Concepto de Fermentación

8/17/2019 Concepto de Fermentación

1/11

1. CONCEPTO DE FERMENTACIÓN

El proceso de fermentación es anaeróbico ya que se produce en ausencia de oxígeno. La fermentación es un

proceso catabólico (transformación de biomoléculas complejas en moléculas sencillas y en el almacenamiento

adecuado de la energía química desprendida en forma de enlaces de alta energía en moléculas de adenosín

trifosfato), siendo el producto final un compuesto orgánico. Estos productos finales son los que caracterizan los

diversos tipos de fermentaciones.

Es un proceso bioquímico por el cual una sustancia (sustrato orgánico) se transforma mediante la acción de

microorganismos o enzimas.


2/11

La glucosa (C6H12O6), es el compuesto orgánico más abundante de la naturaleza. Es la fuente

primaria de síntesis de energía de las células. La glucosa es uno de los tres monosacáridosdietéticos, junto con fructosa y galactosa, que se absorben directamente al torrente sanguíneo

durante la digestión. Las células lo utilizan como fuente primaria de energía y es un

intermediario metabólico. La glucosa es uno de los principales productos de la fotosíntesis y

combustible para la respiración celular. Todas las frutas naturales tienen cierta cantidad de

glucosa (a menudo con fructosa), que puede extraerse y concentrarse para preparar un azúcar

alternativo.

La Glucólisis (del griego glycos, azúcar y lysis, ruptura), es la vía metabólica encargada de

oxidar la glucosa con la finalidad de obtener energía para la célula. Consiste en 10 reacciones

enzimáticas consecutivas que convierten a la glucosa en dos moléculas de piruvato, el cual es

capaz de seguir otras vías metabólicas y así continuar entregando energía al organismo.

Glucosa + 2NAD+ + 2ADP + 2 2Piruvato + 2NADH + 2ATP + 2H

+ + 2H2O

NADH El dinucleótido de nicotinamida y adenina, más conocido como nicotin adenin

dinucleótido (abreviado NAD+ en su forma oxidada y NADH en su forma reducida), es una

coenzima encontrada en células vivas y compuesta por un dinucleótido, ya que está formada

por dos nucleótidos unidos a través de sus grupos fosfatos, siendo uno de ellos una base de

adenina y el otro de nicotinamida. Su función principal es el intercambio de electrones e

hidrogeniones en la producción de energía de todas las células.

ATP. El trifosfato de adenosina (adenosín trifosfato, del inglés adenosine triphosphate o ATP)es un nucleótido fundamental en la obtención de energía celular. Está formado por una base

nitrogenada (adenina) unida al carbono 1 de un azúcar de tipo pentosa, la ribosa, que en su

carbono 5 tiene enlazados tres grupos fosfato. Es la principal fuente de energía para la mayoría

de las funciones celulares. Se produce durante la fotorrespiración y la respiración celular, y es

consumido por muchas enzimas en la catálisis de numerosos procesos químicos. Su fórmula

molecular es C10H16N5O13P3.

El ácido pirúvico es un compuesto orgánico clave en el metabolismo. Es el producto final de la

glucólisis, una ruta metabólica universal en la que la glucosa se escinde en dos moléculas de

piruvato y se origina energía (2 moléculas de ATP). El ácido pirúvico así formado puede seguir

dos caminos:

- Si hay suficiente suministro de oxígeno, el ácido pirúvico es descarboxilado en la

matriz de la mitocondria por el complejo enzimático piruvato deshidrogenasa


3/11

rindiendo CO2 y acetil coenzima A que es el inicio de una serie de reacciones llamada

ciclo de Krebs, seguida de la fosforilación oxidativa.

- Si no hay suficiente cantidad de oxígeno disponible o el organismo es incapaz de

continuar con el proceso oxidativo, el piruvato sigue una ruta anaeróbica, la

fermentación. En esta vía, el piruvato se reduce, permitiendo regenerar las moléculas

de NAD+ consumidas en los procesos anteriores. Los animales son capaces de realizar

la fermentación láctica cuyo producto es ácido láctico. Las bacterias y levaduras son

más versátiles, y pueden realizar otras fermentaciones, como la fermentaciónalcohólica, cuyo producto es etanol. En la conversión en lactato, interviene la enzima

lactato deshidrogenasa y la coenzima NADH; en la fermentación alcohólica el piruvato

es convertido primero en acetaldehído y luego en etanol y dióxido de carbono,

interviniendo las enzimas piruvato descarboxilasa y alcohol deshidrogenasa, así como

la coenzima NADH.

