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DETERMINACIN DE LA CAPACIDAD FERMENTATIVA Sacharomyces cerevisae

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLOINGENIERA AGROINDUSTRIAL2012DETERMINACIN DE LA CAPACIDAD FERMENTATIVA Sacharomyces cerevisaeLABORATORIO DE BIOTECNOLOGA DE LOS PRODUCTOS AGROINDUSTRIALESPROFESOR:ING. SNCHEZ GONZALES, JESS ALEXANDERALUMNA:MARTNEZ SALDAA, YURICO ELIZABETHCICLO: IXHORARIO:JUEVES 11-1PM

LABORATORIO N 03.DETERMINACIN DE LA CAPACIDAD FERMENTATIVA

I. INTRODUCCIN

La fermentacines un tipo de catabolismo parcial, que se caracteriza por ser un proceso de oxidacin incompleta, tpico de los organismos anaerbicos. Se realiza, pues, sin la intervencin del oxgeno. El proceso de fermentacin no slo incluye la desasimilacin anaerbica como la formacin de alcohol, butanol-acetona, cido lctico, etc. sino tambin la produccin industrial de vinagre, cido ctrico, enzimas, penicilina, etc. Todos estos productos son el resultado de procesos microbianos y se llaman productos de fermentacin.

Durante la fermentacin, la energa obtenida procede, igual que en la respiracin aerobia, de las reacciones de xido-reduccin habidas durante el catabolismo de la glucosa (gluclisis), pero en la fermentacin las coenzimas reducidas no ceden sus electrones a una cadena cuyo aceptor final es el oxgeno, sino que los ceden directamente a un compuesto orgnico que se reduce y es el producto caracterstico de cada fermentacin.

Inculos de levaduras comerciales son ampliamente usados en la industria de las bebidasalcohlicas, sin embargo es preferible utilizar cepas autctonas, las cuales estn adaptadas a los medios de fermentacin de cada rea. Aunque se han encontrado muchos gneros de levaduras en fermentaciones, la especie Saccharomyces cerevisae es la principal responsable de la fermentacin alcohlica, as como de la produccin de la mayora de los compuestos aromticos. Algunos de los criterios de seleccin de las cepas se basan en su capacidad fermentativa, medida como produccin de etanol, acidez y consumo de azcares.

El objetivo de este trabajo fue seleccionar cepas nativas en base a su capacidad fermentativa, rendimiento y productividad.

II. OBJETIVOS

Evaluar y determinar la prdida de peso y la cantidad de glucosa consumida por las soluciones de la levaduras. Determinar el rendimiento terico y real de la levadura durante la respiracin y fermentacin de ellas mismas, a diferentes concentraciones de sustrato (sacarosa y glucosa). Determinar la eficiencia de la levadura Saccharomyces cerevisae a diferentes concentraciones de sustrato (sacarosa y glucosa).

