Un proceso de fermentación típico es esencialmente un proceso que se lleva a
cabo en un recipiente llamado fermentador o en general, biorreactor, mediante el cual determinados sustratos que componen el medio de cultivo son transforma dos por acción microbiana en metabolitos y biomasa. El microorganismo va aumentando en su concentración en el transcurso del proceso al mismo tiempo que el medio se va modificando y se forman productos nuevos como consecuencia de las actividades catabólicas y anabólicas.
El proceso de fermentación es producido por acción de las enzimas cambios químicos en las sustancias orgánica. Este proceso es el que se utiliza principalmente para la elaboración de los distintos tipos de cervezas y para el proceso de elaboración de los distintos vinos
En el caso de las cervezas, el ciclo de fermentación depende del lugar donde esta se produzca, variando para los casos del tipo fabricado en Alemania, Bélgica, Inglaterra, Estados Unidos, Brasil o el país de origen que fuera.
En estos casos se divide comúnmente el proceso en tres etapas. La primera de molienda, la segunda de hervor y la tercera de fermentación. Aunque al proceso completo se le conozca como fermentación, esto se debe a las diferencias entre las distintas hablas y lenguas. En inglés este proceso es mejor diferenciado para cervezas como Brew y para vinos como fermentation que es como es reconocido en lengua hispana.
El tipo de fermentación alcohólica de la cerveza es en donde la acción de la cimasa segregada por la levadura convierte los azúcares simples, como la glucosa y la fructosa, en alcohol etílico y dióxido de carbono.
En detalle, la diastasa, la cimasa, la invertasa y el almidón se descomponen en azúcares complejos, luego en azúcares simples y finalmente en alcohol.
Generalmente, la fermentación produce la descomposición de sustancias orgánicas complejas en otras simples, gracias a una acción catalizada.
En el caso de los vinos, la química de la fermentación es la derivación del dióxido de carbono del aire que penetra las hojas del viñedo y luego es convertido en almidones y sus derivados. Durante la absorción en la uva, estos cuerpos son convertidos en glucosas y fructosas (azucares). Durante el proceso de fermentación, los azucares se transforman en alcohol etílico y dióxido de carbono de acuerdo a la fórmula C6H12O6 -> 2C2H5OH + 2CO2.
En adición a las infecciones inducidas por acetobacterias y levaduras, a las cuales se les elimina la acción evitando la presencia de aire en toneles y/o depósitos, y que pueden atacar el vino transformándolo en vinagre o producir enfermedades a los consumidores, es necesario que se acentúen los cuidados que eviten este riesgo a través de limpieza en los procesos, pasteurizados de la producción y microfiltraciones, para no requerir soluciones cuando el problema se ha establecido en la bebida.
Fermentación es el proceso de derivar energía de la oxidación de compuestos orgánicos, tales como carbohidratos, usando un aceptador endógeno del electrón, que es generalmente un compuesto orgánico. Esto está en contraste con respiración celular, donde los electrones se donan a un aceptador exógeno del electrón, tal como oxígeno, vía una cadena de transporte del electrón.[1] La fermentación no tiene que necesariamente ser realizada en un ambiente anaerobio, sin embargo. Por ejemplo, iguale en presencia del oxígeno abundante, levadura las células prefieren grandemente la fermentación a phosphorylation oxidative, mientras las azúcares sean fácilmente disponibles para la consumición.
Las azúcares son el campo común substrato de fermentación, y de ejemplos típicos de los productos de la fermentación esté etanol, ácido láctico, y hidrógeno. Sin embargo, compuestos más exóticos se pueden producir por la fermentación, por ejemplo ácido butírico y acetona. Levadura realiza fermentación en la producción de etanol en cervezas, vinos y otras bebidas alcohólicas, junto con la producción de cantidades grandes de bióxido de carbono. La fermentación ocurre adentro mamífero músculo durante períodos del ejercicio intenso donde la fuente del oxígeno llega a ser limitada.
