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Fermentación

La fermentación o metabolismo fermentativo es un proceso catabólico de oxidación incompleta, que no requiere oxígeno, y cuyo producto final es un compuesto orgánico.[1]​ Es propio del metabolismo de muchos microorganismos y según los productos finales, existen diversos tipos de fermentación. La ciencia que estudia la fermentación es la cimología.

Fermentación industrial
Fermentación alcohólica.
El vino es un mar de organismos. Merced a algunos vive, merced a otros se descompone.
Louis Pasteur.[2]

Fue descubierta por Louis Pasteur, quien la describió como «la vie sans l'air» (la vida sin el aire). La fermentación típica es llevada a cabo por las levaduras. También algunos metazoos, protistas y diversos organismos procariotas son capaces de realizarla.

El proceso de fermentación es anaeróbico, es decir, se produce en ausencia de oxígeno; ello significa que el aceptor final de los electrones del NADH producido en la glucólisis no es el oxígeno, sino un compuesto orgánico que se reducirá para poder reoxidar el NADH a NAD+. El compuesto orgánico que se reduce (acetaldehído, piruvato...) es un derivado del sustrato que se ha oxidado anteriormente.

En los seres vivos, la fermentación es un proceso anaeróbico y en él no intervienen las mitocondrias ni la cadena respiratoria. El proceso de fermentación es característico de algunos microorganismos: algunas bacterias y levaduras. También se produce en la mayoría de las células de los animales (incluido el ser humano), excepto en las neuronas, que mueren rápidamente si no pueden realizar la respiración celular. Algunas células, como los eritrocitos, carecen de mitocondrias y se ven obligadas a fermentar; el tejido muscular de los animales realiza la fermentación láctica cuando el aporte de oxígeno a las células musculares no es suficiente para el metabolismo aerobio y la contracción muscular.

Desde el punto de vista energético, las fermentaciones son muy poco rentables si se comparan con la respiración aeróbica, ya que a partir de una molécula de glucosa solo se obtienen dos moléculas de trifosfato de adenosina (ATP), mientras que en la respiración aeróbica se producen de 36 a 38. Esto se debe a la oxidación del NADH que, en lugar de penetrar en la cadena respiratoria, cede sus electrones a compuestos orgánicos con poco poder oxidante.

En la industria la fermentación puede ser oxidativa, es decir, en presencia de oxígeno, pero es una oxidación aeróbica incompleta, como la producción de ácido acético a partir de etanol.

Resumen bioquímico

La fermentación es un proceso metabólico que generalmente convierte los glúcidos en ácidos, en gases o en alcoholes para extraer de ellos una parte de la energía química mientras reoxida las coenzimas reducidas por estas reacciones. Es una vía metabólica de oxidorreducción en la que el aceptor último de electrones a menudo se confunde con el producto final de las reacciones. Se caracteriza por una degradación parcial de la sustancia fermentable y solo permite una producción de energía limitada. Tiene lugar en levaduras y bacterias , así como en células musculares que carecen de oxígeno, es decir, en condiciones anaeróbicas. Su caracterización en el siglo XIX contribuyó al descubrimiento de las enzimas. Louis Pasteur estimó así que los fermentos eran responsables de la fermentación alcohólica en la levadura.

Más precisamente, la fermentación es un modo de respiración celular que implementa un sistema de transferencia de electrones basado en pequeñas moléculas solubles del citosol —a menudo ácidos orgánicos o sus derivados— y no en una cadena respiratoria membranaria. Su producción de ATP a menudo tiene lugar por fosforilación a nivel de sustrato a diferencia de la fosforilación oxidativa , y es sensiblemente inferior que esta última. La producción de ATP por fermentación, por otro lado, es más rápida que por fosforilación oxidativa porque tiene lugar en el compartimento celular donde se consume la ATP, sin necesidad de pasar por una translocasa de ATP / ADP.

La primera etapa común a todos los modos de fermentación es la glucólisis, que convierte la glucosa en piruvato con fosforilación de dos moléculas de ADP en ATP y reducción de dos moléculas de NAD+ en NADH:

C
6
H
12
O
6
+ 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi → 2 ATP + 2 NADH + 4 H+ + 2 H
2
O
+ 2 CH
3
COCOO

El ATP se utiliza en procesos celulares que requieren energía, como la biosíntesis, el transporte activo a través de membranas y la motilidad celular. Por el contrario, el NADH debe volver a oxidarse a NAD+ para permitir que continúe el metabolismo celular. La función principal de la fermentación es asegurar esta reoxidación, transfiriendo electrones del NADH a un receptor de electrones que luego se elimina de la célula. Durante la fermentación láctica, por ejemplo, el aceptor de electrones es el propio piruvato, que luego se reduce a lactato: esto es lo que sucede en los músculos durante un esfuerzo físico intenso, que supera las capacidades de oxigenación celular y hace que la glucólisis del citosol funcione mucho más rápido que la cadena respiratoria de las mitocondrias.

Etimología

La palabra «fermiento» deriva del verbo latino fervere, que significa hervir. Fermentación provendría así del latín tardío fermentatio, -ōnis[3]​ Se cree que se utilizó por primera vez a finales del siglo XIV en alquimia, pero solo en un sentido amplio. No se utilizó en el sentido científico moderno hasta alrededor de 1600.[cita requerida]

Definiciones

A continuación se presentan algunas definiciones de fermentación. Van desde usos generales e informales hasta definiciones más científicas.[4]

  • Métodos de conservación de alimentos a través de microorganismos (uso general).
  • Cualquier proceso microbiano a gran escala que ocurra con o sin aire (definición común utilizada en la industria).
  • Cualquier proceso que produzca bebidas alcohólicas o productos lácteos ácidos (uso general).
  • Cualquier proceso metabólico de liberación de energía que tiene lugar solo en condiciones anaeróbicas (algo científico).
  • Cualquier proceso metabólico que libera energía de un azúcar u otra molécula orgánica, que no requiere oxígeno o un sistema de transporte de electrones, y utiliza una molécula orgánica como aceptor final de electrones (más científica).

Historia del uso de la fermentación

 
Sala de fermentación de una destilería, extraída de: el ron: su fabricación, su química.

La fermentación es un fenómeno natural que ocurre durante la descomposición de la materia orgánica y que los hombres pudieron experimentar al ver como los frutos fermentaban sin su intervención.

El uso consciente de la fermentación por los humanos se remonta al Paleolítico para la conservación de alimentos y al Neolítico para la producción de ciertas bebidas: [5]​ se ha documentado que data del 7000 al 6600 a. C. en Jiahu, China,[6]5000 a. C. en India (el Ayurveda menciona muchos vinos medicinales), 6600 a. C. en Georgia,[7]3150 a. C. en el antiguo Egipto,[8]3000 a. C. en Babilonia,[9]2000 a. C. en el México prehispánico,[9]​ y 1500 a. C. en Sudán.[10]​ Los alimentos fermentados tienen un significado religioso en el judaísmo y el cristianismo. Se adoraba al dios báltico Rugutis como agente de la fermentación.[11][12]


También se ha usado la fermentación para la desintoxicación de plantas silvestres o domesticadas (por ejemplo, la fermentación de la yuca por enrejado, la fermentación láctica de las coles silvestres para hacer chucrut,[Nota 1]​ la fermentación de las leguminosas tóxicas como la soja, el miso, las semillas néré), el aumento de la biodisponibilidad de minerales (por ejemplo, la panificación de cereales ricos en fitatos desmineralizantes —cebada, mijo, almidón, engrain, espelta, trigo— gracias a la fitasa de las levaduras que eliminan estos fitatos durante la fermentación),[13]​ la producción de productos lácteos cuya fermentación elimina la lactosa tóxica de la leche (típicamente los quesos que la eliminan en el lactosuero y por la fermentación láctica en la cuajada mal tolerada por las poblaciones adultas de la época o cuya lactasa en fermentos conserva su actividad (característica de los yogures).[14]​ La fermentación permite así a los hombres del Neolítico adaptarse a la transición nutricional debida a los nuevos recursos alimenticios introducidos por la agricultura y la ganadería, una transición marcada por la generalización del consumo de cereales y leguminosas cultivadas, y por la aparición del consumo de productos lácteos fermentados.[15]

