fermentacion2004

34
Bioquímica I – Fermentación Alcohólica y Láctica INTRODUCCIÓN Fermentación, cambios químicos en las sustancias orgánicas producidos por la acción de las enzimas. Esta definición general incluye prácticamente todas las reacciones químicas de importancia fisiológica. Actualmente, los científicos suelen reservar dicha denominación para la acción de ciertas enzimas específicas, llamadas fermentos, producidas por organismos diminutos tales como el moho, las bacterias y la levadura. Por ejemplo, la lactasa, un fermento producido por una bacteria que se encuentra generalmente en la leche, hace que ésta se agrie, transformando la lactosa (azúcar de la leche) en ácido láctico. El tipo de fermentación más importante es la fermentación alcohólica, en donde la acción de la cimasa segregada por la levadura convierte los azúcares simples, como la glucosa y la fructosa, en alcohol etílico y dióxido de carbono. Hay otros muchos tipos de fermentación que se producen de forma natural, como la formación de ácido butanoico cuando la mantequilla se vuelve rancia, y de ácido etanoico (acético) cuando el vino se convierte en vinagre. Generalmente, la fermentación produce la descomposición de sustancias orgánicas complejas en otras simples, gracias a una acción catalizada. Por ejemplo, debido a la acción de la diastasa, la cimasa y la invertasa, el almidón se descompone (hidroliza) en azúcares complejos, luego en azúcares simples y finalmente en alcohol. La glicerina, la propanona, el butanol y el ácido butírico se producen actualmente a escala comercial por procesos especiales de fermentación. Varios productos de fermentación de la leche como la lactobacilina, el kéfir y el yogur se consumen abundantemente debido a sus propiedades nutritivas.

Upload: l-c

Post on 11-Jun-2015

2.513 views

Category:

Documents


4 download

TRANSCRIPT

Page 1: fermentacion2004

Bioquímica I – Fermentación Alcohólica y Láctica

INTRODUCCIÓN

Fermentación, cambios químicos en las sustancias orgánicas producidos por la acción de las enzimas. Esta definición general incluye prácticamente todas las reacciones químicas de importancia fisiológica. Actualmente, los científicos suelen reservar dicha denominación para la acción de ciertas enzimas específicas, llamadas fermentos, producidas por organismos diminutos tales como el moho, las bacterias y la levadura. Por ejemplo, la lactasa, un fermento producido por una bacteria que se encuentra generalmente en la leche, hace que ésta se agrie, transformando la lactosa (azúcar de la leche) en ácido láctico. El tipo de fermentación más importante es la fermentación alcohólica, en donde la acción de la cimasa segregada por la levadura convierte los azúcares simples, como la glucosa y la fructosa, en alcohol etílico y dióxido de carbono. Hay otros muchos tipos de fermentación que se producen de forma natural, como la formación de ácido butanoico cuando la mantequilla se vuelve rancia, y de ácido etanoico (acético) cuando el vino se convierte en vinagre.

Generalmente, la fermentación produce la descomposición de sustancias orgánicas complejas en otras simples, gracias a una acción catalizada. Por ejemplo, debido a la acción de la diastasa, la cimasa y la invertasa, el almidón se descompone (hidroliza) en azúcares complejos, luego en azúcares simples y finalmente en alcohol.

La glicerina, la propanona, el butanol y el ácido butírico se producen actualmente a escala comercial por procesos especiales de fermentación. Varios productos de fermentación de la leche como la lactobacilina, el kéfir y el yogur se consumen abundantemente debido a sus propiedades nutritivas.

La acción de ciertas bacterias sobre los carbohidratos no digeridos produce la fermentación en el intestino humano. Como resultado, pueden producirse ciertos gases como el sulfhídrico y el dióxido de carbono en cantidades suficientes como para causar distensión y dolor. También pueden producirse ciertos ácidos como el láctico y el etanoico en los intestinos de los bebés, provocando diarreas.

FERMENTACION

Page 2: fermentacion2004

Bioquímica I – Fermentación Alcohólica y Láctica

Existen muchos tipos de fermentaciones pero en todas ellas sólo ocurre una oxidación parcial de los átomos de carbono del compuesto orgánico y por lo tanto sólo se produce una pequeña parte de la energía disponible.

La oxidación en una fermentación está acoplada a la reducción de un compuesto orgánico generado a partir del catabolismo del sustrato inicial, por lo que no son necesarios aceptores externos de electrones. El ATP en la fermentación se produce a partir de la fosforilación a nivel de sustrato. Como consecuencia de la no participación de un aceptor externo de electrones, el sustrato orgánico experimenta una serie de reacciones oxidativas y reductoras equilibradas; los piridín nucleótidos reducidos en un paso del proceso son oxidados en otro. Este principio general se ilustra en dos fermentaciones: la fermentación alcohólica (típica del metabolismo anaeróbico de la glucosa por levaduras) y la fermentación homoláctica (típica del metabolismo de algunas bacterias lácticas). Ambos procesos fermentativos utilizan la ruta Embden-Meyerhof: las dos moléculas de NAD reducidas por esta ruta se reoxidan en reacciones que implican un ulterior metabolismo del piruvato. En el caso de la fermentación homoláctica, esta oxidación ocurre como consecuencia directa de la reducción del ácido pirúvico a ácido láctico. En el caso de la fermentación alcohólica, el ácido pirúvico se descarboxila primero para formar acetaldehído y la reoxidación del NADH ocurre en paralelo con la reducción del acetaldehído para formar etanol.

Las bacterias pueden producir productos fermentativos finales distintos al ácido láctico y al etanol debido a las diferencias en el metabolismo del ácido pirúvico. Estos productos finales pueden ser ácido fórmico, 2,3 butanodiol, isopropanol, ácido butírico, butanol. La mayor parte de las fermentaciones bacterianas pueden originar varios productos finales, pero ninguna fermentación da lugar a todos los productos finales.

Resultados de la fermentación de la glucosa.

El resultado final de la glicolisis es el consumo de glucosa, la síntesis de 2 ATP y la producción de productos de fermentación. Para el organismo el producto más importante es el ATP y los productos de la fermentación son productos de desecho. Sin embargo, estos productos son muy importantes para el cervecero, panadero, quesero. La fermentación anaeróbica de glucosa por levaduras produce etanol que es el producto principal de las bebidas alcohólicas, y la producción de ácido láctico es el paso inicial en la producción de productos lácteos fermentados incluyendo el queso. Para los panaderos, la producción de CO2 por la fermentación de levaduras es el paso esencial en el esponjamiento del pan.

El efecto Pasteur

Se produce en microorganismos capaces de realizar metabolismo fermentador y respiración aerobia (anaerobios facultativos). En presencia de O2 utilizan la respiración aeróbica, pero pueden emplear la fermentación si no hay O2 libre en su medio ambiente. Pasteur fue el primero en observar que el azúcar es convertido en alcohol y CO2 por levaduras en ausencia de aire, y que en presencia de aire se forma muy poco o nada de alcohol, siendo el CO2 el principal producto final de esta reacción aeróbica. Este efecto indica el mayor rendimiento energético de la respiración sobre la fermentación.