Los microorganismos responsables de la fermentación son de tres tipos: bacterias, mohos y levaduras. Cada uno de

estos microorganismos posee una característica propia sobre la fermentación que son capaces de provocar. Son lo

que se denominan: organismos anaeróbicos facultativos, es decir que pueden desarrollar sus funciones biológicas sin

oxígeno. En algunos casos son capaces de proporcionar un sabor característico al producto final (como en el caso delos vinos o cervezas). A veces estos microorganismos no actúan solos, sino que cooperan entre sí para la obtención del

proceso global de fermentación.


4/11

SUSTRATO, un sustrato es una molécula sobre la que actúa una enzima

FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA

I. INTRODUCCIÓN

La fermentación alcohólica es un proceso biológico de fermentación en plena ausencia de aire (oxígeno - O2),

originado por la actividad de algunos microorganismos que procesan los hidratos de carbono (por regla general

azúcares: como por ejemplo la glucosa, la fructosa, lasacarosa, el almidón, etc.) para obtener como productos finales:

un alcohol en forma de etanol (cuya fórmula química es: CH3-CH2-OH), dióxido de carbono (CO2) en forma de gas y

unas moléculas de ATP (Adenosín trifosfato) que consumen los propios microorganismos en su metabolismo celular

energético anaeróbico. El etanol resultante se emplea en la elaboración de algunas bebidas alcohólicas, tales como el

vino, la cerveza, la sidra, el cava, etc. Aunque en la actualidad se empieza a sintetizar también etanol mediante lafermentación a nivel industrial a gran escala para ser empleado como biocombustible.

La fermentación alcohólica tiene como finalidad biológica proporcionar energía anaeróbica a los microorganismos

unicelulares (levaduras) en ausencia de oxígeno a partir de la glucosa. En el proceso las levaduras obtienen energía

disociando las moléculas de glucosa y generan como desechos alcohol y dióxido de carbono CO2. 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.

II. Levaduras vínicas: morfología, fisiología, condiciones de desarrollo. Curva de crecimiento microbiano.


5/11

Desde la antigüedad diferentes culturas y civilizaciones de todo el mundo han usado sin saberlo levaduras. Lo hicieron

fermentando de forma natural sus panes y bebidas alcohólicas, por lo que se pensaba que era algo misterioso y mágico.

Esta idea comenzó a cambiar gracias a la ciencia con la intervención de Louis Pasteur, quién a mediados del siglo XIX

probó que la fermentación alcohólica era hecha por levaduras y no por un catalizador químico que era lo que se había

pensado hasta entonces. El trabajo de la levadura en este proceso es consumir azúcares para producir dos productos

importantes: CO2, que es dióxido de carbono, y etanol.

Además de esto, produce otros productos químicos en pequeñas cantidades, que es lo que le da a las diferentes

bebidas sus diferentes sabores tan peculiares dependiendo de la levadura usada.

Tradicionalmente, la producción de vinos se ha realizado a partir de fermentaciones de los mostos (Jugo de uva; suele

tomarse como refresco o aperitivo), llevadas a cabo por cepas de levaduras endémicas residentes en las superficies

de las uvas y de los equipos de las bodegas, aunque se ha demostrado también que viven en asociación con la vid,

hallándose usualmente sobre la corteza, las hojas, las flores y en la pruina de la baya. Y que su crecimiento sobre la

superficie de las bayas está determinado por diversos factores ambientales, como la temperatura y la humedad, así

como por el grado de madurez y el estado de salud. La fermentación con estas levaduras endémicas se llama

fermentación espontánea y son de gran importancia ya que con ellas consiguen características organolépticas típicas

de la zona, que no estarían presentes si se utilizara un inóculo de cepas foráneas. Sin embargo la calidad del producto

puede ser muy variable .

