PROCESO DE LA FERMENTACIÓN

1. CONCEPTO GENERALES El proceso de fermentación es anaeróbico ya que se produce en ausencia de oxígeno. La

fermentación es un proceso catabólico (transformación de biomoléculas complejas en moléculas sencillas y en el almacenamiento adecuado de la energía química desprendida en forma de enlaces de alta energía en moléculas de adenosín trifosfato), siendo el producto final un compuesto orgánico. Estos productos finales son los que caracterizan los diversos tipos de fermentaciones.

Es un proceso bioquímico por el cual una sustancia (sustrato orgánico) se transforma mediante la acción de microorganismos o enzimas.

Los microorganismos responsables de la fermentación son de tres tipos: bacterias, mohos y levaduras. Cada uno de estos microorganismos posee una característica propia sobre la fermentación que son capaces de provocar. Son lo que se denominan: organismos anaeróbicos facultativos, es decir que pueden desarrollar sus funciones biológicas sin oxígeno. En algunos casos son capaces de proporcionar un sabor característico al producto final (como en el caso de los vinos o cervezas). A veces estos microorganismos no actúan solos, sino que cooperan entre sí para la obtención del proceso global de fermentación.

MICOORGANISMOS

LEVADURAS BACTERIAS

Fabricación de pan y bebidas

alcohólicasÁcido Acético Ácido Láctico

Vino, cerveza, Sidra,

etc

Yogurt, quesos,

etcVinagre

No Alcohólicas

Panedería

2. TIPOS DE FERMENTACIÓN 2.1 FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA 2.2 FERMENTACIÓN LÁCTICA 2.3 FERMENTACIÓN ACÉTICA 2.4 FERMENTACIÓN METAGENÉTICA

2.1 FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA2.1.1 INTRODUCCIÓN La fermentación alcohólica es un proceso biológico de fermentación en plena ausencia de aire

(oxígeno - O2), originado por la actividad de algunos microorganismos que procesan los hidratos de carbono (por regla general azúcares: como por ejemplo la glucosa, la fructosa, las acarosa, el almidón, etc.) para obtener como productos finales: un alcohol en forma de etanol (cuya fórmula química es: CH3-CH2-OH), dióxido de carbono (CO2) en forma de gas y unas moléculas de ATP (Adenosín trifosfato) que consumen los propios microorganismos en su metabolismo celular energético anaeróbico. El etanol resultante se emplea en la elaboración de algunas bebidas alcohólicas, tales como el vino, la cerveza, la sidra, el cava, etc. Aunque en la actualidad se empieza a sintetizar también etanol mediante la fermentación a nivel industrial a gran escala para ser empleado como biocombustible.

La fermentación alcohólica tiene como finalidad biológica proporcionar energía anaeróbica a los microorganismos unicelulares (levaduras) en ausencia de oxígeno a partir de la glucosa. En el proceso las levaduras obtienen energía disociando las moléculas de glucosa y generan como desechos alcohol y dióxido de carbono CO2. 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. Una de las principales características de estos microorganismos es que viven en ambientes completamente carentes de oxígeno (O2), máxime durante la reacción química, por esta razón se dice que la fermentación alcohólica es un proceso anaeróbico.

2.2.2 LEVADURAS Desde la antigüedad diferentes culturas y civilizaciones de todo el mundo

han usado sin saberlo levaduras. Lo hicieron fermentando de forma natural sus panes y bebidas alcohólicas, por lo que se pensaba que era algo misterioso y mágico. Esta idea comenzó a cambiar gracias a la ciencia con la intervención de Louis Pasteur, quién a mediados del siglo XIX probó que la fermentación alcohólica era hecha por levaduras y no por un catalizador químico que era lo que se había pensado hasta entonces. El trabajo de la levadura en este proceso es consumir azúcares para producir dos productos importantes: CO2, que es dióxido de carbono, y etanol.

Tradicionalmente, la producción de vinos se ha realizado a partir de fermentaciones de los mostos (Jugo de uva; suele tomarse como refresco o aperitivo), llevadas a cabo por cepas de levaduras endémicas residentes en las superficies de las uvas y de los equipos de las bodegas, aunque se ha demostrado también que viven en asociación con la vid, hallándose usualmente sobre la corteza, las hojas, las flores y en la pruina de la baya. Y que su crecimiento sobre la superficie de las bayas está determinado por diversos factores ambientales, como la temperatura y la humedad, así como por el grado de madurez y el estado de salud. La fermentación con estas levaduras endémicas se llama fermentación espontánea y son de gran importancia ya que con ellas consiguen características organolépticas típicas de la zona, que no estarían presentes si se utilizara un inóculo de cepas foráneas

Saccharomyces cerevisiae La levadura Saccharomyces cerevisiae es un hongo ascomiceto que ha sido

ampliamente estudiado dada su importancia en la industria panadera y vitivinícola, así como por su capacidad de producir etanol.

