HIDRÓLISIS DEL ALMIDÓN.Lab05 (1)

8/12/2019 HIDRLISIS DEL ALMIDN.Lab05 (1)

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HIDRLISIS DEL ALMIDNFERMENTACIN DE CARBOHIDRATOS

OBJETIVOS

Entender los procesos bioqumicos de distintas reacciones enzimticas como sonla fermentacin e hidrlisis.

Comprobar la presencia de almidn en diferentes cultivos y valorar si esapresencia est o no justificada

Describir el patrn de las reacciones producidas por los microorganismos ycomprobar la reaccin mediante pruebas qumicas.

Determinar cules son los productos de metabolismo asociados a los substratos ymicroorganismos seleccionados para este ejercicio.

FUNDAMENTO TERICO

La bacterias completan varias actividades bioqumicas usando los nutrientes que elambiente les ofrece. Las transformaciones bioqumicas que ocurren dentro y fuera de laclula son mediadas por las enzimas. En este laboratorio se observarn tales actividadesbioqumicas en bacterias y se observar la habilidad de las mismas para degradarcarbohidratos. Una vez las bacterias realizan estas actividades de degradacin, losorganismos liberan productos que pueden ser utilizados para su caracterizacin o para laconfeccin y produccin de materiales y alimentos.

Hidrlisis del almidn

Las bacterias pueden usar alimentos macromoleculares; para ello, es necesaria unahidrlisis extracelular preliminar, igual que sucede en los animales superiores. Lasdistintas bacterias elaboran para este fin una cierta variedad de enzimas extracelularesque se segregan al medio. El objetivo de esta prctica es comprobar qu bacteriasproducen amilasa y son por tanto capaces de utilizar el almidn como nutriente. Muchasbacterias producen enzimas llamadas hidrolasas. Estas catalizan el rompimiento demolculas orgnicas en unas ms simples en presencia de agua, es decir, la hidrlisisextracelular preliminar igual que sucede en los seres superiores. El almidn es un ejemplode estas molculas, donde las enzimas (Amilasa) actan en su rompimiento.

Los polisacridos forman complejos coloreados con el yodo, lo cual probablemente se

debe a la adsorcin del yodo en sus cadenas. Los polisacridos lineales, como la amilosadel almidn, generan complejos de un color azul intenso; los que tienen ramificaciones,como la amilopectina del almidn y el glucgeno, forman complejos yodados de colormenos intenso.

Todos los polisacridos pueden ser hidrolizados en presencia de cidos diluidos. Esposible hacer un seguimiento de esta hidrlisis por medio de la desaparicin gradual delcolor de los complejos yodados, o bien puede confirmarse la hidrlisis por medio de la


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prueba de Benedict (determinando la presencia de azcares reductores). En el caso delalmidn, la hidrlisis produce oligosacridos que dan reaccin con el yodo negativa, perocon la prueba de azcares reductores es positiva.

Fermentacin de Carbohidratos

La fermentacin es una reaccin bioqumica para la descomposicin anaerobia deazcares, almidn y otros carbohidratos con produccin de cidos, o cido y gas. Se tratade una proceso metablico en que los compuestos orgnicos, ms bien que el oxgeno,sirven como aceptores electrnicos finales en un proceso anaerobio de oxirreduccin. Eldonador de electrones (substrato oxidable) y el aceptor de electrones (agente oxidante)son compuestos orgnicos y generalmente se originan ambos substratos a partir de lamisma molcula durante el metabolismo. As parte de la molcula nutritiva es oxidad yparte reducida y el metabolismo da por resultado una reordenacin de los electronesintramoleculares. El ATP se genera durante la reordenacin oxidorreductora por unproceso llamado fosforilacin oxidativa debido a que el oxgeno no se necesita para

regenerar ATP.Las diversas especies de bacterias difieren en su capacidad para fermentar determinadoscarbohidratos. Unas pocas especies pueden descomponer celulosa, la sustancia mscomplicada de este tipo. Otras pueden descomponer polisacridos relativamentecomplejos, como inulina, dextrina y almidn. Virtualmente, en cada gnero de bacteriashay al menos una especie que no puede fermentar del todo ningn carbohidrato nisiquiera la dextrosa.

Los productos de la fermentacin son alcoholes, cidos, gases y otras molculasorgnicas. Los medios para la realizacin de pruebas de fermentacin de hidratos decarbono son a menudo preparados en tubos de caldo. Cada tubo contiene un pequeotubo invertido llamado Durham, el cual captura cualquier gas formado cuando el caldo esinoculado.

PROCEDIMIENTO

1. Preparacin de Medios de Cultivo

Agar ( 10g / 1000ml)

Almidn (15g / 1000ml) Caldo Lauril ( 35.6g / 1000ml)

Medio VolumenAgar Almidn 15 ml x 5 = 75mlCaldo Lauril 15 ml x 10 =

150mlAgua destilada 225ml


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Pesar los medios de

cultivoAgregamos agua

destilada disolvemos

Calentamos paraacelerar la disolucin

Distribuimos el caldo en los 5 tubos

de prueba y colocamos los tubos de

fermentacin invertidos

Distribuimos el agar almidn

en 5 tubos de prueba

Llevar al autoclave

durante 15 min.


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2. Hidrlisis del almidn

Dividimos en dos

regiones A y B

Materiales: Inoculador,Agar

almidn y caldo LaurilSeleccionamos las dos

colonias que se analizarn

Vertemos el agar Almidn

en la placa Petri.

Con el inoculador

raspamos la colonia ASembramos por estras. Repetimos

los pasos para la colonia B


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3. Fermentacin de Carbohidratos

RESULTADOS

Hidrlisis del Almidn

Una vez realizada la incubacin, se agrega gotas de LUGOL en cada parte de la placaPetri.

