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FACULTAD DE INGENIERIA QUÍMICA E INDUSTRIAS ALIMENTARIAS
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA QUÍMICA
DOCENTE: Dr. CARREÑO FARFAN CARMEN
INTEGRANTES:
ALLENDE LIMO GUSTAVO
FARROÑAN ESPINOZA ROGER
GALVEZ SIMES KAREN
TICLIAHUNCA FLORES ANGEL
CURSO : MICROBIOLOGIA INDUSTRIAL
Lambayeque 13 de junio
UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ GALLO
MICROBIOLOGÍAMICROBIOLOGÍA INDUSTRIALINDUSTRIAL
I. INTRODUCCIÓN
La actividad de las bacterias acéticas se conoce desde hace siglos por la producción de
vinagre, la acetificación de bebidas alcohólicas y el deterioro de frutos. Estos organismos
han sido de las primeras bacterias estudiadas que no son de importancia médica y a la
fecha se conoce realmente poco de su ecología en el ambiente natural.
Las acetobacterias son un grupo de microorganismos gran negativos que se desarrollan en
distintas plantas. La mayoría de los géneros de esta familia soportan altas concentraciones
de sacarosa, así como de sus componentes, glucosa y fructosa. Además, muchas de ellas
son capaces de crecer en presencia de ácido acético, produciendo acidificación cuando
crecen en presencia de etanol. La relación fisiológica de las acetobacterias también está
dada desde el punto de vista filogenético. La comparación de secuencia nucleotídica del
gene ribosomal 16S con el de muchas otras bacterias, reúne a las acetobacterias en un
grupo bien definido dentro de la subdivisión a de las proteobacterias2
Con la aplicación de técnicas moleculares, la familia Acetobacteraceae se ha sometido
recientemente a revisiones taxonómicas. Actualmente esta familia está conformada por
los géneros Acetobacter, Acidomonas, Asaia, Gluconobacter, Gluconacetobacter y Kozakia,
muy posiblemente las acetobacterias son de las bacterias más difundidas en ambientes
relacionados con plantas, tan sólo del año 2000 a la fecha se han descrito 13 nuevas
especies y dos nuevos géneros procedentes de distintos ambientes.
~ 1 ~
II. DEFINICIÓN
Las acetobacterias o bacterias del ácido acético comprenden un grupo de bacilos Gram
negativos, móviles y aeróbicos, que realizan una oxidación incompleta de alcoholes,
produciendo una acumulación de ácidos orgánicos como productos finales. Cuando el
sustrato es etanol, se produce ácido acético, de ahí deriva el nombre corriente con el que
se conocen estas bacterias. Una propiedad de este tipo de microorganismos es su alta
tolerancia a la acidez, la mayoría de las cepas pueden crecer a pH inferiores a 5. Esta
tolerancia al ácido resulta esencial para que un organismo produzca grandes cantidades
de ácido. Las bacterias del ácido acético son un conjunto heterogéneo, que comprende
organismos con flagelación perítrica o polar.
III. ESTRUCTURA
En cuanto a la estructura, la célula bacteriana presenta las características de los seres
procarióticos. Está limitada por la membrana citoplasmática, de composición lipoproteica
y de importancia vital para la célula. Por fuera de la membrana, las bacterias poseen un a
pared celular rígida que garantiza su forma y la protege de la diferencia de presión entre el
medio interno y el externo.
~ 2 ~
Son principalmente Gram negativas, pero también pueden ser Gram variable y en algunos
casos Gram positivo.
IV. MORFOLOGÍA
Al microscopio óptico las bacterias acéticas se presentan como pequeñas células
cilíndricas, frecuentemente en parejas cocobacilares, cortas y algo gruesas, alineadas o en
cadenas, y a menudo agrupadas en forma de ocho. Constituyen un grupo de morfología
variable –poliformo- (elipsoidal, que pueden presentarse de manera individual,
redondeada, bastones).
Su tamaño varía entre 0.4 a 1µm de ancho y de 0.8 a 4.5 µm de longitud.Pueden presentar
flagelos polares o peritricos. Algunas de las especies presentan diferentes pigmentos en
los cultivos sólidos y pueden producir diferentes tipos de polisacáridos. No pueden formar
endosporas como estructura de supervivencia.
El género Gluconobacter y el género Acetobacter, que incluye a su vez tres especies
importantes: Acetobacteraceti, Acetobacterpasteurianus y Acetobacterperoxydans
pueden variar en su forma de elipsoide a barra derecha, o ligeramente curva, 0.6-0.8 µm x
1.0-1.4 µm.
V. METABOLISMO DE LAS BACTERIAS ACÉTICAS
Una característica importante de las bacterias acéticas es la capacidad de oxidar una gran
variedad de substratos, y de poder acumular los productos del metabolismo en el medio
sin gran toxicidad para las bacterias. La capacidad de oxidación es debida, en parte, a la
gran actividad de las deshidrogenasas que poseen en la membrana celular. Estas
~ 3 ~
deshidrogenasas están íntimamente interconectadas con la cadena de citocromos
(Matsushita et al., 1985).
La etanol deshidrogenasa de la membrana fue purificada y caracterizada por Adachi et al.,
(1978). Según estos autores esta enzima posee un grupo prostético formado por la
pirroloquinoliquinona (PQQ) y un compuesto citocrómico de tipo c con un máximo de
absorbancia à 533 nm., lo que le valió el nombre alcoholcitocromo-533-reductasa
(Nakayama, 1961, Matsushita et al. 1999). Esta enzima puede oxidar el etanol a
acetaldehido en presencia de varios aceptores de electrones tales como la
fenacinametosulfato y el ferricianuro de potasio, pero el etanol no es oxidado en
presencia de NAD + o NADP + como aceptores de electrones.
La acetaldehido deshidrogenasa también tiene la capacidad de oxidar estos mismos
aceptores de electrones. La actividad enzimática de la acetaldehido deshidrogenasa es
óptima a un pH de 6.6, mientras que el pH óptimo para la etanol deshidrogenasa se sitúa a
los alrededores de 5. Ambas enzimas poseen una afinidad diferente por el oxígeno, lo que
implica que una limitación del oxígeno disuelto en el medio provoca la acumulación del
acetaldehido en el medio de cultivo. La acumulación de este metabolito intermedio
representa una fuente de toxicidad para las bacterias (Divies, 1973). Las bacterias acéticas
también poseen etanol y acetaldehido deshidrogenasas solubles en el citoplasma
dependientes de los aceptores de electrones NAD + y NADPH+ (Divies 1972). La
interconexión de estas dos enzimas permite el buen funcionamiento de la oxidación del
etanol en ácido acético
Las bacterias acéticas del género Acetobacter oxidan el etanol del medio a ácido acético, y
cuando el etanol se ha consumido totalmente, oxidan el acetato. El etanol reprime e
inhibe las enzimas que oxidan el acetato. El ácido acético a concentraciones elevadas
inhibe la oxidación del etanol.
Las bacterias del género Gluconobacter no pueden oxidar el acetato debido a que el ciclo
tricarboxílico no es funcional (Maragoudakis y Strassmann, 1967). Sin embargo las
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bacterias del género Acetobacter poseen todas las enzimas de dicho ciclo y por lo tanto
pueden oxidar el acetato.
Las bacterias acéticas pueden también oxidar numerosos azúcares, tales como: glucosa,
fructosa, L-sorbosa, D-xilosa, así como diferentes alcoholes secundarios, polioles, ácidos
orgánicos etc.
VI. FISIOLOGÍA
La resistencia de las bacterias acéticas al ácido acético sigue siendo un misterio. Los
resultados de Entani et al., (1985) apuntan a que la membrana de estas bacterias tiene
una composición rica en ácidos grasos saturados por lo que permanece relativamente
impermeable al ácido acético, el cuál se encuentra bajo una forma no disociada en
condiciones industriales. Nuestros recientes resultados han mostrado la formación de una
capa protectora constituida de polisacáridos que recubre la pared bacteriana, y que
tendría como función primera la protección de la célula contra las condiciones tan
drásticas del medio, como son las condiciones industriales.