TIPOS DE FERMENTADORES

El objetivo de la biotecnología es obtener productos metabólicos útiles a partir de materiales biológicos. La biotecnología comprende dos fases distintas: la fermentación

Page 3: fermentacion2004

Bioquímica I – Fermentación Alcohólica y Láctica

y la recuperación de los productos. Para el cultivo de microorganismos en condiciones óptimas, así como para la producción, por parte de los microorganismos, de los metabolitos o los enzimas deseados, deben ser desarrollados procedimientos de fermentación como son el desarrollo de cepas mediante manipulación genética y/o la regulación del metabolismo mediante la optimización del medio de cultivo así como el control adecuado de los factores físico-químicos que afectan al rendimiento de las fermentaciones industriales (02, Tª, pH, etc.). La recuperación del producto o "procesamiento posterior" (del inglés downstream processing) conlleva la extracción y purificación de los productos biológicos. La recuperación en los procesos bioquímicos difiere de la recuperación química, principalmente, en que los materiales biológicos son frecuentemente mucho más lábiles. Por lo tanto, la producción de productos metabólicos útiles a partir de microorganismos conlleva una íntima relación entre la Ciencia y la Tecnología. por un lado se deben desarrollar los microorganismos de interés industrial y por otro se debe asegurar que estos microorganismos puedan crecer en gran cantidad bajo aquellas condiciones que originen el mejor rendimiento posible del producto.

A simple vista uno puede pensar que aquellas condiciones que se han encontrado ser las más efectivas a pequeña escala deberían ser igual de efectivas a larga escala y que para conseguir este objetivo únicamente es necesario usar un recipiente mayor con el correspondiente incremento de volumen del medio. Nada más lejos de la realidad. Por ejemplo, se puede conseguir un buen crecimiento de un microorganismo aerobio en un matraz de 200 mL mediante agitación en un incubador usando un rotor de 300 w. Si nosotros simplemente ampliamos este sistema, un único fermentador de 10.000 litros requeriría un agitador con un motor de 15 megawatios. Dicho motor debería ser tan grande como una casa y el calor generado durante la agitación herviría a los microorganismos.

En líneas generales, un proceso típico de fermentación comienza con la formulación y esterilización del medio de cultivo así como la esterilización del equipamiento. Las células se crecen primero en un cultivo de mantenimiento (5 a 10 mL), posteriormente en un matraz (200 a 1.000 mL) y de ahí en un prefermentador (10 a 100 L) para finalmente inocular el fermentador de producción (1.000 a 100.000 L). Una vez que la fermentación se ha completado, las células se separan del cultivo líquido. Si el producto es intracelular, se rompen las células, se eliminan los restos celulares y se recupera el producto del fluido libre de restos celulares. Si el producto es extracelular, se purifica a partir del sobrenadante libre de células. Hasta ahora hemos visto el desarrollo de las cepas así como el diseño de los medios de cultivo. A continuación vamos a desarrollar los aspectos tecnológicos de las fermentaciones.

TIPOS DE FERMENTACIONES

1.- Fermentación discontinua

Page 4: fermentacion2004

Bioquímica I – Fermentación Alcohólica y Láctica

Una fermentación discontinua (en batch) puede ser considerada como un "sistema cerrado". Al inicio de la operación se añade la solución esterilizada de nutrientes y se inocula con el microorganismo, permitiendo que se lleve a cabo la incubación en condiciones óptimas de fermentación. A lo largo de toda la fermentación no se añade nada, excepto oxígeno (en forma de aire), un agente antiespumante y ácidos o bases para controlar el pH. La composición del medio de cultivo, la concentración de la biomasa y la concentración de metabolitos cambia generalmente como resultado del metabolismo de las células observándose las cuatro fases típicas de crecimiento: fase de latencia, fase logarítmica, fase estacionaria y fase de muerte.

En los procesos comerciales la fermentación frecuentemente se interrumpe al final de la fase logarítmica (metabolitos primarios) o antes de que comience la fase de muerte (metabolitos secundarios).

2.- Fermentación alimentada (fed-batch)

En los procesos convencionales discontinuos que acabamos de describir, todos los sustratos se añaden al principio de la fermentación. Una mejora del proceso cerrado discontinuo es la fermentación alimentada que se utiliza en la producción de sustancias como la penicilina. En los procesos alimentados, los sustratos se añaden escalonadamente a medida que progresa la fermentación. La formación de muchos metabolitos secundarios está sometida a represión catabólica (efecto glucosa). Por esta razón en el método alimentado los elementos críticos de la solución de nutrientes se añaden en pequeñas concentraciones al principio de la fermentación y continuan añadiéndose a pequeñas dosis durante la fase de producción.

3.- Fermentación continua

En la fermentación continua se establece un sistema abierto. La solución nutritiva estéril se añade continuamente al biorreactor y una cantidad equivalente de solución utilizada de los nutrientes, con los microorganismos, se saca simultáneamente del sistema.

El objetivo fundamental de la industria de las fermentaciones es minimizar costes e incrementar los rendimientos. Este objetivo puede alcanzarse si se desarrolla el tipo de fermentación más adecuado para cada paso en particular. Si bien los procesos de fermentación continua no se utilizan de forma general en la industria, debido fundamentalmente al mayor nivel de experiencia que se tiene en el crecimiento de células en fermentación discontinua, el coste de producción de biomasa mediante cultivo continuo es potencialmente inferior al de cultivo discontinuo. De este modo se han instalado plantas de producción para la producción continua de proteína de origen unicelular a partir de n-alcanos, compuestos C1 y almidones.

Aunque muchas fermentaciones para la producción de metabolitos funcionan bien como procesos continuos, sólo unos pocos procesos han resultado útiles para la aplicación práctica por varias razones:

a.- Muchos métodos de laboratorio operan continuamente durante solamente 20 a 200 horas; para que sea de utilidad industrial el sistema debe ser estable durante al menos 500 a 1.000 horas.

b.- Mantener las condiciones estériles a escala industrial a lo largo de un largo período de tiempo es difícil.

Page 5: fermentacion2004

Bioquímica I – Fermentación Alcohólica y Láctica

c.- La composición de los sustratos debe ser constante a fin de obtener una producción máxima. La composición de las soluciones de nutrientes industriales son variables (líquido de maceración del maiz, peptona, etc.) lo que puede originar cambios en la fisiología de la célula y disminuir la productividad.

d.- Cuando se utilizan cepas de alto rendimiento se producen mutantes degenerados, los cuales pueden crecer en cultivo continuo más deprisa que las cepas de producción por lo que el rendimiento disminuye con el tiempo ya que cada vez son menos células las que sintetizan el producto de interés.

4.- Reactores de enzimas o células inmovilizadas

Consiste en pasar el medio fresco a través de un biorreactor en el que por diversas técnicas hemos inmovilizado células (o enzimas). En el biorreactor se producen las transformaciones bioquímicas que deseamos y recuperamos el producto transformado tras su paso por la columna. Con este sistema se eliminan los problemas de desequilibrio (estabilidad) del sistema continuo clásico y además el producto resultante está libre de células. Presenta el inconveniente de que no todos los microorganismos pueden inmovilizarse.

Existen tres métodos de inmovilizar las células:

a.- Asociación física mediante resinas de intercambio iónico. La unión se puede romper fácilmente.

b.- Unión covalente mediante glutaraldehido, tolueno, di-isocianato, iodo acetil celulosa. Unión fuerte aunque inactivación.

c.- Atrapamiento mediante colágeno, gelatina, agar, alginatos, poliacrilamida, poliestireno. Es el método más utilizado en inmovilización de células; para ello se mezclan las células con el polisacárido líquido y posteriormente se deja enfriar para que solidifique. Finalmente se fragmenta o granula y se empaqueta en una columna.

FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA Y FERMENTACIÓN LÁCTICA

Page 6: fermentacion2004

Bioquímica I – Fermentación Alcohólica y Láctica

En condiciones de ausencia de oxígeno (anaerobias), la fermentación responde a la necesidad de la célula de generar la molécula de NAD+, que ha sido consumida en el proceso energético de la glicolisis. En la glicolisis la célula transforma y oxida la glucosa en un compuesto de tres átomos de carbono, el ácido pirúvico, obteniendo dos moléculas de ATP; sin embargo, en este proceso se emplean dos moléculas de NAD+ que actúan como aceptores de electrones y pasan a la forma NADH. Para que puedan tener lugar las reacciones de la glicolisis que producen energía es necesario restablecer el NAD+ por otra reacción. Los dos tipos de fermentación que se ilustran aquí son particularmente importantes ya que, sus subproductos –ácido láctico en el primer caso y etanol en el segundo-, son utilizados en la industria alimentaria. La fermentación láctica también se verifica en el tejido muscular cuando, a causa de una intensa actividad motora, no se produce una aportación adecuada de oxígeno que permita el desarrollo de la respiración celular.

RENDIMIENTO ENERGÉTICO DE LAS FERMENTACIONES

   

FERMENTACIÓN LÁCTICA FERMENTACIÓN ALCOHÓLICAC6H1206 + 2ADP + 2Pi

2C3H603 + 2ATP + 2H2O

C6H1206 + 2ADP + 2Pi

2C2H50H + 2ATP + 2CO2

G0' = - 47 Kcal./mol G0' = - 56.3 Kcal./mol     

Rendimiento energético (Cond. estándar):

(14.6/47.0)x100   =  31%

Rendimiento energético (Cond. estándar):

(14.6/56)x100  =  26%    

Page 7: fermentacion2004

Bioquímica I – Fermentación Alcohólica y Láctica

Fermentación LácticaFermentación láctica se llama al proceso celular donde se utiliza glucosa para obtener energía y donde el producto de desecho es el ácido láctico.

Este proceso lo realizan muchas bacterias (llamadas bacterias lácticas), algunos protozoos y ocurre en el músculo esquelético humano. Este fenómeno es el implicado en la producción de sustancias lácteas acidificadas como por ejemplo yogurt, quesos, crema ácida, etc.

Piruvato + NADH + H+-------> ácido láctico + NAD+

Se produce en muchas bacterias (bacterias lácticas), también en algunos protozoos y en el músculo esquelético humano. Es responsable de la producción de productos lácteos acidificados ---> yogurt, quesos, cuajada, crema ácida, etc. El ácido láctico tiene excelentes propiedades conservantes de los alimentos.

PRODUCCIÓN INDUSTRIAL DE PRODUCTOS LÁCTEOS

Page 8: fermentacion2004

Bioquímica I – Fermentación Alcohólica y Láctica

LAS BACTERIAS DEL ÁCIDO LÁCTICO

La fermentación ha sido, durante varios miles de años, una importante forma de conservación de los alimentos. El crecimiento microbiano, tanto de poblaciones naturales como de poblaciones inoculadas, causa cambios químicos, de textura o ambos, en los alimentos de tal manera que el producto final puede almacenarse durante un período de tiempo prolongado. El proceso de la fermentación también se emplea para crear nuevos olores y sabores agradables para los alimentos.

Todas las bacterias del ácido láctico fermentan diversos azúcares produciendo ácido láctico en cantidades suficientemente elevadas como para inhibir o matar a la mayoría de los otros microorganismos. Pero, con unas pocas excepciones que incluyen algunos estreptococos, las bacterias del ácido láctico son inócuas para la especie humana y además, sus productos metabólicos tienen un sabor agradable. Estas propiedades nos permiten utilizar las bacterias del ácido láctico para preparar y conservar alimentos. Los alimentos deben contener suficiente cantidad de azúcares para que las bacterias del ácido láctico produzcan cantidades inhibitorias de dicho ácido (la mayoría de los materiales vegetales y productos lácteos las tienen). Además, debe excluirse el aire para que los microorganismos aerobios, que metabolizan más rápidamente, no puedan utilizar el azúcar antes que las bacterias del ácido láctico tengan la posibilidad de desarrollarse. Generalmente no es necesario añadir bacterias del ácido láctico a los alimentos ya que la mayoría de los productos vegetales y lácteos contienen una población natural adecuada, salvo que hayan sido sometidos al proceso de pasteurización.

Orla Jensen en 1920 clasificó las bacterias lácticas, atendiendo a sus características bioquímicas, en dos grupos:

A.- HomofermentativasB.- Heterofermentativas

Las vías metabólicas que utilizan para degradar la glucosa son diferentes. Los fermentadores homolácticos utilizan la vía glucolítica y reducen directamente casi todo el piruvato a lactato gracias al enzima lactato deshidrogenasa. Los fermentadores heterolácticos utilizan la vía de la fosfocetolasa convirtiendo la glucosa en D-lactato, etanol o acético y CO2.

PRODUCTOS LÁCTEOS

Page 9: fermentacion2004

Bioquímica I – Fermentación Alcohólica y Láctica

La leche fermentada tiene aromas y sabores diferentes dependiendo de las condiciones de incubación y del inóculo microbiano utilizado. Todos los productos lácteos fermentados derivan de técnicas de fabricación similares, en las que el ácido producido mediante actividad microbiana provoca la desnaturalización de las proteínas. Para llevar a cabo este proceso suele inocularse la leche con el cultivo iniciador (starter) deseado, se incuba a la temperatura óptima y a continuación se detiene el crecimiento microbiano mediante enfriamiento.

Los cultivos de especies de Lactobacillus y de Lactococcus lactis se utilizan para conferir aroma y para la producción de ácido. El organismo Lactococcus lactis subespecie diacetilactis convierte el citrato de la leche a diacetilo, lo que proporciona un especial sabor mantecoso al producto acabado. El cultivo de este microorganismo con leche desnatada produce suero de leche cultivado; y si se utiliza crema completa, el resultado es la crema agria.

El yogur es producido por un cultivo iniciador especial en el que están presentes dos bacterias principales en una proporción 1:1, Streptococcus termophilus y Lactobacillus bulgaricus. Cuando estos organismos crecen a la vez, Streptococcus produce ácido mientras que los componentes del aroma son formados por Lactobacillus. El yogur recién preparado contiene 109 bacterias por gramo. La leche con acidófilos se produce utilizando Lactobacillus acidophilus.

QUESO

El queso es uno de los alimentos más antiguos consumidos por el ser humano ya que se cree que se desarrolló hace 8000 años en los países cálidos del Mediterraneo Oriental. Las tribus nómadas de estos países transportaban la leche en recipientes fabricados con piel de animales, estómagos, vejigas, etc. A temperatura ambiente la leche se acidifica rápidamente, separándose en cuajada y suero. El suero proporcionaba una bebida refrescante, mientras que la cuajada constituía una masa firme que podía consumirse directamente o conservarse durante períodos más largos. Probablemente esta fermentación natural de la leche evolucionó en dos sentidos: de un lado hacia la producción de las leches fermentadas líquidas como el yogur y, de otro lado, mediante el desuerado a través de paños o de recipientes perforados, hacia cuajadas sólidas que podían salarse y mantenerse períodos más prolongados. De esta forma se conservaba gran parte del valor nutritivo de la leche, permitiendo su utilización en épocas de escasez de leche líquida. Con el tiempo se comprobó que la secreción del estómago de rumiantes jóvenes tenía la capacidad de coagular la leche, conduciendo este hecho a la posterior utilización del cuajo para elaborar el queso.