III. FUNDAMENTO TERICO

A. FermentacinSon cambios qumicos en las sustancias orgnicas producidos por la accin de las enzimas. Esta definicin general incluye prcticamente todas las reacciones qumicas de importancia fisiolgica. Actualmente, los cientficos suelen reservar dicha denominacin para la accin de ciertas enzimas especficas, 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 sta se agrie, transformando la lactosa (azcar de la leche) en cido lctico. El tipo de fermentacin ms importante es la fermentacin alcohlica, en donde la accin de la cimasa segregada por la levadura convierte los azcares simples, como la glucosa y la fructosa, en alcohol etlico y dixido de carbono. Hay otros muchos tipos de fermentacin que se producen de forma natural, como la formacin de cido butanoico cuando la mantequilla se vuelve rancia, y de cido etanoico (actico) cuando el vino se convierte en vinagre.La fermentacin es un proceso que realizan muchos microorganismos, efectuando reacciones sobre algunos compuestos orgnicos y liberando energa. Hay muchos tipos diferentes de fermentacin, pero en condiciones fermentativas solamente se efecta una oxidacin parcial de los tomos de carbono del compuesto orgnico y, por consiguiente, slo una pequea cantidad de la energa potencial disponible se libera.La primera explicacin bioqumica del proceso por el cual el azcar en solucin acuosa es descompuesto en alcohol y gas carbnico, en virtud de la accin de clulas vivas de levadura, la dio el qumico francs Louis Pasteur, el cual vio que mientras descomponen el azcar en ausencia de aire, las clulas de levadura viven y se propagan en el lquido en fermentacin y llam al proceso de la fermentacin alcohlica `vida sin oxgeno'.La explicacin de Pasteur fue modificada por Buchner, quien demostr que poda realizarse la fermentacin en una solucin acuosa de azcar por el jugo obtenido prensando clulas muertas de levadura. Se observ, entonces, que el jugo filtrado de clulas de levadura que haban sido molidas con arena contena una sustancia eficaz para descomponer los azcares, y a esta sustancia activa o mezcla catalizadora se dio el nombre de fermento, enzima o zimasa. De acuerdo con la interpretacin bioqumica hecha por Pasteur, la fermentacin se conoce como la desasimilacin anaerbica de compuestos orgnicos por la accin de microorganismos u otras clulas o de extractos celulares; adems, es un conjunto de reacciones bioqumicas a travs de las cuales una sustancia orgnica se transforma en otras por accin de ciertos microorganismos (bacilos, bacterias, clulas de levadura), que en general van acompaadas de un desprendimiento gaseoso y de un efecto calorfico.El proceso de fermentacin no slo incluye la desasimilacin anaerbica como la formacin de alcohol, butanol-acetona, cido lctico, etc., sino tambin la produccin industrial de vinagre, cido ctrico, enzimas, penicilina etc.. Todos estos productos son el resultado de procesos microbianos y se llaman productos de fermentacin. Anlogamente, el trmino fermentador no slo hace referencia a los recipientes en los cuales se realiza la fermentacin con exclusin de aire, sino tambin a los tanques en los cuales se producen oxidaciones microbianas aerbicas y a los tanques de propagacin de levaduras y otros microorganismos en presencia del aire.Se conocen centenares de especies de levaduras, bacterias y mohos que producen alcohol, pero slo dos o tres especies de levadura se aplican industrialmente en la produccin de alcohol; su rapidez en la fermentacin, su tolerancia de concentraciones elevadas de azcar y alcohol y su rendimiento elevado de alcohol, hacen que se usen ms que las otras. Algunos microorganismos ofrecen ms de una aplicacin industrial. Las levaduras, por ejemplo, producen alcohol y glicerol partiendo de azcares, hacen subir la masa en la fabricacin del pan y son una fuente de protenas, vitaminas y enzimas.Todas las clulas estn capacitadas para sintetizar ATP por el proceso de la gliclisis. Enmuchas clulas, si el oxgeno no est presente, el piruvato es metabolizado en un procesollamado fermentacin.La fermentacin complementa a la gliclisis y hace posible producir ATP continuamente en la ausencia del oxgeno. Por la oxidacin del NADH producido en la gliclisis, la fermentacin regenera el NAD+, el cual interviene otra vez en para producir ms ATP.C6H12O6 + 2 Pi + 2 ADP 2 CH3-CH2OH + 2 CO2 + 2 ATP + 25.5 kcalSe puede ver que la fermentacin alcohlica es desde el punto de vista energtico unareaccin exotrmica, se libera una cierta cantidad de energa.Un clculo realizado sobre la reaccin qumica muestra que el etanol resultante es casi un51% del peso, los rendimientos obtenidos en la industria alcanzan el 7%.

Figura 1. Proceso de fermentacinEn la fermentacin alcohlica, el cido pirvico de la giclisis pierde un carbono en laforma de bixido de carbono para formas acetaldehido, el cual es reducido a alcohol etlico, el NADH se convierte en NAD+ (es oxidado). Esta es la fermentacin que ocurrenormalmente en las levaduras. Como en la fermentacin del cido lctico, la fermentacinalcohlica permite a la gliclis continuar y asegurar que el NADH regresa a su estado oxidado (NAD+).La energa neta ganada en la fermentacin es de 2 molculas/glucosa de ATP. En ambasfermentaciones (lctica y alcohlica), todo el NADH producido en la gliclisis esconsumido en la fermentacin, por lo tanto no hay produccin neta de NADH, y ningn NADH entra a la CTE y forma ATP.1. Clasificacin de las reacciones de fermentacin segn el agente

a) Fermentacin microbiana.Promovidas o catalizadas por microorganismos. La reproduccin de los microorganismos conlleva a que la reaccin tenga un comportamiento autocataltico siendo la concentracin de los microorganismos variable. Dentro de este tipo de reaccin hay 2 clases bien definidas:0. Cultivos de tejidos o macroorganismos(clulas vegetales y animales).0. Reactores microbianosen s(cultivo de microorganismos).b) Reacciones enzimticas. Catalizadas por enzimas, el agente cataltico no se reproduce y cuando se opera discontinuamente este permanece constante.