GRUPOS PLACAS COLONIA HIDRLISIS DEL ALMIDON

N01 A5 LABORATORIOMICROBIOLOGIA

SI HAY HIDRLISIS

B5 GRIFO BAOFIA

SI HAY HIDRLISIS

N02 A2 LABORATORIOMICROBIOLOGIA

NO HAY HIDR LISIS

B2 GRIFO BAOFIA

NO HAY HIDRLISIS

N03 A3 PABELLONCENTRAL

SI HAY HIDRLISIS

B3 FOTOCOPIADORAFIA

SI HAY HIDRLISIS

N04 A4 PABELLONCENTRAL

SI HAY HIDRLISIS

B4 FOTOCOPIADORAFIA

SI HAY HIDRLISIS

N05 A ESTANQUEARQUITECTURA

NO HAY HIDRLISIS

B5 FOTOCOPIADORAFIA

NO HAY HIDRLISIS

Identificamos los dos tubos de

prueba para las colonias A y B

Trabajaremos con las colonias

anteriores. Inoculamos en el caldo

Lauril


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Fermentacin de Carbohidratos

AMBIENTE GRUPO N1 TUBO A TUBO B

Crecimiento Escaso EscasoTurbidez Poca PocaSedimento No No

BAO FIA Anillo S NoBurbujas No NoPh 7 7


Crecimiento Moderado AbundanteTurbidez S S

BAO FIA Sedimento No SAnillo No No

Burbujas No SPh 7 5

AMBIENTE GRUPO N3 TUBO A TUBO BCrecimiento Moderado EscasoTurbidez S No

ESTANQUE Sedimento Poco NoARQUITECTURA Anillo No S

Burbujas No NoPh 7 7

Usamos un Indicador de

PH


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Crecimiento Escaso No haycrecimiento

Turbidez S ---BAO FIA Sedimento S ---

Anillo No ---Burbujas No ---Ph 7 ---


Crecimiento No hay crecimientoTurbidez ---

ESTANQUE Sedimento ---PABELLN Anillo ---CENTRAL Burbujas ---

Ph ---

Slo hubo cambio de acidez en el tubo B del grupo 2.

Los dems tubos de prueba no presentaron cambios en el Ph, por lo tanto lasbacterias analizadas no produjeron cidos y sin presencia de burbujas significaque tampoco se dio una formacin de gas.


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CONCLUSIONES

I. Hidrlisis del almidn

La presencia del color azul violeta alrededor de la colonia indica que laprueba es positiva, es decir que la bacteria ha hidrolizado el almidnmediante la amilasa.

La no presencia del color azul violeta alrededor de la colonia indica que laprueba es negativa, es decir que la bacteria no ha hidrolizado el almidnmediante la amilasa.

II. Fermentacin de carbohidratos

RECOMENDACIONES

El medio de cultivo no debe sobrecalentarse pues el almidn puede hidrolizarse ydar falsos positivos.

Para un ptimo crecimiento bacteriano en cualquier tipo de agar es primordial unabuena siembra por estras, con el cuidado de no daar el agar.

La prueba debe interpretarse inmediatamente despus de aadir el reactivoLUGOL porque ste tiende a desvanecerse con el tiempo.

Nunca pipetear con la boca ya que podramos contaminar el medio o ingerir aguacon agentes patgenos.

Revisar cuidadosamente los procedimientos del laboratorio para no obviar pasosimportantes como la correcta colocacin de los tubos Durham.

TALLER N5

DEFINIR ENZIMAS ,HIDRLISIS,FERMENTACIN

Enzimas: Las enzimas1sonmolculas de naturalezaproteica y estructuralquecatalizanreacciones qumicas,siempre que seantermodinmicamente posibles: una enzima hace que una reaccin qumica que esenergticamente posible (verEnerga libre de Gibbs), pero que transcurre a unavelocidad muy baja, sea cinticamente favorable, es decir, transcurra a mayor

velocidad que sin la presencia de la enzima.

Hidrlisis:Es unareaccin qumica entre unamolcula de agua y otramolcula,en la cual la molcula de agua se divide y sus tomos pasan a formar parte de otraespecie qumica. Esta reaccin es importante por el gran nmero de contextos enlos que el agua acta comodisolvente.
http://es.wikipedia.org/wiki/Enzima#cite_note-1http://es.wikipedia.org/wiki/Enzima#cite_note-1http://es.wikipedia.org/wiki/Mol%C3%A9culashttp://es.wikipedia.org/wiki/Prote%C3%ADnahttp://es.wikipedia.org/wiki/Cat%C3%A1lisishttp://es.wikipedia.org/wiki/Reacci%C3%B3n_qu%C3%ADmicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Termodin%C3%A1micahttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_libre_de_Gibbshttp://es.wikipedia.org/wiki/Reacci%C3%B3n_qu%C3%ADmicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Mol%C3%A9cula_de_aguahttp://es.wikipedia.org/wiki/Mol%C3%A9culahttp://es.wikipedia.org/wiki/Disolventehttp://es.wikipedia.org/wiki/Disolventehttp://es.wikipedia.org/wiki/Mol%C3%A9culahttp://es.wikipedia.org/wiki/Mol%C3%A9cula_de_aguahttp://es.wikipedia.org/wiki/Reacci%C3%B3n_qu%C3%ADmicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_libre_de_Gibbshttp://es.wikipedia.org/wiki/Termodin%C3%A1micahttp://es.wikipedia.org/wiki/Reacci%C3%B3n_qu%C3%ADmicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Cat%C3%A1lisishttp://es.wikipedia.org/wiki/Prote%C3%ADnahttp://es.wikipedia.org/wiki/Mol%C3%A9culashttp://es.wikipedia.org/wiki/Enzima#cite_note-1


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Fermentacin:Es un procesocatablico deoxidacin incompleta, que norequiere oxgeno, siendo el producto final un compuesto orgnico. Estos productosfinales son los que caracterizan los diversos tipos de fermentaciones.

Qu son encimas extracelulares y enzimas intracelulares?

Intracelulares:Son los responsables de losprocesos de degradacin celular. En estos procesosse obtienen nutrientes elementales a partir de losmateriales estructurales propiosde lasclulas cuando el aporte mediante la dieta se interrumpe (por ejemplo,durante el ayuno), o cuandola clula no puede utilizar los nutrientes de lasangre.