El enlatado desarrollado en el siglo XIX terminó con las técnicas tradicionales de conservación de carnes como el salado, el ahumado, sino también ablandar sistemático de la carne de venado.[16]

Al principio del siglo XXI hay más de 5000 alimentos en el mundo que la tradición debe a la fermentación (bebidas alcohólicas o no, productos lácteos , productos cárnicos, como el salchichón, o vegetales tales como el chucrut).[17]

Comprensión científica

En 1837, Charles Cagniard de la Tour, Theodor Schwann y Friedrich Traugott Kützing publicaron de forma independiente artículos que concluían, como resultado de sus investigaciones microscópicas, que la levadura era un organismo vivo que se reproducía por gemación.[18][19]:6 Schwann hervía jugo de uva para matar la levadura y descubrió que no se producía ninguna fermentación hasta que se agregaba nueva levadura. Sin embargo, muchos químicos, incluido Antoine Lavoisier, continuaron viendo la fermentación como una simple reacción química y rechazaron la noción de que los organismos vivos pudieran estar involucrados. Esto era visto como una reversión al vitalismo y fue satirizado en una publicación anónima de Justus von Liebig y Friedrich Wöhler.[20]:108–109

El punto de inflexión se produjo cuando Louis Pasteur (1822-1895), durante las décadas de 1850 y 1860, repitió los experimentos de Schwann y mostró que la fermentación era iniciada por organismos vivos en una serie de investigaciones.[21][19]:6 En 1857, Pasteur mostró que la fermentación del ácido láctico era causada por organismos vivos.[22]​ En 1860, demostró cómo las bacterias provocan el amargamiento de la leche, un proceso que antes se pensaba que era simplemente un cambio químico. Su trabajo en la identificación del papel de los microorganismos en el deterioro de los alimentos condujo al proceso de pasteurización.[23]

 
Louis Pasteur en su laboratorio

En 1877, trabajando para mejorar la industria cervecera francesa, Pasteur publicó su famoso artículo sobre fermentación, «Etudes sur la Bière», que fue traducido al inglés en 1879 como «Studies on fermentation».[24]​ Definió la fermentación (incorrectamente) como «Vida sin aire»,[25]​ sin embargo, mostró correctamente cómo tipos específicos de microorganismos causaban tipos de fermentaciones y productos finales específicos.[cita requerida]

Aunque mostrar que la fermentación era el resultado de la acción de microorganismos vivos fue un gran avance, eso no explicaba la naturaleza básica de la fermentación; ni tampoco demostrar que era causado por microorganismos que parecían estar siempre presentes. Muchos científicos, incluido Pasteur, habían intentado sin éxito extraer la enzima de fermentación de la levadura.[25]

El éxito llegó en 1897 cuando el químico alemán Eduard Buchner molió la levadura, extrajo un jugo de ella y luego descubrió para su asombro que ese líquido «muerto» podía fermentar una solución de azúcar, formando dióxido de carbono y alcohol, muy parecido a lo que hacían las levaduras vivas.[26]

Se considera que los resultados de Buechner marcaron el nacimiento de la bioquímica. Los «fermentos desorganizados» se comportaban igual que los organizados. A partir de ese momento, el término enzima pasó a aplicarse a todos los fermentos. Fue entonces cuando se entendió que la fermentación era causada por enzimas producidas por microorganismos.[27]​ En 1907, Buechner ganó el Premio Nobel de Química por su trabajo.[28]

Los avances en microbiología y tecnología de fermentación han continuado de manera constante hasta el presente. Por ejemplo, en la década de 1930, se descubrió que los microorganismos podían mutarse con tratamientos físicos y químicos para que tuvieran un mayor rendimiento, crecieran más rápido, toleraran menos oxígeno y pudieran usar un medio más concentrado.[29][30]​ También se desarrollaron la selección de cepas y a hibridación, que afectó a la mayoría de las fermentaciones alimentarias modernas.[cita requerida]

Tipos de fermentación

Son varias los tipos de fermentación, atendiendo a cual sea el aspecto considerado. La más sencilla es la que que distingue la fermentación natural, cuando las condiciones ambientales permiten la interacción de los microorganismos y los sustratos orgánicos susceptibles, y la artificial, cuando el ser humano propicia condiciones y el contacto referido.

También se clasifican según la naturaleza de los productos de las reacciones de fermentación, siendo las más conocidas las cuatro que comienzan a partir del piruvato: la alcohólica, la láctica, la butírica y la acética.

Otros tipos de fermentación son las siguientes:

También puede tratarse de procesos complejos o combinados, como en los siguientes casos:

Descripción bioquímica

Fermentación alcohólica

La fermentación alcohólica se lleva a cabo en particular por las levaduras y convierte los glúcidos como la glucosa, la fructosa y la sacarosadisacárido formado de los dos precedentes— en etanol CH
3
CH
2
OH
y dióxido de carbono CO
2
con producción de una pequeña cantidad de energía metabólica en forma de ATP.

 
Conversión del piruvato en etanol.

Durante la formación del etanol (reacción 2 a continuación), el piruvato CH
3
COCOO
resultante de la glucólisis (reacción 1) primero se descarboxila a acetaldehído CH
3
CHO
con liberación de una molécula de dióxido de carbono CO
2
, luego se [reduce en etanol CH
3
CH
2
OH
por el alcohol deshidrogenasa con oxidación de una molécula de NADH en NAD+ :

(1)C
6
H
12
O
6
+ 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi → 2 ATP + 2 NADH + 4 H+ + 2 H
2
O
+ 2 CH
3
COCOO

(2)CH
3
COCOO
+ NADH + 2 H+NAD+ + CH
3
CH
2
OH
+ CO
2

(1+2)C
6
H
12
O
6
+ 2 ADP + 2 Pi → 2 ATP + 2 H
2
O
+ 2 CH
3
CH
2
OH
+ 2 CO
2

Fermentación láctica

 
Conversión del piruvato en lactato.

La fermentación láctica es una vía metabólica, producida por determinadas bacterias y algunas células animales, que convierten glúcidos como la glucosa, otras hexosas y disacáridos formados por hexosas en lactato CH
3
CHOHCOO
con producción de una pequeña cantidad de energía metabólica en forma de ATP.

Durante la formación del lactato (reacción 2 a continuación), el piruvato CH
3
COCOO
resultante de la glucólisis (reacción 1) se reduce en lactato por la lactato deshidrogenasa con oxidación de una molécula de NADH en NAD+:

(1)C
6
H
12
O
6
+ 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi → 2 ATP + 2 NADH + 4 H+ + 2 H
2
O
+ 2 CH
3
COCOO

(2)CH
3
COCOO
+ NADH + H+NAD+ + CH
3
CHOHCOO

(1+2)C
6
H
12
O
6
+ 2 ADP + 2 Pi → 2 ATP + 2 CH
3
CHOHCOO
+ 2 H+ + 2 H
2
O

A título de comparación, en presencia de dioxígeno, la respiración produce hasta 36-38 moles de ATP a partir de un mol de glucosa, que es aproximadamente 18-19 veces más que la fermentación. Moviliza un aparato enzimático más complejo (ver ciclo de Krebs y cadena respiratoria). En términos evolutivos, la fermentación se ve favorecida siempre que existan grandes cantidades de azúcar y poco oxígeno, lo que corresponde a las condiciones de vida antes de la aparición del oxígeno en la atmósfera terrestre. Tan pronto como el azúcar escasea y/o el oxígeno se vuelve abundante, como comenzó hace unos dos mil millones de años y terminó hace unos 250 millones de años, se produce la respiración y los organismos, especialistas capaces de implementarlo. Nótese que las mitocondrias, lugar de la respiración celular, son orgánulos descendientes de α-proteobacterias.