2. Clasificacin de las reacciones de fermentacin segn el consumo de oxgenoa) AerbicasAqu los microorganismos necesitan de oxgeno para poder sobrevivir. Por ejemplo la reaccin de transformacin de la glucosa.O2 + C6H12O6 CO2 + BIOMASAb) AnaerbicasAqu los microorganismos no necesitan de oxgeno para su supervivencia. Por ejemplo la reaccin de transformacin de la glucosa por va glucoltica.C6H12O6 2C2H5OH + CO2 + ENERGAB. Fermentacin alcohlica Es un proceso biolgico de fermentacin en plena ausencia de aire, originado por la actividad de algunos microorganismos que procesan los hidratos de carbono (por regla general azcares: como pueden ser por ejemplo la glucosa, la fructosa, la sacarosa, el almidn, etc.) para obtener como productos finales: un alcohol en forma de etanol, dixido de carbono (CO2) en forma de gas y unas molculas de ATP que consumen los propios microorganismos en su metabolismo celular energtico anaerbico. El etanol resultante se emplea en la elaboracin de algunas bebidas alcohlicas, tales como el vino, la cerveza, la sidra, el cava. Aunque en la actualidad se empieza a sintetizar tambin etanol mediante la fermentacin a nivel industrial a gran escala para ser empleado como biocombustible.La fermentacin alcohlica tiene como finalidad biolgica proporcionar energa anaerbica a los microorganismos unicelulares (levaduras) en ausencia de oxgeno para ello disocian las molculas de glucosa y obtienen la energa necesaria para sobrevivir, produciendo el alcohol y CO2 como desechos consecuencia de la fermentacin. Las levaduras y bacterias causantes de este fenmeno son microorganismos muy habituales en las frutas y cereales y contribuyen en gran medida al sabor de los productos fermentados. Una de las principales caractersticas de estos microorganismos es que viven en ambientes completamente carentes de oxgeno (O2), mxime durante la reaccin qumica, por esta razn se dice que la fermentacin alcohlica es un proceso anaerbico.La fermentacin alcohlica se puede considerar (desde una perspectiva humana) como un procesobioqumicopara la obtencin de etanol, que por otras vas se ha obtenido gracias a procedimientos qumicos industriales, como por ejemplo mediante lareaccin de oxidacindeeteno. La finalidad de la fermentacin etlica (desde una perspectiva microbiana) es la obtencin de energa para la supervivencia de los organismos unicelulares anaerbicos. Las bebidas alcohlicas se producen a partir de diferentes sustratos, dependiendo de la regin geogrfica y sus riquezas. Las materias primas pueden ser azcares simples como los presentes en el jugo de uva, o de alto peso molecular, como el almidn de los granos de cebada.C. LevaduraLas levaduras son los microbios que realizan la fermentacin, transformando el mosto azucarado en el vino que es lquido con alcohol y sin azcar. Las levaduras viven en nuestro ambiente y llegan a la bodega adherida a la piel de las uvas. La levadura tiene un enorme valor por su riqueza nitrogenada y vitamnica. El tamao de la levadura oscila de tres a seis micras. Las levaduras son cuerpos unicelulares (generalmente de forma esfrica) de un tamao que ronda los 2 a 4 m y que estn presentes de forma natural en algunos productos como las frutas, cereales y verduras. Son lo que se denominan: organismos anaerbicos facultativos, es decir que pueden desarrollar sus funciones biolgicas sin oxgeno. Se puede decir que el 96% de la produccin de etanol la llevan a cabo hongos microscpicos, diferentes especies de levaduras, entre las que se encuentran principalmente Saccharomyces cerevisiae, Kluyvero mycesfragilis, Torulaspora y Zymomonasmobilis. Los microorganismos responsables de la fermentacin son de tres tipos: bacterias, mohos y levaduras. Cada uno de estos microorganismos posee una caracterstica propia sobre la fermentacin que es capaz de provocar. En algunos casos son capaces de proporcionar un sabor caracterstico al producto final (como en el caso de los vinos o cervezas). A veces estos microorganismos no actan solos, sino que cooperan entre s para la obtencin del proceso global de fermentacin. Las propias levaduras se han empleado a veces en la alimentacin humana como un subproducto industrial.Cuando el medio es rico en azcar (como puede ser el caso de las melazas o siropes), la transformacin del mismo en alcohol hace que la presencia de una cierta concentracin (generalmente expresada en grados brix) afecte a la supervivencia de levaduras no pudiendo realizar la fermentacin en tal medio (las altas concentraciones de azcar frenan los procesos osmticos de las membranas de las