Extracelulares.Son aquellas que se activan por fuera de la membrana plasmtica o pared celularde clulas, muchas de ellas cumplen procesos metablicos catalticos destinadosa la degradacin de lamateria en energaqumica,un ejemplo notorio de estas

enzimas son las que por exocitosis ( adherencia de membrana entre el lisosoma yla membrana plasmtica de laclula)en forma de una vacuola excretora libera elcontenido enzimtico para degradar la materia orgnica o bien para realizar lafagocitosis por fuera de la clula( digestin extracelular) en el caso de quelosvirus puedan ingresar a la clula husped, este es el principal mecanismo dedefensa, la liberacin de enzimas lisosmicas.

Qu es el almidn y las protenas?

El almidnes unpolisacrido,ms especficamente un homopolisacrido dereserva energtica predominante en lasplantas,constituido por la unin de

grandes cantidades de monmeros deglucosa.

Lasprotenasson compuestos qumicos muy complejos que se encuentran entodas lasclulas vivas: en lasangre,en laleche,en los huevos y en todaclase desemillas y plenes. Hay ciertos elementos qumicos que todas ellas poseen, perolos diversos tipos de protenas los contienen en diferentes cantidades. En todas seencuentran un alto porcentaje de nitrgeno, as comodeoxgeno,hidrgeno ycarbono.En la mayor parte de ellas existe azufre, y enalgunas fsforo yhierro.

Las protenas son sustancias complejas, formadas por la unin de ciertas

sustancias ms simples llamadas aminocidos, que los vegetales sintetizan apartir de los nitratos y las sales amoniacales delsuelo.Losanimales herbvorosreciben sus protenas de lasplantas;el hombre puede obtenerlas de las plantas ode los animales, pero las protenas de origen animal son de mayorvalor nutritivoque las vegetales. Esto se debe a que, de los aminocidos que se conocen, queson veinticuatro, hay nueve que son imprescindibles para la vida, y es en lasprotenas animales donde stas se encuentran en mayor cantidad.
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Qu son los polipptidos?

Un polipptido, en otras palabras, es unasecuencia de aminocidos que estnvinculados a travs de enlaces peptdicos.Si los aminocidos encadenados sonms de un centenar, ya puede hablarse de protena.Las protenas, por otra parte, pueden estar constituidas por una o ms cadenas depolipptidos. Aquellas que tienen una nicacadena se califican como protenasmonomricas, mientras que las que disponen de dos o ms cadenas reciben elnombre de protenas multimricas.

Cmo se almacena la energa en la clula?

En nuestro cuerpo se produce un compuesto qumico llamado trifosfato deadenosina (ATP) que proporciona energa a la clula tal como lo hace la

electricidad en una fbrica. Sin el ATP no podramos movernos, ni siquiera pensar;todos los procesos que nos mantienen vivos cesaran. Cada clula produce el ATPque necesita a expensas de los nutrientes que se le proporcionan. La produccincorre a cargo, fundamentalmente, de unos organelos del citoplasma llamadosmitocondrias, que pueden considerarse como las plantas elctricas de la clula.Las clulas casi no almacenan ATP, lo van formando a medida que lo necesitan;en un momento dado el organismo probablemente no contenga en total ms de 88ml de este compuesto; sin embargo, en las personas muy activas las clulasllegan a producir al da una cantidad de ATP equivalente al peso de todo elcuerpo. Si se pudiera ir extrayendo y cristalizando el ATP que las clulas puedenfabricar a expensas de 3 500 caloras de alimentos, se formara un montn de

polvo blanco que ocupara 80 dm3. Suponiendo que la energa qumica contenidaen ese polvo se pudiera convertir en energa elctrica, bastara para mantenerprendidos 1 500 focos de 100 vatios durante un minuto.

Qu es la respiracin aerbica y que es la respiracin anaerbica?

La respiracin aerbicaes un tipo demetabolismo energtico en el que losseresvivos extraenenerga demolculas orgnicas,como laglucosa,por un procesocomplejo en el que elcarbono esoxidado y cuando llega a la mitocondria semezcla con el agua haciendo un compuesto qumico llamado Glucositisa en el que

eloxgeno procedente delaire es eloxidante empleado. En otras variantes de larespiracin, muy raras, el oxidante es distinto del oxgeno (respiracin anaerbica).

La respiracin aerbica es el proceso responsable de que la mayora de los seresvivos, los llamados por ello aerobios, requieran oxgeno. La respiracin aerbicaes propia de los organismoseucariontes en general y de algunos tiposdebacterias.
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La respiracin anaerbica es un proceso qumico donde el oxido es uncompuesto clave en el aire igual que otros compuestos en el que el aceptorterminal deelectrones es unamolcula inorgnica distinta deloxgeno,y msraramente una molcula orgnica, a travs de unacadena transportadora deelectrones anloga a la de lamitocondria en larespiracin aerbica.1No debe

confundirse con lafermentacin,que es un proceso tambin anaerbico, pero enel que no participa nada parecido a una cadena transportadora deelectrones y elaceptor final de electrones es siempre unamolcula orgnica como elpiruvato.

En el proceso anaerbico no se usaoxgeno,que para la misma funcin seemplea otra sustanciaoxidante distinta, como elsulfato o elnitrato.En lasbacterias con respiracin anaerobia interviene tambin unacadena transportadorade electrones en la que se reoxidan loscoenzimasreducidos durantelaoxidacin de los substratosnutrientes;es anloga a la de larespiracin aerobia,ya que se compone de los mismos elementos(citocromos,quinonas,protenas ferrosulfricas, etc.). La nica diferencia, por

tanto radica, en que el aceptor ltimo de electrones no es el oxgeno.

ANEXOS:

Fermentacin

La fermentacin es un proceso catablico de oxidacin incompleta, totalmenteanaerbico,siendo el producto final un compuesto orgnico. Estos productos finales sonlos que caracterizan los diversos tipos de fermentaciones.