En la actualidad se producen, en todo el mundo, unas 2000 variedades diferentes de quesos que representan aproximadamente 20 tipos generales que con frecuencia se clasifican en función de la textura o la dureza:

Blandos, no madurados: Requesón, Queso de nata, Mozzarella. (Queso de Burgos)Blandos, madurados: Brie, Camembert. (Tortas del Casar)Semiblandos: Azul, Brick, Limburger, Monterey, Muenster, Roquefort. (Cabrales)Duros, madurados: Cheddar, Colby, Edam, Gouda, Suizo. (Manchego)Muy duros, madurados: Parmesano.

La obtención del queso, que es principalmente un proceso microbiológico, se realiza en dos etapas: el cuajado y la maduración.

Page 10: fermentacion2004

Bioquímica I – Fermentación Alcohólica y Láctica

El cuajado es la conversión de la leche en una masa sólida, la cuajada. La fracción protéica, la caseína, se precipita arrastrando con ella la grasa. La fracción líquida, el suero, se elimina. El cuajado se realiza permitiendo que se desarrollen las bacterias lácticas (el ácido láctico que producen desnaturaliza la caseína y en consecuencia se produce su precipitación) o también añadiendo renina, un enzima que se extrae del estómago de los terneros, pero que en la actualidad es producida por microorganismos modificados genéticamente. Una vez que se ha formado el coágulo, se calienta y se exprime para eliminar la porción acuosa de la leche (suero), se sala y a continuación se somete a un proceso de maduración salvo en el caso de los quesos blandos no madurados. El coágulo de la leche puede envasarse para su maduración con o sin microorganismos adicionales.

La maduración es un proceso complejo desde un punto de vista microbiológico y bioquímico. Algunos de los cambios se producen como consecuencia de los compuestos aromáticos producidos por los microorganismos. Por ejemplo, el queso Emmenthal tiene un sabor a nueces y presenta agujeros debido a que Propionibacterium interviene en la maduración. Este microorganismo fermenta el ácido láctico, obtenido en la fermentación de la lactosa por las bacterias lácticas, formando ácido propiónico, ácido acético y dióxido de carbono como productos finales. Los dos productos ácidos de la fermentación contribuyen al aroma especial del queso Emmenthal, y el tercer producto, el CO2, produce sus agujeros característicos. Otros cambios durante la maduración se deben a cambios en las proteínas de la leche, que son hidrolizadas originándose una mezcla de pequeños péptidos solubles y aminoácidos. En general, cuanto mayor sea la hidrólisis más blando será el queso. En los quesos duros, como el Cheddar y el Emmenthal, tan sólo se hidrolizan una cuarta parte de las proteínas hasta productos solubles. En los quesos blandos, como el Camembert o el Brie, se hidrolizan casi todas las proteínas.

RENINA

El cuajo (Rennet) se ha utilizado durante generaciones como enzima coagulante de la leche. Se extrae del cuarto estómago de terneros de 3-4 semanas que han sido criados con leche. El enzima purificado se denomina renina, quimasa o quimiosina. La quimiosina se sintetiza como un precursor de 381 residuos llamado preproquimiosina, el cual es procesado durante la secreción a una molécula de 365 residuos, proquimiosina que no tiene actividad enzimática. Sin embargo, a pH bajos se lleva a cabo una proteolisis catalítica que la convierte en un enzima proteolítico de 323 residuos, quimiosina. La quimiosina en el cuajo es en realidad una mezcla de proquimiosina y quimiosina.

Para explicar la acción de la quimiosina debemos describir primero la estructura de las micelas de caseína. El término caseína engloba a una familia de proteínas que se encuentran en la leche en una concentración aproximada de 25 g/l. Los mayores constituyentes son las , , -caseínas. Las y tienen un peso molecular de 24 KDa y la -caseína de 19 KDa. La -caseína contiene 8 residuos de fosfoserina, la -caseína 5 y la -caseína 1 aunque ésta es una glicoproteína. Las caseínas forman complejos llamados submicelas de caseína. En la leche estas submicelas están unidas por agregados de fosfato cálcico formando las micelas de caseína. Los agregados de fosfato cálcico interaccionan con los residuos de fosfoserina originando las micelas de caseína. La porción hidrofóbica amino-terminal de la -caseína se coloca dentro de la micela. La porción hidrofílica de la molécula se proyecta hacia el exterior de la superficie evitando que las micelas formen agregados.

Page 11: fermentacion2004

Bioquímica I – Fermentación Alcohólica y Láctica

La -caseína es una proteína de 169 residuos. A pH 6,6 (el pH de la leche) la quimiosina rompe específicamente la unión entre el resíduo 105 de fenilalanina y el 106 de metionina, eliminando de la micela el polipéptido glicosilado (residuos 106-169). En presencia de iones calcio, las micelas modificadas se agregan formando una red tridimensional llamada paracaseína. Este es el proceso que se denomina cuajado de la leche, que es el primer paso en la producción de queso.

Debido al aumento de producción de queso y a la escasez de terneras sacrificadas, a partir de 1960 se realizó una intensa investigación para desarrollar renina de origen microbiano. A partir de 1965 se empezó a utilizar renina microbiana en lugar de renina de ternera. Principalmente de los hongos Endothia parasitica, Mucor miehei y Mucor pusillus. Sin embargo, las reninas microbianas son demasiado estables a la temperatura, permaneciendo activas en el cuajo después de la precipitación y originando subsecuentemente una proteolisis perjudicial obteniéndose unos quesos con sabor y consistencia peores que los preparados con renina de ternera. Como consecuencia de este fracaso los precios de la renina de ternera se dispararon. A nivel mundial, la industria láctea se gasta más de 110 millones de euros al año en quimiosina. Por consiguiente, rápidamente se empezó a investigar la clonación del gen de la renina de ternera en microorganismos. El 23 de Marzo de 1990 la FDA americana aprobó el uso, en productos lácteos, de quimiosina bovina producida en Escherichia coli mediante ingeniería genética. La quimiosina se convirtió en la primera proteína recombinante aprobada para consumo humano. En la actualidad se utiliza Trichoderma reesei, ya que no produce cuerpos de inclusión y es más fácil su recuperación.

ELABORACIÓN DE LA LECHE

La leche para su consumo pasa por una serie de procesos,que básicamente son:

Filtración: Para eliminar todas las impurezas de gran tamaño. Desaireación: Eliminación de gases ocluidos que pueden ser portadores de

olor a establo. Normalización: Ajuste del contenido en grasa de la leche,para obtener los

distintos tipos de leche: o Entera. o Semidesnatada. o Desnatada.

Homogeneización: Reducción en el tamaño del glóbulo de grasa,para evitar que se agregue en el calentamiento y para facilitar su mejor digestión.

Conservación

Existen diferentes clases de leche según el tratamiento de conservación a que ha sido sometida la leche fresca.La leche es un alimento muy rico nutritivamente hablando,por lo que se contamina con gran facilidad.Esta flora bacteriana va a descomponer la lactosa en ácido láctico,tomando sabor ácido,poco después se coagula separándose en dos partes,una sólido,el coagulo y otra líquida,el suero.Estos microorganismos se encuentran en los lugares donde se manipula la leche,por lo que se aplican diferentes métodos de conservación,basados en la aplicación de calor.