Reacción
La reacción de la fermentación diferencia según el azúcar que es utilizada y el producto producido. En la reacción demostrada abajo, el azúcar estará glucosa (C6H12O6), el azúcar más simple, y el producto sea etanol (2C2H5OH). Éste es una de las reacciones de la fermentación realizadas por la levadura, y usadas en la producción del alimento.
Ecuación química
C6H12O6 → 2 CH3CH2OH + 2 CO2 + ATP 2 (la energía lanzó: 118 kJ/mol)
Ecuación de la palabra
Azucare (glucosa o fructosa) el alcohol del → (etanol) + bióxido de carbono + la energía (el ATP)
El real camino bioquímico las tomas de la reacción varían dependiendo de las azúcares implicadas, pero el más común implica la parte de glicolisis camino, de el cual se comparte con los primeros tiempos respiración aerobia en la mayoría de los organismos. Las fases más posteriores del camino varían considerablemente dependiendo del producto final.
Fuente de energía en condiciones anaerobias
La fermentación se piensa para haber sido los medios primarios de la producción energética en organismos anteriores antes de que el oxígeno estuviera en la alta concentración en la atmósfera, y representaría así una forma más antigua de producción energética en células.
Los productos de la fermentación contienen la energía química (no se oxidan completamente) pero se consideran los residuos, puesto que no pueden ser metabolizados más lejos sin el uso del oxígeno (o de otros aceptadores alto-oxidados del electrón). Una consecuencia es que la producción de trifosfato de adenosina (ATP) por la fermentación es menos eficiente que el phosphorylation oxidative, por el que pyruvate se oxida completamente al bióxido de carbono. La fermentación produce 4 moléculas del ATP por la molécula de la glucosa, comparada a 38 cerca respiración aerobia: 8 se producen de FADH2, y 30 se producen del NADH, para un total de 38. Puesto que 2 moléculas del ATP se utilizan en glicolisis, la producción neta para la fermentación es ATP 2 contra ATP 36 de la respiración aerobia.
Glicolisis aerobia es un método empleado por las células del músculo para la producción de la energía de la bajo-intensidad sobre un período del tiempo más largo en que el oxígeno es abundante. Bajo condiciones con poco oxígeno, sin embargo, los vertebrados utilizan el menos-eficiente pero más rápidamente glicolisis anaerobia para producir el ATP. La velocidad a la cual se produce el ATP es cerca de 100 veces de las cuales phosphorylation oxidative. Mientras que la fermentación es provechosa durante períodos cortos, intensos del esfuerzo, no se sostiene los períodos extendidos demasiado en organismos aerobios complejos. En seres humanos, por ejemplo, la fermentación del ácido láctico proporciona la energía por un período que se extiende a partir de 30 segundos a 2 minutos.
El paso final de la fermentación, la conversión del pyruvate a los productos finales de la fermentación, no produce energía. Sin embargo, es crítico para una célula anaerobia, puesto que regeneró el dinucleotide de adenina de niconamida (NAD+), que se requiere para la glicolisis. Esto es importante para la función celular normal, pues la glicolisis es una fuente primaria de la producción del ATP en condiciones anaerobias.
Productos
Los productos produjeron por la fermentación son realmente residuos producidos durante la reducción del pyruvate para regenerar NAD+ en ausencia del oxígeno. Generalmente ácidos del producto de las bacterias: Vinagre (ácido acético) es el resultado directo del metabolismo bacteriano (las bacterias necesitan el oxígeno convertir el alcohol al ácido acético). En leche, el ácido coagula caseína, produciendo las cuajadas. En la conserva en vinagre, el ácido preserva el alimento de bacterias patógenas y putrefactas.
Cuando la levadura fermenta, analiza glucosa (C6H12O6) en exactamente dos moléculas de etanol (CH3CH2OH) y dos moléculas de bióxido de carbono (CO2).
Fermentación del etanol (realizado cerca levadura y algunos tipos de bacterias) rompe el pyruvate abajo en el bióxido del etanol y de carbono. Es importante adentro pan- haciendo, elaboración de la cerveza, y vino- haciendo. Generalmente solamente uno de los productos se desea; en fabricación del pan, el alcohol se cuece al horno hacia fuera, y, en la producción del alcohol, el bióxido de carbono se lanza en la atmósfera o se utiliza para carbonatar la bebida. Cuando el fermento tiene una alta concentración de pectina, cantidades minuciosas de metanol puede ser producido.
