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8/17/2019 Concepto de Fermentación
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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.
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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
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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.
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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.
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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.
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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:
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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.
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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.
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