Leche natural o cruda: Es la leche que no ha sido sometida a ningún tratamiento.No debe consumirse sin ser hervida, puede estar contaminada por bacterias patógenas que nos provocarían una infección.

Page 12: fermentacion2004

Bioquímica I – Fermentación Alcohólica y Láctica

Leche certificada cruda: Procede de ganaderías diplomadas, es decir, de sanidad comprobada, los procesos de producción, obtención, envasado y distribución están sometidos a un riguroso control sanitario oficial, que garantiza el valor nutritivo y la inocuidad del producto.

Leche hervida: La ebullición a una temperatura aproximada de 100 C,va a cambiar su sabor, pero consigue unas garantías higiénicas.Se debe distinguir la "subida" de la leche del verdadero hervido, la leche sube a unos 80 C y se forma una película sobre la superficie que está producida por la coagulación de la lactoalbúmina,para el verdadero hervido debe mantenerse como mínimo unos minutos.Se recomienda tapar la leche después de hervir, enfriar rápidamente y guardar en el frigorífico.

Leche pasteurizada: Es la leche sometida a la acción del calor,a una temperatura de 70 - 75 C durante 15 sg. y después a un enfriado rápido y al envasado.Se produce a la pasteurización calentando la leche uniformemente en flujo continuo.Se refrigera a no más de 4 C y se envasa en recipientes limpios.De este modo se destruyen casi la totalidad de los microorganismos pero no sus esporos.Tiene una conservación de tres - cuatro días, conservada en frigorífico a 0 - 3 C.Es la que llamamos "leche del día".Sus propiedades nutritivas y su sabor son prácticamente iguales al de la leche natural.En todos los envases de leche pasteurizada debe figurar la fecha de caducidad,pasada la cual debe ser rechazada.Generalmente la leche pasteurizada es también homogeneizada.Esto significa que ha sido sometida a un proceso por el cual disminuyen el tamaño de los glóbulos de grasa,consiguiendo una emulsión más perfecta,para que no suban los glóbulos de grasa a la superficie.

Leche esterilizada: El tratamiento térmico supera la temperatura de ebullición.Normalmente 110 - 115 C durante 15 minutos.Se destruyen todos los microorganismos,incluidos los esporos.Este tipo de leche,se conserva seis meses a temperatura ambiente.Se producen cambios en las cualidades nutritivas: se alteran las proteínas,hay pérdidas de vitaminas y se altera su sabor (caramelización de la lactosa).Sus cualidades higiénicas son muy buenas.Se debe comprobar la fecha del envasado.

Leche U.H.T.: (Ultra High Temperature).Sometida a un tratamiento por calor,llamado "alto-corto".Se llegan a alcanzar temperaturas de 150 C durante 1-2 seg.A continuación enfriada y envasada en condiciones asépticas.No hay prácticamente alteraciones nutritivas ni del sabor.

Clasificación según su contenido en grasa

Independientemente de los procesos de conservación que hemos visto anteriormente,las leches se pueden presentar en el mercado en sus variedades:

Entera: conserva toda su grasa,como mínimo 3'2%. Semidesnatada: conserva parcialmente su grasa,como mínimo 1'5% y como

máximo 1'8% de M.G. La eliminación de la materia grasa es aproximadamente de la mitad.

Desnatada: no contiene grasa,como mínimo 0'3%.Se le extraen la casi totalidad de sus lípidos,pero conserva sus proteínas,lactosa y calcio,aunque no sus vitaminas liposolubles.

Leche vegetal: resulta de añadir grasa vegetal a la leche previamente desnatada.

Page 13: fermentacion2004

Bioquímica I – Fermentación Alcohólica y Láctica

Otros tipos de leche

Leche evaporada: es la leche a la que se le ha quitado parte del agua,por evaporación,hasta dejarla reducida a la mitad de su volumen original.No lleva azúcar y a veces se presenta desnatada.La simple adición de agua proporciona la leche original.Su duración en envase metálico puede ser de hasta tres años.

Leche condensada: es una leche evaporada a la que se añade un peso igual de azúcar.El 50% de su peso,es sacarosa.Se presenta en el mercado en botes metálicos donde se conserva por muy largo tiempo.Incluso una vez abiertos muestran una buena conservación,debido a su porcentaje en azúcar,que a esas concentraciones actúa como conservador.

Leche modificada: es la leche a la cual se le modifica su valor nutritivo para conseguir un fin determinado.

Leche malteada: se obtiene mezclando leche entera con azúcar y harinas malteadas.Es estimada como alimento energético.

Leche fermentada: constituye un grupo especial entre las leches modificadas,es el producto resultante de una fermentación no tóxica.Según sea el origen de la leche y la bacteria responsable de la fermentación,se obtienen una serie de productos de diferentes sabores,típicos de cada país.

o Yogur: en España lo tenemos como representante de ese tipo de leche. o Kéfir: leche fermentada por una flora compleja que contiene levaduras

(tipo Saccharomyces),fabricada sobre todo en los países del este europeo.Se produce anhídrido carbónico y una pequeña cantidad de alcohol (menos del 1%).

Page 14: fermentacion2004

Bioquímica I – Fermentación Alcohólica y Láctica

Fermentación alcohólica

1. Dos reacciones sucesivas:piruvato --------> acetaldehído + CO2 2. acetaldehído + NADH +H+ -------> etanol + NAD+

Se lo encuentra en levaduras, otros hongos y algunas bacterias. La fermentación alcohólica es la base de las siguientes aplicaciones en la alimentación humana: pan, cerveza, vino y otras.

Page 15: fermentacion2004

Bioquímica I – Fermentación Alcohólica y Láctica

FERMENTACIONES INDUSTRIALES POR PRODUCCION DE COMPUESTOS ORGANICOS

Elaboración del Vino

Vino, término que se aplica a una bebida alcohólica elaborada por fermentación del jugo, fresco o concentrado, de frutas o bayas. La mayor parte del vino, sin embargo, se obtiene por fermentación del jugo de uvas frescas y el término, a falta de más aclaraciones, se entiende que responde a esta segunda definición. La graduación de los vinos varía entre un 7 y un 16% de alcohol por volumen; la mayoría de los vinos embotellados tienen entre 10 y 14 grados. Los vinos dulces tienen entre un 15 y 22% de alcohol por volumen.

Bodega de vinoUn trabajador cataloga el vino contenido en uno de los barriles, anotando la cantidad, tipo de uva y fecha de encubado.

Principales características del vino

Page 16: fermentacion2004

Bioquímica I – Fermentación Alcohólica y Láctica

1.- Acidez Sensación áspera y en cierto modo amarga de los vinos debida a la presencia de diversos ácidos orgánicos. La acidez depende de una serie de factores, entre los que se incluyen la variedad de uva y los ácidos que proceden de ella como el tartárico, málico y cítrico; y la fermentación, que origina principalmente los ácidos succínico, láctico y acético. Cierta cantidad de acidez es esencial para proporcionar sensación de frescura y ligereza en los vinos jóvenes.

2.-Cuerpo Los vinos tintos producen una sensación de plenitud en la boca, de intensidad y complejidad al paladar. Debido a estas características y a un equilibrio correcto, se dice de ellos que poseen “cuerpo”, al contrario de los vinos blancos y rosados que son más ligeros.

3.-Aromas Los aromas propios de la uva con la que se elabora un vino se denominan primarios. Los secundarios aparecen en el curso de la fermentación. Los terciarios se desarrollan a lo largo del proceso de crianza y en la evolución del vino en botella (bouquet).