Fue descubierta por Louis Pasteur, que la describi como la vida sin el aire. Lafermentacin tpica es llevada a cabo por las levaduras. Tambin algunos metazoos yprotistas son capaces de realizarla.

El proceso de fermentacin es anaerbico ya que se produce en ausencia de oxgeno;ello significa que el aceptor final de loselectrones delNADH producido en lagluclisis noes el oxgeno, sino uncompuesto orgnico que sereducir para poder reoxidar el NADHa NAD+. El compuesto orgnico que se reduce (acetaldehdo, piruvato, etc.) es underivado del sustrato que se ha oxidado anteriormente.

En los seres vivos, la fermentacin es un proceso anaerbico y en l no interviene lamitocondria ni lacadena respiratoria.Son propias de losmicroorganismos,como algunasbacterias y levaduras.Tambin se produce la fermentacin en la mayora de las clulasde losanimales (incluido el hombre), excepto en lasneuronas que mueren rpidamente sino pueden realizar larespiracin celular;algunas clulas, como loseritrocitos,carecen demitocondrias y se ven obligadas a fermentar; eltejido muscular de losanimales realiza lafermentacin lctica cuando el aporte de oxgeno a las clulas musculares no essuficiente para elmetabolismoaerobio y lacontraccin muscular.

Desde el punto de vista energtico, las fermentaciones son muy poco rentables si secomparan con larespiracin aerobia,ya que a partir de unamolcula deglucosa slo seobtienen 2 molculas de ATP, mientras que en la respiracin se producen 36. Esto se
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debe a la oxidacin del NADH, que en lugar de penetrar en la cadena respiratoria, cedesus electrones a compuestos orgnicos con poco poder oxidante.

En la industria la fermentacin puede ser oxidativa, es decir, en presencia de oxgeno,pero es una oxidacin aerbica incompleta, como la produccin decido actico a partirdeetanol.

Las fermentaciones pueden ser: naturales, cuando las condiciones ambientales permitenla interaccin de los microorganismos y los sustratos orgnicos susceptibles; o artificiales,cuando el hombre propicia condiciones y el contacto referido.

Usos

El beneficio industrial primario de la fermentacin es la conversin del mosto en vino,cebada en cerveza y carbohidratos en dixido de carbono para hacer pan.De acuerdocon Steinkraus (1995), la fermentacin de los alimentos sirve a 5 propsitos generales:

Enriquecimiento de la dieta a travs del desarrollo de una diversidad de sabores,aromas y texturas en los substratos de los alimentos. Preservacin de cantidades substanciales de alimentos a travs de cido lctico,

etanol,cido actico y fermentacionesalcalinas. Enriquecimiento de substratos alimenticios con protena, aminocidos, cidos

grasos esenciales yvitaminas. Detoxificacin durante el proceso de fermentacin alimenticia. Disminucin de los tiempos de cocinado y de los requerimientos decombustible.

La fermentacin tiene algunos usos exclusivos para los alimentos. Puede producirnutrientes importantes o eliminar antinutrientes. Los alimentos pueden preservarse porfermentacin, la fermentacin hace uso de energa de los alimentos y puede crear

condiciones inadecuadas para organismos indeseables. Por ejemplo, avinagrando elcido producido por la bacteria dominante, inhibe el crecimiento de todos los otrosmicroorganismos.

De acuerdo al tipo de fermentacin, algunos productos (ej. alcohol fusel) pueden serdainos para la salud. En alquimia, la fermentacin es a menudo lo mismo queputrefaccin, significando permitir el pudrimiento o la descomposicin natural de lasustancia.

Tipos de fermentaciones

Fermentacin actica Fermentacin alcohlica Fermentacin butrica Fermentacin lctica

Fermentacin actica

La fermentacin acticaes la fermentacin bacteriana por Acetobacter, un gnero debacteriasaerbicas,que transforma elalcohol encido actico.1La fermentacin actica
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delvino proporciona el vinagre debido a un exceso deoxgeno y es considerado uno delosfallos del vino.La fermentacin actica es un rea de estudio dentro de lacimologa.

Caractersticas

La formacin de cido actico (CH3COOH) resulta de la oxidacin de un alcohol por labacteria del vinagre en presencia deloxgeno del aire. Estas bacterias, a diferencia de laslevaduras productoras de alcohol, requieren un suministro generoso de oxgeno para sucrecimiento y actividad. El cambio que ocurre es descrito generalmente por la ecuacin:

C2H5OH +O2Acetob acter acetiCH3COOH +

Fermentacin alcohlica
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La fermentacin alcohlica es un proceso anaerbico que adems de generar etanoldesprende grandes cantidades de dixido de carbono (CO2) adems de energa para elmetabolismo de las bacterias anaerbicas y levaduras

La fermentacin alcohlica (denominada tambin como fermentacin del etanol oincluso fermentacin etlica) es unproceso biolgico defermentacin en plena ausenciade aire (oxgeno - O2), originado por la actividad de algunos microorganismos queprocesan los hidratos de carbono (por regla general azcares: como pueden ser porejemplo laglucosa,lafructosa,lasacarosa,elalmidn,etc.) para obtener como productosfinales: unalcohol en forma deetanol (cuya frmula qumica es:CH3-CH2-OH), dixido decarbono (CO2) en forma de gas y unas molculas de ATP que consumen los propiosmicroorganismos en sumetabolismo celular energtico anaerbico. El etanol resultante seemplea en la elaboracin de algunasbebidas alcohlicas,tales como elvino,lacerveza,la sidra, el cava, etc. Aunque en la actualidad se empieza a sintetizar tambin etanol

mediante la fermentacin a nivel industrial a gran escala para ser empleado comobiocombustible.

