capacidad fermentativa de levadura.pdf

Facultad de Ciencias Agropecuarias

Escuela de Ingeniera Agroindustrial

CAPACIDAD FERMENTATIVA DE LEVADURA.

CURSO: BIOTECNOLOGA DE LOS PAI

DOCENTE: Ing. Guillermo Linares Lujan

INTEGRANTE: ALVARADO YUPANQUI, LUIS MIGUEL.

TACANGA CARHUALLAY, DAVID

GARCA ROSAS

CICLO: IX

Trujillo Per

2015

2

Laboratorio 2: Capacidad Fermentativa- Levadura Saccharomyces Cerevisiae

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO

DETERMINACIN DE LA CAPACIDAD FERMENTATIVA

I. INTRODUCCIN

La fermentacin es un tipo de catabolismo parcial, que se caracteriza por ser un

proceso de oxidacin incompleta, tpico de los organismos anaerbicos. Se realiza,

pues, sin la intervencin del oxgeno.

El proceso de fermentacin no slo incluye la desasimilacin anaerbica como la

formacin de alcohol, butanol-acetona, cido lctico, etc. sino tambin la produccin

industrial de vinagre, cido ctrico, enzimas, penicilina, etc. Todos estos productos

son el resultado de procesos microbianos y se llaman productos de fermentacin.

Durante la fermentacin, la energa obtenida procede, igual que en la respiracin

aerobia, de las reacciones de xido-reduccin habidas durante el catabolismo de la

glucosa (gluclisis), pero en la fermentacin las coenzimas reducidas no ceden sus

electrones a una cadena cuyo aceptor final es el oxgeno, sino que los ceden

directamente a un compuesto orgnico que se reduce y es el producto caracterstico de

cada fermentacin.

Inculos de levaduras comerciales son ampliamente usados en la industria de las

bebidas alcohlicas, sin embargo es preferible utilizar cepas autctonas, las cuales

estn adaptadas a los medios de fermentacin de cada rea. Aunque se han encontrado

muchos gneros de levaduras en fermentaciones, la especie Saccharomyces cerevisae

es la principal responsable de la fermentacin alcohlica, as como de la produccin

de la mayora de los compuestos aromticos. Algunos de los criterios de seleccin de

las cepas se basan en su capacidad fermentativa, medida como produccin de etanol,

acidez y consumo de azcares.

El objetivo de este trabajo fue seleccionar cepas nativas en base a su capacidad

fermentativa, rendimiento y productividad.

3



II. OBJETIVOS

Evaluar y determinar la prdida de peso y la cantidad de glucosa consumida por

las soluciones de la levadura Saccharomyces cerevisiae.

Determinar el rendimiento terico y real de la levadura durante la respiracin y

fermentacin de ellas mismas, a diferentes concentraciones de sustrato (sacarosa).

Determinar la eficiencia de la levadura Saccharomyces cerevisae a

concentraciones de 10 y 20 Brix, utilizando como sustrato sacarosa (C12H22O11).

III. FUNDAMENTO TERICO

A. Fermentacin

Son cambios qumicos en las sustancias orgnicas producidos por la accin de las

enzimas. Esta definicin general incluye prcticamente todas las reacciones qumicas de

importancia fisiolgica. Actualmente, los cientficos suelen reservar dicha denominacin

para la accin de ciertas enzimas especficas, llamadas fermentos, producidas por

organismos diminutos tales como el moho, las bacterias y la levadura. Por ejemplo, la

lactasa, un fermento producido por una bacteria que se encuentra generalmente en la

leche, hace que sta se agrie, transformando la lactosa (azcar de la leche) en cido

lctico. El tipo de fermentacin ms importante es la fermentacin alcohlica, en donde

la accin de la cimasa segregada por la levadura convierte los azcares simples, como la

glucosa y la fructosa, en alcohol etlico y dixido de carbono. Hay otros muchos tipos de

fermentacin que se producen de forma natural, como la formacin de cido butanoico

cuando la mantequilla se vuelve rancia, y de cido etanoico (actico) cuando el vino se

convierte en vinagre.

La fermentacin es un proceso que realizan muchos microorganismos, efectuando

reacciones sobre algunos compuestos orgnicos y liberando energa. Hay muchos tipos

diferentes de fermentacin, pero en condiciones fermentativas solamente se efecta una

oxidacin parcial de los tomos de carbono del compuesto orgnico y, por consiguiente,

slo una pequea cantidad de la energa potencial disponible se libera.

4



La primera explicacin bioqumica del proceso por el cual el azcar en solucin acuosa

es descompuesto en alcohol y gas carbnico, en virtud de la accin de clulas vivas de

levadura, la dio el qumico francs Louis Pasteur, el cual vio que mientras descomponen

el azcar en ausencia de aire, las clulas de levadura viven y se propagan en el lquido en

fermentacin y llam al proceso de la fermentacin alcohlica vida sin oxgeno.