En vertebrados, durante ejercicio intenso, respiración celular agotará el oxígeno en los músculos más rápidamente que puede ser llenado. Una sensación ardiente asociada en músculos se ha atribuido a ácido láctico causar una disminución del pH durante una cambio a glicolisis anaerobia. Mientras que esto explica parcialmente dolor agudo del músculo, el ácido láctico puede también ayudar retrasa fatiga del músculo[la citación necesitó], aunque, el pH más bajo inhibirá eventual las enzimas implicadas en glicolisis.[la citación necesitó] El contrario a la creencia actualmente popular, el ácido láctico es no el causa primaria para la gota en el pH, sino iones de hidrógeno algo ATP-derivados.[la citación necesitó]
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).
2. La Fermentación Ácido-Mixta
La fermentación ácido-mixta es llevada a cabo por las bacterias entéricas, como Escherichia, Shigella, Salmonella y Vibrio, entre otras. En ella, a partir de glucosa se obtiene el ácido pirúvico y a partir de éste se obtiene ácido láctico, ácido succínico y, mediante la acción de la CoA, ácido fórmico y acetil-CoA, que posteriormente da ácido acético y etanol (la proporción en que estos productos aparecen depende de las condiciones del medio). Por otro lado, tanto Escherichia como casi todas las especies de Salmonella convierten ácido fórmico en CO2 y agua gracias a la enzima hidrogenilasa fórmica.
3. La Fermentación Láctica
La fermentación láctica consiste en la formación de ácido láctico a partir de la degradación de la lactosa. También se produce en las células musculares, cuando hay falta de oxígeno, a partir del ácido pirúvico, que, después cristaliza. Los pequeños cristales de ácido láctico "pinchan" el músculo y producen los dolores conocidos como "agujetas".
La glucosa puede sufrir la vía de la glucólisis hasta ácido pirúvico, el cual posteriormente se reducirá a ácido láctico. La galatosa, al isomerizarse en glucosa, puede también proporcionar dos moléculas de ácido láctico. Esta fermentación es la homoláctica, ya que sólo se produce ácido láctico como producto final. Otra variedad es la heteroláctica, en la que se obtienen además otros compuestos, como el etanol y el CO2.
Los microorganismos que pueden llevar a cabo esta fermentación son las bacterias Lactobacillus casei, Lactobacillus bulgaricus, Streptococcus lactis y Leuconostoc citrovorum, obteniéndose de ella productos derivados de la leche, como el queso y el yogur.
4. La Fermentación Butírica
La fermentación butírica es la transformación de sustancias glucídicas vegetales, como el almidón y la celulosa, en determinados productos, entre los que destacan el ácido butírico, el H2 , el CO2 y otras sustancias malolientes. Es llevada a cabo por bacterias anaerobias, como Bacillus amilobacter y Clostridium butiricum. La fermentación butírica tiene gran importancia, ya que contribuye a la descomposición de los restos vegetales que caen al suelo.
5. La Fermentación Pútrida
La fermentación pútrida recibe el nombre de putrefacción y se separa claramente de las demás fermentaciones porque los sustratos de los que se parte son de naturaleza proteica o aminoacídica.
Los productos de esta fermentación suelen ser orgánicos y mal olientes, como el indol, la cadaverina, el escatol, a los que deben el olor los cadáveres de animales y restos vegetales.
Las putrefacciones se efectúan por bacterias como Baterium linens o Clostridium sporgenes. Esta última actúa sobre los aminoácidos alanina y glicina transformándolos en ácido acético, dióxido de carbono y amoníaco.
Algunas putrefacciones dan productos poco desagradables; éstas son seleccionadas para producir los sabores propios de algunos quesos y de algunos vinos. En éstos si la fermentación ha sido escasa, se acumulan aldehídos de cadena larga procedentes de los aminoácidos, que resultan tóxicos.