Se puede pensar también que la protección de las bacterias contra el ácido acético del
medio es debida a un sistema membranoso energético relacionado con el metabolismo
del etanol, ya que el cese de la oxigenación y la ausencia del etanol conducen a la muerte
celular (Ebner y Follmann, 1983). La fuerza protónica obtenida por la oxidación del etanol
a acetato podría por medio de un “antiport” o un “symport” provocar la expulsión del
ácido acético que se pueda acumular en el citoplasma hacia el exterior de la bacteria.
VII. NUTRICIÓN:
Los requisitos nutritivos básicos para los procesos microbiológicos son la energía, el
carbono, el nitrógeno y las sustancias minerales. Con frecuencia, la fuente de energía y
carbono es un compuesto orgánico que se oxida liberando energía y que al mismo tiempo
~ 5 ~
proporciona el carbono estructural para la síntesis de nuevo material celular. Los
microorganismos que usan el carbono de este modo son los que se llaman “heterótrofos”.
VIII. TEMPERATURA:
El grupo de bacterias acéticas se caracteriza por el intervalo tan delimitado de
temperatura en que actúan. Para temperaturas debajo de 12 a 15º C se desarrolla
lentamente y las células so cortas pero extraordinariamente anchas. De 15 a 34º C
parecen desarrollarse en lo que podríamos llamar modo “normal”, creciendo rápidamente
y desplegándose cadenas de células de distintos números o elementos. En medios
favorables se hinchan, apareciendo las primeras etapas de formación de la capa
mucilaginosa. A temperaturas mayores (de 42 a 45º C) se han observado unos filamentos
largos como hebras y transparentes sin tabiques de división y con protuberancias
irregulares y a veces con ramificaciones. Estas condiciones parecen ser un estado
patológico ocasionado por la alta temperatura, y si se mantiene el cultivo en estas
condiciones durante mucho tiempo puede perder su capacidad para actuar normalmente.
Sin embargo, si se vuelve pronto a temperaturas de 15 a 34 º C, producirá algunas células
de aspecto y comportamiento normales.
Este efecto de la temperatura es importante en la determinación de las condiciones
óptimas para la fermentación activa en la fabricación del vinagre.
La temperatura exacta depende del microorganismo como del tipo de proceso. En
general, a temperaturas bajas la fermentación es lenta y a temperaturas demasiado
elevadas aumentan las pérdidas por evaporación de etanol, ácido acético y sustancias
volátiles.
IX. OXÍGENO:
~ 6 ~
Este grupo de microorganismos necesita del oxígeno como aceptor final de electrones, por
lo que tienen un metabolismo aerobio obligado. Son estrictamente aerobias y muy
sensibles al SO2.
Puesto que la conversión del etanol a ácido acético no es más que un proceso de
oxidación, o bien una des hidrogenación en la que el oxígeno actúa como aceptor de
hidrógeno, el éxito de la fermentación dependerá en gran parte de la presencia de
cantidades suficientes de oxígeno.
X. POTENCIAL DE HIDRÓGENO (PH)
La principal característica de las bacterias acéticas es su capacidad para transformar a pH
ácido (3-4) el alcohol en ácido acético.
El pH óptimo de crecimiento está entre 5 y 6,5, si bien puede llegar a crecer a pH cercanos
a 3.
XI. REPRODUCCIÓN:
La reproducción de las bacterias se realiza por el proceso de división binaria (fisión binaria
o bipartición); en este proceso la célula bacteriana madura se divide por la mitad, dando
dos células hijas iguales.
Tras la duplicación del ADN, que está dirigida por la ADN-polimerasa que se encuentra en
los mesosomas, la pared bacteriana crece hasta formar un tabique transversal separador
de las dos nuevas bacterias.
Pero además de este tipo de reproducción asexual, las bacterias poseen unos mecanismos
de reproducción sexual o parasexual, mediante los cuales se intercambian fragmentos de
ADN
~ 7 ~
XII. REPRODUCCIÓN ASEXUAL
La reproducción asexual es un proceso por el cual algunos seres vivios generan hijos, este
tipo de procreación es rápida ya que requiere solamente de un progenitor, en estas no
hay gran adaptación porque hay muy poca variabilidad genética y propia de los seres más
simples.
La reproducción asexual también se da en organismos pluricelulares.
En este tipo de creación de nuevos seres vivientes podemos dividirlos en dos grandes
grupos, como son: la amitosis que se produce en las células procariontes (son las
primitivas) y la mitosis que se da en células eucariontes, esta última se da en organismos
unicelulares.
XIII. MITOSIS:
Es una división celular de la cual se obtienen dos células hijas, genéticamente idénticas
entre sí e idénticas a su progenitora. Este proceso mantiene la constancia del número
cromosómico, por lo tanto si la célula eucarionte que entra en mitosis es diploide (1 par
de ADN, es decir, “2” ADN para una misma función) se obtendrán dos células hijas
diploides y si es haploide se obtendrán dos células hijas haploides (di = 2; ha = 1)
Se plantea que la mitosis es la división ecuacional del material hereditario duplicado en el
periodo S (momento en que se duplica el material genético) de la interfase. La actividad
mitótica se puede observar en tejidos embrionarios, en cicatrizaciones, en regeneraciones
de órganos, etc. La mitosis también se da en organismos multicelulares, pero es más
frecuente en unicelulares.
XIV. MICROORGANISMOS PERJUDICIALES:
Algunas especies de acetobacter suelen causar defectos en el vinagre. A. Aceti debido a su
potente capacidad de oxidación, puede convertir el ácido acético en CO2 y H2O. A.
Xylinum produce material celulócico conocido como "madre del vinagre"
~ 8 ~
Las anguilas del vinagre, gusanos nematodos (anguillulaaceti), pueden ser perjudiciales
para el vinagre, especialmente cuando no se han revisado bien los frutos empleados.
También pueden proceder del polvo y de los insectos. Atacan la capa bacteriana y originan
su hundimiento y en algunos casos estropean el vinagre. Estos organismos rebajan la
calidad del vinagre. Son pequeños, de unos 3 mm de longitud, pero se aprecian a simple
vista en un recipiente de vidrio colocado delante de una luz fuerte. En la fábrica se
encuentran en los bordes de la superficie del líquido. La contaminación puede evitarse
manteniendo una limpieza extremada en toda la instalación. Una vez que han conseguido
penetrar en el vinagre se destruyen por calefacción a unos 45º C o por pasteurización y se
eliminan por filtración con una sustancia absorbente o por sedimentación. Los aparatos
infectados se tratarán con chorros de vapor.
XV. REQUERIMIENTOS DE LAS BACTERIAS ACÉTICAS
Lasbacteriasacéticassonaerobiasnecesitandeoxígenoaunatemperaturade27 a28grados a
un pH máximo de entre 5 a 6 y un mínimo 3 a 3.5. Son auxotrofos para las vitaminas
como ácido paramino benzoico, niacina, tiamina y ácido pantotenico, necesitan nitrógeno
y azufre cuya mejor fuente son los aminoácidos como la valina, isoleucina, alaninina,
cicteina, histidana, y prolina, requieren además fosforo para formar sus paredes celulares
resistente a los ácidos.
XVI. Aislamiento e identificación de bacterias acéticas
Aislamiento e identificación de bacterias acéticas
Muestra : Frutas ácidas: limón, naranja, lima, uva.
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Enriquecimiento de la muestra
Depositar 20 mL de cerveza en frascos de boca ancha.
Sumergir por 15 minutos y en frascos separados uva, manzana, limón y naranja.
Retirar los frutos.
Cubrir los frascos con gasa o malla para evitar la entrada de insectos.
Mantener a temperatura ambiente hasta por 4 días.
Observar el crecimiento bacteriano en forma de un velo o película blanquecina sobre la
superficie.
Realizar una tinción de Gram para determinar la presencia de bacilos coitos Gram
negativos.
Aislamiento
Tomar una pequeña porción de la película bacteriana desarrollada en las muestras
enriquecidas y sembrarla mediante la técnica de agotamiento y estría sobre agar Lee.
