Fermentacion

Fermentación

La fermentación es un proceso catabólico de oxidación incompleto, siendo el producto final un compuesto orgánico. Estos productos finales son los que caracterizan los diversos tipos de fermentaciones.

En el proceso de fermentación anaeróbica intervienen dos sustancias orgánicas, que son metabolitos de un mismo sustrato que durante el proceso de fermentación se escinde en dos sustancias orgánicas diferentes:

1. Sustancia reductora: Es la que dona los hidrogeniones y por lo tanto se oxida.

2. Sustancia oxidante: Es la que acepta los hidrogeniones y por lo tanto se reduce.

En los seres vivos, la fermentación es un proceso anaeróbico y en él no interviene la cadena respiratoria. Son propias de los microorganismos, como las bacterias y levaduras. También se produce la fermentación en el tejido muscular de los animales, cuando el aporte de oxígeno a las células musculares no es suficiente para el metabolismo y la contracción muscular.

Desde el punto de vista energético, las fermentaciones son muy poco rentables si se comparan con la respiración, ya que a partir de una molécula de glucosa, sólo se obtienen 2 moléculas de ATP, mientras que en la respiración se producen 38 moléculas de ATP a partir de una molécula de glucosa. Esto se debe a la oxidación del NADH2, que en lugar de penetrar en la cadena respiratoria, cede sus hidrogeniones 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.

[escribe] Tipos de fermentaciones:

• Fermentación láctica.

• Fermentación alcohólica.

• Fermentación butírica.

• Fermentación de la glicerina.

• Fermentación acética.

La fermentación es un proceso catabólico en el cual tanto el dador como el aceptor final de electrones son compuestos orgánicos. Generalmente, estos dos compuestos son metabolitos de un único sustrato que durante el proceso se escinde en dos, uno que actúa como dador de hidrógenos (se oxida) y otro que actúa como aceptor final de hidrógenos (se reduce). Por ejemplo, en la fermentación alcohólica de la glucosa, C6 H12 O6 -> 2(CH3 - CH2OH) + 2 CO2 , se puede observar que la glucosa, sin que se produzca una reacción con ninguna otra molécula, se ha escindido en una sustancia sin hidrógenos (CO2 ), es decir, la sustancia oxidada, y en otra con tres hidrógenos (CH3 - CH2OH), la sustancia reducida. En otras ocasiones, el aceptor de hidrógenoses una molécula externa.

La fermentación es un proceso anaeróbico y en él no interviene la cadena respiratoria. En la industria, sin embargo, se suele llamar fermentación a todo proceso que se realice en un fermentador o, dicho de otro modo, a todo proceso cuyo producto final es un compuesto orgánico. Allí se habla de fermentación anoxidativa cuando no se precisa aireación, es decir, cuando se trata de una auténtica fermentación, y de fermentación oxidativa en el caso de que haya que insuflar aire, o sea, cuando el aceptor final de hidrógenos es el oxígeno y, evidentemente, a través de la cadena respiratoria, como, por ejemplo, en la mal llamada fermentación acética.

CH3 - CH2OH + O2 -> CH3 COOH + H + H2O,

que en realidad es una respiración aeróbica de oxidación incompleta.

Las fermentaciones son propias de los microorganismos (ciertas levaduras y bacterias), aunque alguna, como la fermentación láctica, puede realizarse en el tejido muscular de los animales cuando no llega suficiente oxígeno.

Las fermentaciones son poco rentables energéticamente, si se comparan con la respiración. A partir de una glucosa sólo se obtienen 2 ATP en la fermentación, mientras que se producen 38 ATP en la respiración. Ello se debe al diferente camino que siguen los NADH, que, en vez de entrar en la cadena respiratoria, ceden sus hidrógenos a compuestos orgánicos con poco poder oxidante.

La fermentación es un proceso de oxidación incompleta, siendo el producto final un compuesto orgánico. Estos productos finales son los que caracterizan los diversos tipos de fermentaciones. Así, se habla de fermentación alcohólica, fermentación láctica, fermentación butírica, fermentación pútrida.

1. La Fermentación Alcohólica.

La fermentación alcohólica consiste en la transformación de la glucosa en dos moléculas de alcohol etílico y dos de CO2. El proceso de degradación de la glucosa es común a la glucólisis hasta el estado de ácido pirúvico, pero, a partir de aquí, éste se descarboxila pasando a acetaaldehído, el cual se reduce posteriormente a alcohol etílico.