La explicacin de Pasteur fue modificada por Buchner, quien demostr que poda

realizarse la fermentacin en una solucin acuosa de azcar por el jugo obtenido

prensando clulas muertas de levadura. Se observ, entonces, que el jugo filtrado de

clulas de levadura que haban sido molidas con arena contena una sustancia eficaz para

descomponer los azcares, y a esta sustancia activa o mezcla catalizadora se dio el nombre

de fermento, enzima o zimasa. De acuerdo con la interpretacin bioqumica hecha por

Pasteur, la fermentacin se conoce como la desasimilacin anaerbica de compuestos

orgnicos por la accin de microorganismos u otras clulas o de extractos celulares;

adems, es un conjunto de reacciones bioqumicas a travs de las cuales una sustancia

orgnica se transforma en otras por accin de ciertos microorganismos (bacilos, bacterias,

clulas de levadura), que en general van acompaadas de un desprendimiento gaseoso y

de un efecto calorfico.

El proceso de fermentacin no slo incluye la desasimilacin anaerbica como la

formacin de alcohol, butanol-acetona, cido lctico, etc., sino tambin la produccin

industrial de vinagre, cido ctrico, enzimas, penicilina, etc. Todos estos productos son el

resultado de procesos microbianos y se llaman productos de fermentacin.

Anlogamente, el trmino fermentador no slo hace referencia a los recipientes en los

cuales se realiza la fermentacin con exclusin de aire, sino tambin a los tanques en los

cuales se producen oxidaciones microbianas aerbicas y a los tanques de propagacin de

levaduras y otros microorganismos en presencia del aire.

Se conocen centenares de especies de levaduras, bacterias y mohos que producen alcohol,

pero slo dos o tres especies de levadura se aplican industrialmente en la produccin de

alcohol; su rapidez en la fermentacin, su tolerancia de concentraciones elevadas de

azcar y alcohol y su rendimiento elevado de alcohol, hacen que se usen ms que las

otras. Algunos microorganismos ofrecen ms de una aplicacin industrial. Las levaduras,

por ejemplo, producen alcohol y glicerol partiendo de azcares, hacen subir la masa en la

fabricacin del pan y son una fuente de protenas, vitaminas y enzimas.

5



Todas las clulas estn capacitadas para sintetizar ATP por el proceso de la gliclisis.

Enmuchas clulas, si el oxgeno no est presente, el piruvato es metabolizado en un

proceso llamado fermentacin.

La fermentacin complementa a la gliclisis y hace posible producir ATP continuamente

en la ausencia del oxgeno. Por la oxidacin del NADH producido en la gliclisis, la

fermentacin regenera el NAD+, el cual interviene otra vez en para producir ms ATP.

C6H12O6 + 2 Pi + 2 ADP 2 CH3-CH2OH + 2 CO2 + 2 ATP + 25.5 kcal

Se puede ver que la fermentacin alcohlica es desde el punto de vista energtico

unareaccin exotrmica, se libera una cierta cantidad de energa.

Un clculo realizado sobre la reaccin qumica muestra que el etanol resultante es casi

un51% del peso, los rendimientos obtenidos en la industria alcanzan el 7%.

Figura 1. Proceso de fermentacin

En la fermentacin alcohlica, el cido pirvico de la giclisis pierde un carbono en la

forma de bixido de carbono para formas acetaldehido, el cual es reducido a alcohol

etlico, el NADH se convierte en NAD+ (es oxidado). Esta es la fermentacin que ocurre

normalmente en las levaduras. Como en la fermentacin del cido lctico, la fermentacin

alcohlica permite a la gliclis continuar y asegurar que el NADH regresa a su estado

oxidado (NAD+).

La energa neta ganada en la fermentacin es de 2 molculas/glucosa de ATP. En ambas

fermentaciones (lctica y alcohlica), todo el NADH producido en la gliclisis es

6



consumido en la fermentacin, por lo tanto no hay produccin neta de NADH, y ningn

NADH entra a la CTE y forma ATP.

1. Clasificacin de las reacciones de fermentacin segn el agente

a) Fermentacin microbiana. Promovidas o catalizadas por microorganismos. La

reproduccin de los microorganismos conlleva a que la reaccin tenga un

comportamiento autocataltico siendo la concentracin de los microorganismos

variable. Dentro de este tipo de reaccin hay 2 clases bien definidas:

Cultivos de tejidos o macroorganismos (clulas vegetales y animales).

Reactores microbianos en s (cultivo de microorganismos).

b) Reacciones enzimticas. Catalizadas por enzimas, el agente cataltico no se

reproduce y cuando se opera discontinuamente este permanece constante.

2. Clasificacin de las reacciones de fermentacin segn el consumo de oxgeno

a) Aerbicas

Aqu los microorganismos necesitan de oxgeno para poder sobrevivir. Por ejemplo

la reaccin de transformacin de la glucosa.

O2 + C6H12O6 CO2 + BIOMASA

b) Anaerbicas

Aqu los microorganismos no necesitan de oxgeno para su supervivencia. Por

ejemplo la reaccin de transformacin de la glucosa por va glucoltica.