La fermentacin alcohlica tiene como finalidad biolgica proporcionar energa anaerbicaa losmicroorganismosunicelulares (levaduras)en ausencia deoxgeno para ello disocianlasmolculas deglucosa y obtienen laenerga necesaria para sobrevivir, produciendo elalcohol y CO2como desechos consecuencia de la fermentacin. Las levaduras y bacteriascausantes de este fenmeno son microorganismos muy habituales en las frutas ycereales y contribuyen en gran medida al sabor de los productos fermentados (vase
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Evaluacin sensorial). Una de las principales caractersticas de estos microorganismos esque viven en ambientes completamente carentes de oxgeno (O2), mxime durante lareaccin qumica, por esta razn se dice que la fermentacin alcohlica es un procesoanaerbico.

Historia

Lahidromieles una bebida fermentada a base demiel y agua muy tpica de losvikingos.

La humanidad emplea la fermentacin alcohlica desde tiempos inmemoriales para laelaboracin de cerveza (empleandocereales)y delvino (empleando el fruto de lavid:lauva en forma demosto)fundamentalmente. Losgriegos atribuan el descubrimiento de la

fermentacin al dios Dionisio. Algunos procesos similares como el de la destilacinalcohlica ya surgen en el ao1150 de la mano deArnau de Vilanova.Fue un elementoms a considerar en el desarrollo histrico de laalquimia durante laEdad Media.

En el ao 1864 se identific el gas CO2 resultante de la fermentacin por el qumicoMacBride y en 1766 Cavendish lo describi como: "el gas existente en la atmsfera"determinando adems la proporcin de dixido de carbono con respecto al azcarempleado en el proceso, que rondaba el 57%. En esta poca se empez a descubrir,gracias observaciones cientficas, que la fermentacin alcohlica se produca tambin ensubstancias "no dulces" Antoine Lavoisier hizo experimentos en 1789 determinando lascantidades de los elementos intervinientes en la fermentacin (carbono, oxgeno ehidrgeno). Con el advenimiento de los descubrimientos qumicos en el ao 1815 el

investigador francsJoseph Louis Gay-Lussac fue el primero en determinar una reaccinde fermentacin obteniendo etanol a partir de glucosa, a pesar de este logro losfundamentos de la fermentacin alcohlica eran completamente desconocidos. Existedurante el siglo XIX un debate cientfico por establecer la hiptesis de la fermentacin.Durante los aos 1830s los qumicos Jns Jakob Berzelius y Justus von Liebigdesarrollaron una teora mecanicista que explica la fermentacin, teoras que estaban encontraposicin con las creencias deLouis Pasteur en el ao1857 que se fundamentabaen la "teora vitalista"como explicacin de los mecanismo bsicos de la fermentacin, fue
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Levaduras

La levadura S. cerevisiae (en una imagen de microscopio) es un hongo unicelularresponsable de gran parte de las fermentaciones alcohlicas.

Las levaduras son cuerpos unicelulares (generalmente de forma esfrica) de un tamaoque ronda los 2 a 4 m y que estn presentes de forma natural en algunos productoscomo lasfrutas,cereales yverduras.Son lo que se denominan: organismos anaerbicosfacultativos, es decir que pueden desarrollar sus funciones biolgicas sin oxgeno. Se

puede decir que el 96% de la produccin de etanol la llevan a cabo hongosmicroscpicos, diferentes especies de levaduras, entre las que se encuentranprincipalmente Saccharomyces cerevisiae, Kluyveromyces fragilis, Torulaspora yZymomonas mobilis. Los microorganismos responsables de la fermentacin son de trestipos: bacterias, mohos y levaduras. Cada uno de estos microorganismos posee unacaracterstica propia sobre la fermentacin que son capaces de provocar. En algunoscasos son capaces de proporcionar unsabor caracterstico al producto final (como en elcaso de los vinos o cervezas). A veces estos microorganismos no actan solos, sino quecooperan entre s para la obtencin del proceso global de fermentacin. Las propiaslevaduras se han empleado a veces en la alimentacin humana como un subproductoindustrial. Se ha descubierto que en algunos casos es mejor inmovilizar (reducir elmovimiento)de algunas levaduras para que pueda atacar enzimticamente mejor y con

mayor eficiencia sobre el substrato de hidratos de carbono evitando que losmicroorganismos se difundan facilitando su recuperacin (los biocatalizadores suelen sercaros), para ello se emplean 'fijadores' comoagar,alginato de calcio,astillas demaderade blsamo,etctera.

Algunas cepas de levaduras tienen eficiencias de fermentacin altas sin necesidad defijacin, incluso a relativas velocidades de movilidad, tal y como puede ser el caso deZymomonas mobilis (cuyo genoma completo se hizo pblico en el ao 2005 ). Sinembargo, esta levadura no se ha empleado industrialmente para la fermentacin de la
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cerveza y de la sidra por proporcionar sabores y olores desagradables. No obstanteposee una alta resistencia a sobrevivir a concentraciones elevadas de etanol, lo que laconvierte en una levadura ideal en la generacin de etanol para usos no comestibles(como puede ser biocombustibles). El bilogo Lindner en el ao 1928 fue el primero endescribir la levadura Zymomonas mobilis (conocida en honor de su descubridor como Z.lindneri, Thermobacterium mobileo Pseudomonas lindneri). Una de las caractersticas de

esta levadura es que emplea lava Entner-Doudoroff para el metabolismo de la glucosa,en lugar de la ms habitualva de Embden-Meyerhoff-Parnas.

Cuando el medio es rico en azcar (como puede ser el caso de lasmelazas osiropes), latransformacin del mismo en alcohol hace que la presencia de una cierta concentracin(generalmente expresada en grados brix) afecte a la supervivencia de levaduras nopudiendo realizar la fermentacin en tal medio (las altas concentraciones de azcar frenanlos procesososmticos de las membranas de las clulas). Aunque hay distintos tipos delevaduras con diferentes tolerancias a las concentraciones de azcares y de etanol, ellmite suele estar en torno a los 14ode alcohol para las levaduras del vino, por ejemplo.Los azcares empleados en la fermentacin suelen ser: dextrosa, maltosa, sacarosa ylactosa (azcar de la leche). Los microorganismos 'atacan' especficamente a cada una de

los hidratos de carbono, siendo la maltosa la ms afectada por las levaduras. Otrosfactores como el nmero de levaduras (contadas en el laboratorio, o la industria, a vecesmediantecmaras de Neubauer).

