas dando lugar a los lapiaces o lenares.

*Sobre terrenos heterogéneos. Cuando los materiales por los que se desliza el agua son de distinta composición, se produce erosión diferencial, de manera que unas capas se desgastan más que otras. Originan paisajes ruiniformes, llamados así por el aspecto típico de ruinas que presentan. La Ciudad Encantada de Cuenca constituye uno de los ejemplos más significativos. Si materiales poco consistentes se hallan protegidos por rocas compactas en la parte superior y se erosionan lateralmente, originan unas formas curiosas llamadas chimeneas de hadas.

La vegetación actúa como factor importante contra la erosión. La deforestación por una tala incontrolada o por incendios forestales deja el suelo expuesto a la acción erosiva, especialmente en las zonas de pendiente. Las aguas superficiales arrastran los materiales pudiendo destruir el suelo.

Torrentes

Los torrentes son cauces cortos que llevan agua de manera esporádica. Solo llevan agua después de grandes épocas de lluvias o en épocas de deshielo. Su actividad es generalmente estacional y está relacionada con el deshielo, con la lluvia o con una combinación de ambos.

Las zonas de lluvia y vegetación pueden originar barrancos. Los torrentes suelen aparecer en climas áridos ya que las precipitaciones son muy fuertes. Estos pueden formar profundas gargantas.
Los torrentes se forman en la cuenca de recepción y excavan un canal de desagüe en las vertientes y depositan sus sedimentos en conos al pie de esas laderas.

La acción geológica de los torrentes

Los torrentes son cursos de agua de régimen intermitente que se desliza por terrenos de gran pendiente. El origen de los torrentes depende principalmente de las regiones en que se forman.
En zonas de alta montaña se originan a partir de un glaciar. La lengua del glaciar se deshiela y el agua puede quedar retenida en parte por los sedimentos almacenados. Una vez que los rebasa se desplaza de forma torrencial. Estos torrentes son principalmente de primavera o de verano.
En las regiones más áridas, o de menor altitud, se originan los torrentes a partir de las aguas de arroyada. Solamente se forman en épocas de lluvia, y durante el estiaje el cauce queda seco. Si la pendiente es grande y las lluvias torrenciales, pueden originar daños importantes.
Los torrentes ejercen tres efectos:

Erosión: es el desgaste que se produce en la superficie de un cuerpo por la acción de agentes externos, en este caso, los torrentes.

Transporte: es la acción que ace que los cuerpos sean desplazados por la fuerza de los torrentes.

Sedimentación: es la acumulación por deposición de todos aquellos materiales alterados y transportados

Hay dos tipos de torrentes: de montaña y de regiones áridas

- TORRENTES DE MONTAÑA

El agua procede de las lluvias o de deshielo. Se divide en tres partes:

La cuenca de recepción es la zona alta del torrente. Tiene forma de abanico, y en ella se reúnen las aguas de arroyada. Es una zona de gran pendiente, por la que el agua transcurre con gran violencia arrastrando materiales. Por tanto, en la cuenca de recepción se produce una intensa acción erosiva.

El canal de desagüe es el cauce por donde circulan el agua y los materiales anteriores, profundizando el valle. Los grandes fragmentos rocosos, arrastrados por torbellinos de agua, producen en el fondo del cauce un efecto de torno, que origina oquedades. Estas, según su tamaño, se llaman ollas, pilancones y marmitas de gigante.

El cono de deyección
Es la desembocadura del torrente en el valle. Allí se depositan todos los materiales, configurando una masa de forma cónica, constituida por fragmentos de distintos tamaños no seleccionados: gravas, arena, arcillas... Los cantos son angulosos, ya que, por el corto desplazamiento, no se han podido redondear.

- TORENTES DE REGIONES ÁRIDAS

En las zonas áridas y con régimen de lluvias esporádico se forman grandes avenidas de aguas, que arrastran todo tipo de materiales y ensanchan enormemente los cauces. El fondo de estos cauces es plano y su pendiente es poco acusada. Solo se llenan con lluvias torrenciales.
En el litoral mediterráneo, este tipo de cauces se denominan ramblas, y son responsables de las inundaciones que cada cierto tiempo padecen algunas zonas del levante y del sureste de España.
Solo llevan agua de la lluvia de forma intermitente una o varias veces al año. Se llaman Ramblas que son cauces amplios que pueden permanecer secos y es el canal por donde corre el agua .

Presentación

2009-10-21T05:28:00.000-07:00

Somos Jefferson y Elena y vamos a hacer un trabajo de la asignatura de ampliación de biología.
Para empezar, vamos a investigar dos minerales; el cuarzo (silicato) y la magnetita.