Fermentación maloláctica

Es realizada por bacterias. Permite estabilizar los vinos para la crianza.

La ecuación química correspondiente es la siguiente (transformación del ácido málico en ácido láctico):

HOOCCH
2
CHOHCOOH
CH
3
CHOHCOOH
+ CO
2

Fermentación acética o acetificación

Principio de fermentación acética o de acetificación

La «fermentación acética» (impropia) o acetificación es una reacción redox de glúcidos, alcoholes primarios, polioles o aldehídos en ácido acético resultante de bacterias acéticas.

La ecuación química para la fermetación del etanol es:

CH
3
CH
2
OH
+ O
2
CH
3
COOH
+ H
2
O
+ 348 kJ

Proceso de acescencia

En una solución acuosa de etanol (como una bebida alcohólica) o de glúcidos no fermentados (como un mosto), la fermentación acética producida por bacterias acéticas contribuye a la acidez volátil, particularmente en aquellas que resultan directamente de una fermentación alcohólica en la que quedan glúcidos: vino, cerveza, sake, sidra, perada, hidromiel...

Más allá de una tasa crítica de acidez volátil, la acetificación está en el origen de una acescencia, una colonia de bacterias acéticas (principalmente de los géneros Acetobacter aceti, Gluconoacetobacter europaeus, Gluconobacter oxydans y Acetobacter orleanensis) se organizan en una biopelícula durante este proceso: la madre del vinagre. Además, Gluconobacter oxydans puede producir polisacáridos (glucano, lavanda...) durante la maduración, volviendo así el medio sea viscoso.[33]

Más allá de un nivel crítico específico de ácido acético en la acidez volátil, una solución acuosa de etanol puede sufrir picaduras acéticas por esterificación a partir del ácido acético y del etanol produciendo acetato de etilo.[Nota 2]

Dado que el catabolismo oxidativo de las bacterias acéticas es de tipo aeróbico, la fermentación acética no califica una fermentación en sentido estricto, su respiración celular surge de una cadena respiratoria membranaria.[Nota 3]

Roles fisiológicos

Fermentación alcohólica

La fermentación alcohólica o fermentación etílica es realizada por muchos organismos vivos (bacterias, levaduras) de forma permanente u ocasional en ambientes desprovistos de oxígeno. La propiedad de ciertas levaduras de transformar el azúcar en etanol es utilizada por el hombre en la elaboración de bebidas alcohólicas (y no bebidas alcoholizadas, como se puede leer incorrectamente en la prensa o escuchar, porque la alcoholización se produce de forma espontánea y no mediante la adición de etanol/alcohol) y para la fabricación del pan. La temperatura ideal para la fermentación es de 35 °C a 40 °C.

Las bebidas alcohólicas se obtienen por fermentación natural de soluciones azucaradas (mostos). Se trata de una reacción química natural (bioquímica) obtenida gracias a los microorganismos (bacterias, mohos, hongos) y levaduras que, gracias a su enzima, la zimasa, descomponen los jugos de las frutas naturales en etanol y en burbujas de dióxido de carbono.

Las levaduras están presentes de forma natural en la superficie de las frutas o se agregan a los mostos (jugo de frutas) que se fermentan. Concretamente, para desencadenar el proceso de fermentación, lo único que hay que hacer es dejar la fruta en contacto con el aire, cuidando de triturar las membranas de protección biológica (piel, etc.), lo que se hace machacando o triturando la fruta. Las levaduras en suspensión en el aire son más que suficientes para producir la fermentación de la papilla en unos días.

También se pueden agregar levaduras para acelerar este proceso natural, como la levadura de cerveza (o la del pan) también, manteniendo la temperatura en torno a los 37 °C, la fermentación se produce en aproximadamente una hora.

Este fenómeno ha sido conocido científicamente a partir del trabajo de los químicos Jean-Antoine Chaptal (siguiendo el trabajo de François Rozier y de Antoine Lavoisier), Gay-Lussac (1817), Pasteur (1866) y Buchner (1897) quienes demostraron la naturaleza enzimática de la transformación del azúcar en etanol. Su conocimiento se relaciona con la química, enzimología y microbiología.

Fermentación láctica

Fermentación de la lactosa

La fermentación láctica es muy utilizada en quesería. Los yogures se obtienen a partir de leche hervida, luego enfriada e inoculada con una cepa definida de bacterias, por ejemplo L. Bulgaricus (Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus), e incubadas según el proceso de fermentación y el producto a fermentar.

Fermentación del repollo en chucrut

La fabricación del chucrut se produce por fermentación láctica en presencia de 2 a 3 % de cloruro de sodio. El proceso se detiene cuando el contenido de ácido láctico alcanza aproximadamente el 1,5%.

Ensilaje (agricultura)

La fermentación láctica se ve favorecida durante el ensilaje de productos agrícolas, porque la acidez producida impide el desarrollo de otros microorganismos que pueden provocar la putrefacción de los productos ensilados.

Fermentación por la flora intestinal

La presencia de fermentos lácticos en la flora intestinal es muy favorable para un buen funcionamiento del intestino[cita requerida].

Contracción muscular y fermentación láctica

Finalmente, durante los procesos anaeróbicos que presiden la contracción muscular, el glucógeno, que es un polímero glicosilado, libera glucosa gracias a una enzima, el glucógeno fosforilasa, la glucosa luego se une a la glucólisis y forma dos equivalentes del piruvato. Estos luego se convierten en ácido láctico por una lactato deshidrogenasa, que posteriormente se oxida durante los procesos aeróbicos. La fermentación láctica es una reacción química que puede tener lugar cuando se produce una privación de oxígeno en las células musculares: los músculos tienen necesidad de una gran cantidad de energía durante la actividad física, y consumen una gran cantidad de azúcar y sobre todo, de oxígeno. La glucosa y el oxígeno necesarios para la reacción de respiración celular se almacenan en la célula y el torrente sanguíneo los renueva. La cantidad de oxígeno aportada puede no ser suficiente, ya sea en caso de un esfuerzo corto e intenso (teniendo en cuenta el tiempo entre el flujo de descanso y el flujo en pleno esfuerzo), o incluso cuando ya se alcanza el flujo máximo de oxígeno (durante el sprint final), mientras que el azúcar permanece disponible; las células musculares realizan entonces la fermentación láctica para producir energía.

El aumento de la concentración de iones lactatos en las células musculares es una de las razones de la fatiga después de una actividad intensa. De hecho, esos iones lactatos cambian el pH intracelular y modifican de hecho las condiciones de funcionamiento enzimáticos de la célula que ya no puede funcionar correctamente.

No obstante, investigaciones recientes sugieren que el aumento de iones K+ podría ser el culpable, mientras que el exceso de lactato (forma ionizada de ácido láctico) resulta en un aumento del rendimiento muscular[cita requerida]. El exceso de lactato es «reciclado» en piruvato por las células hepáticas.

Fermentación acética en vinagrería

Algunas especies de bacterias acéticas forman colonias que aintervienen en la vinagrería en la acescencia de soluciones acuosas que contienen alcohol etílico. Se organizan en una biopelícula llamada madre del vinagre, en presencia de aire en un recipiente no ouillé (acción de sustituir el vino evaporado en barrica por un vino del mismo origen).