C6H12O6 2C2H5OH + CO2 + ENERGA

B. Fermentacin alcohlica

Es un proceso biolgico de fermentacin en plena ausencia de aire, originado por la

actividad de algunos microorganismos que procesan los hidratos de carbono (por regla

general azcares: como pueden ser por ejemplo la glucosa, la fructosa, la sacarosa, el

almidn, etc.) para obtener como productos finales: un alcohol en forma de etanol,

dixido de carbono (CO2) en forma de gas y unas molculas de ATP que consumen los

propios microorganismos en su metabolismo celular energtico anaerbico. El etanol

resultante se emplea en la elaboracin de algunas bebidas alcohlicas, tales como el vino,

la cerveza, la sidra, el cava. Aunque en la actualidad se empieza a sintetizar tambin etanol

7



mediante la fermentacin a nivel industrial a gran escala para ser empleado como

biocombustible.

La fermentacin alcohlica tiene como finalidad biolgica proporcionar energa

anaerbica a los microorganismos unicelulares (levaduras) en ausencia de oxgeno para

ello disocian las molculas de glucosa y obtienen la energa necesaria para sobrevivir,

produciendo el alcohol y CO2 como desechos consecuencia de la fermentacin. Las

levaduras y bacterias causantes de este fenmeno son microorganismos muy habituales

en las frutas y cereales y contribuyen en gran medida al sabor de los productos

fermentados. Una de las principales caractersticas de estos microorganismos es que viven

en ambientes completamente carentes de oxgeno (O2), mxime durante la reaccin

qumica, por esta razn se dice que la fermentacin alcohlica es un proceso anaerbico.

La fermentacin alcohlica se puede considerar (desde una perspectiva humana) como

un proceso bioqumico para la obtencin de etanol, que por otras vas se ha obtenido

gracias a procedimientos qumicos industriales, como por ejemplo mediante la reaccin

de oxidacin de eteno. La finalidad de la fermentacin etlica (desde una perspectiva

microbiana) es la obtencin de energa para la supervivencia de los organismos

unicelulares anaerbicos. Las bebidas alcohlicas se producen a partir de diferentes

sustratos, dependiendo de la regin geogrfica y sus riquezas. Las materias primas pueden

ser azcares simples como los presentes en el jugo de uva, o de alto peso molecular, como

el almidn de los granos de cebada.

C. Levadura

Las levaduras son los microbios que realizan la fermentacin, transformando el mosto

azucarado en el vino que es lquido con alcohol y sin azcar. Las levaduras viven en

nuestro ambiente y llegan a la bodega adherida a la piel de las uvas. La levadura tiene un

enorme valor por su riqueza nitrogenada y vitamnica. El tamao de la levadura oscila de

tres a seis micras.

Las levaduras son cuerpos unicelulares (generalmente de forma esfrica) de un tamao

que ronda los 2 a 4 m y que estn presentes de forma natural en algunos productos como

las frutas, cereales y verduras. Son lo que se denominan: organismos anaerbicos

facultativos, es decir que pueden desarrollar sus funciones biolgicas sin oxgeno. Se

puede decir que el 96% de la produccin de etanol la llevan a cabo hongos microscpicos,

diferentes especies de levaduras, entre las que se encuentran principalmente

Saccharomyces cerevisiae, Kluyvero mycesfragilis, Torulaspora y Zymomonasmobilis.

8



Los microorganismos responsables de la fermentacin son de tres tipos: bacterias, mohos

y levaduras. Cada uno de estos microorganismos posee una caracterstica propia sobre la

fermentacin que es capaz de provocar. En algunos casos son capaces de proporcionar un

sabor caracterstico al producto final (como en el caso de los vinos o cervezas). A veces

estos microorganismos no actan solos, sino que cooperan entre s para la obtencin del

proceso global de fermentacin. Las propias levaduras se han empleado a veces en la

alimentacin humana como un subproducto industrial.

Cuando el medio es rico en azcar (como puede ser el caso de las melazas o siropes), la

transformacin del mismo en alcohol hace que la presencia de una cierta concentracin

(generalmente expresada en Brix) afecte a la supervivencia de levaduras no pudiendo

realizar la fermentacin en tal medio (las altas concentraciones de azcar frenan los

procesos osmticos de las membranas de las clulas). Aunque hay distintos tipos de

levaduras con diferentes tolerancias a las concentraciones de azcares y de etanol, el

lmite suele estar en torno a los o de alcohol para las levaduras del vino, por ejemplo.

Los azcares empleados en la fermentacin suelen ser: dextrosa, maltosa, sacarosa y

lactosa (azcar de la leche). Los microorganismos 'atacan' especficamente a cada una de

los hidratos de carbono, siendo la maltosa la ms afectada por las levaduras. Otros

factores como el nmero de levaduras (contadas en el laboratorio, o la industria, a veces

mediante cmaras de Neubauer).

Algunos enzimas participan en la fermentacin, como puede ser la diastasa o la invertasa.

Aunque la nica responsable de convertir los hidratos de carbono en etanol y dixido de

carbono es la zimasa. La zimasa es la responsable final de dirigir la reaccin bioqumica

que convierte la glucosa en etanol. La idea de que una sustancia albuminoide especfica

desarrollada en la clula de la levadura llega a producir la fermentacin fue ya expuesta

en el ao 1858 por Moritz Traube como la teora enzimtica o fermentativa y, ms tarde,

ha sido defendida por Felix Hoppe-Seyler hasta llegar al descubrimiento de Eduard

Buchner que lleg a hacer la fermentacin sin la intervencin de clulas y hongos de

levadura.