La reacción global de la fermentación alcohólica será:

Glucosa + 2 ATP + 2 ADP -> 2 alcohol etílico + 2 CO2 + 2 ATP

En la fermentación alcohólica se producen también otras sustancias orgánicas, denominadas productos secundarios, como, por ejemplo, ácido succínico, glicerina y ácido acético.

La fermentación alcohólica la llevan a cabo enzimas especiales contenidas en levaduras del género Saccharomyces, que son anaeróbicas facultativas. Dependiendo de la especie, se puede llegar a cerveza, whisky, ron (Saccharomyces cerevisiae), vino (S.ellypsoideus), sidra (S.apiculatus) y pan (variedad purificada de Saccharomyces cerevisiae).

La fermentación alcohólica. Cómo se produce y aplicaciones.

La fermentación alcohólica es un proceso anaerobio en el que las levaduras y algunas bacterias, descarboxilan el piruvato obtenido de la ruta Embden-Meyerhof-Parnas (glicolisis) dando acetaldehído, y éste se reduce a etanol por la acción del NADH2 [1 – 2]. Siendo la reacción global (1), conocida como la ecuación de Gay-Lussac [3]:

C6H12O6 ———-> 2 CH3CH2OH + 2 CO2 (1)

Glucosa —–> 2 Etanol + 2 Dióxido de carbono (2)

El balance energético de la fermentación puede expresarse de la siguiente forma [3]:

C6H12O6 + 2 ADP + 2 H3PO4 —> 2 CH3CH2OH + 2 CO2 + 2 ATP + 2 H2O (3)

La transformación de glucosa en alcohol supone la cesión de 40 kcal. Mientras que la formación de un enlace de ATP necesita 7,3 kcal, por tanto se requerirán 14,6 kcal, al crearse dos enlaces de ATP, tal y como se muestra en la reacción (3). Esta energía es empleada por las levaduras que llevan a cabo la fermentación alcohólica para crecer. De forma que sólo quedan, 40 – 14,6 = 25,6 kcal que se liberan, calentando la masa de fermentación [3]. No obstante, la fermentación alcohólica no es una utilización eficiente del sustrato glucídico, fundamentalmente por su carácter anaerobio. Si se compara con la degradación aeróbica de la glucosa, se llega a la conclusión de que esta última pone a disposición de la actividad celular de las levaduras, un 40,4 % del total de la energía. En cambio, en la fermentación sólo se consigue abastecer a las células de las levaduras con un 2,16 % de la energía total, almacenada en forma de ATP [3].

Pese a esta baja eficiencia energética con respecto al proceso aerobio, se recurre a la fermentación alcohólica en la fabricación de diversos productos alimenticios como: pan, vino, cerveza, champagne, todo tipo de bebidas alcohólicas fermentadas y chocolate. Asimismo, las bebidas destiladas, como por ejemplo el brandy, se obtienen a partir de las bebidas fermentadas, en concreto del vino blanco, por simple evaporación del agua [5]. Además, una característica importante de la fermentación alcohólica, es que produce gran cantidad de CO2, responsable de las burbujas del champagne y de la textura esponjosa del pan [1].

Las cepas de levadura más empleadas en la fabricación del vino, cerveza y pan, son las correspondientes a la especie Saccharomyces cerevisiae [6]. Esta levadura sigue un metabolismo fermentativo cuando está en condiciones anaerobias, pero cuando hay oxígeno hace una respiración aerobia y no produce alcohol. Este fenómeno se conoce como efecto Pasteur, y es determinante en la industria de bebidas alcohólicas, pues para que la producción de etanol sea correcta, las levaduras deben desarrollarse en ausencia de oxígeno [7].

Aunque existen otras, como pueden ser: Kloeckera apiculata (levadura de bajo poder fermentativo, presente en las vinificaciones) y Saccharomyces bayanus (de alto poder fermentativo, presente también en las vinificaciones) [6]. Otra utilidad interesante de la fermentación alcohólica es la producción a gran escala de bioetanol a partir de biomasa. Éste supone una alternativa competitiva y más limpia al uso de combustibles fósiles como el petróleo. Un inconveniente de este proceso, es la gran generación de CO2, la cual provoca un impacto sobre el medio ambiente que contribuye al cambio climático, y por esa razón debe de ser controlado [8]. En definitiva, se puede concluir que la fermentación alcohólica es un proceso biológico ampliamente utilizado en la industria, ya que se ve implicada en la elaboración de productos esenciales en la alimentación, así como en el desarrollo de biocombustibles.

Tipos de fermentación alcohólica

Fermentación industrial

La fermentación etílica ha sufrido algunas transformaciones con el objeto de aumentar la eficiencia química del proceso.29 Una de las mejoras más estudiadas en la industria es la posibilidad

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