Incubar en aerobiosis a 30 °C durante 24 horas.
Seleccionar las colonias amarillas.
Realizar tinción de Gram.
Repicar a viales conteniendo Agar Manitol o un frasco con 25 mL de cerveza.
Identificación
Catalasa: Positiva para Acetobacter y Gluconobacler.
Crecimiento a pH 4.5: Positivo en caldo levadura glucosa pH 4,5.
Oxidación del etanol a CO2: Cultivar en tubos conteniendo Agar Lee.
A las 24 horas el medio de cultivo las colonias que produjeron ácido acético se observarán
de color amarillo.
A las 48 o 72 horas el medio de cultivo y las colonias que oxidan el etanol a CO2 retoman
al color inicial del medio de cultivo.
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C o n se r v a c i ó n d e b a c t e r i a s a c é t i c a s
Los tres objetivos que hay que alcanzar para conservar correctamente las cepas microbianas en
los laboratorios de microbiología son: que el cultivo a conservar sea puro, evitando que se
produzcan contaminaciones durante el proceso de conservación; que durante el tiempo de
conservación sobrevivan al menos el 70-80 % de las células, y por último ,que estas células
permanezcan genéticamente estables.
Conservación por congelación
Se congelan las células en suspensión en un líquido con un agente crio protector y se guardan a
temperaturas inferiores acero grados centígrados, con lo que el agua se congela de esta forma, al
no disponer las células de agua en forma líquida, no hay crecimiento. Cuando se quiere trabajar
con las células así conservadas, se recuperan subiendo la temperatura.Este es el mejor método de
conservación desde todos los puntos de vista, pero tiene el inconveniente de requerir aparatos
especiales, y además existe el peligro de que algún fallo del sistema produzca una subida no
deseada de la temperatura durante el almacenamiento.
XVII. ACETOBACTERIAS FIJADORAS DE NITRÓGENO
Entre las Acetobacterias existen especies fijadoras y no fijadoras, pero de todas ellas se
tiene muy poco conocimiento de su ecología. Así, no se sabe qué papel desempeñan
cuando se desarrollan en las superficies de las plantas (epífitas) o en su interior
(endófitas). De las bacterias que han sido más estudiadas desde este enfoque se tiene a la
fijadora gluconacetobacter diazotrophicus. Un indicio de su probable papel en la
naturaleza lo han dado algunos experimentos de inoculación en caña de azúcar. En dichos
experimentos se ha observado que las actividades de fijación de nitrógeno y de
~ 11 ~
producción bacteriana de una fitohormona podrían tener un efecto de incremento de
biomasa de la planta.
En concordancia, se ha demostrado que al menos en ciertos cultivares de caña de azúcar
la inoculación de ciertos genotipos de G. diazotrophicus.
Causa el aumento de biomasa de la planta. También en experimentos de inoculación de
esta bacteria en caña de azúcar se ha observado que una vez en el interior de la planta, la
bacteria coloniza conductos del xilema de tallo y hojas y probablemente floema del tallo.
Aunque no se ha demostrado cómo G. diazotrophicus coloniza distintos tejidos de la
planta, la colonización de xilema sugiere que el mismo pudiera constituir una vía de
movilización de la bacteria. La colonización y el establecimiento de G. diazotrophicus en la
caña de azúcar son influidos por la concentración de nitrógeno mineral biodisponible
tanto en sustrato artificial como en suelo (Cajica Espinosa, sin publicar).
La diversidad genética de las cepas de G. diazotrophicus asociadas a caña de azúcar es
limitada si se compara con la de otros organismos. Caballero-Mellado y Martínez-Romero
(1994) sugieren que esta baja diversidad se relaciona con el hecho de que G.
diazotrophicus es una bacteria endófita.
Este organismo mantiene una tasa baja de intercambio genético a nivel genómico global,
sin embargo aún no se han realizado estudios para conocer cómo se comportan a este
respecto regiones limitadas de su genoma.
En la familia de las acetobacterias hasta la fecha actual, sólo se han detectado fijadores de
nitrógeno en un género.
Estos fijadores son las especies Gluconacetobacterdiazotrophicus (anteriormente
Acetobacterdiazotrophicus), G. azotocaptans y G. johannae. Estos organismos se
encuentran en un grupo que está estrechamente relacionado (figura 1) y que incluye a las
especies no fijadoras de nitrógeno G. liquefaciens y G. sacchari. G. diazotrophicus se ha
encontrado asociado endofíticamente a plantas pertenecientes a distintas familias tales
como Poaceae, Rubiaceae, Bromeliaceaey aparentemente en Rosaceae (León Burgoa, sin
publicar) y una especie de la familia Malpighiaceae (Santoyo Páez, sin publicar). La
distinción de las distintas acetobacterias del grupo cercano a G. diazotrophicus de manera
~ 12 ~
clara y rápida se ha hecho posible utilizando técnicas que utilizan las variaciones en
secuencia nucleotídica de genes ribosomales.
Aparentemente, ciertas cepas de G. diazotrophicus forman asociaciones específicas con
algunas especies vegetales (Fuentes Ramírez y col., sin publicar), aunque otras se
encuentran en cualquiera de los hospederos estudiados. Actualmente estamos
desarrollando estudios sobre la diversidad de las acetobacterias fijadoras de nitrógeno y
su presencia en distintas plantas hospederas y en diversos ambientes. Asimismo, estamos
tratando de determinar si en las acetobacteriasdiazótrofas se han presentado eventos de
recombinación en regiones particulares, tales como las que codifican para las enzimas que
llevan a cabo la fijación de nitrógeno.
XVIII. BIOQUIMICA DE LAS BACTERIAS ACETICAS
Las bacterias del genero acetobacter se caracterizan por la oxidación del etanol hacia
ácido acético, mientras que las gluconobacter oxidan los azucares en diversos
compuestos cetonicos. Además las primeras pueden metabolizar el ácido láctico y el
glicerol para formar también ácido acético, e incluso si las condiciones del medio lo
permiten, degradar esta sustancia en anhídrido carbónico y agua.
~ 13 ~
~ 14 ~
Algunas bacterias acéticas forman polisacáridos exocelulares, asi algunas cepas de
acetobacterpastorianus y gluconobacteroxydans sintetizan celulosa, mientras que cepas
del genero Gluconobacter pueden producir dextranas y levanas, que elevan la viscosidad
del medio.
METABOLISMO DE LOS AZUCARES
Las bacterias acéticas gluconobacter son capaces de oxidar directamente los azucares;
arabinosa, galactosa, manosa y xilosa, para producir las cetonas correspondientes. A partir
de la glucosa se forma ácido gluconico, pudiendo este a su vez ser oxidado hacia la
formación de los ácidos ceto-5-gluconico. Ceto-2-gluconico y diceto-2,5-gluconico. De la
misma forma a partir de manosa se forma ácido manónico, o de la galactosa el ácido
galactonico, etc.
En las venidimias atacadas de Botrytis cinérea, al producirse una degradación del hollejo,
las bacterias acéticas pueden oxidar los azucares de las vendimias, formando este grupo
de sustancias cetonicas, especialmente ácidogluconico, que caracterizan la acción del
citado hongo y que se combinan fuertemente con el anhídrido sulfuroso, razón que
explica el elevado consumo de este aditivo en los mostos procedentes de vendimias
podridas.
METABOLISMO DEL ALCOHOL ETILICO
Las bacterias acéticas pueden oxidar el alcohol etílico del vino transformándolo en etanal
en primera instancia, por la intervención de la enzima alcohol deshidrogenasa (ADH), y
luego en ácido acético por la enzima acetaldehído deshidrogenasa(AIDH)
~ 15 ~
En condiciones de fuerte aireación la formación de etanal es muy reducida, mientras que
si el medio es relativament pobre de oxigeno, se pueden acumular cantidades importantes
de etanal. Las bacterias acéticas durante la transformación y gracias a las enzimas
esterasas forman el ester correspondiente entre el etanol y el ácido acético; el acetato de
etilo, que presenta un fuerte olor a pegamento o disolvente y principal responsable del
olor a picado de los vinos.