También colonias de bacterias acéticas muy tolerantes al etanol y al ácido acético están implicadas en la acescencia de una solución acuosa de alcohol etílico resultante de la fermentación alcohólica de un mosto: melaza para vinagre de alcohol, mosto de uva para el de vino, malta para el de cerveza, mosto de manzanas por el de sidra, mosto de peras para el de perada, mosto de miel para el de hidromiel, mosto de arroz para el vinagre de arroz, mosto de plátano Cavendish para el de cerveza de plátano...

Las especies de bacterias acéticas implicadas en el proceso de acescencia en el vinagre del vino son principalmente: Acetobacter aceti, Gluconobacter oxydans, Acetobacter orleanensis, Acetobacter œni y Gluconoacetobacter europaeus cuya tolerancia al etanol y al ácido acético es la más alta. Depositada sobre una superficie de 1 m², una colonia de esta última constituye una biopelícula de 0,5 g/m2 (en estado seco) en 24 horas a 20 °C. En 48 horas, una única bacteria produce su propio peso de ácido acético, siempre que tenga una gran cantidad de oxígeno o un aceptor de hidrógeno (en particular, azul de metileno). Su cultivo racionalizado permite acelerar el proceso de acescencia que antes requería al menos tres semanas.

Gluconoacetobacter kombuchae, Acetobacter aceti, Gluconobacter oxydans y Gluconoacetobacter xylinum pueden desarrollarse en simbiosis con ciertas levaduras (schizosaccharomyces pombe, Brettanomyces bruxellensis, Torulaspora delbrueckii…) en algunas bebidas similares al vinagre, especialmente en la kombucha que es una bebida ácida que ha experimentado una fermentación acética...[34]

El Acetobacter pomorum interviene principalmente en la elaboración de vinagres de sidra y de peradas, el Acetobacter lambici en el vinagre de cerveza, el Acetobacter papayae en aquellos vinagres de frutas tropicales cuyo mosto sufrió una fermentación alcohólica: vinagre de piña, de plátano Cavendish, de maracuyá, de guanábana, de papaya , de mango...[Nota 4]

Procesos de fermentación

Vinificación

 
Fermentación de un vino rosado

En la elaboración del vino, son las levaduras que se encuentran de forma natural en la floración las que tras el prensado (vinos blanco y rosados) o durante la fermentación (vinos tintos) transformarán en alcohol el azúcar presente en las bayas de la uva.

En enología, los principales objetivos de la fermentación alcohólica del mosto de uva en vino son los siguientes:

  • asegurar la fermentación completa y rápida de los azúcares;
  • evitar la producción de acidez volátil durante la fermentación;
  • evitar la producción de compuestos sulfurados con olores desagradables durante la fermentación;
  • lograr el objetivo aromático y gustativo.

Estas etapas pueden ser favorecidas mediante la adición de una levadura seleccionada por sus características fermentarias.

La realización de la fermentación alcohólica de un mosto de uva requiere controlar los factores que afectan directamente a la vida y supervivencia de una población de levaduras.

Fermentación de la cerveza

La fermentación es una de las etapas en la elaboración de la cerveza. Este paso consiste en inocular el mosto con una determinada cantidad de levadura para que esas levaduras conviertan los azúcares presentes en alcohol y CO
2
. Hay cuatro tipos de fermentación: baja, alta, espontánea y mixta.

Faisandage

La maduración de la carne de venado se debe a la fermentación bacteriana de su contenido intestinal, las proteasas de las bacterias que desorganizan los músculos y los tendones robustos (proceso de proteólisis) desarrollados por la vida salvaje de la caza.[35]

Metanización

En el campo del tratamiento de residuos orgánicos y de la producción de energía renovable, la metanización (digestión anaeróbica) permite transformar la materia orgánica (contaminación orgánica, estiércol, residuos domésticos fermentables) en biogás. Consiste principalmente en cuatro fases:

  • hidrólisis de polímeros de azúcares, proteínas o lípidos en monómeros;
  • acidogénesis que permite la transformación de esos monómeros en ácidos grasos volátiles;
  • acetogénesis que produce el acetato;
  • metanogénesis para la producción de metano y CO
    2
    .

Aplicaciones

El beneficio industrial primario de la fermentación es la conversión del mosto en vino, de la cebada en cerveza y de los carbohidratos en dióxido de carbono para hacer pan. Otros usos de la fermentación son la producción de suplementos como la cianocobalamina, etc.

De acuerdo con Steinkraus (1995), la fermentación de los alimentos sirve a 5 propósitos generales:

  • Enriquecimiento de la dieta a través del desarrollo de una diversidad de sabores, aromas y texturas en los substratos de los alimentos.
  • Preservación de cantidades substanciales de alimentos a través de ácido láctico, etanol, ácido acético y fermentaciones alcalinas.
  • Enriquecimiento de sustratos alimenticios con proteína, aminoácidos, ácidos grasos esenciales y vitaminas.
  • Detoxificación durante el proceso de fermentación alimenticia.
  • Disminución de los tiempos de cocinado y de los requerimientos de combustible.

La fermentación tiene algunos usos exclusivos para los alimentos. Puede producir nutrientes importantes o eliminar antinutrientes. Los alimentos pueden preservarse por fermentación, la fermentación hace uso de energía de los alimentos y puede crear condiciones inadecuadas para organismos indeseables. Por ejemplo, avinagrando el ácido producido por la bacteria dominante, inhibe el crecimiento de todos los otros microorganismos. También por fermentación de la leche se obtiene el yogur y el kéfir.

De acuerdo al tipo de fermentación, algunos productos (ej. alcohol fusel) pueden ser dañinos para la salud. En alquimia, la fermentación es a menudo lo mismo que putrefacción, significando permitir el pudrimiento o la descomposición natural de la sustancia.

Véase también

Notas

  1. Esta fermentación no solo conserva la col por acidificación sino que también reduce el contenido de glucosinolatos tóxicos gracias a las bacterias lácticas. (Leucononostoc y Lactobacillus spp.)
  2. Piqûre acétique
  3. Respiration des bactéries acétogènes
  4. Élaboration des vinaigres de fruits tropicaux

Referencias

  1. Tortora, Gerard J.; Funke, Berdell R.; Case, Christine L. (30 de junio de 2007). Introducción a la microbiología. Ed. Médica Panamericana. ISBN 978-950-06-0740-7. Consultado el 27 de noviembre de 2019. 
  2. Bronowski, J. (1973/1979). El ascenso del hombre (The Ascent of Man). Trad. Alejandro Ludlow Wiechers, Francisco Rebolledo López, Víctor M. Lozano, Efraín Hurtado y Gonzalo González Fernández. Londres/Bogotá: BBC/Fondo Educativo Interamericano.
  3. Real Academia Española y Asociación de Academias de la Lengua Española. «fermentación». Diccionario de la lengua española (23.ª edición). 
  4. Tortora, Gerard J.; Funke, Berdell R.; Case, Christine L. (2010). «5». Microbiology An Introduction (10 edición). San Francisco, CA: Pearson Benjamin Cummings. p. 135]. ISBN 978-0-321-58202-7. Consultado el 9 de diciembre de 2014. 
  5. Clarence H Patrick (1970). Alcohol, Culture, and Society (en inglés). Duke University Press. pp. 26-27. 
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Enlaces externos