D. Glucolisis

La gluclisis es la primera etapa de la fermentacin, lo mismo que en la respiracin

celular, y al igual que sta necesita de enzimas para su completo funcionamiento

9



Es una de las rutas ms importante por su frecuencia en los seres vivos. El metabolismo

de la glucosa comienza con la gluclisis, (ciclo de Embden Meyerhof) acoplada a la ruta

de las pentosas. Durante la gluclisis una molcula de glucosa rinde dos molculas de

cido pirvico, es decir una molcula de seis tomos de carbono se escinde en dos de

tres.

Se puede estructurar en 2 etapas:

1. Pasar de Glucosa a Fructosa-1,6-difosfato. Es una fase de alteracin

qumica para dejar la molcula til para la clula.

2. Pasar de Fructosa-1,6-difosfato a dihidroxiacetona y gliceraldehido.

La primera fase Primera fase de la gluclisis

1. La glucosa se fosforila en el alcohol por la hexoquinasa. La hexoquinasa une el

fosfato del ATP mediante un enlace fosfoster y la transforma en Glucosa-6-

fosfato. La Glucosa-6-P est preparada para los procesos que continan en la

gluclisis. La fosforilacin transforma 1 molcula neutra en una molcula cargada

negativamente. Hace que ahora, laglucosa-6-P no pueda volver a salir por la

membrana debido a su carga negativa.

2. A la clula no le gusta la forma aldosa y hace la forma cetosa (Fructosa-6-P). Es

realizado por la fosfoglucosa isomerasa.

3. Implica la adquisicin de un segundo fosfato que va a parar al C1 y forma la

fructosa-1,6-bisfosfato. Lo realiza la fosfofructoquinasa-1 (PFK-1). La fructosa-

1,6-bisfosfato es completamente simtrica. La PFK-1 es un enzima clave en la

gluclisis.

4. La fructosa-1,6-bisfosfato se parte por la mitad y da dos molculas

(dihidroxiacetona fosfato (DHAP) y gliceraldehido-3-fosfato (G3P)). La

gluclisis se da a partir del gliceraldehido-3-P. El equilibrio est desplazado hacia

la dihidroxiacetona-fosfato. Slo un 5% es Gliceraldehido-3-P. La desaparicin

continua de G3P transforma la DHAP en G3P. Todo acaba siendo G3P.

Segunda fase de la gluclisis

A partir del G3P comienzan las transformaciones que dan lugar a Piruvato (Pyr)

(reacciones de oxidacin).

10



1. La primera reaccin es que el enzima Gliceraldehido-3-Fosfatodeshidrogenasa

oxida el grupo aldehdo a cido (gasta un NAD, que se reduce a NADH). Produce

un enzima que escapaz de incorporar un fosfato al cido carboxlico

correspondiente. Se forma un ster. La fosforilacin a nivel de sustrato se consigue

porque hay ATP con un fosfato ya activado.

2. El 1,3-Bisfosfoglicerato cede 1 fosfato para sintetizar ATP. La reaccin la cataliza

la fosfoglicerato quinasa. El producto de la sntesis de ATP es el 3-fosfoglicerato.

Sufre transformaciones que dan lugar a la sntesis de Piruvato. El P3 debe pasar a

la posicin 2.Se consigue mediante el enzima fosfogliceromutasa. La mutasa tiene

un fosfato activo, que se lo da a la posicin 2. En un momento hay dos fosfatos,

pero luego, se lo quita de la posicin 3. Todas las mutasas funcionan as. Se hace

para liberar el OH en la posicin 3.

3. Se produce la deshidratacin del OH. Se transforma el alcohol en enol, por la

enolasa. Es parecido a Piruvato, pero con enol y un fosfato. Se llama fosfoenol

piruvato (PEP). Es una molcula muy inestable que se transforma en Piruvato por

la Piruvato quinasa y se acopla la energa que se desprende para sintetizar ATP.

ANLISIS ESTEQUIOMTRICO DE LA GLUCLISIS

La gluclisis es una va que transforma la glucosa en Piruvato y, a su vez, reduce 2

NAD+ del citosol a NADH y usa 2 Adp para formar 2 ATP.

La clula en cuanto puede, transforma otros monosacridos a molculas que estn en

la va de la gluclisis.

Glucosa + 2Pi + 2 ADP + 2 NAD+ 2 Pyr + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+ + 2 H2O

11



Figura 2. Diagrama de la glucolisis

Limitaciones del Proceso

La determinacin de los factores que limitan la gliclisis fermentativa del etanol son

complejos debido a la interrelacin existente y a la naturaleza de los parmetros

intervinientes durante el proceso de fermentacin. Algunos de ellos se deben tener en

cuenta en la fermentacin alcohlica industrial. En las limitaciones que surgen durante el

proceso se pueden enumerar algunos de los ms importantes como son:

Concentracin de etanol resultante. Una de las principales limitaciones del

proceso, es la resistencia de las levaduras a las concentraciones de etanol (alcohol)

que se llegan a producir durante la fermentacin, algunos microorganismos como

el Saccharomyces cerevisiae pueden llegar a soportar hasta el 20% de

concentracin en volumen. En ingeniera bioqumica estos crecimientos se

definen con las ecuaciones de crecimiento celular dadas por las ecuaciones de

Tessier, Moser y de la ecuacin de Monod.

