UNIVERSIDAD TÉCNICA DE COTOPAXI

UNIDAD ACADÉMICA DE CIENCIAS AGROPECUARIAS Y RECURSOS NATURALES

CARRERA: INGENIERÍA AGROINDUSTRIAL

INFORME DE BIOTECNOLOGÌA

INTEGRANTES:

HENRY ALMACHE S. PAOLA ALVAREZ

JONATHAN MANZABA CRISTIAN MARTÌNEZ

MAYRA MOLINA JONATHAN MUENTES

CURSO:

QUINTO “A”

DOCENTE:

ING. JENY SILVA

1.- Tema: Fermentación alcohólica

2.- Introducción

Fermentación Alcohólica denominada también como fermentación del etanol o

fermentación etílica, es un proceso anaeróbico realizado por las levaduras, mohos y

algunas clases de bacterias, que producen cambios químicos en las sustancias orgánicas.

La fermentación alcohólica, también conocida como, fermentación etílica, o del etanol, es

un proceso de tipo biológico, en el cual se lleva a cabo una fermentación sin presencia de

oxígeno. Este tipo de fermentación se debe a las actividades de ciertos microorganismos,

los cuales se encargan de procesar azúcares, como la glucosa, la fructosa, etc. (hidratos

de carbono), dando como resultado un alcohol a modo de etanol, CO2 (gas) y ATP

(adenosín trifosfato), moléculas que son utilizadas por los propios microorganismos en

sus metabolismos energéticos.

Numerosos hongos, bacterias, algas y algunos protozoos, fermentan azúcares,

transformándolos en etanol y CO2. Este es el proceso que se conoce como fermentación

alcohólica.

3.- Objetivos3.1.- Objetivo General

Analizar cómo se produce la fermentación alcohólica mediante una investigación con

la ayuda de libros, bibliografías o aulas virtuales para tener un mejor conocimiento del

tema.

3.2.- Objetivos Específicos Establecer la relación que tiene la ausencia de oxígeno con la activación de los

microorganismos en la fermentación alcohólica.

Identificar como las levaduras transforman los azucares en alcohol.

Determinar las fases que se dan en el proceso de fermentación alcohólica.

4.- Marco TeóricoFERMENTACION ALCOHOLICALa fermentación alcohólica, también conocida como, fermentación etílica, o del etanol, es

un proceso de tipo biológico, en el cual se lleva a cabo una fermentación sin presencia de

oxígeno. Este tipo de fermentación se debe a las actividades de ciertos microorganismos,

los cuales se encargan de procesar azúcares, como la glucosa, la fructosa, etc. (hidratos

de carbono), dando como resultado un alcohol a modo de etanol, CO2 (gas) y ATP

(adenosín trifosfato), moléculas que son utilizadas por los propios microorganismos en

sus metabolismos energéticos.

Numerosos hongos, bacterias, algas y algunos protozoos, fermentan azúcares,

transformándolos en etanol y CO2. Este es el proceso que se conoce como fermentación

alcohólica.

En este tipo de fermentaciones, el piruvato (anión del ácido pirúvico), es descarboxilado,

convirtiéndose en acetaldehído, el cual a su vez, es reducido a etanol a través de la

enzima, alcohol deshidrogenasa, utilizando como dador de electrones al NADH

(nicotinamida adenina dinucleótido).

La fermentación alcohólica, al igual que otro tipo de fermentaciones, como es el caso de

la fermentación láctica, es de gran utilidad para el hombre, pues por ejemplo, la

fermentación alcohólica llevada a cabo por las levaduras, sirve para la fabricación de

bebidas alcohólicas (como el vino o la cerveza), y el CO2 procedente de la fermentación,

es utilizado para hacer crecer el pan y otros alimentos.

La principal finalidad de una fermentación alcohólica, es la producción de energía de tipo

anaeróbica (con ausencia de oxígeno) para microorganismos como las levaduras, en el

caso de ver el proceso desde la perspectiva microbiana, pero si lo hacemos desde la

perspectiva humana, el proceso es de tipo bioquímico, con la finalidad de producir etanol.