Las bacterias de genero acetobacter pueden volver a oxidar el ácido acético formado, para
terminar el anhídrido carbónico y agua, pero esta reacción no suele suceder pues es
~ 16 ~
fuertemente inhibida por la presencia del alcohol etílico en el medio, pudiendo
desarrollarse hacia el final de la misma cuando el contenido en etanol es muy bajo o no
existe. Las bacterias del genero gluconobacter no son capaces de oxidar el ácido acético.
XIX. FERMENTACION ACETICA.
La oxidación del alcohol etílico del vino (como así también de sidras, cerveza y otras
bebidas alcohólicas de relativa baja graduación), por acción de microorganismos
estrictamente aerobios, origina la enfermedad más corriente, perjudicial y también de
más difícil o imposible corrección: la picadura acética o avinagramiento.
Por otro lado, este proceso biológico, conducido adecuadamente nos lleva a obtener un
producto terminado de valor comercial.
Haciendo una breve reseña vemos que la producción de ácido acético a partir de líquidos
alcohólicos ha sido conocida desde hace tanto tiempo como la elaboración del vino
(aproximadamente 10.000 años). El hombre aprendió a reconocer la utilidad del vinagre,
si bien ésta no estaba impregnada de las cualidades esotéricas o divinas del vino (que hace
elevar el espíritu de los hombres). Su uso más “pragmático” se encaminó más a las
necesidades del cuerpo que a las del alma. Los Romanos y los Griegos que utilizaban
vinagre diluido como bebida refrescante, o en usos medicinales, lo producían dejando el
vino abierto al aire. Su naturaleza ácida empezó a asociarse a la garantía de estabilidad de
los alimentos, impidiendo el desarrollo de los gérmenes causantes de putrefacción.
Entonces, su aporte al sabor de los mismos fue tan aceptada que pasó a compartir el
atributo de condimento.
ASPECTOS BIOTECNOLÓGICOS
~ 17 ~
Aunque el ácido acético es producido por muchas bacterias fermentativas, sólo miembros
de un grupo especial, las bacterias del ácido acético se utilizan en la producción comercial.
Bacterias acéticas
Los estudios de las bacterias del ácido acético son numerosos; desde 1822 en que Persoon
investigando el velo de vinagres identifica al Mycoderma, hasta el presente cuando se
buscan cepas de mayor resistencia al alcohol, temperatura, cultivos inmovilizados.
Taxonomía
En la actualidad están incluidas en dos géneros, Gluconobacter y Acetobacter, dentro de la
Familia Acetobateriaceae (9ª Edición del Bergey). Acetobacter con células inmóviles o con
flagelación perítrica, oxida lactato o acetato a CO2, mientras que Gluconobacter no posee
esta capacidad de sobreoxidación y si tienen flagelos son polares. Los miembros del
género Acetobacter son bacterias Gram negativas y ácido-tolerantes. Las cepas utilizadas
comercialmente pertenecen generalmente a esta especie (Acetobacteraceti).
Mutabilidad
Durante la producción aparecen cultivos mixtos, aunque se asume que el inóculo es puro,
particularmente en los cultivos en superficie. Las cepas de producción parecen perder su
carácter de alta producción si son transportadas sobre agar a una nueva localidad. Para
evitar este problema, las cepas de producción se envían a las nuevas plantas de vinagre en
pequeños fermentadores transportables.
Biosíntesis del ácido acético
La producción de ácido acético es una oxidación incompleta más que una auténtica
fermentación, debido a que el poder reductor que se produce se transfiere al oxígeno. La
primera etapa de oxidación a partir de etanol conduce a acetaldehído mediante una
alcohol deshidrogenasa específica de NAD o NADP. Existe luego una hidratación a
acetaldehído hidrato y una segunda oxidación con acetaldehído deshidrogenasa a ácido
acético. Durante la oxidación se produce 1 mol (60 g) de ácido acético por mol (46 g) de
~ 18 ~
etanol. A partir de 1 litro de alcohol del 12% (v/v) se produce 1 litro de ácido acético del
12,4%.(Esta conversión implica un rendimiento teórico del 130%).
Para la producción óptima se requiere suficiente oxígeno, que se reduce a través de la
cadena respiratoria. La reacción es exergónica con un H = 493 KJ. Si no existe suficiente
oxígeno, en presencia de altas concentraciones de ácido acético y etanol, las células
mueren. Después de una interrupción de la aireación de 2 minutos, a una concentración
de 5% de ácido acético y etanol muere el 34% de las bacterias; mientras que a una
concentración del 12% de ácido acético y etanol la misma tasa de muerte se produce
después de solamente 10-20 segundos.
Tanto el ácido acético como el etanol deben estar presentes para el óptimo crecimiento
de Acetobacter. El suministro de etanol es crítico y con menos del 0,2% (v/v) en solución
aumenta la velocidad de muerte. Sin embargo, la concentración máxima de etanol no
debe exceder el 5% en los procesos convencionales. Actualmente las cepas de alto
rendimiento producen 13-14% de ácido acético.
El metabolismo del etanol ha sido minuciosamente estudiado, encontrándose fracciones
"solubles" y "particuladas" de los dos enzimas presentes en las reacciones (alcohol y
aldehidodeshidrogesas).
El metabolismo de los hidratos de carbono es expuesto esquemáticamente.
La producción de ésteres (acetato de etilo) que es tan manifiesta cuando un vino se
“pica”, ocurre en los métodos lentos de elaboración pero no necesariamente en los
métodos rápidos, donde prácticamente se agota el alcohol.
Es considerable la producción de acetoina por acción de dos enzimas (a partir de -ceto-
lactato o de 2 acetaldehido)
Tanto si la acetificación se realiza en régimen continuo, como si es en forma semicontinua,
la descarga del producto supone extraer del fermentador, junto con él, parte de las
~ 19 ~
bacterias. Para recuperar la velocidad de producción es preciso entonces favorecer el
desarrollo de nuevas bacterias. La tecnología de la fermentación acética implica:
a) el desarrollo rápido de bacterias acéticas que suplan a las descargadas en el
anterior ciclo de producción o a las extraídas en la descarga continua,
b) el mantenimiento de estas bacterias con actividad suficiente para realizar la
acetificación a velocidades satisfactorias, y
c) la aportación al medio de los elementos necesarios para llevar a cabo la
reacción de oxidación.
~ 20 ~
PROCESO INDUSTRIAL DE ELABORACIÓN DEL VINAGRE
1. Recepción de la materia prima
Las materias primas (vinos, sidras, alcohol, etc.) destinadas a ser transformadas en vinagre
se reciben sobre depósitos expresamente previstos para ello y se desnaturalizan con
vinagre concentrado. Evidentemente, el material de construcción de estos depósitos se
selecciona para que la permanencia en ellos no altere la calidad de las materias primas.
Los materiales habituales para este fin son madera, poliester (PRFV) o acero inoxidable
Todo material que esté en contacto con estas materias primas ha de cumplir las mismas
especificaciones (tanques de transporte, bombas, llaves, tuberías y accesorios). Debe
tenerse presente que el ácido acético y sus vapores son altamente corrosivos, por lo que
los locales también son afectados particularmente en sus partes métalicas.
2. Condiciones de fermentación
Para que la fermentación acética transcurra sin problemas y el producto final no acuse
alteraciones a corto o largo plazo, se han de cumplir una serie de requisitos que afectan
tanto a la materia prima como al sistema de fermentación.
2.1. Características de la materia prima
Los vinos utilizados como materia prima deben ser sanos (admitiéndose
como excepción los atacados por bacterias acéticas), libres de olores y
sabores extraños.
Han de estar libres de antifermentos.
Limpios y estabilizados.
~ 21 ~
Secos, sin restos de azúcares que puedan provocar contaminaciones
posteriores con levaduras.
