1. ¿Qué es fermentación?

Fermentación es un proceso anaeróbico o parcialmente anaeróbico donde carbohidratos o compuestos relacionados son oxidados para producir energía.

2. ¿Para qué sirve la fermentación?

Conocemos que microorganismos específicos pueden producir cambios en la materia prima por la acción de enzimas microbianas en el substrato orgánico (alimento). Estos mismos microorganismos inhiben a su vez el crecimiento no deseado de otros organismos, como resultado de la acción metabólica en la materia prima. Sustancias producidas por microorganismos como ácido láctico, etanol y ácido acético, entre otras, tienen características reconocidas como preservativos inhibiendo el crecimiento de otros microorganismos. Otros efectos benéficos obtenidos por los procesos de fermentación para la producción de alimentos son: duración del producto terminado es mayor que la materia prima; cambio en aroma y sabor y aumento en contenido de vitaminas y digestibilidad

Los organismos que se utilizan para procesos de fermentación industrialmente deben tener las siguientes características:

1. debe ser capaz de crecer rápidamente en el sustrato y ambiente adecuado, y de cultivarse fácilmente en grandes cantidades.

2. capaz de mantener constancia fisiológica bajo las condiciones de cultivo y producir abundantemente las enzimas esenciales para que ocurran los cambios deseados.

3. condiciones requerida para crecimiento máximo y producción de alimento deben ser simples.

Los microorganismos que predominan en la fermentación para la producción de un alimento son levaduras y bacterias ácido lácticas, principalmente miembros del género Saccharomyces, Lactobacillus, Leuconostoc, Streptococcus y Pediococcus respectivamente. (Algunos alimentos como el vinagre son producidos por la combinación de organismos fermentativos y bacterias oxidativas).

El tipo de fermentación de acuerdo a los productos del metabolismo de glucosa es la homofermentativa y la heterofermentativa:

Glucose → ácido láctico (homofermentativa) Ruta Embden-Meyerhof-Parnas hasta piruvato.

Glucose → ácido + CO2 + etanol (heterofermentativa) Ruta de las hexosas o pentosas hasta piruvato.

Glucose → piruvato → etanol (levaduras) → ácido acético (Acetobacter). Glucose o lactato → propionato + acetato + CO2 (Propionobacteria).

Algunos beneficios encontrados para el hombre por el consumo de productos alimenticios fermentados son:

*reducción la intolerancia a lactosa – menor concentración de lactosa disponible y disponibilidad de enzimas bacteriales.

*disminución de los niveles de colesterol en sangre – reducción de la síntesis de colesterol por el cuerpo y colesterol es asimilado por organismos .

*efecto anticancer – menor actividad de enzimas que producen carcinógenos y metabolismo microbiano de procarcinógenos.

Yogurt La producción de yogurt es un ejemplo de una fermentación láctica de una leche. Streptococcus thermophilus y Lactobacillus bulgaricus, en una razón de 1:1, aunque otras bacterias ácido láctico pueden estar presentes alterando el sabor y el aroma. Durante la incubación, Streptococcus, el cual es un productor de ácido, crece más rápido que Lactobacillus, responsable de la producción del sabor y aroma característico del yogurt. La composición final del yogurt es:

Lactosa → glucose → piruvato → lactato (90%), acetato + CO2, etanol + CO2, ácidos grasos volátiles, productos de aroma y sabor.

a) Tipos de fermentación biológicas.

Fermentación Alcohólica

La fermentación alcohólica tiene como finalidad biológica proporcionar energía anaeróbica a los microorganismos unicelulares (levaduras) en ausencia de oxígeno para ello disocian las moléculas de glucosa y obtienen la energía necesaria para sobrevivir, produciendo el alcohol y CO2 como desechos como consecuencia de la fermentación. Las levaduras y bacterias causantes de este fenómeno son microorganismos muy habituales en las frutas y cereales y contribuyen en gran medida al sabor de los productos fermentados.

Fermentación láctica

Es una ruta metabólica anaeróbica que ocurre en el citosol de las células, en la cual se oxida parcialmente la glucosa para obtener energía y donde el producto de desecho es el ácido láctico.

Este proceso lo realizan muchas bacterias (llamadas bacterias lácticas), hongos, algunos protozoos y muchos tejidos animales; en efecto, la fermentación láctica también se verifica en el tejido muscular, a causa de una intensa actividad motora.

La fermentación acética.