Para este fin, se fragmentan, o disocian moléculas de azúcares, obteniendo así la energía

necesaria para que el microorganismo viva, pues como productos de desecho, este

proceso da alcohol y CO2. La principal característica de los microorganismos que realizan

este tipo de fermentación es el lugar donde viven, que suelen ser ambientes libres de

oxígeno, sobretodo mientras se realiza la reacción química, por lo cual se dice que la

fermentación alcohólica es un proceso totalmente anaeróbico.

La fermentación alcohólica es utilizada desde antiguo para realizar productos como la

cerveza o el vino. Los griegos otorgaban el descubrimiento de este proceso al dios

Dionisio. Y algunos procesos similares, como la destilación de alcohol, se llevaban a cabo

ya en el año 1150. Sin duda, dichos procesos fueron esenciales para el desarrollo de la

alquimia en la Edad Media. Los descubrimientos químicos posteriores llevaron al

investigador, Gay-Lussac, a describir la reacción de fermentación que tenía lugar

partiendo de la glucosa, con obtención de etanol, a pesar de que, por aquel entonces, aún

no se conocía la fermentación alcohólica y sus fundamentos. Fueron muchos científicos

los que intentaron dar explicación al proceso que hoy conocemos como fermentación,

pero hasta 1818 no se descubre que las causantes del proceso eran las levaduras. Pocos

años después, se descubre la enzima responsable del proceso, la zimasa, otorgándose el

Premio Nobel de Química en 1897, por dicho descubrimiento esencial, a Eduard Buchner.

En los años posteriores, se siguió trabajando en el tema, hasta que en 1929, se descubre

el cofactor NADH, esencial en el proceso de fermentación, pues su principal función es el

intercambio de electrones.

Podemos decir que la fermentación alcohólica, además de un proceso anaeróbico, es

también un proceso exotérmico, es decir, libera energía, así como moléculas de ATP, de

las cuales se genera un total de dos moléculas por cada molécula de glucosa procesada.

Además, el valor de la entalpía libre (o energía libre de Gibbs), en este tipo de

fermentación, tiene un valor de ∆G = -234.6 Kj. Mol^-1, lo que nos indica que se trata de

un proceso químico de tipo espontáneo.

Existen diferentes tipos de fermentaciones alcohólicas, las cuales dividimos en dos

grandes grupos, la fermentación industrial, y la fermentación natural. Además podemos

hablar de fermentaciones específicas, las cuales son manipuladas para conseguir ciertas

cantidades de etanol con la finalidad de realizar algunas bebidas. Dentro de este grupo

destacamos la fermentación del vino, de la cerveza, del arroz, de la leche, etc.

Además de la utilización de los procesos fermentativos, con la finalidad de producir

bebidas, u otros alimentos, la fermentación alcohólica hoy en día tiene usos diversos en la

industria, donde forma para de la producción de cosméticos, productos de limpieza,

biocombustibles, pesticidas biológicos, etc.

HistoriaLa humanidad emplea la fermentación alcohólica desde tiempos inmemoriales para la

elaboración de cerveza (empleando cereales) y del vino (empleando el fruto de la vid: la

uva en forma de mosto) fundamentalmente. Los griegos atribuían el descubrimiento de la

fermentación al dios Dionisio.

En Alemania (1837) descubren que las bacterias (organismos microscópicos unicelulares)

son la causa del proceso, pero no fue hasta que Eduard Buchner en el año 879 a.C

descubre que la enzima zimasa es la responsable final de la fermentación alcohólica

trabajo por el que recibe el Premio Nobel de Química. Con el advenimiento de los

descubrimientos químicos en el año 1815 el investigador francésJoseph Louis Gay-

Lussac fue el primero en determinar una reacción de fermentación obteniendo etanol a

partir de glucosa, a pesar de este logro los fundamentos de la fermentación alcohólica

eran completamente desconocidos. Louis Pasteur en el año 1875 demostró que la

fermentación era un proceso anaeróbico (en ausencia de oxígeno).