En cuanto a su graduación alcohólica, tradicionalmente se ha venido
considerando que los vinos utilizados en la acetificación habían de ser de
baja graduación. En la actualidad, las técnicas de fermentación permiten
utilizar vinos con graduación alcohólica de 10-12º.
2.2. Temperatura y aireación
La temperatura de la fermentación debe estar comprendida dentro del
intervalo entre 30-31ºC, si bien este valor no resulta definitivo. La
fermentación es viable entre 28-33ºC, pero la velocidad de producción
varía en función de la temperatura. Por otra parte, cuando la
temperatura es elevada aumentan las pérdidas de alcohol y productos
volátiles y, en menor cuantía, de ácido acético.
La incorporación de aire es fundamental, dado el carácter aerobio de las
bacterias acéticas. La cantidad de aire introducido se expresa
generalmente como VVm (volumen/volumen/minuto) o cantidad de
aire en volumen por unidad de tiempo y por unidad de volumen útil de
fermentador. Es una característica de cada fermentador o de cada
proceso, ya que normalmente podrá actuarse a voluntad para fijar esta
variable en cada caso. Además de la cantidad de aire, se ha de tener en
cuenta su calidad o pureza, ya que las bacterias acéticas son sensibles a
los contaminantes del aire.
Cuando el suministro de aire es forzado, como es el caso del método
sumergido, la provisión se realiza generalmente con un compresor de
aire (eléctrico). La aireación no puede ser interrumpida, por lo se
necesita en la planta un equipo generador y un sistema de transferencia
que funcione en casos de "cortes" en el suministro de energía eléctrica.
~ 22 ~
3. Sistemas de fermentación
Los dos esquemas básicos bajo los que se realiza la fermentación acética son:
fermentación en cultivo superficial (lentos y rápido)
fermentación en cultivo sumergido
3 1. Fermentación en cultivo superficial
En términos generales, la fermentación superficial se caracteriza porque las bacterias
acéticas se encuentran en contacto directo con oxígeno gaseoso, situadas bien en la
interfase líquido/gas, como es el caso del método Orleans, o bien fijadas a soportes de
materiales tales como virutas como en el método alemán.
En éste último caso, el vino en proceso se rocía desde la parte superior del depósito que
contiene el material poroso, en cuya superficie se desarrollan las bacterias acéticas. El vino
cae por gravedad hasta el fondo del depósito, desde donde retorna a la parte superior
mediante una bomba de recirculación. Cuando la concentración de alcohol desciende
hasta aproximadamente 0,3º se descarga aproximadamente las 4/5 partes del volumen
total de líquido. Esta descarga se da con una periodicidad de 7-10 días.
El control de temperatura durante el proceso de fermentación se realiza por medio de un
intercambiador de calor exterior refrigerado con agua de acuerdo con la señal procedente
de un termostato. La entrada de aire tiene lugar como consecuencia de la diferencia de
temperatura entre el interior y el exterior (la transformación del alcohol produce calor). El
aire que se calienta interiormente produce un tiraje que es regulado en la chimenea
superior del equipo.
Este sistema constituyó el primer paso hacia la industrialización del proceso de fabricación
de vinagre y, en cierto modo, es también precursor de los actuales sistemas de bacterias
inmovilizadas. No obstante, a pesar del notable avance tecnológico que supuso presentar
una serie de desventajas tales como:
~ 23 ~
- La pérdida de sustancias volátiles por evaporación es del orden del 10 %.
- El material de soporte, generalmente virutas de madera, se contamina
fácilmente y requiere una limpieza periódica. Prácticamente cada año se
hace preciso reemplazarlo por material nuevo. (No obstante hay
generadores con muchos años en uso).
- El nuevo material precisa un minucioso acondicionamiento hasta que
queda totalmente impregnado de vinagre.
- Ha sido usado en nuestro medio como soporte, sarmientos de vid y más
frecuentemente marlo de maíz. Ambos materiales son de poca vida útil.
Además de los problemas expuestos, la lentitud del proceso hace que este sistema esté
siendo relegado en beneficio de la fermentación sumergida.
3.2. Fermentación en cultivo sumergido
Este sistema se basa en la presencia de un cultivo de bacterias sumergidas libremente en
el seno del líquido a fermentar, en el que constantemente se introduce aire (sólo o
enriquecido con oxígeno) en condiciones que permitan la máxima transferencia posible
desde la fase gaseosa a la fase líquida. Es decir, en este caso no existe soporte alguno para
las bacterias. Cuando el contenido del fermentador reduce la concentración de alcohol
hasta aproximadamente 0,2º (lo cual sucede generalmente dentro de intervalos de 30-40
horas), se descarga aproximadamente el 40-45 % del volumen de líquido, que se repone
con nueva materia prima.
El control de la temperatura de este proceso se realiza mediante un refrigerante interno
que actúa automáticamente. La capacidad del sistema de refrigeración, impuesta por la
superficie de intercambio, el caudal de agua, la temperatura de entrada de la misma y las
condiciones dinámicas en el exterior y en el interior del sistema, ha de corresponder a la
superior carga térmica de este sistema en relación con el anterior, debido a la mayor
velocidad de acetificación conseguida y al mayor consumo de energía mecánica.
~ 24 ~
El agua de refrigeración puede formar parte de un circuito cerrado y ser refrigerada a su
vez en una torre, o bien, si el consumo es escaso, puede proceder de la red. Debe de
ajustarse a requisitos de calidad que impida la formación de incrustaciones y de
temperatura de entrada.
Al entrar en el fermentador, el aire es dispersado de forma homogénea en toda la masa
líquida en forma de burbujas tan pequeñas como sea posible, ya que la superficie total de
transferencia de oxígeno es superior al disminuir el diámetro de las burbujas, y de esta
velocidad de transferencia depende a su vez la velocidad de producción de ácido acético.
Los avances tecnológicos introducidos en la fermentación sumergida aplicada al proceso
de acetificación han aportado las siguientes ventajas:
- La pérdida de volátiles por evaporación se reduce al 3- 5 %.
- Se prescinde del material de relleno y por tanto de los problemas que
entraña.
- Se facilita la incorporación de sistemas automáticos para la carga y
descarga del fermentador, control de espumas, etc.
- Se consiguen temperaturas más uniformes, eliminándose las zonas de
calentamiento local.
La limpieza y mantenimiento es más ágil y eficaz.
4. Inicio de la fermentación
La fermentación acética no se manifiesta claramente hasta que la población bacteriana en
el medio es suficientemente elevada. Como tal manifestación se entiende el aumento
evidente en la concentración de ácido acético. Si se dispone de un sistema de
determinación de la concentración de oxígeno disuelto, el inicio de la fermentación se
hace visible antes a través del descenso paulatino de dicha concentración, siempre y
cuando la cantidad de aire aportado en esa fase no sea innecesariamente elevada. Para
~ 25 ~
que el desarrollo de las bacterias pueda realizarse con éxito es preciso reunir una serie de
condiciones adecuadas, tales como el mantenimiento de una temperatura y
concentración de oxígeno disuelto adecuados, una calidad del aire correcta, concentración
de etanol del orden de 3-4 % y de acidez del orden de 6-7 %, etc.
Después de una parada de la instalación, se pueden conseguir nuevamente velocidades de
acetificación comerciales practicando una siembra a partir de otro fermentador en marcha
o bien dejando que las bacterias acéticas ambientales comiencen a desarrollarse
espontáneamente en el fermentador (lo cual es lento). En ambos casos se ha de tener en
cuenta la prácticamente total ausencia de desarrollo térmico, por lo que la temperatura
óptima de fermentación se ha de alcanzar y mantener mediante el calor mecánico
generado por los elementos de agitación.
5. Rendimiento
Todos los sistemas de fermentación industrial originan unos cálculos teóricos que han de
ser contrastados con los resultados de los procesos realizados cada día.
Anteriormente se ha indicado que las pérdidas estimadas para el sistema de fermentación
superficial son del orden del 10 %, mientras que en el sistema sumergido suponen
aproximadamente un 5 %.