Algunosenzimas participan en la fermentacin, como puede ser ladiastasa o lainvertasa.Aunque la nica responsable de convertir los hidratos de carbono en etanol y dixido decarbono es lazimasa.La zimasa es la responsable final de dirigir la reaccin bioqumicaque convierte la glucosa en etanol. La idea de que una sustancia albuminoide especficadesarrollada en la clula de la levadura llega a producir la fermentacin fue ya expuestaen el ao 1858 porMoritz Traube como la teora enzimtica o fermentativay, ms tarde,ha sido defendida por Felix Hoppe-Seyler hasta llegar al descubriemiento de EduardBuchner que lleg a hacer la fermentacin sin la intervencin de clulas y hongos de

levadura.
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Bioqumica de la reaccin

Bioqumica de la reaccin de fermentacin

La gluclisis es la primera etapa de la fermentacin, lo mismo que en la respiracincelular,y al igual que sta necesita deenzimas para su completo funcionamiento. A pesarde la complejidad de los procesos bioqumicos una forma esquemtica de la reaccinqumica de la fermentacin alcohlica puede describirse como una gliclisis (en ladenominadava Embden-Meyerhof-Parnes)de tal forma que puede verse como participainicialmente una molcula dehexosa:19

C6H12O6+ 2 Pi+ 2ADP 2 CH3-CH2OH + 2 CO2+ 2ATP + 25.5 kcal

Se puede ver que la fermentacin alcohlica es desde el punto de vista energtico unareaccinexotrmica,se libera una cierta cantidad de energa. La fermentacin alcohlicaproduce gran cantidad de CO2, que es la que provoca que el cava (al igual que el

Champagne y algunos vinos) tenganburbujas.Este CO2(denominado en la edad mediacomo gas vinorum) pesa ms que el aire, y puede llegar a crear bolsas que desplazan eloxgeno de los recipientes donde se produce la fermentacin. Por ello es necesarioventilar bien los espacios dedicados a tal fin. En las bodegas de vino, por ejemplo, sesuele ir con unavela encendida y colocada a la altura de la cintura, para que en el casode que la vela se apague, se pueda salir inmediatamente de la bodega. La liberacin deldixido de carbono es a veces "tumultuosa" y da la sensacin dehervir,de ah proviene elnombre de fermentacin, palabra que encastellano tiene poretimologa dellatn fervere.
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Un clculo realizado sobre la reaccin qumica muestra que el etanol resultante es casi un51% del peso, los rendimientos obtenidos en la industria alcanzan el 7%. Se puede verigualmente que la presencia de fsforo (en forma de fosfatos), es importante para laevolucin del proceso de fermentacin. La fermentacin alcohlica se produce por reglageneral antes que la fermentacin malolctica,aunque existen procesos de fermentacinespecficos en los que ambas fermentaciones tienen lugar al mismo tiempo. La presencia

de azcares asimilables superiores a una concentracin sobre los 0,16 g/L produceinvariablemente la formacin de alcohol etlico en proceso de crecimiento de levadura(Saccharomyces cerevisiae) incluso en presencia de exceso de oxgeno (aerbico), estees el denominadoefecto Crabtree,este efecto es tenido en cuenta a la hora de estudiar ytratar de modificar la produccin de etanol durante la fermentacin.

Si bien el proceso completo (va Embden-Meyerhof-Parnes) descrito simplificadoanteriormente explica los productos resultantes de la fermentacin etlica de un hexano,cabe destacar que el proceso se puede detallar en una gliclisis previa gobernada por unconjunto de enzimas en la que se obtiene 2 piruvato tal y como se describe acontinuacin:23

C6H12O6 2 CH3COCOO+ 2 H2O + 2H+

La reaccin qumica se describe como la reduccin de dos molculas de Nicotinamidaadenina dinucletido (NAD+) deNADH (formareducida del NAD+) con un balance final dedos molculas deADP que finalmente por la reaccin general mostrada anteriormente seconvierten en ATP (adenosn trifosfato). Otros compuestos trazados en menoresproporciones que se encuentran presentes tras la fermentacin son: elcido succnico,elglicerol,elcido fumrico.

En ms detalle durante la fermentacin etlica en el interior de las levaduras, la va de lagluclisis es idntica a la producida en eleritrocito (con la excepcin del piruvato que seconvierte finalmente en etanol). En primer lugar el piruvato se descarboxila mediante laaccin de lapiruvato descarboxilasa para dar como producto finalacetaldehdo liberandopor ello dixido de carbono (CO2) a partir de iones del hidrgeno (H

+) y electrones delNADH. Tras esta operacin el NADH sintetizado en la reaccin bioqumica catalizada porelGADHP se vuelve a oxidar por el alcohol deshidrogenasa,regenerando NAD+para lacontinuacin de la gluclisis y sintetizando al mismo tiempo etanol. Se debe considerarque el etanol va aumentando de concentracin durante el proceso de fermentacin ydebido a que es un compuesto txico, cuando su concentracin alcanzaaproximadamente un 12% de volumen las levaduras tienden a morir. Esta es una de lasrazones fundamentales por las que las bebidas alcohlicas (no destiladas) no alcanzanvalores superiores a los 20% de concentracin de etanol.

Balance energtico

La fermentacin alcohlica es un proceso anaerbico exotrmico (libera energa) ymolculas de ATP necesarias para el funcionamiento metablico de las levaduras (seresunicelulares). Debido a las condiciones de ausencia de oxgeno durante el bioproceso, larespiracin celular de la cadena del ADP en ATP queda completamente bloqueada,siendo la nica fuente de energa para las levaduras la gliclisis de la glucosa con laformacin de molculas de ATP mediante lafosforilacin a nivel de sustrato.El balance anivel molecular del proceso se puede decir que genera 2 molculas de ATP por cada
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molcula de glucosa. Si se compara este balance con el de la respiracin celular se verque se generan 38 molculas de ATP. A pesar de ello parece ser suficiente energa paralos organismos anaerbicos. Laenerga libre de Gibbs (entalpa libre) de la reaccin defermentacin etlica muestra un valor de G de -234.6 kj mol-1 (en un entorno de acidezneutrapH igual a 7) este valor negativo de la energa libre de Gibbs indica que: desde elpunto de vistatermodinmico la fermentacin etlica es un proceso qumico espontneo.