Acidez del substrato. El pH es un factor limitante en el proceso de la fermentacin

ya que las levaduras se encuentran afectadas claramente por el ambiente, bien sea

alcalino o cido. Por regla general el funcionamiento de las levaduras est en un

12



rango que va aproximadamente desde 3.5 a 5.5 pH. Los procesos industriales

procuran mantener los niveles ptimos de acidez durante la fermentacin

usualmente mediante el empleo de disoluciones tampn. Los cidos de algunas

frutas (cido tartrico, mlico) limitan a veces este proceso.

Concentracin de azcares. La concentracin excesiva de hidratos de carbono en

forma de monosacridos y disacridos puede frenar la actividad bacteriana. De la

misma forma la baja concentracin puede frenar el proceso. Las concentraciones

lmite dependen del tipo de azcar as como de la levadura responsable de la

fermentacin. Las concentraciones de azcares afectan a los procesos de osmosis

dentro de la membrana celular.

Contacto con el aire. Una intervencin de oxgeno (por mnima que sea) en el

proceso lo detiene por completo (es el denominado Efecto Pasteur). Esta es la

razn por la que los recipientes fermentadores se cierren hermticamente.

La temperatura. El proceso de fermentacin es exotrmico, y las levaduras tienen

un rgimen de funcionamiento en unos rangos de temperatura ptimos, se debe

entender adems que las levaduras son seres mesfilos. Si se expone cualquier

levadura a una temperatura cercana o superior a 55 C por un tiempo de 5 minutos

se produce su muerte. La mayora cumple su misin a temperaturas de 30 C.

Ritmo de crecimiento de las cepas - Durante la fermentacin las cepas crecen en

nmero debido a las condiciones favorables que se presentan en el medio, esto

hace que se incremente la concentracin de levaduras.

E. CICLO DE KREBS.

El ciclo de Krebs se desarrolla en las mitocondrias. El cido pirvico formado durante la

gluclisis se convierte en acetil CoA, el cual a travs del ciclo de krebs se transforma en

anhdrido carbnico. El paso de cido pirvico a acetil CoA tiene lugar en la matriz

mitocondrial y es catalizado por la piruvato deshidrogenasa. El acetil CoA ahora entra en

el ciclo de krebs unindose al cido oxalactico para formar el cido ctrico, por medio

de una isomerasa se transforma en isoctrico, el cual por medio de una descarboxilasa da

lugar al alfa-cetoglutrico, este paso supone la liberacin de anhdrido carbnico y

NADH.

13



Figura 3. Diagrama del ciclo de krebs

El proceso comienza con la oxidacin del piruvato, produciendo un acetil-CoA y un CO2.

El acetil-CoA reacciona con una molcula de oxalacetato (4 carbonos) para formar citrato

(6 carbonos), mediante una reaccin de condensacin.

A travs de una serie de reacciones el citrato se convierte de nuevo en oxalacetato. El

ciclo consume netamente 1 acetil-CoA y produce 2 CO2. Tambin consume 2 NAD+ y 1

FAD, produciendo 3 NADH y 3 H+ y 1 FADH+.

El resultado de un ciclo es (por cada molcula de piruvato): 1 GTP, 3 NADH, 1 FADH2,

2CO2

Cada molcula de glucosa produce (va gluclisis) dos molculas de piruvato, que a su

vez producen dos acetil-CoA, por lo que por cada molcula de glucosa en el ciclo de

Krebs se produce: 2 GTP, 6 NADH, 2 FADH2, 4CO2.

Por cada molcula de acetil CoA se forman dos molculas de anhdrido carbnico, una

GTP, tres NADH y un FADH2, el ciclo necesita la incorporacin de dos molculas de

agua.

14



En el ciclo de krebs se encuentran acopladas las lanzaderas, las cuales intervienen en

diferentes procesos anablicos. De esta forma a partir del ciclo de krebs pueden formarse

aminocidos, cidos grasos incluso glucosa (gluconeognesis).

Figura 4.Reacciones del ciclo de krebs

F. RESPIRACIN:

La reaccin qumica global de la respiracin es la siguiente:

C6 H12 O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + energa (ATP)

En este punto la clula ha ganado solo 4 ATP, 2 en la gluclisis y dos en el ciclo de Krebs,

sin embargo ha capturado electrones energticos en 10 NADH2 y 2 FADH2. Estos

transportadores depositan sus electrones en el sistema de transporte de electrones

localizado en la membrana interna de la mitocondria.

15



La cadena respiratoria est formada por una serie de transportadores de electrones

situados en la cara interna de las crestas mitocondriales y que son capaces de transferir

los electrones procedentes de la oxidacin del sustrato hasta el oxgeno molecular, que se

reducir formndose agua.