Los descubrimientos posteriores a partir del periodo que va desde mediados del siglo XX

hasta comienzos del siglo XXI se centran exclusivamente en la mejora de los procesos de

fermentación alcohólica y conciernen más a la optimización del rendimiento industrial bien

sea mediante una buena selección de cepas de levaduras, de una temperatura de

funcionamiento óptima, de cómo realizar fermentación en un proceso continuo.

Descripción

La fermentación alcohólica es llevada a cabo principalmente por la levadura

Saccharomyces cerevisae, que es la levadura corriente del pan o la cerveza, quien

convierte un 90% del azúcar en cantidades equimoleculares de alcohol y CO2.

Materias Primas

Materias sacaroideas como azúcar de caña, remolacha, melazas y jugos de frutas.

Materias que contienen almidón: cereales (maíz, cebada, avena, trigo, arroz, sorgo, etc),

así como papa, boniato, girasol, yuca, etc.

Materiales celulósicos como madera y residuos de fabricación de pulpa de papel.

La principal materia prima es la melaza.

Condiciones requeridas para la fermentación alcohólica.

Concentración de azúcares: 10 – 18 %

pH entre 4 y 4,5

Microorganismo: Saccharomyces cerevisiae

Ausencia de O2 y presencia de fosfatos.

Temperatura de fermentación: 15 – 25ºC, por encima de 30ºC se evapora el alcohol.

El esquema general es como sigue:

En esta fermentación a partir de la glucosa y con la participación de diferentes enzimas,

se origina el ácido pirúvico, el cual es descarboxilado hasta CO2 y acetaldehído y este

último reducido por la acción de la deshidrogenada hasta alcohol etílico:

El oxígeno es el desencadenante inicial de la fermentación, ya que las levaduras lo van a

necesitar en su fase de crecimiento. Sin embargo al final de la fermentación conviene que

la presencia de oxígeno sea pequeña para evitar la pérdida de etanol y la aparición en su

lugar de ácido acético. La fermentación alcohólica es un proceso exotérmico, es decir, se

desprende energía en forma de calor. Es necesario controlar este aumento de

temperatura ya que si ésta ascendiese demasiado (25 - 30º) las levaduras comenzarían a

morir deteniéndose el proceso fermentativo. Otro producto resultante de la fermentación

es el anhídrido carbónico (CO2) en estado gaseoso, lo que provoca el burbujeo, la

ebullición y el aroma característico de una cuba de mosto en fermentación.

Esta ebullición hace que las partes sólidas (hollejos) suban a la superficie del mosto

formándose una capa en la parte superior del depósito llamado "sombrero". Este

"sobrero" capa, que dará origen al orujo, protege al mosto de ataques bacterianos y de

posibles oxidaciones y, fundamentalmente, cede al mosto gran cantidad de sustancias

contenidas en los hollejos, sobre todo, taninos, sustancia colorante gracias a la cual el

vino adquiere su color rojizo característico, y aromas y extractos que se encuentran en la

piel de la uva. A lo largo de todo el proceso de fermentación, y en función de las

condiciones (cantidad de azúcar disponible, temperatura, oxigeno, etc.) cambia el tipo de

levadura que predomina pudiéndose distinguir varias fases en la fermentación:

1ª fase (primeras 24 horas), predominan levaduras no esporogéneas, que resisten un

grado alcohólico 4-5. Son sensibles al anhídrido sulfuroso.

2ª fase (2º-4º día), predomina el Sacharomyces cerevisiae que resiste hasta un grado de

alcohol entre 8 y 16. En esta fase es cuando se da la máxima capacidad fermentativa

3ª fase sigue actuando Sacharomyces Cerevisiae junto a Sacharomyces Oviformis.

También pueden existir otros microorganismos procedentes principalmente de las

bodegas y de los utensilios, suelen ser hongos entre los que destacan Penicillium,

Aspergilus, Oidium,

Otras sustancias generadas en la fermentación

Ácido acético

Ácido láctico

Ácido pirúvico y acetaldehido

Ácido succínico

Acetoina, Diacetilo y 2-3 Butanodiol (butilenglicol)

Alcoholes Superiores, Ésteres y Acetatos

Vinil-Fenoles y Etil-Fenoles

El proceso fermentativo termina cuando ya se han desdoblado prácticamente todos los

azúcares y cesa la ebullición.