clulas). Aunque hay distintos tipos de levaduras con diferentes tolerancias a las concentraciones de azcares y de etanol, el lmite suele estar en torno a los o de alcohol para las levaduras del vino, por ejemplo. Los azcares empleados en la fermentacin suelen ser: dextrosa, maltosa, sacarosa y lactosa (azcar de la leche). Los microorganismos 'atacan' especficamente a cada una de los hidratos de carbono, siendo la maltosa la ms afectada por las levaduras. Otros factores como el nmero de levaduras (contadas en el laboratorio, o la industria, a veces mediante cmaras de Neubauer).Algunos enzimas participan en la fermentacin, como puede ser la diastasa o la invertasa. Aunque la nica responsable de convertir los hidratos de carbono en etanol y dixido de carbono es la zimasa. La zimasa es la responsable final de dirigir la reaccin bioqumica que convierte la glucosa en etanol. La idea de que una sustancia albuminoide especfica desarrollada en la clula de la levadura llega a producir la fermentacin fue ya expuesta en el ao 1858 por MoritzTraube como la teora enzimtica o fermentativa y, ms tarde, ha sido defendida por FelixHoppe-Seyler hasta llegar al descubrimiento de EduardBuchner que lleg a hacer la fermentacin sin la intervencin de clulas y hongos de levadura.D. GlucolisisLagluclisises la primera etapa de la fermentacin, lo mismo que en larespiracin celular, y al igual que sta necesita deenzimaspara su completo funcionamientoEs una de las rutas ms importante por su frecuencia en los seres vivos. El metabolismo de la glucosa comienza con la gluclisis, (ciclo de Embden Meyerhof) acoplada a la ruta de las pentosas. Durante la gluclisis una molcula de glucosa rinde dos molculas de cido pirvico, es decir una molcula de seis tomos de carbono se escinde en dos de tres.Se puede estructurar en 2 etapas:1. Pasar de Glucosa a Fructosa-1,6-difosfato. Es una fase de alteracin qumica para dejar la molcula til para la clula.2. Pasar de Fructosa-1,6-difosfato a dihidroxiacetona y gliceraldehido.La primera fase Primera fase de la gluclisis1. La glucosa se fosforila en el alcohol por la hexoquinasa. La hexoquinasa une el fosfato del ATP mediante un enlace fosfoster y la transforma en Glucosa-6-fosfato. La Glucosa-6-P est preparada para los procesos que continan en la gluclisis. La fosforilacin transforma 1 molcula neutra en una molcula cargada negativamente. Hace que ahora, laglucosa-6-P no pueda volver a salir por la membrana debido a su carga negativa.2. A la clula no le gusta la forma aldosa y hace la forma cetosa (Fructosa-6-P). Es realizado por la fosfoglucosa isomerasa.3. Implica la adquisicin de un segundo fosfato que va a parar al C1 y forma la fructosa-1,6-bisfosfato. Lo realiza la fosfofructoquinasa-1 (PFK-1). La fructosa-1,6-bisfosfato escompletamente simtrica. La PFK-1 es un enzima clave en la gluclisis.4. La fructosa-1,6-bisfosfato se parte por la mitad y da dos molculas (dihidroxiacetonafosfato (DHAP) y gliceraldehido-3-fosfato (G3P)). La gluclisis se da a partir del gliceraldehido-3-P. El equilibrio est desplazado hacia la dihidroxiacetona-fosfato. Slo un 5% es Gliceraldehido-3-P. La desaparicin continua de G3P transforma la DHAP en G3P. Todo acaba siendo G3P.Segunda fase de la gluclisisA partir del G3P comienzan las transformaciones que dan lugar a Piruvato (Pyr)(reacciones de oxidacin).1. La primera reaccin es que el enzima Gliceraldehido-3-Fosfatodeshidrogenasa oxida elgrupo aldehdo a cido (gasta un NAD, que se reduce a NADH). Produce un enzima que escapaz de incorporar un fosfato al cido carboxlico correspondiente. Se forma un ster. La fosforilacin a nivel de sustrato se consigue porque hay ATP con un fosfato ya activado.2. El 1,3-Bisfosfoglicerato cede 1 fosfato para sintetizar ATP. La reaccin la cataliza la fosfogliceratoquinasa. El producto de la sntesis de ATP es el 3-fosfoglicerato. Sufretransformaciones que dan lugar a la sntesis de Piruvato. El P3 debe pasar a la posicin 2.Se consigue mediante el enzima fosfogliceromutasa. La mutasa tiene un fosfato activo, quese lo da a la posicin 2. En un momento hay dos fosfatos, pero luego, se lo quita de laposicin 3. Todas las mutasas funcionan as. Se hace para liberar el OH en la posicin 3.3. Se produce la deshidratacin del OH. Se transforma el alcohol en enol, por la enolasa. Esparecido a Piruvato, pero con enol y un fosfato. Se llama fosfoenolpiruvato (PEP). Es unamolcula muy inestable que se transforma en Piruvato por la Piruvatoquinasa y se acopla la energa que se desprende para sintetizar ATP.ANLISIS ESTEQUIOMTRICO DE LA GLUCLISIS

