02 Bioquimica Ferment.docx

UNIVERSIDAD SEÑOR DE SIPAN Industrial Capitulo 1 Escuela de Ingenieria Industrial

Biotecnologia

UNIVERSIDAD SEÑOR DE SIPAN Facultad de Ingeniería Arquitectura y Urbanismo ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA INDUSTRIAL

CURSO BIOTECNOLOGIA INDUSTRIAL Capitulo 2 Bioquimica de Fermentaciones

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Bioquimica de Fermentaciones La fermentación es la transformación que sufren las materias primas bajo la acción de enzimas segregadas por

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microorganismos. Se trata de un proceso de naturaleza bioquímica. 2

Bioquimica de Fermentaciones La Fermentación se uso describir el burbujeo que se produce durante la vinificación. Se descubre la existencia de levaduras, y la palabra pasó a para describir la actividad microbiológica y después la actividad enzimática en los sustratos. Actualmente ni la generación de gas o la presencia de células vivas es esencial para la acción fermentativa. 3

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En el caso de los alimentos como materias primas; estos contienen una serie de compuestos diferentes, tales como Agua, Carbohidratos, Proteinas, Lípidos, Sales Minerales y Fibras. Todos ellos se Analisis Proximal.

determina en

el

La fermentación afecta a cada uno de los componentes de manera diferente por ejm en los quesos y en el salame. 4

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Bioquimica de Fermentaciones La respiración microbiana es un proceso donde los carbohidratos son convertidos aeróbicamente en CO2 y H2O con liberación de grandes cantidades de energía. La fermentación es un proceso anaeróbico o semi-anaeróbico de oxidación de los hidratos de carbono. 6

Bioquimica de Fermentaciones La Respiración y la Fermentación son dos procesos que llevan a la liberación de la energía contenida en las sustancias orgánicas; aunque en distinta cantidad. En la fermentación se libera menor cantidad de energía, asi un mol de Glucosa produce por: Fermentación 2 mol ATP Respiración mol ATP

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Bioquimica de Fermentaciones La fermentación degrada sustancias orgánica a compuestos intermedios que actúan de donadores y aceptores de electrones (proceso de oxido-reducción) con liberación de energía. Se debe controlar las fermentaciones para eliminar los compuestos indeseables, a través del manejo de la fisiología de los microbios que intervienen en el proceso. 8

Bioquimica de Fermentaciones Los tipos de procesos fermentativos mas frecuentes son: 1. Glicolisis.- Es un proceso que se ejecuta en condiciones aeróbicas y anaeróbicas, también denominada vía de Embden-Meyerhof.

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Esta vía convierte la Glucosa en Acido Pirúvico. La Glicolisis produce por cada mol de Glucosa 2 moles de ATP. 9

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Bioquimica de Fermentaciones Cuando la fermentación se realiza en condiciones Aeróbicas el Acido Pirúvico es oxidado por el ciclo de Krebs hacia agua y CO2. En anaerobiosis el ácido Pirúvico no puede ser oxidado. por falta de oxígeno, que actúe como aceptor del hidrógeno. En esa función aparece en la glicólisis el NADH, ( Nicotamida-Adenin-dinucleótido reducido). 12

Bioquimica de Fermentaciones En este caso la Glicolisis reduce el Acido Pirúvico se reduce directamente a ácido láctico, en una fermentación homo láctica. Si la reducción está precedida por la descarboxilación a acetaldehído, se produce la formación de alcohol en este caso una fermentación alcohólica. 13

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Bioquimica de Fermentaciones 2 . Ciclo de Krebs El ciclo de Krebs (ciclo del ácido cítrico o ciclo de los ácidos tricarboxílicos) es una ruta metabólica, es decir, una sucesión de reacciones químicas, que forma parte de la respiración celular en todas las células aeróbicas.