El cálculo de rendimiento real se hace en la industria comparando la concentración total
del vinagre descargado con la concentración total de la materia prima. En ambos casos, el
concepto de concentración total es la suma de la acidez total (expresada en g de ácido
acético/100 mL) y de la acidez que se espera obtener por transformación del alcohol
presente, introduciendo un factor de corrección para compensar las distintas formas de
expresar las concentraciones de ambos productos, es decir:
Concentración total = (% de alcohol x 1,043) + acidez total
Entonces, resulta:
~ 26 ~
Rendimiento = (Concentración total del vinagre /Concentración total del vino) X 100
Por ejemplo, en el caso de un vinagre final con 10,5 % de acidez total y 0,2 % de alcohol,
obtenido a partir de un vino con 11 % de alcohol y 0,4 % de acidez total, en rendimiento
del proceso es:
Rendimiento = 10,5 + (0,20 x 1,043) x 100 = 90,22 %
0,4 + (11,00 x 1,043)
6. Clarificación
El vinagre obtenido como descarga del fermentador al final de cada ciclo de producción,
presenta un grado de turbidez que es mayor si el vinagre se obtiene por cultivo
sumergido. Al margen de dicho sistema, todos los vinagres requieren una clarificación que
va a contribuir a la estabilidad del producto durante su posterior vida comercial.
Existen diversas operaciones dentro del proceso de clarificación quienes pueden ser
complementarias o excluyentes entre sí, como la autoclarificación, floculación mediante
agentes químicos, diversos tipos de filtración, etc.
En la operación de clarificación se han de tener en cuenta una serie de factores
dependientes de las características del vinagre antes y después de dicha operación. Estos
factores pueden resumiese en:
a) Materia prima (vinos tinto o blanco). Las materias precipitables que aparecen en
los vinagres que salen de fermentador están relacionadas con el tipo de vino utilizado, su
procedencia, su sistema de elaboración y como es lógico, su color.
b) Turbidez del vinagre. La turbidez que presenta el vinagre depende directamente de
las características de la materia prima y del sistema de acetificación empleado, según sea
superficial o en cultivo sumergido.
~ 27 ~
c) Color del vinagre. El vinagre que se destina a la industria conservera ha de ser
objeto de una decoloración total mediante un tratamiento específico a base de carbón
vegetal, seguido de una clarificación enérgica.
d) Conservación de aromas. Cuando el vinagre ha sido cuidadosamente elaborado a
partir de vinos con buenas características aromáticas, estas características se mantienen
en el mismo. En este caso hay que evitar el uso de clarificantes que eliminen tales aromas
al flocular.
7. Filtración
La operación de filtración tiene como finalidad la separación definitiva de las impurezas
del vinagre mediante el empleo de un material filtrante.
Existen tres grados de filtración en función del diámetro de las partículas que van a ser
retenidas.
Filtración de desbaste.
Filtración de profundidad o abrillantamiento
Filtración esterilizante o estabilizante
El rendimiento de filtración, expresado en litros/hora, es función de:
viscosidad y tipo de impurezas del vinagre
tamaño de poros de la celulosa y tierras elegidas
presión de filtración
Habitualmente el vinagre es sometido a dos filtraciones. La primera de ellas, de desbaste,
se realiza después de la clarificación y proporciona un líquido limpio. En este momento el
vinagre tiene su máxima concentración. Antes de ser embotellado, el vinagre es diluido
con agua potable ajustándose su acidez total en más del 5%, y en estas condiciones se
~ 28 ~
realiza una segunda filtración, esta vez de profundidad, que proporciona al producto un
grado idóneo de brillantez.
7. Envejecimiento
Los vinagres envejecidos son aquellos que, después del proceso normal de acetificación,
clarificación y filtración, son sometidos a un período de maduración, al final del cual
obtienen unas características organolépticas que no poseían al finalizar la fermentación
acética. No todos los vinagres son adecuados para el proceso de maduración dependiendo
de la materia prima empleada en su elaboración y de sus características finales.
El período de envejecimiento puede variar entre 2 y 4 años, hasta alcanzar la calidad
adecuada. En este punto se ha de tener en cuenta el peligro de un exceso de permanencia
del vinagre en madera. La duración del periodo óptimo de maduración depende del tipo
de vinagre, según sea blanco o tinto. Las características de afinamiento se consiguen más
rápidamente en los vinagres de vino blanco que en los tintos.
Las dificultades técnicas y económicas que suponen este tratamiento constituyen un gran
problema para la obtención de vinagres de alta calidad.
8. Estabilización biológica
La estabilización de los vinagres permite mantener las características físicas, químicas y
organolépticas durante el período de comercialización. Puede realizarse por medios físicos
o químicos.
Los métodos físicos (pasterización, filtración) no implican adición de sustancias extrañas al
vinagre. En los métodos químicos, por el contrario, la adición de algunas sustancias puede
provocar directa o indirectamente la modificación de la calidad.
Métodos físicos
Los más utilizados en la industria vinagrera son la pasterización y la filtración esterilizante.
~ 29 ~
a) Pasteurización
Es el tratamiento térmico mediante el cual se destruyen bacterias y se
inactivan enzimas responsables de posteriores alteraciones del vinagre. La
temperatura de pasterización puede variar dentro del intervalo de 50º a 85ºC, y en
función de esta variable el tratamiento podrá ser largo a baja temperatura o corto
a alta temperatura. Al determinar las condiciones de tratamiento se ha de procurar
que el vinagre no se vea afectado en sus caracteres organolépticos. Un tratamiento
inadecuado puede dar lugar a reentubiamientos posteriores.
El pasterizador ha de estar construido en su totalidad en acero inoxidable
de calidad AISI-316, dado que la agresividad del producto se potencia con la
temperatura elevada. En caso contrario tendrá lugar un importante acortamiento
en la vida del aparato, así como la no deseable aportación de hierro al producto.
b) Filtración esterilizante
Como ya se ha indicado anteriormente, en la filtración esterilizante quedan
retenidas los microorganismos que contribuyen al riesgo de inestabilidad. Este tipo de
filtración no se consigue mediante un filtro común, sino por medio de membranas cuyo
poro puede ser de hasta 0,45 micras. Actualmente esta técnica está en fase de
introducción, mientras que la pasterización está más establecida en la industria vinagrera.
Métodos químicos
Dentro de los métodos químicos de estabilización biológica, el producto autorizado para la
estabilización del vinagre es el anhídrido sulfuroso. La dosis máxima permitida es 250
mg/l, expresado como anhídrido sulfuroso total.
Como se ha estudiado, una vez incorporado, este producto se encuentra en forma libre o
combinado. La acción antiséptica la realiza la forma libre, siendo un bactericida eficaz
incluso en cantidades tan bajas como 5-10 mg/l.
~ 30 ~
El anhídrido sulfuroso experimenta transformaciones durante el período de maduración
del vinagre, y por ello se hace necesario controlar su contenido con el fin de mantener la
dosis adecuada, que suele ser del orden de 100-150 mg/l.
Este producto puede incorporarse en estado gaseoso, lo cual supone una serie de ventajas
como son su fácil dispersabilidad en la fase líquida, su pureza y su fácil conservación a lo
largo del tiempo.
Otra posibilidad de adición de anhídrido sulfuroso es bajo la forma de metabisulfito
potásico.
9. Envasado
El envasado del vinagre vínico es el eslabón final en la cadena de su elaboración. Todos los
esfuerzos anteriores para obtener un vino aceptable, lograr un rendimiento elevado en la
transformación del vinagre, filtrar y abrillantar el producto, pueden resultar fallidos si el
envase no conserva las características propias del vinagre genuino o altera su color y
apariencia. Es evidente que no sólo el vinagre vínico ha de ser de buena calidad, sino que
esta calidad debe mantenerse intacta hasta llegar al consumidor.
El envase de vidrio ofrece ventajas en cuanto a la presentación del producto pero, por
razones económicas, se ha extendido el uso del material plástico para fabricar las botellas
para vinagre.
Existen diversos materiales plásticos que se pueden utilizar en el envasado de vinagres.