La actividad metabólica de los diferentes géneros y especies de levaduras presentes en la superficie de las uvas en el

viñedo, y capaces de resistir las condiciones de vinificación, influencian la calidad sensorial del vino obtenido. Siendo

estas las especies Hanseniaspora uvarum (y su forma anamorfa Kloeckera apiculata) de 50-75% de la población total

de levaduras aisladas, y en menor población se han encontrado presentes los géneros Candida, Cryptococcus,

Hansenula, Kluyveromyces, Metschnikowia, Pichia y Rhodotorula. Su crecimiento se limita generalmente a los dos o

tres primeros días de fermentación, después de lo cual mueren. Posteriormente, la fermentación con más fuerza y

más especies tolerantes al etanol de Saccharomyces se hacen cargo de la fermentación Aunque contrario a lo que se

pensaba, las especies fermentativas de Saccharomyces se han aislado en muy baja población sobre uvas sanas y han

sido extrañamente aisladas de granos de uva intactos y de suelos de viñedos. Antes de la maduración, las uvas están

casi libre de S. cerevisiae(~ 0,05%), mientras que el 25% de las uvas maduras albergan tales levaduras. Por lo que estosugiere que S. cerevisiae no se encuentre en el aire, y que requiere un vector para moverse, probablemente animales,

insectos como abejas y avispas.

En la tabla siguiente se muestran con más detalle cuáles son las levaduras relacionadas a la uva y el vino.


6/11

Saccharomyces cerevisiae

La levadura Saccharomyces cerevisiae es un hongo ascomiceto que ha sido ampliamente estudiado dada su

importancia en la industria panadera y vitivinícola, así como por su capacidad de producir etanol. Filogenéticamente

de las cepas de Saccharomyces cerevisiae se ha encontrado que la especie en su conjunto consta de dos poblaciones,

domésticos y salvaje.

Algunas características de esta levadura que forman parte de su adaptación son el hecho de que pueda metabolizar la

glucosa y la fructosa tanto por vía respiratoria como por vía fermentativa, y de crecer en condiciones aerobias o

anaerobias. Siendo la fórmula simple de fermentación la siguiente:


7/11

Saccharomyces cerevisiae es la especie de levadura más importante en microbiología del vino.

Es mejor modelo industrial conocido por su miembro, la levadura S. cerevisiae, pero comprende además ocho especies

estrechamente relacionadas. La opinión común coincide en que esta especie es un producto de la domesticación.

Tiene gran capacidad de crecer en el zumo de uva, que se caracteriza por un alto contenido de azúcares y bajo

contenido de sustancias de nitrógeno. La especie produce altas cantidades de etanol a la vez que consume el contenido

de azúcares y baja el pH que inhiben el crecimiento de cepas no- Saccharomyces.

Además de poseer el fenómeno killer, que implica la secreción, por parte de ciertas cepas, de una proteína tóxica de

baja masa molecular, llamada toxina killer, a la cual ellas son inmunes, que mata a células sensibles, las cuales pueden

ser del mismo o diferentes géneros. Este tipo de interacciones pueden determinar la evolución de las distintas

poblaciones de levaduras durante la fermentación. En algunas ocasiones una cepa killer de Saccharomyces cerevisiae

predomina al final del proceso fermentativo, sugiriendo que la expresión de la toxina le permitió conducir parte de la

vinificación. Este fenómeno killer pueden ser un método alternativo para el control de levaduras no deseadas.

Estas levaduras también están presentes en el envejecimiento de vinos formando una película llamada velo de flor,

por lo que se llaman levaduras flor, Su crecimiento en la superficie produce cambios importantes en las características

del vino debido a su metabolismo oxidativo.

Las fermentaciones también son impulsadas en gran medida por inoculaciones de una sola cepa pura de S. cerevisiae

seleccionada por el enólogo, que se añade al mosto de uva, después de la molienda. Para asegurar un mayor control

de la vinificación, se obtienen resultados más predecibles y disminuye el riesgo de deterioro por otros

microorganismos. Las levaduras seleccionadas se han utilizado con excelentes resultados en muchos países,

obteniéndose productos finales de calidad más uniforme que los que se producían con las fermentaciones

espontáneas.