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Bioquimica de Fermentaciones En células eucariotas se realiza en la matriz mitocondrial. En las procariotas, el ciclo de Krebs se realiza en el citoplasma. Cada molécula de glucosa produce ( vía glucólisis) dos moléculas de piruvato, que a su vez producen dos acetil-COA, por lo que por cada molécula de glucosa en el ciclo de Krebs se produce: 4CO2, 2 GTP, 6

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NADH + 6H +, 2 FADH2; total 36 ATP 15

Bioquimica de Fermentaciones 3 . Fermentación Alcohólica Esta viene expresada por la ecuación de

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Gay-Lussac, en la que apartir de un azúcar se obtiene alcohol etílico y anhídrido carbónico. C6H12O6 --- 2 CH3-CH2OH + 2 CO2

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Bioquimica de Fermentaciones Pero en la fermentación alcohólica no todo el azúcar sigue la citada ecuación, ya que sigue una fermentación gliceropiruvica en la ecuación de Neuberg: C6H12O6 ---

CH2OH-CHOH-CH2OH + CH3- CO-COOH

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Bioquimica de Fermentaciones En esta ecuación aparece el Piruvato que se descarboxila en Acetaldehído.

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Asi el Acido Pirúvico producido por la Glicolisis pasa a Acetaldehído y después reducido a Etanol. La energía del proceso utiliza el NADH2 formado por la Glicolisis

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Bioquimica de Fermentaciones El Balance de la fermentación Alcohólica es el mismo que la Glicolisis genera 2 ATP. El balance energético indica que Glicolisis + Fermentación Alcohólica libera 40 Kcal de los cuales 14.6 Kcal quedan en los ATP; asi quedan 25 , 6 Kcal que se liberan como Calor. 21

Bioquimica de Fermentaciones Las levaduras en la fermentación alcohólica producen también otros compuestos diferentes al etanol; producen alcoholes, esteres, aldehídos, cetonas, compuestos

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azufrados y acidos orgánicos por diferentes vías metabólicas. Dentro de ellos los alcoholes superiores o fuel oils que provienen del metabolismo de los aminoácidos. 22

Bioquimica de Fermentaciones La produccion de alcoholes superiores son una función de las condiciones de fermentación. Los fuel oils son dañinos para la salud y por ende deben tratar de evitarse en la fermentación alcohólica.

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4 . Fermentación Láctica El Acido Láctico es su producto final; si es el único producto es una fermentación homoláctica; si se produce lactato, etanol y a veces acetato es una fermentación heterolácticas. Esta fermentación se inicia con Glucosa, por lo que la Lactosa debe ser escindida por medio de la enzima Lactasa. 24

Bioquimica de Fermentaciones La fermentación homoláctica se emplea en productos lácteos, cárnicos y vegetales; mientras que la heterolácticas puede deteriorar el producto. A. Fermentación Homoláctica.- La ecuación que gobierna el proceso es C6H12O6 ---

2 CH3-CHOH-COOH 25

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Bioquimica de Fermentaciones La fase inicial de esta fermentación es la Glucosa en la vía de EmbdenMeyerhofParnas, en la que se obtiene Acido Pirúvico, la cual atraves de la enzima Lacto deshidrogenasa convierte en Piruvato en Lactato. El balance energético de la fermentación produce 2 moléculas de ATP por cada Glucosa metabolizada. 26

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Bioquimica de Fermentaciones B. Fermentación Heterolácticas.- La vía empleada en este caso es la vía de las Pentosas-Fosfato. La fermentación heterolácticas puede expresarse en la reacción siguiente:

C6H12O6 ---

CH3-CHOH-COOH + CH3-CH2OH + CO2 29

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Bioquimica de Fermentaciones 5.

Fermentación

Acética.-

Producido

principalmente por el Acetobacter spp. y genera la oxidación del Alcohol en Acido Acetico;

esta

fermentación

es

dependiente de Oxigeno. La reacción puede resumirse en: CH3-CH2OH + O2 --CH3-COOH + H2O 31

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Bioquimica de Fermentaciones La reacción es de tipo exotérmica osea genera calor y genera 6 ATP por mol de alcohol. El Acido Acetico es el mayor producto pero también pueden obtenerse otros productos dependiendo del medio de cultivo, el sustrato y del microbio de fermentación. 32

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