La asignatura Microbiología es básica específica y se imparte en el tercer año de la carrera Ingeniería Química, para familiarizar al estudiante con los procesos industriales mediados por microorganismos (m.o.), de ahí su papel en el plan de estudios, ya que el futuro egresado de la carrera estaría capacitado para operar en plantas en las que se lleven a cabo procesos fermentativos como en las industrias láctea, cervecera, de vinos y licores, también en fábricas de conservas de frutas y vegetales, así como en procesos biotecnológicos, todos muy comunes en la región oriental del país.

Es por lo anterior que en la asignatura se imparten contenidos relacionados con la cinética del crecimiento microbiano, genética microbiana y microbiología de los alimentos, por solo mencionar algunos.

Para que el estudiante se apropie del contenido, se imparten, entre otras formas de docencia, las clases prácticas, en muchas de las cuales los estudiantes se tienen que enfrentar al graficado de curvas, procesamiento matemático de los datos, aspectos que consumen gran cantidad de tiempo, quedando poco para un análisis y discusión más amplia de los resultados. Otra dificultad es que no se pueden poner ejercicios que impliquen gran volumen de datos porque se consumiría todo el tiempo sólo en el procesamiento y graficado de estos.

Teniendo en cuenta lo anterior y el hecho de que una de las estrategias curriculares de la enseñanza superior cubana es la estrategia de computación, en la cual todas las asignaturas deben tener asociados programas computacionales, se plantea como objetivo de este trabajo: emplear el MatLab como asistente matemático en la resolución de los ejercicios de las clases prácticas del Tema 2 “Fisiología de los microorganismos” de la asignatura Microbiología.

En el plan de estudios de la carrera Ingeniería Química, se imparte la asignatura Microbiología, para dotar a los futuros egresados de los conocimientos que les permitan operar en plantas en las que se llevan a cabo procesos mediados por microorganismos, o en las que haya que controlar la calidad microbiológica de materia prima, proceso y producto, por ser susceptibles al ataque microbiano, como ocurre en las industrias de alimentos. ¹.

Para que el estudiante se apropie del contenido de la asignatura, esta se imparte en cuatro formas de docencia: conferencias, clases prácticas, seminarios y laboratorios. Las clases prácticas están distribuidas entre los temas 2 “Fisiología de los microorganismos” y 3 “Genética y Microbiología ambiental y aplicada”, y se han diseñado de forma tal que los estudiantes aprendan a resolver problemas relacionados con el crecimiento microbiano, el cálculo de parámetros cinéticos, el cálculo del rendimiento, así como relacionados con la influencia de factores físicos y químicos en el crecimiento. ²

En la clase práctica 1: “Construcción de curvas de crecimiento microbiano”, perteneciente al tema 2 de la asignatura, los estudiantes se enfrentan a números muy grandes y a gran volumen de datos, lo cual no es de extrañar pues se trata del crecimiento exponencial de los microorganismos. Hasta la fecha, esta clase práctica se imparte en el aula, y los estudiantes deben graficar varias curvas con muchos datos a procesar, por lo que sería conveniente emplear un programa computacional que permita graficar de igual manera, pero a su vez, que contribuya a desarrollar en los estudiantes la habilidad de algoritmizar, la cual es útil en el pregrado para la programación y porque imprime mayor velocidad a la solución de los ejercicios, pero además es también importante en la práctica profesional.

Si bien el Excel es el procesador de datos por excelencia, no fomenta en los estudiantes las habilidades de la programación, por lo cual se sugiere se emplee el MatLab como herramienta computacional para la solución de los ejercicios de las clases prácticas del tema 2 de la asignatura.

En la carrera de Ingeniería Química de la Universidad de Oriente no se utiliza el MatLab como herramienta computacional, sin embargo, hay trabajos ^(3,7) donde se reporta el empleo de este por los múltiples usos que se le adjudican, ya sea en la carrera de Ingeniería Química o en carreras afines, para el control de procesos químicos debido a la facilidad que brinda el MatLab para el desarrollo de algoritmos con los cuales se puede simular el control de procesos químicos complejos.

Hay autores ³ que dan cuenta de la utilidad metodológica de herramientas de software a la docencia y la investigación y apuestan por el MatLab como una de las herramientas más extendidas en la Ingeniería de Control. Otros autores ⁴ recomiendan el empleo del MatLab para el graficado y modelación con regresión lineal para predecir y conocer el comportamiento de la vida útil de varias marcas de leche pasteurizada a diferentes condiciones de temperatura. Esta experiencia se llevó a cabo en el laboratorio de microbiología de la carrera Ingeniería de Procesos en la Universidad Mariana, Colombia, vinculándose la docencia con la práctica profesional.