Como resultado de esta transferencia de electrones, los transportadores se oxidan y se

reducen alternativamente, liberndose una energa que en algunos casos es suficiente para

fosforilar el ADP y formar una molcula de ATP. Se trata de la fosforilacin oxidativa

que permite ir almacenando en enlaces ricos en energa la energa contenida en las

molculasNADH2, FADH2, NADPH2, que se liberan en la gluclisis y en el ciclo de

Krebs y que ser ms tarde fcilmente utilizada. Toda cadena respiratoria que comience

por el NAD conduce a la formacin de 3 ATP mientras que si comienza por el FAD

produce slo 2ATP. El rendimiento energtico del NADP es similar al del NAD, as como

el del GTP loes al del ATP.

IV. MATERIALES Y MTODOS

A. Materiales e instrumentos

Materiales

Levadura instantnea (Microorganismo: Saccharomyces cerevisiae)

Agua destilada

Matraces 250 ml.

Algodn

Azcar

Equipos

Brixmetro

Balanza analtica Sartorius

B. Metodologa

Pesar los matraces, para sacar clculos posteriores.

Preparar dos soluciones de sacarosa al 10% y 20 %

16



Luego de esto verter en las soluciones 0.3% de levadura, diluirla en la solucin y

tapar con algodn la boca de los matraces,

Tomar peso y Brix en el tiempo 0, luego tomar peso cada 24 horas, luego de siete

pesadas tomar peso y Brix para los clculos.

Encontrar la prdida de peso y cantidad de glucosa consumida (Brix).

Determinar el rendimiento real (g etanol/g sacarosa).

Calcular el rendimiento terico y experimental de la levadura.

Calcular finalmente la eficiencia de las levaduras.

V. RESULTADOS Y DISCUSIONES

Tabla 1. Datos preliminares de la Solucin de Sacarosa a 10Brix

Solucin al 10% de Sacarosa

Tiempo Brix Peso (g) pH

0 9.5 810.24 7.28

1 - 797.54 3.59

2 - 782.24 3.54

3 - 759.42 3.44

4 - 751.23 3.47

5 - 747.35 3.46

6 1 745.06 3.45

Segn Casas (1999), si las soluciones de sacarosa donde se va a realizar la fermentacin

estn muy concentradas, las levaduras expuestas en ellas no fermentarn, por lo que se

tendra que bajar la concentracin de slidos de la sacarosa y glucosa. En nuestra prctica

esto se puede observar que nosotros trabajamos con concentracin del 10 y 20% de

sacarosa y glucosa y no ha concentraciones mayores ya que las levaduras no fermentaran

a ms de 30% de concentracin.

La fermentacin est influenciada por varios factores como la temperatura, pH,

concentracin de azcares y otras variables que influyen en el crecimiento de los

microorganismos (Gmez, et al 2007).

17



La temperatura ptima para la formacin de alcohol se estima en el rango de 32 C a 35

C (Navarro et al, 1986). Es por este motivo que nosotros en nuestra prctica hemos

controlado el pH y el Brix.

Tabla 2. Resultados de la Solucin de Sacarosa a 10Brix

Solucin de Sacarosa al 10%

CO2 producido m+n 65.1800 g

Sacarosa Hidrolizada 69.5222 g

Glucosa Producida X+Y 73.1813 g

Respiracin X 30.0709 g

m 44.1040 g

Fermentacin Y 43.1105 g

n 21.0760 g

Etanol ( C2H5OH) 22.0340 g

Rendimiento Terico

(g C2H5OH /gC12H22O11)

52.6316

Rendimiento Experimental


31.6935

Eficiencia (n) 60.2176

Segn Jeffries (2005), a nivel industrial el contenido de alcohol producido por las

levaduras debe estar entre 51% en peso y rendimiento de alcohol en la fermentacin debe

ser aproximadamente de 7%. En la Tabla 2, vemos que obtuvimos una eficiencia de

60.22% a 10 Brix, por lo que vemos que no coincide con lo expuesto por el autor, por lo

que podemos decir que puede deberse al tipo de levadura que utilizamos.

18



Tabla 3. Datos preliminares de la Solucin de Sacarosa a 20Brix

Solucin al 10% de Sacarosa

Tiempo Brix Peso (g) pH

0 19 752.53 7.09

1 - 738.52 3.60

2 - 722.49 3.49

3 - 689.90 3.30

4 - 679.57 3.28

5 - 676.02 3.26

6 3 675.24 3.24

De acuerdo con Caon, et al (1988); las levaduras llevan a cabo la respiracin anaerbica

en presencia de oxgeno y respiracin anaerobia en ausencia de oxgeno, en dicha

fermentacin se produce bixido de carbono y alcohol etlico, a la vez estas levaduras

para metabolizarlas se usarn varias soluciones de carbohidrato para metabolizarlas. En

nuestra prctica en las tablas 1 y 3 nos demuestran que los comportamientos de la

fermentacin son comunes en donde la cantidad de azcar es representada por los Brix,

los cuales vemos que van disminuyendo durante el tiempo de fermentacin (96 horas),

por lo que la levadura necesitar un sustrato para que pueda producir su alcohol y CO2

(carbohidratos).