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fermentación, debe, confundirse, respiración, anaeróbica, fermentación, metabolismo, fermentativo, proceso, catabólico, oxidación, incompleta, requiere, oxígeno, cuyo, producto, final, compuesto, orgánico, propio, metabolismo, muchos, microorganismos, según, p. No debe confundirse con Respiracion anaerobica La fermentacion o metabolismo fermentativo es un proceso catabolico de oxidacion incompleta que no requiere oxigeno y cuyo producto final es un compuesto organico 1 Es propio del metabolismo de muchos microorganismos y segun los productos finales existen diversos tipos de fermentacion La ciencia que estudia la fermentacion es la cimologia Fermentacion industrial Fermentacion alcoholica El vino es un mar de organismos Merced a algunos vive merced a otros se descompone Louis Pasteur 2 Fue descubierta por Louis Pasteur quien la describio como la vie sans l air la vida sin el aire La fermentacion tipica es llevada a cabo por las levaduras Tambien algunos metazoos protistas y diversos organismos procariotas son capaces de realizarla El proceso de fermentacion es anaerobico es decir se produce en ausencia de oxigeno ello significa que el aceptor final de los electrones del NADH producido en la glucolisis no es el oxigeno sino un compuesto organico que se reducira para poder reoxidar el NADH a NAD El compuesto organico que se reduce acetaldehido piruvato es un derivado del sustrato que se ha oxidado anteriormente En los seres vivos la fermentacion es un proceso anaerobico y en el no intervienen las mitocondrias ni la cadena respiratoria El proceso de fermentacion es caracteristico de algunos microorganismos algunas bacterias y levaduras Tambien se produce en la mayoria de las celulas de los animales incluido el ser humano excepto en las neuronas que mueren rapidamente si no pueden realizar la respiracion celular Algunas celulas como los eritrocitos carecen de mitocondrias y se ven obligadas a fermentar el tejido muscular de los animales realiza la fermentacion lactica cuando el aporte de oxigeno a las celulas musculares no es suficiente para el metabolismo aerobio y la contraccion muscular Desde el punto de vista energetico las fermentaciones son muy poco rentables si se comparan con la respiracion aerobica ya que a partir de una molecula de glucosa solo se obtienen dos moleculas de trifosfato de adenosina ATP mientras que en la respiracion aerobica se producen de 36 a 38 Esto se debe a la oxidacion del NADH que en lugar de penetrar en la cadena respiratoria cede sus electrones a compuestos organicos con poco poder oxidante En la industria la fermentacion puede ser oxidativa es decir en presencia de oxigeno pero es una oxidacion aerobica incompleta como la produccion de acido acetico a partir de etanol Indice 1 Resumen bioquimico 2 Etimologia 3 Definiciones 4 Historia del uso de la fermentacion 4 1 Comprension cientifica 5 Tipos de fermentacion 6 Descripcion bioquimica 6 1 Fermentacion alcoholica 6 2 Fermentacion lactica 6 3 Fermentacion malolactica 6 4 Fermentacion acetica o acetificacion 6 4 1 Principio de fermentacion acetica o de acetificacion 6 4 2 Proceso de acescencia 7 Roles fisiologicos 7 1 Fermentacion alcoholica 7 2 Fermentacion lactica 7 2 1 Fermentacion de la lactosa 7 2 2 Fermentacion del repollo en chucrut 7 2 3 Ensilaje agricultura 7 2 4 Fermentacion por la flora intestinal 7 2 5 Contraccion muscular y fermentacion lactica 7 3 Fermentacion acetica en vinagreria 8 Procesos de fermentacion 8 1 Vinificacion 8 2 Fermentacion de la cerveza 8 3 Faisandage 8 4 Metanizacion 9 Aplicaciones 10 Vease tambien 11 Notas 12 Referencias 13 Enlaces externosResumen bioquimico EditarLa fermentacion es un proceso metabolico que generalmente convierte los glucidos en acidos en gases o en alcoholes para extraer de ellos una parte de la energia quimica mientras reoxida las coenzimas reducidas por estas reacciones Es una via metabolica de oxidorreduccion en la que el aceptor ultimo de electrones a menudo se confunde con el producto final de las reacciones Se caracteriza por una degradacion parcial de la sustancia fermentable y solo permite una produccion de energia limitada Tiene lugar en levaduras y bacterias asi como en celulas musculares que carecen de oxigeno es decir en condiciones anaerobicas Su caracterizacion en el siglo XIX contribuyo al descubrimiento de las enzimas Louis Pasteur estimo asi que los fermentos eran responsables de la fermentacion alcoholica en la levadura Mas precisamente la fermentacion es un modo de respiracion celular que implementa un sistema de transferencia de electrones basado en pequenas moleculas solubles del citosol a menudo acidos organicos o sus derivados y no en una cadena respiratoria membranaria Su produccion de ATP a menudo tiene lugar por fosforilacion a nivel de sustrato a diferencia de la fosforilacion oxidativa y es sensiblemente inferior que esta ultima La produccion de ATP por fermentacion por otro lado es mas rapida que por fosforilacion oxidativa porque tiene lugar en el compartimento celular donde se consume la ATP sin necesidad de pasar por una translocasa de ATP ADP La primera etapa comun a todos los modos de fermentacion es la glucolisis que convierte la glucosa en piruvato con fosforilacion de dos moleculas de ADP en ATP y reduccion de dos moleculas de NAD en NADH C6 H12 O6 2 NAD 2 ADP 2 Pi 2 ATP 2 NADH 4 H 2 H2 O 2 CH3 COCOO El ATP se utiliza en procesos celulares que requieren energia como la biosintesis el transporte activo a traves de membranas y la motilidad celular Por el contrario el NADH debe volver a oxidarse a NAD para permitir que continue el metabolismo celular La funcion principal de la fermentacion es asegurar esta reoxidacion transfiriendo electrones del NADH a un receptor de electrones que luego se elimina de la celula Durante la fermentacion lactica por ejemplo el aceptor de electrones es el propio piruvato que luego se reduce a lactato esto es lo que sucede en los musculos durante un esfuerzo fisico intenso que supera las capacidades de oxigenacion celular y hace que la glucolisis del citosol funcione mucho mas rapido que la cadena respiratoria de las mitocondrias Etimologia EditarLa palabra fermiento deriva del verbo latino fervere que significa hervir Fermentacion provendria asi del latin tardio fermentatio ōnis 3 Se cree que se utilizo por primera vez a finales del siglo XIV en alquimia pero solo en un sentido amplio No se utilizo en el sentido cientifico moderno hasta alrededor de 1600 cita requerida Definiciones EditarA continuacion se presentan algunas definiciones de fermentacion Van desde usos generales e informales hasta definiciones mas cientificas 4 Metodos de conservacion de alimentos a traves de microorganismos uso general Cualquier proceso microbiano a gran escala que ocurra con o sin aire definicion comun utilizada en la industria Cualquier proceso que produzca bebidas alcoholicas o productos lacteos acidos uso general Cualquier proceso metabolico de liberacion de energia que tiene lugar solo en condiciones anaerobicas algo cientifico Cualquier proceso metabolico que libera energia de un azucar u otra molecula organica que no requiere oxigeno o un sistema de transporte de electrones y utiliza una molecula organica como aceptor final de electrones mas cientifica Historia del uso de la fermentacion Editar Sala de fermentacion de una destileria extraida de el ron su fabricacion su quimica Articulo principal Alimento fermentado La fermentacion es un fenomeno natural que ocurre durante la descomposicion de la materia organica y que los hombres pudieron experimentar al ver como los frutos fermentaban sin su intervencion El uso consciente de la fermentacion por los humanos se remonta al Paleolitico para la conservacion de alimentos y al Neolitico para la