Hay que tener en cuenta, en el caso de la industria vinagrera, que el precio del envase no
puede gravar el del producto que, a veces, se mantiene en los límites de rentabilidad.
Dado el precio y condiciones favorables de los envases de PVC para embotellado de
vinagre, son éstos los que se han impuesto en el mercado en los últimos años. Las botellas
de vidrio que últimamente se fabrican de menor peso y costo, van ganando adeptos entre
consumidores más exigentes.
~ 31 ~
Aspectos críticos en la tecnología de la fermentación acética
Los principales factores que intervienen en la fermentación acética son el tipo y la
densidad de bacterias presentes, la temperatura, la concentración de etanol, la
concentración de ácido acético, la concentración total o suma de estas dos últimas, y la
concentración de oxígeno disuelto.
No se considera acá la presencia de nutrientes como uno de los factores que afectan a la
acetificación; en el caso de la fabricación de vinagre de vino no es preciso tener en cuenta
su adición ya que tales nutrientes se encuentran normalmente en cantidad suficiente en
los vinos empleados como materia prima; en algunos casos, al igual que para la
fabricación de vinagre de sidra, puede recomendarse, por ejemplo, la adición de fosfato
amónico si se observa que la materia prima empleada tiene un contenido en materia
nitrogenada inusualmente bajo.
En general, y aunque esta observación afecta casi exclusivamente a la fabricación de
vinagre de alcohol, es conveniente limitar la presencia de nutrientes a las cantidades
imprescindibles, ya que en caso contrario las sucesivas generaciones de bacterias llegan a
ser muy exigentes en sus requerimientos. En cambio, el desarrollo en medios
relativamente escasos, permite una adaptación de las bacterias a tales medios «pobres»
que, evidentemente, resultan más económicos.
Densidad de población
La taxonomía de las bacterias acética y la complejidad de su estudio a nivel de laboratorio
microbiológico (cabe recordar la polémica Schimwell - De Ley sobre la existencia o no de
mutaciones constantes) se traduce a nivel industrial en la práctica imposibilidad de
establecer conclusiones generales. Esto podría justificar el casi general desinterés que
existe por parte de los industriales hacia los trabajos de aislamiento de nuevas cepas o de
clasificación de estos microorganismos, que son en definitiva quienes mantienen su
fábrica en funcionamiento. Pocos fabricantes de vinagre podrían responder si se les
pregunta cuál es la especie presente en sus acetificadores, entre otras razones porque
~ 32 ~
existe la convicción de que, al margen de la especie inicialmente sembrada, la flora
predominante acaba por ser la autóctona de la zona, e incluso la de ese acetificador. Dado
que el funcionamiento de los acetificadores dista mucho de tener lugar en condiciones de
esterilidad, no cabe pensar en la fabricación industrial de vinagre con cultivos puros;
aparte de la posibilidad de mutaciones o adaptaciones a distintos medios, se ha de señalar
la nada despreciable carga bacteriana de la propia materia prima.
La especie más frecuente es la Acetobacteraceti, cuyas características se recogen en el
capitulo correspondiente a la descripción de las bacterias acéticas.
En lo que respecta a los aspectos tecnológicos que ahora se tratan, se dará simplemente
por supuesto que las bacterias presentes reúnen las condiciones necesarias para llevar a
cabo su cometido de oxidación del etanol a ácido acético, siempre y cuando no «le fallen»
los dispositivos mecánicos. Sin embargo, conviene recordar que el concepto de «factores
que intervienen sobre la fermentación acética» se podría sustituir de forma más sutil por
el concepto de «factores que intervienen sobre las bacterias acéticas», ya que la práctica
totalidad de los cuidados que ha de procurar una planta bien diseñada se han de dirigir
necesariamente a evitar condiciones nocivas para los microorganismos.
Como aspecto más importante de estas bacterias (no sólo desde el punto de vista
taxonómico sino por sus posibles consecuencias industriales) se ha de mencionar su
capacidad para llevar a cabo la sobreoxidación, es decir para oxidar el ácido acético hasta
su conversión en CO2 y agua.
Es frecuente, y obvio, recomendar la adopción de especies que soporten elevadas
concentraciones de ácido acético y total (se entiende por concentración total la suma de
las concentraciones de ácido y etanol). Esta recomendación puede interpretarse más bien
como una advertencia de la conveniencia de cambiar paulatinamente, cuando ello sea
necesario, la composición del medio a fermentar, sin abusar de la adaptabilidad de las
bacterias. En cuanto a la densidad de población como factor de influencia sobre el
proceso, resulta evidente la necesidad de alcanzar poblaciones numerosas en el menor
~ 33 ~
tiempo posible, si el objetivo tecnológico es conseguir conversiones rápidas del vino en
vinagre.
Como en cualquier otro proceso de fermentación, la población va a ser consecuencia de
su velocidad de crecimiento específico, que depende a su vez de las condiciones del
proceso, especialmente de la concentración de oxígeno y de la composición del medio.
Temperatura de proceso
Ningún proceso químico o físico-químico es ajeno a la influencia de la temperatura a la
que se realiza; tan sólo varía la magnitud de este efecto en cada caso.
Como en todas las fermentaciones, en la acética se dan distintos procesos bien
diferenciados pero estrechamente relacionados. Entre ellos, el mayor interés cuantitativo
lo ostentan el desarrollo de los microorganismos y la formación de producto como
consecuencia del metabolismo de los mismos. A su vez, ambos procesos son la
consecuencia global de procesos parciales cuya dependencia con la temperatura no es
necesariamente la misma.
La temperatura óptima del proceso depende especialmente de la composición de la
materia prima empleada, en particular de la concentración total o grado total de la
misma. La fermentación de vinos o substratos alcohólicos de elevada concentración
requiere el empleo de temperaturas de fermentación más bajas.
En general, las temperaturas elevadas tienden a potenciar el efecto nocivo de otros
factores sobre el proceso de acetificación. Por ejemplo, la sensibilidad de las bacterias
frente al ácido acético o frente a la carencia de oxígeno resista superior a temperaturas
elevadas. No obstante, también en este caso existe una adaptación de las bacterias ante
elevaciones de temperatura, siempre y cuando dichas elevaciones no tengan lugar de una
forma excesivamente rápida, ya que las bacterias acusan no sólo el valor absoluto de la
temperatura sino la velocidad de cambio de la misma.
~ 34 ~
Afortunadamente, no parece necesario proceder al aislamiento de especies termófilas
para realizar la acetificación a temperaturas ligeramente superiores (3-4º C) a la
habitualmente especificada para la acetificación industrial (30º C), ya que la adaptación a
estas temperaturas tiene también lugar de forma espontánea. Sólo así puede explicarse el
funcionamiento de los acetificadores cuya capacidad de control de la temperatura ha sido
rebasada por condiciones adversas, tales como una temperatura ambiente
inusitadamente elevada durante el verano, o la disminución de la capacidad de
refrigeración de la planta por ensuciamiento de las superficies de intercambio,
disminución del caudal de agua, etc. A pesar de ello, no resulta infrecuente el fracaso
fabril cuando las condiciones llegan a ser excesivamente severas. pudiéndose llegar a la
total paralización del proceso y a la pérdida del cultivo.
El efecto perjudicial se manifiesta a través del descenso de la velocidad de producción de
ácido, que da lugar a ciclos de producción cada vez más largos y a mayores
concentraciones de oxígeno disuelto como consecuencia de la menor demanda de
oxígeno (no se tiene aquí en cuenta el efecto de la temperatura sobre la transferencia de
oxígeno).
Sin embargo, el efecto inicial de un aumento de temperatura es positivo dentro un
margen bastante amplio.
Concentración de etanol
El efecto de la concentración de etanol sobre la fermentación acética se ha de considerar
bajo distintos aspectos y en función de las distintas fases de producción, cuando ésta se
realiza según el esquema clásico de proceso por tandas. Como es habitual en ese proceso,
no se puede establecer ninguna generalización válida, ya que el efecto de la concentración
de etanol depende también de la concentración de ácido, de la temperatura, etc.
