Fermentación - Principio, Tipos, Aplicaciones, Limitaciones

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Introducción

  • La fermentación es una de las antiguas tecnologías de procesamiento de alimentos.
  • La fermentación se define como un proceso en el que se producen cambios químicos en un sustrato orgánico mediante la acción de enzimas producidas por microorganismos.
  • Por ejemplo, las enzimas de levadura convierten azúcares y almidones en alcohol, mientras que las proteínas se convierten en péptidos/aminoácidos.
  • En la fermentación se produce la falta de oxígeno lo que produce ATP (energía).
  • Transforma el NADH y el piruvato producidos en la etapa de glucólisis en NAD+ y diversas moléculas pequeñas según el tipo de fermentación.
  • La fermentación de microorganismos implica principalmente como LAB Enterococcus, Streptococcus, Leuconostoc, LactobacillusY pediococo y levaduras y mohos similares Debaryomyces, Kluyveromyces, Saccharomyces, Geotrichium, Mucor, PenicilliumY Rizopó especies.

Fermentación - Principio, Tipos, Aplicaciones, Limitaciones

Principio de fermentación

  • El principio fundamental de la fermentación es obtener energía de los carbohidratos en ausencia de oxígeno.
  • La glucosa primero se oxida parcialmente a piruvato por glucólisis.
  • Luego, el piruvato se convierte en alcohol o ácido junto con la regeneración de NAD +, que puede participar en la glucólisis para producir más ATP.
  • La fermentación proporciona solo alrededor del 5% de la energía obtenida de la respiración aeróbica.

Principio de fermentación

Diagrama de flujo: Rutas generalizadas para la producción de algunos productos finales de fermentación a partir de glucosa por varios organismos.

  • La fermentación es un proceso bioquímico anaeróbico que se utiliza para la producción de energía a partir de la oxidación parcial de glucosa u otras fuentes de carbono.
  • La oxidación del sustrato, que ocurre a través de las vías Embden-Meyerhoff (EMP) o Entner-Doudoroff (ED), da como resultado la producción de piruvato, ATP y NAD (P) H.
  • En ausencia de aceptores de electrones externos, el piruvato sufre una reducción con la regeneración de NAD+ (P).
  • Este paso es esencial para el progreso del proceso de fermentación y conduce a la producción de productos (etanol y ácidos orgánicos).
  • El ATP es el principal producto de la fermentación y se genera por fosforilación a nivel de sustrato.
  • Luego, el NADH se reoxida, volviendo a NAD + en la segunda etapa de la fermentación, que reduce el piruvato en el producto de fermentación, como el etanol y el lactato.
  • Por ejemplo, en la fermentación de la glucosa de Estreptococo lácticoel piruvato se convierte en ácido láctico para reformar las coenzimas NAD + para producir dos moléculas de ATP
  • En levaduras como sacarómicas, cuando el piruvato se convierte en alcohol etílico (etanol), se reforma el NAD+.

Tipos de fermentación

1. Homofermentación del ácido láctico

Glucosa → Ácido láctico

  • La fermentación homoláctica la llevan a cabo bacterias pertenecientes al género Lactococcus, Enterococcus, Streptococcus, Y pediococoy algunas especies del género Lactobacillus.
  • El homofermentador LAB fermenta la glucosa en ácido láctico.
  • Lactococcus spp. se utiliza en el cultivo iniciador de lácteos.

2. Heterofermentación del ácido láctico

Glucosa → Ácido láctico + Ácido acético + Alcohol etílico + 2CO2 + H2o

  • La fermentación heteroláctica la llevan a cabo las bacterias del género Leuconostoc, EnococoY Weissellay para heterofermentativas lactobacilos.
  • El heterofermentador LAB fermenta la glucosa con ácido láctico, etanol/ácido acético y dióxido de carbono (CO2 ) como subproductos.

3. Fermentación del ácido propiónico

Glucosa → Ácido láctico + Ácido propiónico + Ácido acético + CO2 + H2o

  • La fermentación del ácido propiónico la llevan a cabo diversas bacterias pertenecientes al género Propionibacterium y la especie Clostridium propiónico.
  • Durante la fermentación del ácido propiónico, tanto el azúcar como el lactato se pueden utilizar como sustrato inicial.
  • Cuando hay azúcar disponible, estas bacterias utilizan la vía EMP para producir piruvato; el piruvato se carboxila a oxaloacetato y luego se reduce a propionato por medio de malato, fumarato y succinato.
  • Los otros productos finales de la fermentación propiónica son el ácido acético y el CO2.

4. Fermentación de diacetilo y 2,3-butilenglicol

diacetilo

Ácido cítrico → Ácido pirúvico + Acetilmetilcarbono

2,3-butilenglicol

  • La fermentación del butanodiol la llevan a cabo los miembros de los géneros Enterobacter, Erwinia, Hafnia, clebsiellaY Serratia.
  • Las reacciones que conducen a la producción de 2,3-butanodiol implican un paso de doble descarboxilación.

5. Fermentación alcohólica

Glucosa → Alcohol etílico

  • La fermentación alcohólica es el más conocido de los procesos de fermentación.
  • Se lleva a cabo por levaduras y algunos otros hongos y bacterias.
  • La primera fase del proceso de fermentación alcohólica involucra al piruvato, que es formado por las levaduras a través de la vía EMP, mientras que se obtiene a través de la vía ED en el caso de las Zymomonas (bacterias).
  • El equilibrio redox de la fermentación alcohólica se obtiene a partir de la regeneración de NAD+ durante la reducción de acetaldehído a etanol.

Fermentación alcohólica

Figura: fermentación alcohólica.

6. Fermentación del ácido butírico

Glucosa → ácido acético + ácido butírico

  • La fermentación del ácido butírico es característica de varias bacterias anaerobias obligadas que pertenecen principalmente al género Clostridium.
  • El piruvato se oxida a su vez a acetil-CoA, con la producción de CO2 y H2.
  • Parte del acetil-CoA se convierte en ácido acético, produciendo ATP.
  • Algunas bacterias, como Clostridium acetobutiloproducen menos ácidos y más productos neutros, fermentando así la acetona butanol.

Aplicaciones de la fermentación

Aplicación de la fermentación

Figura: Aplicación de la fermentación.

Aplicación en medicina

  • Producción de antibióticos
  • producción de insulina
  • Producción de hormonas de crecimiento
  • Producción de vacunas
  • Producción de interferón

Aplicación en la industria alimentaria

  • Producción de alimentos fermentados como queso, vino, cerveza y pan para productos de alto valor
  • Conservantes biológicos para uso alimentario
  • Alimentos funcionales / Neutracéuticos
  • Producción de proteínas unicelulares

Otras aplicaciones

  • También se utiliza para la gestión de residuos como la producción de biocombustibles (biodiésel, bioetanol, butanol, biohidrógeno, etc.).
  • También se utiliza para producir biosurfactantes, producción de polímeros como la producción de celulosa bacteriana.
  • Desarrollo de procesos de biorremediación (involucrando microbios o sus enzimas aisladas) para el tratamiento de suelos y aguas residuales.

Límites de fermentación

  1. Producción a pequeña escala que requiere altos costos y alta energía.
  2. Posibilidad de contaminación.
  3. Variaciones naturales a lo largo del tiempo.
  4. el producto es impuro y necesita un tratamiento adicional
  5. el producto final indeseable e inesperado
  6. los microbios no deseados crecen y se multiplican y los microbios deseables mueren.

Referencias

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