Limitaciones del Proceso

La determinacin de los factores que limitan la gliclisis fermentativa del etanol soncomplejos debido a la interrelacin existente y a la naturaleza de los parmetrosintervinientes durante el proceso de fermentacin. Algunos de ellos se deben tener encuenta en la fermentacin alcohlica industrial. En las limitaciones que surgen durante elproceso se pueden enumerar algunos de los ms importantes como son:

Concentracin de etanol resultante - Una de las principales limitaciones delproceso, es la resistencia de las levaduras a las concentraciones de etanol(alcohol) que se llegan a producir durante la fermentacin, algunosmicroorganismos como el saccharomyces cerevisiae pueden llegar a soportarhasta el 20% de concentracin en volumen. En ingeniera bioqumica estoscrecimientos se definen y se modelizan con las ecuaciones de crecimiento celulardadas por las ecuaciones deTessier,Moser y de laecuacin de Monod.

Acidez del substrato - El pH es un factor limitante en el proceso de lafermentacin ya que las levaduras se encuentran afectadas claramente por elambiente, bien sea alcalino o cido. Por regla general el funcionamiento de laslevaduras est en un rango que va aproximadamente desde 3.5 a 5.5 pH. Losprocesos industriales procuran mantener los niveles ptimos de acidez durante lafermentacin usualmente mediante el empleo dedisoluciones tampn.Los cidosde algunasfrutas (cido tartrico,mlico)limitan a veces este proceso.

Concentracin de azcares- La concentracin excesiva de hidratos de carbonoen forma de monosacridos y disacridos puede frenar la actividad bacteriana. Dela misma forma la baja concentracin puede frenar el proceso. Lasconcentraciones lmite dependen del tipo de azcar as como de la levaduraresponsable de la fermentacin. Las concentraciones de azcares afectan a losprocesos de osmosis dentro de lamembrana celular.

Contacto con el aire - Una intervencin de oxgeno (por mnima que sea) en elproceso lo detiene por completo (es el denominadoEfecto Pasteur).28Esta es larazn por la que los recipientes fermentadores se cierren hermticamente.

La temperatura - El proceso de fermentacin es exotrmico, y las levadurastienen un rgimen de funcionamiento en unos rangos de temperatura ptimos, sedebe entender adems que las levaduras son seres mesfilos. Si se exponecualquier levadura a una temperatura cercana o superior a 55 C por un tiempo de

5 minutos se produce su muerte. La mayora cumple su misin a temperaturas de30 C.

Ritmo de crecimiento de las cepas - Durante la fermentacin las cepas crecenen nmero debido a las condiciones favorables que se presentan en el medio, estohace que se incremente la concentracin de levaduras.

Tipos de fermentacin alcohlica
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Cubas metlicas deacero inoxidable empleadas en la fermentacin industrial del vino

Fermentacin industrial

La fermentacin etlica ha sufrido algunas transformaciones con el objeto de aumentar laeficiencia qumica del proceso. Una de las mejoras ms estudiadas en laindustria es laposibilidad de realizar la fermentacin alcohlica continua con el objeto de obtenermayores cantidades de etanol. Hoy en da el procesamiento industrial de algunas bebidasalcohlicas como puede ser el vino o la cerveza se realizan en ambientes controladoscapaces de ofrecer a un ritmo apropiado de estos productos de consumo al mercado.Esta va ofrece una amplia materia de investigacin en temas de eficiencia debioreactores, empleando para ello teora de sistemas de control (el problema desde elpunto de vista de ingeniera de sistemas es altamenteno lineal yoscilatorio). Otra va deinvestigacin acerca de la mejora de los procesos industriales es la mejora de las cepasde levaduras (como puede ser laZymomonas Mobilis que ofrece ventajas en los procesoscontinuos de fermentacin), permitiendo la convivencia de una mayor densidad de lasmismas durante la produccin.12Los mtodos de fermentacin continua se empezaron apatentar en la dcada de los1950s y desde entonces han hecho que la industria de lasbebidas alcohlicas haya experimentado un crecimiento apreciable. Una de lascaractersticas de la fermentacin etlica industrial es la seleccin adecuada de laslevaduras a inocular en el proceso de fermentacin con el objeto de aumentar elrendimiento de la produccin.

La fermentacin industrial tpica es esencialmente un proceso que se produce en unrecipiente llamado fermentador o en general,biorreactor,mediante el cual determinadossustratos que componen el medio de cultivo (levaduras) son transformadas mediante lareaccin microbiana en metabolitos y biomasa. Estos contenedores son hermticos ypermiten retirar mediante canalizaciones apropiadas el dixido de carbono resultante.Durante el proceso los microorganismos van aumentando de concentracin en eltranscurso de la reaccin al mismo tiempo que el medio va modificando sus propiedadesqumicas y se forman productos nuevos como consecuencia de las reaccionesanablicas.
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Fermentaciones naturales

La fermentacin alcohlica con la emisin de ciertas cantidades de etanol se produce deforma espontnea en la naturaleza siempre que se encuentre un azcar y unaatmsferapobre de oxgeno, es por esta razn que ocurre espontneamente en el interior dealgunas frutas que se puede decir sufren un proceso de maduracin anaerbica, tal ycomo puede ser el meln curado que muestra olor a alcohol, o los mismos cocos. Unaspecto de la fermentacin alcohlica natural o espontnea se puede dar en ciertas frutascomo el de la vid, en una fase inicial en la que las uvas se incluyen en las cubas madredeacero inoxidable y se produce la denominada fermentacin tumultuosa encargada dehacer aparecer las primeras trazas de etanol.