Glucosa + 2Pi + 2 ADP + 2 NAD+ 2 Pyr + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+ + 2 H2O

La gluclisis es una va que transforma la glucosa en Piruvato y, a su vez, reduce 2 NAD+ del citosol a NADH y usa 2 Adp para formar 2 ATP.La clula en cuanto puede, transforma otros monosacridos a molculas que estn en la va de la gluclisis.

Figura 2. Diagrama de la glucolisisLimitaciones del ProcesoLa determinacin de los factores que limitan la gliclisis fermentativa del etanol soncomplejos debido a la interrelacin existente y a la naturaleza de los parmetrosintervinientes durante el proceso de fermentacin. Algunos de ellos se deben tener encuenta en la fermentacin alcohlica industrial. En las limitaciones que surgen durante elproceso se pueden enumerar algunos de los ms importantes como son: Concentracin de etanol resultante. Una de las principales limitaciones del proceso, es la resistencia de las levaduras a las concentraciones de etanol (alcohol) que se llegan a producir durante la fermentacin, algunos microorganismos como el Saccharomyces cerevisiae pueden llegar a soportar hasta el 20% de concentracin en volumen. En ingeniera bioqumica estos crecimientos se definen con las ecuaciones de crecimiento celular dadas por las ecuaciones de Tessier, Moser y de la ecuacin de Monod. Acidez del substrato. El pH es un factor limitante en el proceso de la fermentacin ya que las levaduras se encuentran afectadas claramente por el ambiente, bien sea alcalino o cido. Por regla general el funcionamiento de las levaduras est en un rango que va aproximadamente desde 3.5 a 5.5 pH. Los procesos industriales procuran mantener los niveles ptimos de acidez durante la fermentacin usualmente mediante el empleo de disoluciones tampn. Los cidos de algunas frutas (cido tartrico, mlico) limitan a veces este proceso. Concentracin de azcares. La concentracin excesiva de hidratos de carbono en forma de monosacridos y disacridos puede frenar la actividad bacteriana. De la misma forma la baja concentracin puede frenar el proceso. Las concentraciones lmite dependen del tipo de azcar as como de la levadura responsable de la fermentacin. Las concentraciones de azcares afectan a los procesos de osmosis dentro de la membrana celular. Contacto con el aire. Una intervencin de oxgeno (por mnima que sea) en el proceso lo detiene por completo (es el denominado Efecto Pasteur). Esta es la razn por la que los recipientes fermentadores se cierren hermticamente. La temperatura. El proceso de fermentacin es exotrmico, y las levaduras tienen un rgimen de funcionamiento en unos rangos de temperatura ptimos, se debe entender adems que las levaduras son seres mesfilos. Si se expone cualquier levadura a una temperatura cercana o superior a 55 C por un tiempo de 5 minutos se produce su muerte. La mayora cumple su misin a temperaturas de 30 C. Ritmo de crecimiento de las cepas - Durante la fermentacin las cepas crecen en nmero debido a las condiciones favorables que se presentan en el medio, esto hace que se incremente la concentracin de levaduras.