Algunas características de esta levadura que forman parte de su adaptación son el hecho de que pueda metabolizar la glucosa y la fructosa tanto por vía respiratoria como por vía fermentativa, y de crecer en condiciones aerobias o anaerobias. Siendo la fórmula simple de fermentación la siguiente:

Tiene gran capacidad de crecer en el zumo de uva, que se caracteriza por un alto contenido de azúcares y bajo contenido de sustancias de nitrógeno. La especie produce altas cantidades de etanol a la vez que consume el contenido de azúcares y baja el pH que inhiben el crecimiento de cepas no- Saccharomyces.

Fase de Latencia. Corresponde a un período de transición para los microorganismoscuando son transferidos a una nueva condición. En esta fase no hay incremento en elnúmero de células, aunque sí una gran actividad en el metabolismo.

Fase de Crecimiento Exponencial: Período en que el crecimiento del microorganismoocurre de forma exponencial, es decir, cada vez que pasa un determinado tiempo lapoblación se duplica.

Fase Estacionaria: Período en que ocurren las limitaciones del crecimiento, ya sea poragotamiento de algún nutriente esencial, por acumulación de productos tóxicos o poruna combinación de las causas anteriores.

Fase Estacionaria: Período en que ocurren las limitaciones del crecimiento, ya sea poragotamiento de algún nutriente esencial, por acumulación de productos tóxicos o poruna combinación de las causas anteriores.

FASE DE CRECIMIENTO MICROBIANO

TIEMPO

Células Viables

2.1.3 FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA

Es un proceso bioquímico provocado por la acción de las levaduras y consiste en la formación de los azúcares en etanol y dióxido de carbono que es un subproducto del proceso. Es la formación de etanol producida por la fermentación anaerobia de la glucosa.

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 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.

La fermentación alcohólica se realiza en dos etapas: la glucolisis y la fermentación propiamente dicha.

La glucólisis es la primera etapa de la fermentación. Es una reacción exotérmica . En ella una secuencia de reacciones convierte a la glucosa en piruvato con la producción de ATP (Adenosín trifosfato, nucleótido fundamental en la obtención de energía).

C6H12O6 2 CH3COCOO− + 2 H2O + 2H++ ATP

La fermentación alcohólica es la segunda etapa de la fermentación2 CH3COCOO− 2C2H5OH + 2 CO2

GLUCOSA Ac. Pirúvico

Ac. Pirúvico Etanol

2.1.4 Factores que Influyen en La Fermentación Alcohólica

A) Factores fisicoquímicos Temperatura de fermentación.

Se recomienda iniciar la fermentación con una temperatura de 20ºC con el fin de estimular el arranque de crecimiento de las levaduras. Estas pueden adaptarse a un amplio abanico de temperaturas con un máximo de 40ºC, a partir del cual se observa una caída de la viabilidad.

Si bien entre los 10ºC y 32ºC la velocidad de fermentación aumenta linealmente (duplicándose cada 10ºC), eso no quiere decir que las temperaturas elevadas sean las más indicadas para llevar a cabo la fermentación del mosto.

La toxicidad del etanol aumenta con la temperatura, y además las temperaturas elevadas provocan la evaporación del etanol y la pérdida de compuestos volátiles esenciales para las características organolépticas por ejemplo en el vino.

Las temperaturas excesivamente bajas tampoco son recomendables, ya que se corre el riesgo de parar la fermentación, al someter a las levaduras a un ambiente demasiado frío debido al efecto que tiene la temperatura en la fluidez de la membrana.

Aireación. Saccharomyces es un fermentador facultativo, capaz de consumir azúcares en

ausencia de oxígeno mejor que otras levaduras no Saccharomyces. De hecho un exceso de oxígeno puede inhibir la fermentación, esto se conoce como efecto Pasteur.

En mostos con deficiencias en nitrógeno, un ambiente más oxigenado puede ser beneficioso por permitir la metabolización del aminoácido prolina, que mejora las características del vino. Cuando se añaden fuentes exógenas de nitrógeno se debe de hacer coincidiendo con la aireación del mosto (Jugo exprimido de la uva destinado a la elaboración de vino).

Normalmente con el oxígeno captado por el mosto durante el prensado de la uva es suficiente para la fermentación.