4.-Afrutado Aroma y sabor más común en vinos jóvenes que puede recordar las características propias de la uva de la que proceden (vinos varietales) o a otros frutos como melocotón, cereza, plátano o grosella.

5.-Crianza en madera Presencia de aromas y sabores en el vino envejecido en barricas de madera de roble, abeto o castaño. Su intensidad varía en función de la madera empleada (la más apreciada es la de roble) así como del tiempo que permanece en contacto con ésta. El uso de la madera en el envejecimiento de los vinos varía en función de la zona de producción, con resultados característicos propios muy bien definidos.

6.-Contenido en azúcares Cantidad de azúcares presente en el vino, determinada principalmente por el tipo y el grado de maduración de las uvas empleadas en su elaboración, así como por la duración del proceso de fermentación. Las uvas más maduras presentan mayor contenido de azúcares. Para elaborar vinos dulces se reduce el proceso de fermentación con el fin de evitar que todos los azúcares presentes en el mosto se conviertan en alcohol. Los vinos conocidos como “secos” sufren un periodo de fermentación más largo hasta que su contenido en azúcares residuales es muy bajo.

7.-Taninos Sustancias orgánicas de sabor astringente que proceden de los compuestos químicos presentes en el hollejo y la pepita de la uva y, en el caso de los vinos tintos, de la madera de roble utilizada en la crianza. Los taninos actúan como un conservante natural, permitiendo a los vinos envejecer durante largos periodos de tiempo sin perder sus cualidades.

8.-AñadaAño en que se vendimian las uvas empleadas para elaborar un determinado vino. Algunos son célebres por haber dado una cosecha excelente y los vinos que se elaboran con estas uvas son de una calidad superior a aquellos que proceden de uvas de vendimias consideradas normales. En cada zona vitivinícola la clasificación de añada es diferente debido principalmente a factores climáticos y de producción.

Complejidades del Vino

Page 17: fermentacion2004

Bioquímica I – Fermentación Alcohólica y Láctica

Cabe decir que el vino es el más complejo de los productos agrícolas. Ningún otro es capaz de expresar tantos matices sensualmente palpables. Estos son consecuencia de muchos factores, fundamentalmente del tipo de suelo, las condiciones climatológicas, la variedad de uva o viña empleadas y las prácticas vinícolas aplicadas.

Producción

Para elaborar vino blanco de calidad se usan las llamadas prensas neumáticas que ejercen una presión más débil y mejor repartida sobre el orujo. El vino de mesa, por el contrario, suele prensarse en prensas continuas de mayor rendimiento. El resultado de la presión sobre el orujo es esta pasta, que se observa en la fotografía, que se destina a las industrias derivadas de la vinificación, como las dedicadas a la elaboración de aguardientes, aceite de pepita de uva o a la fabricación de abonos.

Industrias derivadas de la vinificación Para elaborar vino blanco de calidad se usan las llamadas prensas neumáticas que ejercen una presión más débil y mejor repartida sobre el orujo. El vino de mesa, por el contrario, suele prensarse en prensas continuas de mayor rendimiento. El resultado de la presión sobre el orujo es esta pasta, que se observa en la fotografía, que se destina a las industrias derivadas de la vinificación, como las dedicadas a la elaboración de aguardientes, aceite de pepita de uva o a la fabricación de abonos. El principio que guía la elaboración del vino es sencillo. Las uvas recién recogidas son prensadas para que liberen su zumo (llamado mosto), que es rico en azúcares fermentables. Las levaduras transportadas por el aire, o la adición de levaduras seleccionadas al mosto, provocan la fermentación de éste. Los principales productos de la fermentación son alcohol etílico y dióxido de carbono. Este último es liberado en forma de gas. La fermentación se interrumpe normalmente cuando todos los azúcares fermentables han sido transformados en alcohol y dióxido de carbono, o cuando la concentración del primero supera la tolerancia de las levaduras. El mosto es ahora vino.

Prensa móvil En la bodega de la imagen, los depósitos de fermentación se encuentran en el piso de arriba. La prensa móvil recoge el orujo mezclado todavía con vino procedente del descube para conseguir el llamado "vino de prensa", de inferior calidad que el obtenido sólo por escurrido o trasiego después de la fermentación. Existen, no obstante, muchas variantes de este proceso. Las principales entran en juego para producir vinos blanco, tinto y rosado, vinos espumosos y vinos dulces. Otras variantes se usan para mejorar la calidad de los vinos anteriormente mencionados.

Page 18: fermentacion2004

Bioquímica I – Fermentación Alcohólica y Láctica

Remontado Durante la fermentación de los vinos tintos, todos los días se realiza un proceso llamado remontado. La finalidad de este sencillo pero esencial paso en la vinificación en tintos es homogeneizar el hollejo con el mosto o vino en fermentación, disolviendo el "sombrero" que se forma por el gas carbónico desprendido. Para ello, se usa una bomba de remontado que saca el vino por la válvula inferior y lo eleva por una tubería hasta la boca del depósito. El jugo de la mayoría de las uvas, incluido el de la mayoría de las uvas rojas, es incoloro. Las uvas blancas se prensan inmediatamente después de su recogida o vendimia y el jugo se separa de la piel antes de la fermentación para obtener vino blanco. (Tratadas de igual modo, la mayoría de las uvas rojas también producen vino blanco; esta técnica para producir vino blanco a partir de uvas rojas es muy empleada, por ejemplo, en la región de Champaña, Francia. Por el contrario, no es posible hacer vino tinto con uvas blancas).

Raspón En la elaboración de vinos tintos una de las fases por las que pasa la vendimia es el despalillado. Consiste en separar los granos de uva del raspón o escobajo con la finalidad de aumentar la suavidad y calidad del futuro vino. Como todos los subproductos de la vid, puede tener usos en licorería o agrarios.Cortesía de Marta Arranz Basagoiti Para hacer vino tinto, las uvas rojas se aplastan y el mosto pasa parte o la totalidad del periodo de fermentación y, en muchos casos, un periodo de maceración previo o posterior a la fermentación, en contacto con las pieles u hollejos. Toda la materia colorante, además de múltiples compuestos saborizantes y taninos, se encuentran en los hollejos de las uvas y la fermentación y maceración se encargan de liberarlos. Esta liberación se intensifica a menudo por técnicas de activación mecánica (remontado), o batido (bazuqueado), durante estos periodos.

Page 19: fermentacion2004

Bioquímica I – Fermentación Alcohólica y Láctica

Vendimia tinta Cuando la vendimia tinta llega a la bodega, se vierte en la tolva, se pesa y se conduce a la despalilladora para eliminar el raspón. Después, se encuba en el depósito de fermentación. El vino rosado suele hacerse empleando uvas rojas que sólo permanecen en contacto con los hollejos durante un breve periodo de tiempo. Con menor frecuencia se obtiene mezclando vinos tinto y blanco.

Descube El proceso de descube consiste en vaciar los depósitos de fermentación, una vez que ésta se da por concluida, y conducir el vino a otros recipientes. El orujo restante se prensa antes de seguir su proceso de evolución para producir el llamado "vino de prensa" considerado de calidad inferior.

Primera fase del descube En esta imagen, se puede ver la primera fase del descube. Se abre una válvula para que el líquido salga poco a poco. Una vez finalizado, se abre la compuerta y se saca el orujo que se conducirá a las prensas.

Segunda fase del descube En la imagen podemos ver el momento en el que se abre, con ayuda de una palanca, la puerta del depósito tras la extracción del líquido o "vino de yema".