E. CICLO DE KREBS.El ciclo de Krebs se desarrolla en las mitocondrias. El cido pirvico formado durante lagluclisis se convierte en acetil CoA, el cual a travs del ciclo de krebs se transforma en anhdrido carbnico. El paso de cido pirvico a acetil CoA tiene lugar en la matrizmitocondrial y es catalizado por la piruvato deshidrogenasa. El acetil CoA ahora entra en el ciclo de krebs unindose al cido oxalactico para formar el cido ctrico, por medio de una isomerasa se transforma en isoctrico, el cual por medio de una descarboxilasa da lugar al alfa-cetoglutrico, este paso supone la liberacin de anhdrido carbnico y NADH.

Figura 3. Diagrama del ciclo de krebsEl proceso comienza con la oxidacin del piruvato, produciendo un acetil-CoA y un CO2.El acetil-CoA reacciona con una molcula de oxalacetato (4 carbonos) para formar citrato(6 carbonos), mediante una reaccin de condensacin.A travs de una serie de reacciones el citrato se convierte de nuevo en oxalacetato. El ciclo consume netamente 1 acetil-CoA y produce 2 CO2. Tambin consume 2 NAD+ y 1 FAD, produciendo 3 NADH y 3 H+ y 1 FADH+.El resultado de un ciclo es (por cada molcula de piruvato): 1 GTP, 3 NADH, 1 FADH2,2CO2Cada molcula de glucosa produce (va gluclisis) dos molculas de piruvato, que a su vez producen dos acetil-CoA, por lo que por cada molcula de glucosa en el ciclo de Krebs se produce: 2 GTP, 6 NADH, 2 FADH2, 4CO2.Por cada molcula de acetil CoA se forman dos molculas de anhdrido carbnico, una GTP, tres NADH y un FADH2, el ciclo necesita la incorporacin de dos molculas de agua.En el ciclo de krebs se encuentran acopladas las lanzaderas, las cuales intervienen endiferentes procesos anablicos. De esta forma a partir del ciclo de krebs pueden formarse aminocidos, cidos grasos incluso glucosa (gluconeognesis).

Figura 4.Reacciones del ciclo de krebsF. RESPIRACIN:La reaccin qumica global de la respiracin es la siguiente:C6 H12 O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + energa (ATP)En este punto la clula ha ganado solo 4 ATP, 2 en la gluclisis y dos en el ciclo de Krebs,sin embargo ha capturado electrones energticos en 10 NADH2 y 2 FADH2. Estostransportadores depositan sus electrones en el sistema de transporte de electrones localizadoen la membrana interna de la mitocondria.La cadena respiratoria est formada por una serie de transportadores de electrones situadosen la cara interna de las crestas mitocondriales y que son capaces de transferir loselectrones procedentes de la oxidacin del sustrato hasta el oxgeno molecular, que sereducir formndose agua.Como resultado de esta transferencia de electrones, los transportadores se oxidan y sereducen alternativamente, liberndose una energa que en algunos casos es suficiente para fosforilar el ADP y formar una molcula de ATP. Se trata de la fosforilacin oxidativa quepermite ir almacenando en enlaces ricos en energa la energa contenida en las molculasNADH2, FADH2, NADPH2, que se liberan en la gluclisis y en el ciclo de Krebs y queser ms tarde fcilmente utilizada. Toda cadena respiratoria que comience por el NAD conduce a la formacin de 3 ATP mientras que si comienza por el FAD produce slo 2ATP. El rendimiento energtico del NADP es similar al del NAD, as como el del GTP loes al del ATP.IV. MATERIALES Y MTODOS

A. Materiales e instrumentos

Materiales

Levadura instantnea (Microorganismo: Saccharomyces cerevisiae) Agua destilada Matraces Algodn AzcarEquipos Brixmetro Balanza analtica