produccion de ciertas bebidas 5 se ha documentado que data del 7000 al 6600 a C en Jiahu China 6 5000 a C en India el Ayurveda menciona muchos vinos medicinales 6600 a C en Georgia 7 3150 a C en el antiguo Egipto 8 3000 a C en Babilonia 9 2000 a C en el Mexico prehispanico 9 y 1500 a C en Sudan 10 Los alimentos fermentados tienen un significado religioso en el judaismo y el cristianismo Se adoraba al dios baltico Rugutis como agente de la fermentacion 11 12 Tambien se ha usado la fermentacion para la desintoxicacion de plantas silvestres o domesticadas por ejemplo la fermentacion de la yuca por enrejado la fermentacion lactica de las coles silvestres para hacer chucrut Nota 1 la fermentacion de las leguminosas toxicas como la soja el miso las semillas nere el aumento de la biodisponibilidad de minerales por ejemplo la panificacion de cereales ricos en fitatos desmineralizantes cebada mijo almidon engrain espelta trigo gracias a la fitasa de las levaduras que eliminan estos fitatos durante la fermentacion 13 la produccion de productos lacteos cuya fermentacion elimina la lactosa toxica de la leche tipicamente los quesos que la eliminan en el lactosuero y por la fermentacion lactica en la cuajada mal tolerada por las poblaciones adultas de la epoca o cuya lactasa en fermentos conserva su actividad caracteristica de los yogures 14 La fermentacion permite asi a los hombres del Neolitico adaptarse a la transicion nutricional debida a los nuevos recursos alimenticios introducidos por la agricultura y la ganaderia una transicion marcada por la generalizacion del consumo de cereales y leguminosas cultivadas y por la aparicion del consumo de productos lacteos fermentados 15 El enlatado desarrollado en el siglo XIX termino con las tecnicas tradicionales de conservacion de carnes como el salado el ahumado sino tambien ablandar sistematico de la carne de venado 16 Al principio del siglo XXI hay mas de 5000 alimentos en el mundo que la tradicion debe a la fermentacion bebidas alcoholicas o no productos lacteos productos carnicos como el salchichon o vegetales tales como el chucrut 17 Comprension cientifica Editar En 1837 Charles Cagniard de la Tour Theodor Schwann y Friedrich Traugott Kutzing publicaron de forma independiente articulos que concluian como resultado de sus investigaciones microscopicas que la levadura era un organismo vivo que se reproducia por gemacion 18 19 6 Schwann hervia jugo de uva para matar la levadura y descubrio que no se producia ninguna fermentacion hasta que se agregaba nueva levadura Sin embargo muchos quimicos incluido Antoine Lavoisier continuaron viendo la fermentacion como una simple reaccion quimica y rechazaron la nocion de que los organismos vivos pudieran estar involucrados Esto era visto como una reversion al vitalismo y fue satirizado en una publicacion anonima de Justus von Liebig y Friedrich Wohler 20 108 109El punto de inflexion se produjo cuando Louis Pasteur 1822 1895 durante las decadas de 1850 y 1860 repitio los experimentos de Schwann y mostro que la fermentacion era iniciada por organismos vivos en una serie de investigaciones 21 19 6 En 1857 Pasteur mostro que la fermentacion del acido lactico era causada por organismos vivos 22 En 1860 demostro como las bacterias provocan el amargamiento de la leche un proceso que antes se pensaba que era simplemente un cambio quimico Su trabajo en la identificacion del papel de los microorganismos en el deterioro de los alimentos condujo al proceso de pasteurizacion 23 Louis Pasteur en su laboratorio En 1877 trabajando para mejorar la industria cervecera francesa Pasteur publico su famoso articulo sobre fermentacion Etudes sur la Biere que fue traducido al ingles en 1879 como Studies on fermentation 24 Definio la fermentacion incorrectamente como Vida sin aire 25 sin embargo mostro correctamente como tipos especificos de microorganismos causaban tipos de fermentaciones y productos finales especificos cita requerida Aunque mostrar que la fermentacion era el resultado de la accion de microorganismos vivos fue un gran avance eso no explicaba la naturaleza basica de la fermentacion ni tampoco demostrar que era causado por microorganismos que parecian estar siempre presentes Muchos cientificos incluido Pasteur habian intentado sin exito extraer la enzima de fermentacion de la levadura 25 El exito llego en 1897 cuando el quimico aleman Eduard Buchner molio la levadura extrajo un jugo de ella y luego descubrio para su asombro que ese liquido muerto podia fermentar una solucion de azucar formando dioxido de carbono y alcohol muy parecido a lo que hacian las levaduras vivas 26 Se considera que los resultados de Buechner marcaron el nacimiento de la bioquimica Los fermentos desorganizados se comportaban igual que los organizados A partir de ese momento el termino enzima paso a aplicarse a todos los fermentos Fue entonces cuando se entendio que la fermentacion era causada por enzimas producidas por microorganismos 27 En 1907 Buechner gano el Premio Nobel de Quimica por su trabajo 28 Los avances en microbiologia y tecnologia de fermentacion han continuado de manera constante hasta el presente Por ejemplo en la decada de 1930 se descubrio que los microorganismos podian mutarse con tratamientos fisicos y quimicos para que tuvieran un mayor rendimiento crecieran mas rapido toleraran menos oxigeno y pudieran usar un medio mas concentrado 29 30 Tambien se desarrollaron la seleccion de cepas y a hibridacion que afecto a la mayoria de las fermentaciones alimentarias modernas cita requerida Tipos de fermentacion EditarSon varias los tipos de fermentacion atendiendo a cual sea el aspecto considerado La mas sencilla es la que que distingue la fermentacion natural cuando las condiciones ambientales permiten la interaccion de los microorganismos y los sustratos organicos susceptibles y la artificial cuando el ser humano propicia condiciones y el contacto referido Tambien se clasifican segun la naturaleza de los productos de las reacciones de fermentacion siendo las mas conocidas las cuatro que comienzan a partir del piruvato la alcoholica la lactica la butirica y la acetica Otros tipos de fermentacion son las siguientes fermentacion butirica II fermentacion butanodiolica una variante de la fermentacion lactica llevada a cabo por enterobacterias que liberan dioxido de carbono y generan butanodiol un alcohol incoloro y viscoso 31 fermentacion productora de caproato fermentacion hidrogenica fermentacion kojica fermentacion malolactica fermentacion propionica 32 Tambien puede tratarse de procesos complejos o combinados como en los siguientes casos fermentacion ABE aceto butilica etilica fermentacion acido mixta que afecta principalmente a las enterobacterias es decir a las bacterias del tubo digestivo fermentacion de gas de sintesisDescripcion bioquimica EditarFermentacion alcoholica Editar Articulo principal Fermentacion alcoholica La fermentacion alcoholica se lleva a cabo en particular por las levaduras y convierte los glucidos como la glucosa la fructosa y la sacarosa disacarido formado de los dos precedentes en etanol CH3 CH2 OH y dioxido de carbono CO2 con produccion de una pequena cantidad de energia metabolica en forma de ATP Conversion del piruvato en etanol Durante la formacion del etanol reaccion 2 a continuacion el piruvato CH3 COCOO resultante de la glucolisis reaccion 1 primero se descarboxila a acetaldehido CH3 CHO con liberacion de una molecula de dioxido de carbono CO2 luego se reduce en etanol CH3 CH2 OH por el alcohol deshidrogenasa con oxidacion de una molecula de NADH en NAD 1 C6 H12 O6 2 NAD 2 ADP 2 Pi 2 ATP 2 NADH 4 H 2 H2 O 2 CH3 COCOO 2 CH3 COCOO NADH 2 H NAD CH3 CH2 OH CO2 1 2 C6 H12 O6 2 ADP 2 Pi 2 ATP 2 H2 O 2 CH3 CH2 OH 2 CO2 Fermentacion lactica Editar Conversion del piruvato en lactato Articulo principal