Es la fermentación bacteriana por acetobacter, un género de bacterias aeróbicas, que transforma el alcohol en ácido acético. La fermentación acética del vino proporciona el vinagre debido a un exceso de O2. La formación de ácido acético resulta de la oxidación de un alcohol por la bacteria del vinagre en presencia del O2 del aire. Estas bacterias, a diferencia de las levaduras productoras de alcohol, requieren un suministro de O2 para su crecimiento y actividad. 

La fermentación butírica.

Es la conversión de los glúcidos en ácido butírico por acción de bacterias clostridium butyricum en ausencia de O2. Se produce a partir de la lactosa con formación de ácido butírico y co2. Es característica de las bacterias del género clostridium y se caracteriza por tener olores pútridos y desagradables.

b) Tipos de fermentación industriales.

. Fermentación discontinua

Una fermentación discontinua (“batch”) puede ser considerada como un "sistema cerrado". Al inicio de la operación se añade la solución esterilizada de nutrientes y se inocula con el microorganismo.

A lo largo de toda la fermentación no se añade nada, excepto:

• Oxígeno (en forma de aire)

• un agente antiespumante

• Unos ácidos o una base para controlar el pH.

. Fermentación alimentada (fed-batch)

Aquí los sustratos se añaden escalonadamente a medida que progresa la fermentación.

La formación de muchos metabolitos secundarios disminuye debido a la cantidad de glucosa que está en el medio (efecto glucosa), por esta razón en este tipo de fermentación los elementos críticos de la solución de nutrientes se añaden en pequeñas concentraciones al principio del proceso y continúan añadiéndose en pequeñas dosis durante la fase de producción.

Este tipo de fermentación se utiliza en la producción de sustancias como la penicilina

.Fermentación continúa

En la fermentación continua se establece un sistema abierto. La solución nutritiva estéril se añade continuamente al tanque de fermentación (biorreactor) y una cantidad equivalente de la solución utilizada de los nutrientes con los microorganismos, se saca simultáneamente del sistema.

Productos de fermentación (metabolitos primarios y secundarios)

Hay dos tipos fundamentales de productos metabólicos: primarios y secundarios. Un metabolito primario es el que se forma durante la fase primaria del crecimiento del microorganismo. Un metabolito secundario es el que se forma en la fase estacionaria del crecimiento.

Metabolitos primarios microbianos.

Un ejemplo de este tipo de metabolito es el etanol. El etanol es un producto del metabolismo anóxico (sin oxígeno) de la levadura y de algunas bacterias.

Metabolitos secundarios microbianos.

Estos metabolitos se producen durante la fase estacionaria. Estos son los que mayor importancia a nivel industrial tienen, aquí encontramos a los antibióticos, como por ejemplo la penicilina. En el metabolismo secundario encontramos diferencias entre un organismo y otro y se caracterizan por qué:

Se cree que los metabolitos secundarios no son esenciales para el crecimiento y la reproducción.

La composición del medio es extremadamente importante para producir el metabolito secundario.

Generalmente los metabolitos secundarios se producen como un grupo relacionado entre sí, por ejemplo, en Streptomyces se ha observado que una sola cepa de una especie produce 32 antibióticos diferentes del tipo antraciclina

Procesos de Fermentación.

1) La fermentación es un proceso catabólico (rompimiento de compuestos complejos a compuesto sencillos) oxidativo (intercambio de electrones) de cuyo resultado obtenemos un compuesto orgánico. El producto final varía según el sustrato.

Bibliografía:

Bailey, J. E. and D. F. Ollis, , Biochemical Engineering Fundamentals, 2nd ed., McGraw-Hill Book Co., New York, 1986.

Stanbury, P.F., A. Whitaker, and S. J. Hall, Principles of Fermentation Technology, 2nd ed., Butterworth Heinemann, Oxford, 2000.

Waites, M.J.; Morgan, N.L.; Rockey, J.S. & Higton G. (2001). Industrial Microbiology, an Introduction. Blackwell Science. 288pp.

Pietro D. (2007). El fermento de una teoría. http://www.pourlascience.fr/ewb_pages/a/article-les-ferments-d-une-theorie-20982.php.05 Agosto 2014].

2) En los seres vivos, la fermentación es un proceso anaeróbico donde no interviene el proceso de respiración celular. Son propias de los microorganismos, como las bacterias y las levaduras. Aunque bajo ciertas condiciones este proceso puede darse en el tejido muscular de los animales, esto ocurre cuando hay insuficiencia de oxígeno a las células musculares. Bajo estas circunstancias se produce ácido láctico, el cual se acumula en nuestros músculos y es el causante de dolor.

Proceso industrial de la fermentación.