B. Metodologa

Pesar los matraces, para sacar clculos posteriores. Preparar dos soluciones de sacarosa al 10% y 20 % Luego de esto verter en las soluciones 1% de levadura, diluirla en la solucin ytapar con algodn la boca de los matraces, Tomar peso y Brix en el tiempo 0, luego tomar peso cada doce horas, luego denueve pesadas tomar peso y Brix para los clculos, siendo en un total de 96 horas. Encontrar la prdida de peso y cantidad de glucosa consumida(Brix), Determinar el rendimiento real (g etanol/g glucosa). Calcular el rendimiento terico y experimental de la levadura. Calcular finalmente la eficiencia de las levaduras.

V. RESULTADOS Y DISCUSIONESTabla 1. Datos Preliminares de la Sacarosa en concentracin del 10%SACAROSA 10 %

TiempoPesoBRIXg glucosa

0251.2631026.449

12249.763

24247.463

36246.063

48244.263

60242.663

72242.063

84241.163

96240.4633.99.8716

CO2 CONSUMIDOA+B10.8GLUCOSA CONSUMIDAX+Y16.577

Tabla 2. Resultados de la Sacarosa al 10%.SACAROSA 10%

GLUCOSA CONSUMIDAX+Y16.577

CO2 PRODUCIDOA+B10.800

FERMENTACIONA6.759

X13.822

RESPIRACIONB4.041

Y2.755

ETANOL7.065

RENDIMIENTO TERICO51.111

RENDIMIENTO EXPERIMENTAL42.616

EFICIENCIA (n)83.380

GLUCOSA 10%


02508.220.5791054

0250.9647

12250.0647

24248.7647

36

48247.0647

60246.2647

72245.6647

84245.1647

96244.56474.511.0054115


Tabla 3. Datos Preliminares de la Glucosa en concentracin del 10%

Tabla 4. Resultados de la Glucosa al 10%.GLUCOSA 10%



FERMENTACIONA3.821

X7.815

RESPIRACIONB2.579

Y1.758

ETANOL3.994




Tabla 5. Datos Preliminares de la Glucosa en concentracin del 20%GLUCOSA 20%


0251.31742.721

12

24248.2

36246.9

48245.7

60244.6

72-172

84242.5

96241.411.227.0368


Tabla 6. Resultados de la Glucosa al 20%.GLUCOSA 20%



FERMENTACIONA6.552

X13.401

RESPIRACIONB3.348

Y2.283

ETANOL6.849




Segn Caon, et al (1988); las levaduras llevan a cabo la respiracin anaerbica en presencia de oxigeno y respiracin anaerobia en ausencia de oxigeno, en dicha fermentacin se produce bixido de carbono y alcohol etlico, a la vez estas levaduras para metabolizarlas se usarn varias soluciones de carbohidrato para metabolizarlas. En nuestra prctica en las tablas 1, 3 y 5 nos demuestran que los comportamientos de la fermentacin son comunes en donde la cantidad de azcar es representada por los Brix, los cuales estos vemos que van disminuyendo durante el tiempo de fermentacin (96 horas), por lo que la levadura necesitar un sustrato para que pueda producir su alcohol y CO2 (carbohidratos).

Segn Gooding (1997), un incremento en la concentracin de etanol supone un obstculo a medida que pase la fermentacin lo cual ser un obstculo para el crecimiento y desarrollo microbiano por los efectos negativos, disminuyendo su calidad y selectividad, por lo que las levaduras en un medio con alta concentracin alcohlica pierden propiedades funcionales y no pueden retener cofactores y coenzimas con alta concentracin alcohlica. En la prctica en la obtencin del etanol se realiz en 4 concentraciones de sustrato del 10 % de sacarosa y 10 y 20 % de glucosa en lo cual en las Tablas 2 , 4 y 6 se presentan los datos obtenidos de la produccin del etanol encontrados resultando que la produccin de etanol mayor es en el caso de Sacarosa al 10% con un valor de 7.065 y luego el de menor valor es en el caso de la glucosa al 10% con un valor de 3.994%. por lo que podemos decir que a un mayor contenido de sustratos va a implicar una mayor produccin de etanol como en el caso de la sacarosa al 10% lo cual se dio en este caso.