Fermentacion lactica La fermentacion lactica es una via metabolica producida por determinadas bacterias y algunas celulas animales que convierten glucidos como la glucosa otras hexosas y disacaridos formados por hexosas en lactato CH3 CHOHCOO con produccion de una pequena cantidad de energia metabolica en forma de ATP Durante la formacion del lactato reaccion 2 a continuacion el piruvato CH3 COCOO resultante de la glucolisis reaccion 1 se reduce en lactato por la lactato deshidrogenasa con oxidacion de una molecula de NADH en NAD 1 C6 H12 O6 2 NAD 2 ADP 2 Pi 2 ATP 2 NADH 4 H 2 H2 O 2 CH3 COCOO 2 CH3 COCOO NADH H NAD CH3 CHOHCOO 1 2 C6 H12 O6 2 ADP 2 Pi 2 ATP 2 CH3 CHOHCOO 2 H 2 H2 O A titulo de comparacion en presencia de dioxigeno la respiracion produce hasta 36 38 moles de ATP a partir de un mol de glucosa que es aproximadamente 18 19 veces mas que la fermentacion Moviliza un aparato enzimatico mas complejo ver ciclo de Krebs y cadena respiratoria En terminos evolutivos la fermentacion se ve favorecida siempre que existan grandes cantidades de azucar y poco oxigeno lo que corresponde a las condiciones de vida antes de la aparicion del oxigeno en la atmosfera terrestre Tan pronto como el azucar escasea y o el oxigeno se vuelve abundante como comenzo hace unos dos mil millones de anos y termino hace unos 250 millones de anos se produce la respiracion y los organismos especialistas capaces de implementarlo Notese que las mitocondrias lugar de la respiracion celular son organulos descendientes de a proteobacterias Fermentacion malolactica Editar Articulo principal Fermentacion malolactica Es realizada por bacterias Permite estabilizar los vinos para la crianza La ecuacion quimica correspondiente es la siguiente transformacion del acido malico en acido lactico HOOCCH2 CHOHCOOH CH3 CHOHCOOH CO2 Fermentacion acetica o acetificacion Editar Principio de fermentacion acetica o de acetificacion Editar La fermentacion acetica impropia o acetificacion es una reaccion redox de glucidos alcoholes primarios polioles o aldehidos en acido acetico resultante de bacterias aceticas La ecuacion quimica para la fermetacion del etanol es CH3 CH2 OH O2 CH3 COOH H2 O 348 kJ Vease tambien Acetobacteria Proceso de acescencia Editar En una solucion acuosa de etanol como una bebida alcoholica o de glucidos no fermentados como un mosto la fermentacion acetica producida por bacterias aceticas contribuye a la acidez volatil particularmente en aquellas que resultan directamente de una fermentacion alcoholica en la que quedan glucidos vino cerveza sake sidra perada hidromiel Mas alla de una tasa critica de acidez volatil la acetificacion esta en el origen de una acescencia una colonia de bacterias aceticas principalmente de los generos Acetobacter aceti Gluconoacetobacter europaeus Gluconobacter oxydans y Acetobacter orleanensis se organizan en una biopelicula durante este proceso la madre del vinagre Ademas Gluconobacter oxydans puede producir polisacaridos glucano lavanda durante la maduracion volviendo asi el medio sea viscoso 33 Mas alla de un nivel critico especifico de acido acetico en la acidez volatil una solucion acuosa de etanol puede sufrir picaduras aceticas por esterificacion a partir del acido acetico y del etanol produciendo acetato de etilo Nota 2 Dado que el catabolismo oxidativo de las bacterias aceticas es de tipo aerobico la fermentacion acetica no califica una fermentacion en sentido estricto su respiracion celular surge de una cadena respiratoria membranaria Nota 3 Roles fisiologicos EditarFermentacion alcoholica Editar Articulo principal Fermentacion alcoholica La fermentacion alcoholica o fermentacion etilica es realizada por muchos organismos vivos bacterias levaduras de forma permanente u ocasional en ambientes desprovistos de oxigeno La propiedad de ciertas levaduras de transformar el azucar en etanol es utilizada por el hombre en la elaboracion de bebidas alcoholicas y no bebidas alcoholizadas como se puede leer incorrectamente en la prensa o escuchar porque la alcoholizacion se produce de forma espontanea y no mediante la adicion de etanol alcohol y para la fabricacion del pan La temperatura ideal para la fermentacion es de 35 C a 40 C Las bebidas alcoholicas se obtienen por fermentacion natural de soluciones azucaradas mostos Se trata de una reaccion quimica natural bioquimica obtenida gracias a los microorganismos bacterias mohos hongos y levaduras que gracias a su enzima la zimasa descomponen los jugos de las frutas naturales en etanol y en burbujas de dioxido de carbono Las levaduras estan presentes de forma natural en la superficie de las frutas o se agregan a los mostos jugo de frutas que se fermentan Concretamente para desencadenar el proceso de fermentacion lo unico que hay que hacer es dejar la fruta en contacto con el aire cuidando de triturar las membranas de proteccion biologica piel etc lo que se hace machacando o triturando la fruta Las levaduras en suspension en el aire son mas que suficientes para producir la fermentacion de la papilla en unos dias Tambien se pueden agregar levaduras para acelerar este proceso natural como la levadura de cerveza o la del pan tambien manteniendo la temperatura en torno a los 37 C la fermentacion se produce en aproximadamente una hora Este fenomeno ha sido conocido cientificamente a partir del trabajo de los quimicos Jean Antoine Chaptal siguiendo el trabajo de Francois Rozier y de Antoine Lavoisier Gay Lussac 1817 Pasteur 1866 y Buchner 1897 quienes demostraron la naturaleza enzimatica de la transformacion del azucar en etanol Su conocimiento se relaciona con la quimica enzimologia y microbiologia Fermentacion lactica Editar Articulo principal Fermentacion lactica Fermentacion de la lactosa Editar La fermentacion lactica es muy utilizada en queseria Los yogures se obtienen a partir de leche hervida luego enfriada e inoculada con una cepa definida de bacterias por ejemplo L Bulgaricus Lactobacillus delbrueckii subsp bulgaricus e incubadas segun el proceso de fermentacion y el producto a fermentar Fermentacion del repollo en chucrut Editar La fabricacion del chucrut se produce por fermentacion lactica en presencia de 2 a 3 de cloruro de sodio El proceso se detiene cuando el contenido de acido lactico alcanza aproximadamente el 1 5 Ensilaje agricultura Editar La fermentacion lactica se ve favorecida durante el ensilaje de productos agricolas porque la acidez producida impide el desarrollo de otros microorganismos que pueden provocar la putrefaccion de los productos ensilados Fermentacion por la flora intestinal Editar La presencia de fermentos lacticos en la flora intestinal es muy favorable para un buen funcionamiento del intestino cita requerida Contraccion muscular y fermentacion lactica Editar Finalmente durante los procesos anaerobicos que presiden la contraccion muscular el glucogeno que es un polimero glicosilado libera glucosa gracias a una enzima el glucogeno fosforilasa la glucosa luego se une a la glucolisis y forma dos equivalentes del piruvato Estos luego se convierten en acido lactico por una lactato deshidrogenasa que posteriormente se oxida durante los procesos aerobicos La fermentacion lactica es una reaccion quimica que puede tener lugar cuando se produce una privacion de oxigeno en las celulas musculares los musculos tienen necesidad de una gran cantidad de energia durante la actividad fisica y consumen una gran cantidad de azucar y sobre todo de oxigeno La glucosa y el oxigeno necesarios para la reaccion de respiracion celular se almacenan en la celula y el torrente sanguineo los renueva La cantidad de oxigeno aportada puede no ser suficiente ya sea en caso de un esfuerzo corto e intenso teniendo en cuenta el tiempo entre el flujo de descanso y el flujo en pleno esfuerzo o incluso cuando ya se alcanza el flujo