Page 20: fermentacion2004

Bioquímica I – Fermentación Alcohólica y Láctica

Primera fase del descubeEn esta imagen, se puede ver la primera fase del descube. Se abre una válvula para que el líquido salga poco a poco. Una vez finalizado, se abre la compuerta y se saca el orujo que se conducirá a las prensas.

Segunda fase del descube

En la imagen podemos ver el momento en el que se abre, con ayuda de una palanca, la puerta del depósito tras la extracción del líquido o "vino de yema".

El vino espumoso (el que contiene dióxido de carbono disuelto, que se libera en forma de burbujas cuando se abre la botella) se elabora siguiendo una serie de métodos diferentes. El más barato y simple es la carbonatación, una técnica muy utilizada en la fabricación de bebidas refrescantes: se bombea dióxido de carbono en el vino, que se embotella a presión. El más primitivo es el embotellado del vino antes de finalizar la fermentación (se practica en algunas partes de Francia, donde es conocido como el méthode ancestrale o rurale), y produce un vino ligeramente espumoso, a veces ligeramente dulce, con sedimento.

Champagne, Francia Los viñedos de Champagne, en el noreste de Francia producen el vino espumoso más famoso del mundo. Su invención se atribuye a Dom Pérignon, un monje francés. Hoy en día, ningún vino elaborado fuera de la región tiene derecho a la denominación de Champagne.Leo de Wys, Inc./Jean Paul Nacivet

Page 21: fermentacion2004

Bioquímica I – Fermentación Alcohólica y Láctica

Todos los demás métodos empleados para producir vino espumoso implican una fermentación secundaria. Se añade azúcar y levadura (llamado licor de expedición) a un vino base para producir una nueva fermentación en algún tipo de recipiente hermético. Esto puede hacerse en un tanque (método de Charmat), y posteriormente el vino se embotella a presión; o en una serie de tanques (método continuo). También puede hacerse en botella, cuyo contenido es transferido a un tanque y filtrado antes de proceder a su embotellado definitivo (método de transferencia). El método más caro y laborioso es el método champañés (conocido también como método tradicional o clásico), en el cual la segunda fermentación tiene lugar en una botella, normalmente en un entorno fresco y con un periodo de almacenamiento posterior a la fermentación. El sedimento del vino es impulsado hacia el cuello de la botella de donde (tras pasar las botellas invertidas a través de una solución congeladora) es expulsado en forma de una pella congelada (o degüello). Los mejores vinos espumosos del mundo, incluyendo todos los champañas, se elaboran siguiendo el método champañés. En España se conoce con el nombre de cava al vino espumoso elaborado por este método, según la reglamentación de vinos espumosos. Fue la familia Raventós quien introdujo, en San Sadurní de Noya (Barcelona), la fabricación de estos vinos al estilo champañés. En 1900 comenzó la producción industrial de la masía Codorníu, regentada por esta familia y, a partir de entonces, otros comerciantes del Penedés empezaron a fabricar cava.

Los vinos dulces, por lo general, se elaboran añadiendo licor de alta graduación (normalmente brandy) al mosto o al vino parcialmente fermentado. El licor impide o interrumpe la fermentación, estabilizando así el vino. Cuando se añade licor al mosto no fermentado (como en el Pineau des Charentes o los Muscat Vins de Liqueur franceses, o los Mistelas españoles) el vino resultante es muy dulce; si se endulzan vinos parcialmente fermentados (como ocurre con el Oporto y los Vins Doux Naturels franceses), se obtiene también un vino dulce. Cuando se añade a vinos totalmente fermentados (como es el caso del jerez español), se obtiene un vino seco, aunque éste puede ser también endulzado por otros métodos. Las principales variantes de los métodos de mejora de la calidad de los vinos comprenden estratagemas de control de la temperatura, la manipulación física, la adición de productos, el tipo de depósito y el sistema de almacenamiento.

La temperatura, en especial la temperatura de fermentación, es una variable importante. La mayoría de los vinos blancos se fermentan hoy en frío empleando algún tipo de refrigeración para preservar su frescura y su aroma. Los vinos tintos, por el contrario, se hacen fermentar a temperaturas más elevadas, a menudo a la temperatura ambiente de la época de la vendimia. Se cree que las temperaturas óptimas de fermentación se encuentran entre los 9 y los 18 °C en el caso de los vinos blancos, y entre los 20 y los 30 °C en el de los tintos. La refrigeración se usa también para estabilizar los vinos antes del embotellado.

En general, cuanto menos se mueva físicamente el vino, mayor será su calidad. Con todo, entre las manipulaciones de mejora de la calidad, hay que incluir las diversas formas de maceración que se aplican a los vinos tintos para darles color, sabor y contenido en taninos (en ocasiones se hace lo contrario: los vinos tintos ligeros, afrutados, se producen a menudo por fermentación de la uva entera, también llamada maceración carbónica, en la que las uvas rojas no son ni aplastadas ni maceradas, sino que fermentan enteras en un entorno anaerobio). Las ‘heces’ del vino, depósitos de sedimentos, añaden a éste sabores deseados, y éstas pueden agitarse tras la fermentación para aumentar la absorción de sabores por parte del caldo. La clarificación de mostos o vinos puede lograrse por mecanismos físicos como la aplicación de la fuerza centrífuga, así como por efecto de la gravedad. La filtración es

Page 22: fermentacion2004

Bioquímica I – Fermentación Alcohólica y Láctica

un medio importante para clarificar y estabilizar el vino, aunque empleada en exceso puede resultar dañina para su calidad.

Los principales aditivos empleados en la elaboración del vino son, en las regiones vinícolas más frescas, el azúcar o mosto rectificado, que debe añadirse al mosto para incrementar el contenido final en alcohol (lo que recibe el nombre de chaptalización); en las regiones vinícolas más cálidas hay que añadir acidez al mosto para mejorar el equilibrio del producto final (ajuste de acidez). Otras adiciones incluyen el tanino, productos para clarificar el vino y esquirlas de roble (como saborizante). Todos los vinos tintos y algunos blancos experimentan, tras la fermentación primaria, una transformación bacteriológica llamada fermentación maloláctica, que puede garantizarse añadiendo bacterias lácticas al mosto en fermentación o al vino.

El tipo de depósito en el que se almacena el vino afecta también a su sabor. Algunos contenedores, como los tanques de acero inoxidable, son neutros, y se emplean para los vinos en los que sólo se desea obtener el sabor de la uva fermentada; por contraste, los recipientes de madera, y en especial los pequeños de madera nueva, se utilizan para modificar y mejorar el sabor del vino.

El sabor de todos los vinos cambia con el tiempo. La mayoría de ellos se deterioran y deben consumirse tan pronto como sea posible. Los vinos de mayor precio, por otra parte, tanto los blancos como, con mayor frecuencia, los tintos, mejoran con el almacenamiento, generalmente en botella (las condiciones ideales de almacenamiento se describen más adelante, en “Cómo se bebe el vino”). Los periodos óptimos de almacenamiento son muy variables, pero sólo una exigua minoría de vinos mejora con un almacenamiento de más de diez años.

Page 23: fermentacion2004

Bioquímica I – Fermentación Alcohólica y Láctica

ELABORACION DE CERVEZA

Cerveza, nombre de una bebida alcohólica elaborada por la fermentación de soluciones obtenidas de cereales y otros granos que contienen almidón. La mayor parte de las cervezas se elaboran con cebada malteada a la que se da sabor con lúpulo. En Japón, China y Corea, la cerveza se hace con arroz (y recibe el nombre de sake, samshu y suk respectivamente); en África se usan mijo, sorgo y otras semillas; mientras que el kvass ruso se hace con pan de centeno fermentado.