Usos de la fermentación alcohólica

El empleo principal de los procesos de fermentación por parte del ser humano ha ido

dirigido, desde muy antiguo, a la producción de etanol destinado a la elaboración de

bebidas alcohólicas como como el vino, la cerveza, la sidra, etc. Dentro de los estudios de

biotecnología se ha intentado emplear el etanol resultante de la fermentación alcohólica

de los desechos agrícolas (biomasa) en la obtención de biocombustibles empleados en

los motores de vehículos. Los usos del etanol en la industria son amplios y van desde la

elaboración de productos cosméticos, productos de limpieza, etc. No obstante el empleo

de la fermentación alcohólica tiene un éxito potencial en el tratamiento de los residuos de

la industria alimenticia. Un proceso industrial muy investigado a comienzos del siglo XXI

es la fermentación en estado sólido empleada en la biomedicación y en la biodegradación

de productos de desecho, la transformación biológica de residuos agroindustriales, en la

producción de compuestos bioactivos, de enzimas, de ácidos orgánicos, biopesticidas,

biocombustibles y compuestos aromáticos.

5.- Conclusiones Los microorganismos que actúan en la fermentación alcohólica generalmente son los

Saccharomyces cerevisae las mismas son anaerobias es decir su activación se da en

la ausencia del oxígeno.

La fermentación alcohólica es llevada a cabo principalmente por la levadura

Saccharomyces cerevisae, que es la levadura corriente del pan o la cerveza, quien

convierte un 90% del azúcar en cantidades equimoleculares de alcohol y CO2.

A lo largo de todo el proceso de fermentación, y en función de las condiciones

(cantidad de azúcar disponible, temperatura, oxigeno, etc.) cambia el tipo de levadura

que predomina pudiéndose distinguir varias fases en la fermentación:

1ª fase (primeras 24 horas), predominan levaduras no esporogéneas, que resisten un

grado alcohólico 4-5. Son sensibles al anhídrido sulfuroso.

2ª fase (2º-4º día), predomina el Sacharomyces cerevisiae que resiste hasta un grado

de alcohol entre 8 y 16. En esta fase es cuando se da la máxima capacidad

fermentativa

3ª fase sigue actuando Sacharomyces Cerevisiae junto a Sacharomyces Oviformis.

En donde concluye la fermentación alcohólica.

6.-Recomendaciones Al momento de realizar la activación se debe esperar a que el pie de cuba baje a

unos 37°C y así las levaduras se puedan acondicionar al medio ya que las levaduras realizan su metabolismo a esa temperatura.

Para que el CO2pueda salir del recipiente la manguera no debe estar sumergida en el mosto, debe estar en el vacío.

Para el desarrollo de los organismo es necesario la existencia del metabolismo que se puede presentar como catabolismo o anabolismo según la reacción que se dé (degradación o de síntesis), este metabolismo depende de la disponibilidad de los nutrientes que se encuentra en el medio o de aquellos que son sintetizados por la célula.

En La fermentación alcohólica (o fermentación etílica) se debe utilizar métodos para suprimir en su totalidad la presencia de aire ya que es un proceso biológico y el producto que deseemos fermentar se echaría a perder o sufrir una descomposición.

7.- Bibliografía http://www.ecured.cu/Fermentaci%C3%B3n_alcoh%C3%B3lica

http://quimica.laguia2000.com/general/fermentacion-alcoholica

Jagnow, H y Dawid, W. Biotecnología. Introducción con experimentos modelo. Acribia, S.A. Zaragoza, 1991.

Usseglio-Tomasset, L. Química Enológica. Mundi-Prensa. Madrid, 1998. Sanz Esteban, M.; Serrano Barrero, S.; Torralba Redondo, B. Biología.

Oxford University Press. Madrid, 2003

ANEXOS