También se ha utilizado el MatLab en el desarrollo de una herramienta para obtener el índice de control microbiológico de la línea de producción de jugos gaseosos llenados en frío; ⁵ y como núcleo de una estrategia de aprendizaje activo en la cual los estudiantes deben desarrollar un programa en MatLab que les permita balancear ecuaciones químicas mediante el método algebraico. ⁶

Si bien los mencionados artículos dan cuenta del uso del MatLab en Ingeniería Química y en otras carreras afines, el trabajo presentado en ⁷ engloba los posibles usos de esta herramienta computacional en todas las asignaturas de esta carrera. Estos autores argumentan que para la adquisición adecuada de las competencias básicas que debe poseer un graduado en Ingeniería Química es necesario el uso de paquetes de software numérico de propósito general, como MatLab, destinados a la simulación estacionaria y dinámica de procesos. Se propusieron emplear este software como nexo de unión entre las asignaturas de la carrera argumentando que, por lo general, en las diferentes asignaturas se emplean disímiles software, lo que propicia que el estudiante sepa un poco de cada uno pero no profundice. Se plantearon implicar a todos los profesores de las diferentes asignaturas de la carrera, incluyendo las asignaturas básicas como la Física, en la utilización de MatLab como único software matemático. Además, en este trabajo se exponen con claridad las razones por las cuales se consideró MatLab como el software matemático más adecuado a utilizar en Ingeniería Química, sin dejar de utilizar otros programas como el Excel.

Los autores mencionados, así como otros trabajos presentados ^8,9 coinciden en que las bondades del MatLab como lenguaje de programación son, entre otras, las siguientes: amplio soporte matemático, alta precisión, amplio soporte de funciones ya desarrolladas, magnífica ayuda y gráficas bidimensionales y tridimensionales de diferentes tipos, además de ser un lenguaje de alto nivel para el cálculo numérico/simbólico empleado en el ámbito científico e ingenieril, tanto a nivel académico como industrial para el análisis, diseño y simulación de procesos dinámicos de tiempo continuo, de tiempo discreto y de eventos discretos.

A continuación, se presentan tres de los ejercicios de la asignatura Microbiología, que se deben resolver en las clases prácticas del tema 2. Estos han sido tomados y adaptados de las bibliografías. ^10,11

Los ejercicios 1 y 2 pertenecen a la clase práctica 1, y el ejercicio 3 a la clase práctica 2.

Ejercicio 1: Construya las curvas de logaritmo de supervivientes por mL contra el tiempo de exposición en minutos, para cada temperatura, cuando se emplea como microorganismo la Escherichia coli y una concentración de fenol de 4,62 g/L a partir de los datos mostrados en la tabla 1.

Tabla 1

¿Cómo influye la temperatura en la destrucción de los m.o. sometidos a la acción del agente germicida?

Si tuviera que utilizar una concentración de fenol más alta, ¿pudiera utilizarse una temperatura más baja? Explique.

Ejercicio 2: Durante un estudio para analizar la influencia de la concentración de fenol sobre la supervivencia de Escherichia coli en un laboratorio, se obtuvieron los resultados mostrados en la tabla 2, a temperatura constante de 35 °C.

Tabla 2

Construya las curvas de logaritmo de supervivientes contra tiempo de exposición para cada concentración de fenol.

Diga a qué concentración es más efectivo el agente en menos tiempo.

¿Qué implicación tiene sobre el costo, la utilización de la concentración más alta de fenol?

Ejercicio 3: Los datos de la fase exponencial de crecimiento de tres especies bacterianas que utilizan glucosa como fuente de carbono son mostrados en la

Tabla 3. Indique cual de las tres especies crecerá más rápidamente.

Tabla 3

En este acápite se presenta la forma en que, programando en MatLab, se resuelven los ejercicios planteados anteriormente.

En este artículo se mostró la utilidad del MatLab para la realización de los ejercicios de las clases prácticas del Tema 2 “Fisiología de los microorganismos” de la asignatura Microbiología para Ingeniería Química. Dentro de las ventajas que supone lo anterior están que se vincula la asignatura con el programa director de computación a la vez que se emplea un lenguaje de programación nuevo para los estudiantes que les sirve de base para la solución de problemas profesionales.