Cabe distinguir entre el posible efecto en la fase inicial (concentración de etanol elevada) y
en la fase final (concentración baja).
~ 35 ~
En la fase inicial del ciclo de producción, desde el instante en que se inicia la reposición del
volumen descargado, se puede presentar el efecto nocivo de un cambio brusco en la
concentración de etanol en zonas localizadas del fermentador si la alimentación se realiza
de forma que la mezcla del vino con el contenido del fermentador no es prácticamente
instantánea
En general, es recomendable que la carga del fermentador entre ciclos se realice en
tiempos del orden de 2- 3 horas.
Si el etanol llega a agotarse totalmente, las bacterias acéticas mueren rápidamente y se
pierde el cultivo. Se acostumbra recomendar una concentración de etanol de 0.2 % como
tope para proceder a la descarga del fermentador y a la iniciación de un nuevo ciclo. Pero
tampoco en este caso es prudente generalizar
El cultivo soporta bien concentraciones tan bajas de etanol cuando la concentración de
ácido acético es del orden de 10 % (es decir, una concentración total de 10,2 %). Sin
embargo, para concentraciones más altas (del orden de 12 %), no resulta conveniente
llegar hasta 0,2 % de etanol sino descargar el fermentador un poco antes (0,3-0,4 %) si se
desea evitar que la fase de desarrollo del ciclo siguiente se prolongue mucho.
El momento de comentar el efecto de la concentración de etanol en la fase final del
proceso es también un buen momento para hacer alguna consideración sobre la reacción
de sobreoxidación, para la que están capacitadas la mayoría de las especies
habitualmente empleadas en la industria. Esta reacción, por la que el ácido acético es
convertido en dióxido de carbono y agua, se da especialmente en condiciones de baja
concentración de etanol y se manifiesta con mayor velocidad cuanto menor sea la
concentración total del medio de cultivo. Por ello se puede observar con más frecuencia
en la fabricación de vinagres de sidra que en la de vinagres de vino. También parece existir
una cierta relación entre su incidencia y la excesiva riqueza de nutrientes del medio.
Así pues, la importancia del control de la concentración final de etanol justifica la
realización de análisis frecuentes o la adopción de medios automáticos capaces de realizar
~ 36 ~
este análisis en forma continua y de poner en marcha la fase de descarga/carga cuando se
alcanza la consigna previamente establecida.
Concentración de ácido acético
La sensibilidad de las bacterias acéticas frente al producto principal de su metabolismo
(acetosensibilidad) es la causa de la dificultad para producir vinagres de elevada
graduación.
Una vez más resulta imprudente generalizar el efecto de la concentración de ácido acético
sobre la marcha de proceso, ya que existe la tendencia hacia la adaptación de las bacterias
a medios con elevada concentración del mismo, lo cual puede conducir a resultados
contradictorios al estudiar este aspecto del proceso. En cualquier caso, esta adaptación ha
de tener lugar de forma gradual.
Como se indicó anteriormente, el efecto de la concentración de ácido acético puede
paliarse si se realiza el proceso a temperaturas más bajas que la «tradicional» de 30º C.
Este efecto inhibidor es el principal factor a tener en cuenta cuando se trata de la
posibilidad de fabricación de vinagre en proceso continuo.
Concentración de oxígeno disuelto
Hasta ahora se ha comentado de forma muy somera el efecto de una serie de variables
sobre el proceso de acetificación. No puede decirse que alguna o algunas de ellas sean
más importantes que las demás, ya que en cualquier caso, la pérdida del control puede
dar lugar a descenso de producción más o menos importantes, a la paralización total del
proceso, dependiendo del grado de descontrol sufrido.
Sin embargo, hay varias razones para centrar la atención de forma preferente sobre la
concentración de oxígeno disuelto, y por tanto sobre los medios empleados para
intervenir sobre esta variable.
En primer lugar, el proceso de fermentación acética se caracteriza por su elevado
consumo de oxígeno. Por otra parte, las bacterias acéticas son extraordinariamente
~ 37 ~
sensibles a situaciones carenciales de oxígeno, ante las cuales no se limitan a reducir su
metabolismo sino que llegan a su destrucción, cuyo alcance, una vez más, depende sólo
de la magnitud de la causa (duración del lapso sin oxígeno o «anóxico») sino de las demás
condiciones
Aparte de estas y otras posibles razones a considerar, parece evidente que la aportación
de oxígeno al medio es el aspecto del proceso sobre el que se centra la tecnología, y existe
unanimidad al afirmar que el sistema de aireación es el «cuello de botella» de la planta de
producción. Si la aireación es «mala», el proceso es lento y la planta es «mala».
En nuestro caso, quizá arbitrariamente, estamos calificando como «buenos» los sistemas
que permiten realizar conversiones rápidas y casi totales de vino en vinagre, debido a que
este parece ser el objetivo de la mayoría de los industriales, que abandonan sistemas
tradicionales y «se pasan» a los sistemas de cultivo sumergido, más veloces. Sin embargo
tales sistemas tradicionales siguen aún vigentes para la preparación de vinagres cuya
calidad, a veces muy justificadamente, alcanzan mejores precios en el mercado; por esta
razón, convendrá calificar de «malos» o deficientes exclusivamente a aquellos sistemas
que, habiendo sido diseñados para obtener altas velocidades, no consiguen este objetivo.
Esta situación no es infrecuente cuando se ha intentado «copiar» instalaciones con
escaso éxito.
El efecto de la concentración de oxígeno se ha de considerar desde dos aspectos, según se
trate de las consecuencias de una interrupción accidental de la aireación o del efecto de la
concentración durante el proceso.
El primer caso se refiere al cese total de la aportación de oxígeno al medio, generalmente
como consecuencia de averías mecánicas o eléctricas. En este sentido, resultan ya clásicas
las experiencias en las que se cuantifica el efecto nocivo sobre las bacterias en función del
tiempo de interrupción de la aireación, de la composición del medio y de la velocidad de
acetificación en ese instante. En términos generales, el porcentaje de bacterias dañadas es
más elevado cuanto mayor sea la concentración de ácido acético, la concentración total y
~ 38 ~
la velocidad de acetificación en el momento en que tiene lugar la interrupción. Por ello, si
el accidente se produce al iniciarse un ciclo de fabricación, las consecuencias resultan
menos drásticas que cuando tiene lugar casi al final del mismo.
El efecto letal de la falta de oxígeno sobre las bacterias se atribuye a la acumulación de
acetaldehído, al ser más lenta la oxidación del acetaldehído a ácido acético que la del
etanol a acetaldehído. Dependiendo de las condiciones, en experimentos de laboratorio
se observa un fenómeno de recuperación parcial, e incluso total, de la actividad al
restablecer la aireación al cabo de tiempos no excesivamente largos. Este efecto es lo
suficientemente rápido como para que no pueda ser atribuido al desarrollo de nuevas
bacterias (también ha sido descrito en levaduras).
El descenso en la actividad celular se presenta antes de que la concentración de oxígeno
llegue a ser cero, debido a la existencia de un valor crítico para dicha concentración.
El segundo aspecto bajo el que cabe considerar el efecto de la concentración de oxígeno
se refiere a la marcha «normal» del proceso, bajo condiciones constantes e
ininterrumpidas Aquí es necesario mentalizarse para asumir una aparente paradoja: una
vigorosa y eficaz aireación (o, dicho en otras palabras, un proceso realizado bajo unas
condiciones de transferencia de oxígeno muy elevada) no supone que vaya a ser más alta
la concentración de oxígeno disuelto en la fase estacionaria del proceso De hecho, el valor
de esta concentración para transferencias extremas resulta casi el mismo.
Esto se debe a que la concentración que hemos denominado «de equilibrios viene
impuesta por el balance entre la aportación de oxígeno y el consumo del mismo. En
términos aproximados, por ejemplo, la consecuencia que tendrá sobre la concentración
de equilibrio una duplicación de la transferencia será nula si se duplica el consumo (es
decir si se duplica la velocidad de producción lo cual es el fin perseguido).
XX. REFERENCIA BIBLIOGRAFICA
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