maximo de oxigeno durante el sprint final mientras que el azucar permanece disponible las celulas musculares realizan entonces la fermentacion lactica para producir energia El aumento de la concentracion de iones lactatos en las celulas musculares es una de las razones de la fatiga despues de una actividad intensa De hecho esos iones lactatos cambian el pH intracelular y modifican de hecho las condiciones de funcionamiento enzimaticos de la celula que ya no puede funcionar correctamente No obstante investigaciones recientes sugieren que el aumento de iones K podria ser el culpable mientras que el exceso de lactato forma ionizada de acido lactico resulta en un aumento del rendimiento muscular cita requerida El exceso de lactato es reciclado en piruvato por las celulas hepaticas Fermentacion acetica en vinagreria Editar Articulos principales Fermentaciony Vinagre Algunas especies de bacterias aceticas forman colonias que aintervienen en la vinagreria en la acescencia de soluciones acuosas que contienen alcohol etilico Se organizan en una biopelicula llamada madre del vinagre en presencia de aire en un recipiente no ouille accion de sustituir el vino evaporado en barrica por un vino del mismo origen Tambien colonias de bacterias aceticas muy tolerantes al etanol y al acido acetico estan implicadas en la acescencia de una solucion acuosa de alcohol etilico resultante de la fermentacion alcoholica de un mosto melaza para vinagre de alcohol mosto de uva para el de vino malta para el de cerveza mosto de manzanas por el de sidra mosto de peras para el de perada mosto de miel para el de hidromiel mosto de arroz para el vinagre de arroz mosto de platano Cavendish para el de cerveza de platano Las especies de bacterias aceticas implicadas en el proceso de acescencia en el vinagre del vino son principalmente Acetobacter aceti Gluconobacter oxydans Acetobacter orleanensis Acetobacter œni y Gluconoacetobacter europaeus cuya tolerancia al etanol y al acido acetico es la mas alta Depositada sobre una superficie de 1 m una colonia de esta ultima constituye una biopelicula de 0 5 g m2 en estado seco en 24 horas a 20 C En 48 horas una unica bacteria produce su propio peso de acido acetico siempre que tenga una gran cantidad de oxigeno o un aceptor de hidrogeno en particular azul de metileno Su cultivo racionalizado permite acelerar el proceso de acescencia que antes requeria al menos tres semanas Gluconoacetobacter kombuchae Acetobacter aceti Gluconobacter oxydans y Gluconoacetobacter xylinum pueden desarrollarse en simbiosis con ciertas levaduras schizosaccharomyces pombe Brettanomyces bruxellensis Torulaspora delbrueckii en algunas bebidas similares al vinagre especialmente en la kombucha que es una bebida acida que ha experimentado una fermentacion acetica 34 El Acetobacter pomorum interviene principalmente en la elaboracion de vinagres de sidra y de peradas el Acetobacter lambici en el vinagre de cerveza el Acetobacter papayae en aquellos vinagres de frutas tropicales cuyo mosto sufrio una fermentacion alcoholica vinagre de pina de platano Cavendish de maracuya de guanabana de papaya de mango Nota 4 Procesos de fermentacion EditarVinificacion Editar Articulo principal Vinificacion Fermentacion de un vino rosado En la elaboracion del vino son las levaduras que se encuentran de forma natural en la floracion las que tras el prensado vinos blanco y rosados o durante la fermentacion vinos tintos transformaran en alcohol el azucar presente en las bayas de la uva En enologia los principales objetivos de la fermentacion alcoholica del mosto de uva en vino son los siguientes asegurar la fermentacion completa y rapida de los azucares evitar la produccion de acidez volatil durante la fermentacion evitar la produccion de compuestos sulfurados con olores desagradables durante la fermentacion lograr el objetivo aromatico y gustativo Estas etapas pueden ser favorecidas mediante la adicion de una levadura seleccionada por sus caracteristicas fermentarias La realizacion de la fermentacion alcoholica de un mosto de uva requiere controlar los factores que afectan directamente a la vida y supervivencia de una poblacion de levaduras Fermentacion de la cerveza Editar Articulo principal Fermentacion de la cerveza La fermentacion es una de las etapas en la elaboracion de la cerveza Este paso consiste en inocular el mosto con una determinada cantidad de levadura para que esas levaduras conviertan los azucares presentes en alcohol y CO2 Hay cuatro tipos de fermentacion baja alta espontanea y mixta Faisandage Editar Articulo principal Faisandage La maduracion de la carne de venado se debe a la fermentacion bacteriana de su contenido intestinal las proteasas de las bacterias que desorganizan los musculos y los tendones robustos proceso de proteolisis desarrollados por la vida salvaje de la caza 35 Metanizacion Editar Articulo principal Metanizacion En el campo del tratamiento de residuos organicos y de la produccion de energia renovable la metanizacion digestion anaerobica permite transformar la materia organica contaminacion organica estiercol residuos domesticos fermentables en biogas Consiste principalmente en cuatro fases hidrolisis de polimeros de azucares proteinas o lipidos en monomeros acidogenesis que permite la transformacion de esos monomeros en acidos grasos volatiles acetogenesis que produce el acetato metanogenesis para la produccion de metano y CO2 Aplicaciones EditarEl beneficio industrial primario de la fermentacion es la conversion del mosto en vino de la cebada en cerveza y de los carbohidratos en dioxido de carbono para hacer pan Otros usos de la fermentacion son la produccion de suplementos como la cianocobalamina etc De acuerdo con Steinkraus 1995 la fermentacion de los alimentos sirve a 5 propositos generales Enriquecimiento de la dieta a traves del desarrollo de una diversidad de sabores aromas y texturas en los substratos de los alimentos Preservacion de cantidades substanciales de alimentos a traves de acido lactico etanol acido acetico y fermentaciones alcalinas Enriquecimiento de sustratos alimenticios con proteina aminoacidos acidos grasos esenciales y vitaminas Detoxificacion durante el proceso de fermentacion alimenticia Disminucion de los tiempos de cocinado y de los requerimientos de combustible La fermentacion tiene algunos usos exclusivos para los alimentos Puede producir nutrientes importantes o eliminar antinutrientes Los alimentos pueden preservarse por fermentacion la fermentacion hace uso de energia de los alimentos y puede crear condiciones inadecuadas para organismos indeseables Por ejemplo avinagrando el acido producido por la bacteria dominante inhibe el crecimiento de todos los otros microorganismos Tambien por fermentacion de la leche se obtiene el yogur y el kefir De acuerdo al tipo de fermentacion algunos productos ej alcohol fusel pueden ser daninos para la salud En alquimia la fermentacion es a menudo lo mismo que putrefaccion significando permitir el pudrimiento o la descomposicion natural de la sustancia Vease tambien EditarAlimento fermentadoNotas Editar Esta fermentacion no solo conserva la col por acidificacion sino que tambien reduce el contenido de glucosinolatos toxicos gracias a las bacterias lacticas Leucononostoc y Lactobacillus spp Piqure acetique Respiration des bacteries acetogenes Elaboration des vinaigres de fruits tropicauxReferencias Editar Tortora Gerard J Funke Berdell R Case Christine L 30 de junio de 2007 Introduccion a la microbiologia Ed Medica Panamericana ISBN 978 950 06 0740 7 Consultado el 27 de noviembre de 2019 Bronowski J 1973 1979 El ascenso del hombre The Ascent of Man Trad Alejandro Ludlow Wiechers Francisco Rebolledo Lopez Victor M Lozano Efrain Hurtado y Gonzalo Gonzalez Fernandez 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