Segn Jeffries (2005), a nivel industrial el contenido de alcohol producido por las levaduras debe estar entre 51% en peso y rendimiento de alcohol en la fermentacin debe ser aproximadamente de 7%. En nuestra prctica vemos que obtuvimos un rendimiento de 83.3% al 10 Brix, por lo que vemos que no coincide con lo expuesto por el autor, por lo que podemos decir que puede deberse al tipo de levadura que utilizamos.

Segn Casas (1999), si las soluciones de sacarosa donde se va a realizar la fermentacin estn muy concentradas, las levaduras expuestas en ellas no fermentarn, por lo que se tendra que bajar la concentracin de slidos de la sacarosa y glucosa. En nuestra prctica esto se puede observar que nosotros trabajamos con concentracin del 10 y 20% de sacarosa y glucosa y no h concentraciones mayores ya que las levaduras no fermentaran a mas de 30% de concentracin.

Segn Navarro (1986), la Sacchormyces cerevisae para producir etanol de sustrato del 10 y 20 % de sacarosa donde la produccin mxima de etanol es de 1.496 g/L y 1.45 g/L, las cuales fueron obtenidas en 24 horas de fermentacin , por lo que su rendimiento fue de 0.26 y 0.40 de etanol producido por cada gramo de substrato consumido. Estos resultados comparndolos con lo de nuestra prctica vemos que son bajos, un indicador de rendimiento de la produccin de etanol, es aquel referido al rendimiento terico (0,51 g etanol/g glucosa consumida) el cual fue del 52% y 79% para neustro caso estos son mayores de 87% y 94% aproximadamente, donde la mayor eficiencia lo presentan las muestras que tienen como sustrato a la glucosa en concentracin del 20% con un valor de 85.443%.

VI. CONCLUSIONES

Se lleg a evaluar la prdida de peso y cantidad de glucosa consumida por las levaduras en distintas concentraciones. Donde vemos que la mayor fue en sacarosa al 10% con un valor de 16.577g de glucosa consumida y una produccin de CO2 de 10.8g. Se lleg a determinar el rendimiento terico y real de la levadura en diferentes concentraciones de sacarosa y glucosa. Para el caso de la Glucosa al 20% nos da un valor mayor de 43.671 de rendimiento terico, y vemos que no difieren mucho el rendimiento terico como el experimental en los distintos casos. Se determin la eficiencia de la levadura Saccharomyces cerevisae a diferentes concentraciones de sustrato (glucosa y sacarosa), enb la caul la glucosa es la que tiene mayor eficiencia con 85.443%.

VII. REFERENCIAS BIBLIOGRFICASCAN, G., ALDANA, O (1988).Estudio de la fermentacin alcohlica por cochada empleando reactores de lecho fijo. Proyecto de grado para optar por el ttulo de Ingeniero Qumico, Universidad Nacional de Colombia, Bogot.GOODING, N.(1997). Balance de materia. Quinta edicin, Universidad Nacional de Colombia, Bogot.JEFFRIES, T. (2005). Ethanol fermentation on the move. Nat biothec., vol. 23, n1.CASAS, E. (1999). Microorganismos responsables de alteraciones en alimentos altamente azucarados. Universidad Complutense de Madrid. Tesis Doctoral. Facultad de Ciencias Biolgicas, Departamento de Microbiologa. Madrid, Espaa.NAVARRO, A. (1986). Produccin de etanol por fermentacin con alta concentracin de levaduras. Revista Argentina de Microbiologa 18 (1): 7-11.

ANEXOSA. Clculos para sacarosa al 10%

Clculo del peso de CO2CO2 producido = 251.263 240.463 = 10.8 g CO2 Clculo del peso de sacarosa consumida

Clculo del peso de glucosa consumida

Respiracin

180g192g264g108g

Fermentacin

88g92g180g

Clculo del porcentaje de glucosa que va a la respiracin

A=6,723 ; B=4.1021 Respiracin

Fermentacin

Rendimiento real

Eficiencia

8Laboratorio 3: Capacidad Fermentativa-Levadura Saccharomyces cerevisae e| Biotecnologa de los Productos Agroindustriales

labo3 capacidadfermentativa 121202095120 phpapp02

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