19



Tabla 4. Resultados de la Solucin de Sacarosa a 20Brix

Solucin de Sacarosa al 10%

CO2 producido m+n 77.2900 g

Sacarosa Hidrolizada 122.7235 g

Glucosa Producida X+Y 129.1826 g

Respiracin X 16.2766 g

m 23.8723 g

Fermentacin Y 112.9060 g

n 55.1985 g

Etanol ( C2H5OH) 57.7075 g

Rendimiento Terico


52.6316



47.0224

Eficiencia (n) 89.3425

Segn Gooding (1997), un incremento en la concentracin de etanol supone un obstculo

a medida que pase la fermentacin lo cual ser un obstculo para el crecimiento y

desarrollo microbiano por los efectos negativos, disminuyendo su calidad y selectividad,

por lo que las levaduras en un medio con alta concentracin alcohlica pierden

propiedades funcionales y no pueden retener cofactores y coenzimas con alta

concentracin alcohlica. En la prctica en la obtencin del etanol se realiz en 2

concentraciones de sustrato del 10 y 20% de sacarosa en lo cual en las Tablas 2, 4 y se

presentan los datos obtenidos de la produccin del etanol encontrados resultando que la

produccin de etanol mayor es en el caso de Sacarosa al 20% con un valor de 57.7075.

Por lo que podemos decir que a un mayor contenido de sustratos va a implicar una mayor

produccin de etanol como en el caso de la sacarosa al 20% lo cual se dio en este caso.

Segn Navarro (1986), la Sacchormyces cerevisae para producir etanol de sustrato del 10

y 20 % de sacarosa donde la produccin mxima de etanol es de 1.496 g/L y 1.45 g/L,

las cuales fueron obtenidas en 24 horas de fermentacin , por lo que su rendimiento fue

de 0.26 y 0.40 de etanol producido por cada gramo de substrato consumido. Estos

20



resultados comparndolos con lo de nuestra prctica vemos que son bajos, un indicador

de rendimiento de la produccin de etanol, es aquel referido al rendimiento terico (0,52

g etanol/g sacarosa consumida) para nuestro caso estos son 31 y 47% aproximadamente,

donde la mayor eficiencia lo presentan las muestras que tienen como sustrato a la sacarosa

en concentracin del 20% con un valor de 47.0224%.

Tabla 5. Comparacin de los valores encontrados en la respiracin y Fermentacin

Valores Solucin 10Brix Solucin 20Brix

C6H12O6 consumida

en la fermentacin 43.1105 112.906

C6H12O6 consumida

en la respiracin 30.0709 16.2766

CO2 producido durante

la Fermentacin 21.076 55.1985

CO2 producido durante

la Respiracin 44.104 23.8723

En la Tabla 5, se indican los resultados de la glucosa consumida durante la fermentacin

y respiracin, el CO2 tambin para ambos casos. Podemos darnos cuenta que para la

solucin al 20% existe un mayor consumo de glucosa y una menor produccin de CO2

con respecto a la solucin del 10%, este resultado indica que en la solucin al 20% un

mayor porcentaje de la glucosa se degrado por la va fermentativa y en menor porcentaje

por la respiracin aerobia en comparacin a la otra solucin. Esta aclaracin se justifica

en que por cada 180g de glucosa consumida por fermentacin se generan 88g de CO2

mientras que por respiracin se producen 264g de CO2 (Surez & igo , 2004).

Tabla 6. Rendimiento y Eficiencia de la capacidad fermentativa de la levadura

Variable Solucin 10Brix Solucin 20Brix

g Alcohol formado 22.034 57.708

Rendimiento (E) 0.3169 0.4702

Rendimiento (T) 0.5263 0.5263

Eficiencia 60.22 89.34

21



La levadura Saccharomyces cerevisiae permite una conversin aproximada del 85% al

cabo de 32 horas y del 90% al cabo de 75 horas en la produccin de etanol. Sin embargo

en la prctica obtuvimos una eficiencia de 60.22% para la muestra de 10Bx iniciales y

89.34% para la muestra de 18Bx, esto se debe a muchos factores que limitan el proceso.

La temperatura de fermentacin se encuentra entre 10 y 35 C, en este intervalo la

velocidad se duplica por toda elevacin de temperatura de alrededor de 10C, para caer

espectacularmente por encima de 35C. Estos aumentos d temperatura favorecen la

presencia de azcares residuales y de un rendimiento de alcohol menor (Blouin &

Peynaud, 2003).

Otro factor que acondiciona el rendimiento es la concentracin de azcares ya que una

excesiva concentracin de hidratos de carbono en forma de monosacridos y disacridos

puede frenar la actividad bacteriana. De la misma forma la baja concentracin puede

frenar el proceso (Surez & igo, 2004).

De acuerdo con Leveaux & Bouix, 2000 una intervencin de oxgeno (por mnima que

sea) en el proceso lo detiene por completo (es el denominado Efecto Pasteur). Esta es la

razn por la que los recipientes fermentadores se cierren hermticamente.