Una de las fermentaciones naturales ms habituales en las frutas y que se emplea en losprocesos de vinificacin de algunos vinos es la denominada Maceracin carbnica.Estetipo de fermentacin causa a veces intoxicaciones etlicas a losinsectos que se alimentande las futas maduras (vase:abejas y elementos txicos).

Fermentaciones especficas

Las fermentaciones especficas son manipuladas por el hombre con el objeto de obtenerel etanol en ciertas bebidas. Para ello se emplean principalmente los azcares de lasfrutas,loscereales y de laleche.La produccin de estas bebidas es en la mayora de loscasos local debido a la disponibilidad de los substratos, por ejemplo en los pasesmediterrneos la uva es frecuente y por lo tanto la fermentacin del vino tambin, elmismo patrn puede hacerse con otros materiales como el arroz en Asia o elmaz enLatinoamrica.De esta forma la tradicin de los procesos de fermentado se han asociadoa las diversasetnias o grupos sociales.

Fermentacin del vino
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en la imagen se muestra unas uvas del tipo Cabernet Sauvignon empezando ainteraccionar con los hollejos(piel de la uva) durante el proceso de fermentacin.

La fermentacin del vino es de las ms conocidas y estudiadas por afectar a una industriamuy extendida y con gran solera (vase: Historia del vino). En el caso del vino laslevaduras responsables de la vinificacin son unos hongos microscpicos que seencuentran de forma natural en los hollejos de las uvas (generalmente en una capa enforma de polvo blanco fino que recubre la piel de las uvas ( vitis vinifera l.) y que sedenomina "pruina"). Los vinos deben tener una cantidad de alcohol debido a lafermentacin de al menos un 9% en volumen. Con la excepcin de los vinos verdes comopuede ser elchacol que pueden tener una graduacin inferior. La fermentacin alcohlicadel vino es muy antigua y ya en laBiblia se hacen numerosas referencias al proceso. Lasespecies de levaduras empleadas en la elaboracin del vino suelen ser por regla generallasSaccharomyces cerevisiae aunque a veces tambin se emplean laS. bayanus y laS.oviformis, aunque en muchas variedades de vides la kloeckera apiculata y lametschnikowia pulcherrima son levaduras endgenas capaces de participar en lasprimeras fases de la fermentacin. Para frenar la aparicin de bacterias indeseables yotros organismos limitantes de la fermentacin se suele esterilizar elmosto a veces condixido de azufre (SO2) antes del proceso.

La elaboracin del vino pasa por una fermentacin alcohlica de la fruta de la vid en unosrecipientes (hoy en da elaborados en acero inoxidable) en lo que se denominafermentacin tumultuosa debido a gran ebullicin que produce durante un periodo de 10das aproximadamente (llegando hasta aproximadamente unas dos semanas). Tras estafermentacin 'principal' en la industria del vino se suele hacer referencia a unafermentacin secundaria que se produce en otroscontenedores empleados en el trasiegodel vino joven (tal y como puede ser en lasbotellas de vino). Losvinos blancos fermentana temperaturas relativamente bajas de 10-15 C y los vinos tintos a temperaturasmayores de 20-30 C. A veces se interrumpe voluntariamente la fermentacin etlica enel vino por diversas causas, una de las ms habituales es que haya alcanzado ladensidad alcohlica establecida por la ley. En otros casos por el contrario se activa deforma voluntaria el proceso de fermentado mediante la adicin de materiales azucarados,este fenmeno recibe el nombre de chaptalizacin y est muy regulado en los pasesproductores de vino.

Fermentacin de la cerveza
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Coccin del mosto antigua enHolsten-BrauereiHamburgo.

Lacerveza es una bebida alcohlica producida por la fermentacin alcohlica mezcla dealgunoscereales (en forma demalta)mezclados conagua.Los cereales empleados sonpor regla general:cebada,centeno,trigo,etc. El contenido de la cerveza ya se reglamenten Europa en la famosa ley alemana de la Reinheitsgebot que data del ao1516.Laslevaduras empleadas en el proceso de fermentacin de la cerveza se dedican a trabajarcontra lamaltosa y por regla general suelen depender de las caractersticas del productocervecero final que se desee obtener, por ejemplo se suele emplear la Saccharomycescerevisiae para elaborar cervezas de tipo ale (de color plido) y la saccharomycescarlsbergensisque sirve para la elaboracin de la cerveza tipo lager (Generalmente decolor rubio) y la Stout (Cerveza oscura de alto contenido alcohlico generalmente msdulce, un ejemplo:Guinness). El proceso de fermentacin en la cerveza en las cubas de

fermentacin ronda entre los 5 y 9 das.

La industria cervecera haseleccionado durante siglos las cepas de levaduras para que seadaptaran al proceso de elaboracin de cerveza, logrando una gran variedad de lasmismas. Durante el proceso se le aade lpulo (Humulus lupulus) con el objeto desaborizar, aromatizar y controlar las reacciones enzimticas durante el proceso deelaboracin de la cerveza. El proceso de fermentacin de la cerveza se produce en unmedio cido que suele oscilar entre los pH 3,5 y 5,6. Por regla general la fermentacin dela cerveza se regula mediante la regulacin de la temperatura de la fermentacin delmosto de malta.

Existen en la elaboracin de la cerveza dos tipos fundamentales de fermentacin etlica,dependiendo del lugar fsico donde se realiza la fermentacin en la cuba madre, la raznde esta fermentacin se debe a la estructura qumica de lacapa celular de la levadura y ala propiedadfloculante de las levaduras de la cerveza:

Baja fermentacin - Estas cervezas son fermentadas con levaduras especficas(Saccharomyces uvarum bzw.ylaSaccharomyces carlsbergensis)que se hundenen la parte inferior de la cuba (de ah su nombre de fermentacin baja). Lasfermentaciones de este tipo se producen a temperaturas relativamente bajas 4
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HIDRÓLISIS DEL ALMIDÓN.Lab05 (1)