Al seleccionar levaduras comerciales se deben tener en cuenta las propiedades de estas y las características del vino

que se quiere producir, tales como la concentración de metabolitos que toleran o se precisan para iniciar con éxito la

fermentación, o la temperatura óptima de desarrollo: la mayoría lo hace entre 12 y 36º C; si la temperatura óptima es

menor de 30º se denominan criófilas, si se encuentra entre 25 y 35º son mesófilas, y si la temperatura a la que se

desarrolla preferentemente es mayor de 35º C se denominan termófilas.

A pesar de esto, es más efectivo el uso de cultivos puros de levaduras que procedan de la zona vitivinícola donde se

van a utilizar, lo que se conoce como levaduras locales seleccionadas, ya que se cree que las levaduras que se

encuentran en una microzona son:

· Específicas del área.

· Totalmente adaptadas a las condiciones climáticas de la zona.

· Totalmente adaptadas a la materia prima, es decir al mosto a fermentar.

· Responsables, al menos parcialmente, de las características únicas de los vinos obtenidos.

En la siguiente tabla se observan algunas características que deben tener estas levaduras.


8/11

No- Saccharomyces

Las levaduras no- Saccharomyces en la producción de vino se han considerado principalmente como organismos de

descomposición. Los metabolitos de descomposición más importantes producidos por estas levaduras son el ácido

acético, acetaldehído, acetoína y acetato de etilo, junto con malos olores, tales como el vinilo y etilfenoles, que están

relacionados con el desarrollo de Brettanomyces / Dekkera spp . Afirmando además, que murieron durante las etapas

iniciales de la fermentación debido a la toxicidad de la concentración de alcohol al aumentar el metabolismo deSaccharomyces. Aunque se ha demostrado que algunas sobreviven durante la fermentación, y que además los

metabolitos formados por algunas especies no- Saccharomyces pueden contribuir a la calidad del vino, por ejemplo la

producción de glicerol por Candida stellata y la producción de éster por Candida pulcherrima que, en algunos vinos

pueden tener una influencia positiva en la calidad del vino. Otras especies, tales como Kloeckera apiculata, se asocian

con la producción de ácido acético que puede ser perjudicial para la calidad del vino. Algunas especies no-

Saccharomyces también poseen actividad ß-Glucosidasa que pueden hidrolizar los precursores del aroma. Por lo que

la actividad inicial de las levaduras no- Saccharomyces en el mosto de fermentación se considera importante para el

perfil final de compuestos aromáticos de los vinos, debido a que estas levaduras son responsables de diferentes

reacciones enzimáticas en el desarrollo de una amplia gama de los productos finales volátiles y no volátiles. La

producción de exo y endonucleasas por estas levaduras juega un papel muy importante, como lo son las pectinasasque tiene algunas aplicaciones de clarificación, filtración y también la extracción de color del vino. El uso de enzimas

pectolíticas para la maceración también puede aumentar el contenido en jugo de terpenol. Otras enzimas son las

esterasas formadoras de compuestos del aroma del vino y las lipasas que degradan los lípidos procedentes de la uva.

La fermentación mixta se realiza usando cultivos de Saccharomyces cerevisiae y levaduras no- Saccharomyces y

representa una forma viable hacia la mejora de la complejidad y la mejora de las características particulares y

específicas de los vinos. Las posibles interacciones sinérgicas entre diferentes levaduras pueden proporcionar una

herramienta para la aplicación de las nuevas tecnologías de fermentación. Por lo tanto, el conocimiento de la

interacción de estas levaduras durante la fermentación del vino necesita ser mejorado. Se ha demostrado que cuando

algunas levaduras se desarrollan juntas en condiciones de fermentación, no lo hacen pasivamente, sino más bien

interactúan.

En la siguiente tabla se muestran algunas interacciones de las levaduras Saccharomyces y no-Saccharomyces.


9/11


10/11


11/11

Concepto de Fermentación

Documents

Transcript of Concepto de Fermentación