VI. CONCLUSIONES

Se determin la glucosa consumida para ambas soluciones, siendo para la solucin

al 10% de sacarosa un consumo de 73.1814 g de los cuales 43.1105 g fueron

consumidos por el proceso de fermentacin y 30.071g por respiracin. Para la

solucin al 20% de sacarosa el consumo de glucosa fue de 129.1826 g, siendo

consumidos 112.906 g por el proceso de fermentacin y 16.277g por respiracin

aerobia.

Se determin adems el CO2 producido en ambas soluciones obtenindose para la

solucin al 10% una produccin de 65.18 g de CO2 del cual le corresponde 21.076 g

por el proceso de fermentacin y 44.104 g por respiracin. Para la solucin al 20%

el CO2 producido fue de 79.071 g siendo la produccin de CO2 de 55.20 g por el

proceso de fermentacin y 23.87g por respiracin.

22



Tambin se determin la cantidad de alcohol producido para ambas soluciones siendo los

valores de 22.034g en la solucin al 10% con un rendimiento experimental de 0.3169g

OH/g Sacarosa y 57.708g en la solucin al 20% de sacarosa con un rendimiento

experimental de 0.4702g OH/g Sacarosa. La eficiencia de las levaduras fueron de 60.22%

en la solucin al 10% de sacarosa y 89.34% en la solucin al 20%.

VII. RECOMENDACIONES

Tapar bien los balones para que se d la fermentacin en ausencia de oxgeno sino

se producir menos alcohol y esto influir en el rendimiento.

Es recomendable realizar un estudio para optimizar la produccin de etanol,

modificando las condiciones de fermentacin, mediante adicin del sustrato a

diferentes concentraciones, suplementos nutricionales y reciclado de clulas y

utilizacin de diferentes cepas que sean tolerantes al etanol.

La fermentacin alcohlica aparte de ser un proceso relativamente barato para la

obtencin de alcohol, es poco susceptible a contaminacin y posee altos

rendimientos. Es por ello que se recomienda buscar un sustrato ms barato

proveniente de algn desecho o residuo para evitar gastar mucho en sacarosa.

VIII. REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS

Blouin, J., & Peynaud, B. (2003). Enologa prctica: conocimiento y elaboracin del

vino. Madrid: Mundi-Prensa Libros.

CAN, G., ALDANA, O (1988). Estudio de la fermentacin alcohlica por cochada

empleando reactores de lecho fijo. Proyecto de grado para optar por el ttulo de

Ingeniero Qumico, Universidad Nacional de Colombia, Bogot.

CASAS, E. (1999). Microorganismos responsables de alteraciones en alimentos

altamente azucarados. Universidad Complutense de Madrid. Tesis Doctoral. Facultad

de Ciencias Biolgicas, Departamento de Microbiologa. Madrid, Espaa.

23



Gmez, S. et at; 2007. Capacidad fermentativa de cepas de Saccharomyces

Cerevisiaenativas de la regin productora de mezcal de Durango. XII Congreso Naci

onal deBiotecnologa y Bioingeniera. Mxico. Navarro, A. et al; 1986. Produccin de

etanol por fermentacin con alta concentracin levaduras. Revista Argentina de

Microbiologa 18 (1): 7-11

GOODING, N. (1997). Balance de materia. Quinta edicin, Universidad Nacional de

Colombia, Bogot.

JEFFRIES, T. (2005). Ethanol fermentation on the move. Nat biothec., vol. 23, n1.

Leveaux, J., & Bouix, M. (2000). Microbiologa Industrial. Zaragoza: Editorial

Acribia.

NAVARRO, A. (1986). Produccin de etanol por fermentacin con alta concentracin

de levaduras. Revista Argentina de Microbiologa 18 (1): 7-11.

Surez, J., & igo, B. (2004). Microbiologa Enolgica: fundamentos de vinificacin.

Madrid: Ediciones Mundi-Prensa.

24



ANEXOS

ANEXO 1.

A. Clculos para para la solucin de Sacarosa a 10Brix

Clculo del peso de CO2

CO2 producido = 810.24 745.06 =65.18 g CO2

Clculo del peso de sacarosa consumida

= (9.5(810.24) 1(745.06))/100 = 69.5222

Clculo del peso de glucosa consumida

= 69.5222 360

342 = 73.1813

Respiracin

+ +

73.1813 264 2

180 = 107.3325 2

Fermentacin

+

73.1813 88 2

180 = 35.7775 2

73.1813 92 25

180 = 37.4038 25

180g 192g 264g 108g

88g 92g 180g

25



Clculo del porcentaje de glucosa que va a la respiracin

107.3325 2 () + 35.77752 (1 ) = 65.18 2

= 0.4109

m=44.104 ; n=21.076

Respiracin

= 73.1813 0.4109 = .

Fermentacin

= 73.1813 0.5891 = .

43.11 92 25

180 = .


=22.034 25

69.5222 =

.

Eficiencia

=

=

0.3169 25

0.5263 25

100 = . %

26



ANEXO 2.

Figura 1. Materiales biolgicos utilizados

Figura 2. Materiales biolgicos

utilizados

Figura 3. Soluciones de sacarosa de

10 y 20 Brix

capacidad fermentativa de levadura.pdf

Documents