Interior de una fábrica de cerveza Estas grandes calderas se emplean en una fase vital del proceso. En este punto se añade lúpulo al líquido previamente obtenido por malteado del grano (germinación y tostado), que sirve para convertir el almidón en azúcar. Las flores de forma cónica que se obtienen de la planta del lúpulo dan a la cerveza su sabor amargo y ayudan a inhibir el crecimiento de ciertas bacterias.Photo Researchers, Inc./Joseph Nettis

Interior de una fábrica de cervezaEstas grandes calderas se emplean en una fase vital del proceso. En este punto se añade lúpulo al líquido previamente obtenido por malteado del grano (germinación y tostado), que sirve para convertir el almidón en azúcar. Las flores de forma cónica que se obtienen de la planta del lúpulo dan a la cerveza su sabor amargo y ayudan a inhibir el crecimiento de ciertas bacterias

PRODUCCIÓN

Ya que el almidón por sí mismo no puede fermentar, la fase inicial en la elaboración de todas las cervezas es convertirlo en azúcar, que sí es fermentable. Esto ocurre de forma natural en el proceso de malteado de la cebada (se hace germinar y más tarde se tuesta para poner fin a la germinación). El arroz empleado en la fabricación de sake es infectado con el moho koji, que produce un efecto similar. A menudo se usa una combinación de varios tipos de grano, algunos de los cuales pueden estar malteados y otros no, ya que los caldos puros de malta son muy caros de producir. A continuación se añade agua caliente al grano molido que, tras ser batido, produce una infusión azucarada o wort. A partir de ese momento pueden añadirse los elementos saborizantes (como el lúpulo, hierbas o especias) y se hierve todo junto. También pueden añadirse azúcares durante el proceso de elaboración para aumentar el contenido final en alcohol. Una vez enfriado el mosto de la cerveza, se incorpora la levadura y se produce la fermentación. Muchas cervezas son sometidas a periodos de almacenamiento predeterminados antes de ser embotelladas, enlatadas, guardadas en barriles o servidas directamente sin gasificar. La mayor parte de las cervezas contienen entre un 4 y un 5% de alcohol (grados) por volumen, aunque pueden tener tan sólo un 2% o alcanzar un 17% de alcohol por volumen.

Page 24: fermentacion2004

Bioquímica I – Fermentación Alcohólica y Láctica

TIPOS DE CERVEZA

En Europa, las cervezas varían mucho en sabor, color y fuerza, y cada fase del proceso de elaboración es susceptible de alteraciones, modificaciones e intervenciones creativas. Con todo, hay una distinción básica en la familia de las cervezas: el tipo de levadura. Las cervezas elaboradas con levaduras flotantes (es decir, aquellas que flotan en la superficie del mosto en fermentación) reciben el nombre de tipo ale; las cervezas que se elaboran con levaduras que fermentan en el fondo de la cuba reciben el nombre de tipo lager. Las cervezas de tipo ale fermentan más rápido a temperaturas entre los 15 y los 25 °C, mientras que las tipo lager fermentan más lentamente entre los 5 y los 9 °C. Las cervezas tipo ale pueden servirse a los pocos días de finalizar la fermentación; las tipo lager, por el contrario, deben almacenarse a 0 °C durante periodos que oscilan entre tres semanas y tres meses y deben su nombre a este proceso: Lager significa “almacén” en alemán, y Lagerbier significaba originalmente cerveza para almacenar. Es costumbre servir las cervezas tipo ale más calientes (entre los 12 y los 18 °C) que las tipo lager (entre los 7 y 10 °C).La cerveza tipo ale precedió en muchos siglos a la lager. A pesar de ello, el sabor suave de la última la ha convertido en el tipo de cerveza que predomina en el mercado, mientras que otros tipos de cerveza de sabor más ‘comprometido’ ocupan parcelas de mercado menos importantes. Entre éstas se encuentran la bitter, el nombre que dan los ingleses a una cerveza a menudo muy cargada de lúpulo; la India pale ale, un término empleado en el Reino Unido y entre las compañías cerveceras locales estadounidenses para hacer referencia a una cerveza con abundante lúpulo y un elevado contenido alcohólico (aunque el término es a menudo alterado en el Reino Unido); la mild ale, una cerveza oscura con poco lúpulo y bajo contenido en alcohol (cerca de un 3%); la stout, una cerveza oscura elaborada con maltas muy tostadas, en ocasiones dulzona y con poco alcohol, pero normalmente seca, amarga y con una graduación alcohólica que oscila entre un 4 y un 10%; la porter, una stout ligera; la Scotch ale, una cerveza con sabor predominante a malta, en ocasiones dulce y con poco lúpulo; y la barley wine, una ale muy fuerte que suele estar embotellada. Cask ale o real ale son términos que se emplean en Gran Bretaña para describir a las cervezas que experimentan una segunda fermentación o maduración en los sedimentos de levadura y se sirven directamente con ellos. Las cervezas trapenses son tipo ale fuertes producidas en seis monasterios trapenses, cinco de ellos en Bélgica y uno en Holanda, que a menudo son embotelladas con azúcar y levadura residuales y, por consiguiente, experimentan una segunda fermentación en la botella (este proceso es conocido como maduración en botella y se usa también en otros tipos de cerveza, especialmente en Bélgica y Francia).

En alemán la cerveza tipo ale recibe el nombre de altbier. Bock es un término alemán que designa los tipos de lager fuertes, a menudo de color oscuro, que suelen beberse en invierno; la doppelbock es aún más fuerte. La Rauchbier, alemana, se prepara empleando maltas ahumadas.

Una serie de cervezas llevan nombre de ciudades. La más famosa es la de Pilsen de la República Checa, cuyo nombre (Pilsener, Pilsner, o Pils) viene a significar una lager dorada con aroma a lúpulo y un acabado seco. La Münchener (de Munich, Baviera, Alemania) es una lager castaño oscuro y la Vienna una lager de color ambarino rojizo; las Burton ales (de Burton-upon-Trent, en Staffordshire, Inglaterra) fueron el prototipo de las modernas bitter inglesas (originalmente llamadas pale ales), cuyo sabor venía marcado por las aguas, ricas en yeso, de la ciudad.

Page 25: fermentacion2004

Bioquímica I – Fermentación Alcohólica y Láctica

La cerveza también puede elaborarse a partir de trigo malteado o sin maltear, combinado con cebada malteada, y estos caldos reciben también el nombre de cervezas blancas, Weissbier, o Weizenbier. Tienen un sabor más ligero, afrutado y algo más ácido que la cerveza de malta, una espuma más densa y en general, aunque no siempre, un color más pálido. A pesar de estos rasgos, para la elaboración de estas cervezas se usan las levaduras que fermentan en la parte superior del mosto, por lo que técnicamente, son tipo ale y no lager. La Berliner Weisse (cerveza de trigo de Berlín) tiene un bajo contenido en alcohol y, como muchas cervezas de trigo, se sirve junto con su sedimento. La lambic es un tipo de cerveza de trigo que se elabora en Bélgica empleando levaduras silvestres, y la gueuze una combinación de cervezas lambic jóvenes y maduras. Las cervezas frutales belgas, como la kriek (cereza) y la framboise (frambuesa), se basan en las cervezas lambic más que en las de malta.