Sin embargo una aireación excesiva puede llevar a una producción indeseable de acetaldehído y ácido sulfhídrico, y a una menor producción de ésteres aromáticos, e incluso desaparecer el alcohol y pasar a ser agua.

pH. El pH típico del mosto ronda entre 2,75 y 4,2. Estos valores no suponen ningún problema para el

crecimiento de las levaduras, y solo con valores inferiores a 2,8 pueden existir problemas. Radiaciones luminosas.

Pueden estimular la actividad de las levaduras, aumentando la energía fermentativa ( luz roja), sin embargo las radiaciones ultravioletas son letales para las levaduras en un corto tiempo, al igual que los ultrasonidos.

Producción de CO2. Es uno de los productos de la fermentación alcohólica, la liberación de este gas sirve para disipar

parte del calor y producir corrientes dentro del mosto que permiten la difusión de nutrientes, pero si se produce en exceso afecta la viabilidad de las levaduras.

B) FACTORES DE NECESIDADES NUTRITIVAS Compuestos carbonados.

Los azúcares fermentables por las levaduras son la principal fuente de alimentación carbonada, especialmente la glucosa y la fructosa como azúcares mayoritarios, estos sirven de base para la síntesis de los compuestos que necesitan, además de proporcionar una fuente de energía para sus funciones vitales.

La cantidad de azúcar de un mosto determina la velocidad de fermentación, así en medios pobres en azúcar, con menos de 10 g/l la velocidad es muy lenta, aumentando progresivamente según aumenta el nivel de azúcar hasta los 200 g/l, después de esta cantidad la velocidad decrece según aumenta la concentración de azúcar, cesando totalmente a partir de los 600 g/l.

Si se tiene que realizar una adición de azúcar, bien con sacarosa o mosto concentrado, se debe realizar los primeros dos días de fermentación, cuando las levaduras se están multiplicando, para encontrarnos a las levaduras en fase exponencial. Si se realiza una adición tardía en la fase estacionaria o declive la fermentación no termina y el vino se queda dulce.

Compuestos nitrogenados. El mosto es muy rico en compuestos nitrogenados, repartiéndose de la siguiente manera:

Fracción mineral o amoniacal entre el 5 a 10 %. Nitrógeno aminado entre un 20 a 30 %. Polipéptidos entre un 30 a 40 %. Proteínas entre un 5 a 10 %.

Como se ha dicho normalmente el mosto contiene los suficientes compuestos nitrogenados para desarrollar la fermentación alcohólica, aunque en algunas ocasiones es necesario añadir estas sustancias en forma de sales amoniacales, como el fosfato diamónico, el sulfito amónico o disulfito amónico en dosis de 0,3 g/ l el primero y 0,2 g/l los otros dos.

La aplicación de estas sales debe coincidir con la aireación del mosto, o bien añadir la mitad de la dosis al principio de la fermentación y la otra mitad al final.

Compuestos minerales. Los mostos contienen cantidades suficientes de minerales para asegurar el

buen desarrollo de la fermentación alcohólica, Estos compuestos son importantes para asegurar las funciones vitales de las levaduras.

Entre los compuestos más comunes están: P, K, Mg, Ca, S, Na, Fe, Si y Fe. Además de estos compuestos existen otros oligoelementos que en muy pequeñas cantidades también son necesarios para el crecimiento de las levaduras, entre ellos están, Al, Br, Cr, Ag, Mn, Sr, etc.

Activadores fermentativosSon sustancias que se encuentran en pequeñas cantidades en el medio fermentativo, unas procedentes de la vendimia y otras producidas por las levaduras, siendo imprescindibles en el metabolismo de las levaduras y cuya carencia puede modificar o anular sus funciones vitales.

Vitaminas. Las vitaminas más importantes que afectan a las levaduras son: Biotina. También llamada vitamina H, interviene en reacciones importantes como

son descarboxilación, desaminación y síntesis nitrogenada. En caso de carencia puede disminuir la glucolisis, el mayor consumo de esta vitamina se produce en la fase exponencial.

Piridoxina. Vitamina B6, no es una sustancia indispensable aunque su ausencia puede reducir la glucólisis. Las levaduras como Kloeckera, Candida y Torulopsis la consumen íntegramente durante la fermentación.

Tiamina. Vitamina B1, interviene en la conversión del pirúvico a acetaldehído. Ácido pantoténico. Es uno de los factores de crecimiento más potentes, activando

la glucólisis y su carencia modifica los productos secundarios de la fermentación. Algunas levaduras del género Saccharomyces son incapaces de sintetizar esta vitamina, por lo que el mosto deberá tener un nivel suficiente de la misma.

Mesoinositol. Es un factor de crecimiento muy importante para algunas levaduras. Se encuentra en cantidades suficientes en los mostos.

Nicotinamida. Vitamina PP, actúa en importantes reacciones bioquímicas. Todas las levaduras la sintetizan

PROCESO DE ELABORACIÓN DE LA CERVEZA

MATERIA PRIMA

• Malta: Normalmente es elaborada con semillas de cebada, es el primer paso para la elaboración de la cerveza, estas semillas de cebada germinan, pero poco tiempo después, luego se seca, después de esto se saca la malta.

En esta parte de la producción de la cerveza podrás sacar el almidón necesario para la elaboración de la cerveza.

• Lúpulo: Esta planta llamada Humulus lupulus una planta trepadora de las cannabis, este es el ingrediente para producir un sabor amargo.

 Tiene un aroma muy característico a flores, aparte de dar un aroma a la cerveza, también funciona como relajante, así proporciona tranquilidad al cuerpo.

Levadura: Este es un producto muy característico y fundamental para la producción de la cerveza, son organismos unicelulares que descomponen las azucares y las trasforman a alcohol por medio de la fermentación.

 

Este proceso es el que le da el sabor final, es muy importante la clase de levadura, ya que de esto depende la consistencia que tendrá y tiene que ser igual por mucho tiempo, para poder generar marca, la marca es lo esencial en este mercado tan competitivo.

MALTEO

Malteo El proceso de malteado tiene las siguientes etapas:

- Limpieza del grano- Remojado- Germinado- Secado- Limpieza de la malta

MALTEO

Limpieza de granos:Se realiza para:Remover cáscaras, polvo, pajas, palos etc. provenientes de la cosecha del grano.Remover piedras, trozos metálicos.Remover semillas extrañas.

MALTEO

El remojoEste paso consiste en aumentar el contenido de humedad del grano. Este paso dura aproximadamente dos días y el grano absorbe aproximadamente 45% de su peso.

MALTEO

Objetivos del RemojoRemover el material flotante.Lavar el grano.Elevar el mosto de 12% a 44% para iniciar el proceso de germinación.

MALTEO

La germinación Objetivos de la Germinación

1. Producir el nivel óptimo de enzimas.

2. Favorecer la rotura de la matriz proteica, con el fin de que el almidón este accesible para las enzimas.

MALTEO

El secado y tostado de la malta Se obtiene el almidon

MALTEO

Inicio de maceración. Se tira el grano al agua a una temperatura de sobre 67 °C. 

MALTEOMaceración. Es necesario someter la mezcla anterior a una serie de operaciones destinadas a activar diversas enzimas que reducen las cadenas largas de azúcares en otras más simples y fermentables. Principalmente, se trata de hacer pasar la mezcla por diversas etapas más o menos largas de temperatura, cada etapa siendo óptima para enzimas diferentes. 

MALTEOFiltrado. Es preciso retirar el grano de la mezcla. Esto se hace por filtraje. El resultado es por un lado el mosto, un líquido que contiene todo aquello que el elaborador ha extraído del grano y que se encuentra disuelto en agua, y de otro el grano sobrante o bagazo que normalmente se utiliza en alimentación animal. 

MALTEO

Cocción y adiciones de lúpulo. El elaborador somete el mosto a una cocción de entre un cuarto de hora y dos horas. Esta cocción sirve principalmente para destruir todos los microorganismos que hayan podido introducirse en el mosto.

MALTEODurante esta etapa se introducen los lúpulos. Los que aportan principalmente amargor se añaden al principio mientras que los aromáticos entran al final de la etapa, ya que sus principios son volátiles. Acabada esta operación, se procede a retirar los restos de lúpulo. En este momento, el mosto es un caldo de cultivo que podría infectarse rápidamente.

MALTEO

Refrigeración. Al no poderse inocular la levadura a temperaturas más altas que 35 °C, y para evitar que cualquier otro microorganismo entre en el mosto, se enfría lo más rápidamente posible

MALTEO

Inoculación de la levadura. El elaborador introduce el cultivo de la levadura que él mismo ha desarrollado o que ha obtenido en un banco de levadura. 

MALTEOFermentación. La levadura primero se reproduce muy activamente consumiendo el oxígeno contenido en el mosto. Es la etapa espectacular en la que se puede ver una gran cantidad de espuma y un importante burbujeo. Cuando se acaba el oxígeno, la levadura empieza a consumir el azúcar y lo transforma en alcohol y anhídrido carbónico.

MALTEO

Estas etapas pueden durar entre una y tres semanas. Al final de este tiempo las cervezas (de baja fermentación) industriales son filtradas, pasteurizadas, envasadas con un añadido de CO2 y distribuidas. 

MALTEO

Estas etapas pueden durar entre una y tres semanas. Al final de este tiempo las cervezas (de baja fermentación) industriales son filtradas, pasteurizadas, envasadas con un añadido de CO2 y distribuidas.