UNIVERSIAD TECNICA DE AMBATO FACULTAD DE CIENCIAS E NGENIERIA EN ALIMENTOS CARRERA EN INGENIERIA BIOQUIMICA LABORATORIO DE NTIC´S
TEMA:
Fermentación láctica
El desarrollo histórico de la fermentación data de unos 8000 años, y es conocidas de todos la historia de Noé, quien se "paloteaba" con el sumo de uvas. Desde tiempos inmemoriales, los microorganismos mejoraron y echaron a perder los alimentos y bebidas destinadas al consumo humano, mucho antes de que se reconociera su existencia. Andando el tiempo, y sin saber todavía que sucedía a nivel biológico, la gente aprendió a fermentar y explotar la acción fermentativa de los microorganismos, en la fabricación de alimentos tales como el queso y la cerveza. Develada ya en lo esencial la actividad microbiana, los alimentos y bebidas fermentadas constituyen hoy en día, un sector muy extenso e importante de la industria alimenticia. Con el desarrollo de las técnicas de ingeniería genética, es de esperar que se produzcan grandes avances en la calidad y exactitud de la producción microbiológica de alimentos y bebidas. Cuando pensamos en los microorganismos, los consideramos como seres causantes no sólo de enfermedades, sino capaces de deteriorar y alterar nuestros alimentos; los vemos como nuestros enemigos, sin detenernos a pensar, que ellos, como seres vivos, también necesitan alimentos para llevar a cabo sus funciones vitales. La fermentación láctica es una ruta metabólica anaeróbica que ocurre en el citosol de las célula, en la cual se oxida parcialmente la glucosa para obtener energía y donde el producto de desecho es el ácido láctico. Este proceso lo realizan muchas bacterias (llamadas bacterias lácticas), hongos, algunos protozoos y muchos tejidos animales; en efecto, la fermentación láctica también se verifica en el tejido muscular cuando, a causa de una intensa actividad motora, no se produce una aportación adecuada de oxígeno que permita el desarrollo de la respiración aeróbica. Cuando el ácido láctico se acumula en las
células musculares produce síntomas asociados con la fatiga muscular. Algunas células, como los eritrocitos, carecen de mitocondrias de manera que se ven obligadas a obtener energía por medio de la fermentación láctica; por el contrario, el parénquima muere rápidamente ya que no fermenta, y su única fuente de energía es la respiración aeróbica. La fermentación ácido láctica es aquella que se lleva a cabo por las bacterias ácido láctica cuya actividad se desarrolla en ausencia de oxígeno (anaerobiosis), y se manifiesta en la transformación de los azúcares presentes en el vegetal, en ácido láctico, etanol y dióxido de carbono. El ácido láctico es un compuesto incoloro compuestos de fórmula CH3CHOHCOOH. Se da bajo formas ópticamente activas, dextrógira y levógira, frecuentemente denominadas ácido D – Láctico y ácido L – Láctico. En su estado natural es una mezcla ópticamente inactiva compuesta por partes iguales de ambas formas D y L, conocida como mezcla racémica. El ácido láctico es un líquido viscoso y no volátil, su masa molecular es de 90,08.
Proceso
En condiciones de ausencia de oxígeno (anaerobias), la fermentación responde a la necesidad de la célula de generar la molécula de NAD+, que ha sido consumida en el proceso energético de la glucólisis. En la glucólisis la célula transforma y oxida la glucosa en un compuesto de tres átomos de carbono, el ácido pirúvico, obteniendo dos moléculas de ATP; sin embargo, en este proceso se emplean dos moléculas de NAD+ que actúan como aceptores de electrones y se reducen a NADH. Para que puedan tener lugar las reacciones de la glucólisis productoras de energía es necesario reoxidar el NADH; esto se consigue mediante la cesión de dos electrones del NADH al ácido pirúvico, que se reduce a ácido láctico.
Aplicaciones Un ejemplo de este tipo de fermentación es la acidificación de la leche. Ciertas bacterias (Lactobacillus, Streptococcus), al desarrollarse en la leche utilizan la lactosa (azúcar de leche) como fuente de energía. La lactosa, al fermentar, produce energía que es aprovechada por las bacterias y el ácido láctico es eliminado. La coagulación de la leche (cuajada) resulta de la precipitación de las proteínas de la leche, y ocurre por el descenso de pH debido a la presencia de ácido láctico. Este proceso es la base para la obtención del yogur. El ácido láctico, dado que otorga acidez al medio, tiene excelentes propiedades conservantes de los alimentos.
Factores a Controlar en la Fermentación Ácido Láctica: La temperatura, la concentración de sal común, y la exclusión del aire son los principales factores que influencian el curso de la fermentación.
Temperatura: Crea las condiciones óptimas para el desarrollo de microorganismos responsables. Ejerce una influencia fundamental en la calidad de la col fermentada, y de ella depende además la duración de la fermentación. La temperatura más favorable para el desarrollo de Lactobacilos que intervienen en la fermentación de la col viene a ser 30 ºC. A esta temperatura se garantiza sobre todo una rápida propagación de la acidez y con esto una reducción del tiempo de fermentación, por desgracia a esta ventaja se une un inconveniente. El producto así preparado tienen mal aroma, ya que las bacterias lácticas hetero fermentativas no se multiplican suficientemente. La temperatura alta favorece el ablandamiento de las verduras por proceso autoliticoenzimáticos y la aparición de sustancias mucilaginosas, y se acelera la destrucción del ácido ascórbico que tienen gran valor y las coles fermentadas presentan peor color. Para evitar estas pérdidas de calidad, es práctica corriente mantener la temperatura de fermentación entre 10 y 20 ºC. Concentración de sal común El NaCl (Cloruro de sodio o sal de cocina), es la única sal utilizada en la fermentación, debido a que otras sales pueden ser tóxicas o amargas y comunicarles condiciones peligrosas e indeseables al producto.
La cantidad de sal añadida puede ser alta o baja, y depende del tiempo de vegetal; zanahoria, cebolla, coliflor y otras, que no se marchitan cuando se colocan en la salmuera son conservadas en salmuera fuerte (10,5 al 15% de sal). A estas concentraciones de sal no ocurre ningún deterioro por microorganismos, ni tampoco ocurre fermentación láctica, porque la preservación se debe fundamentalmente al alto contenido de sal.
Ventajas de la fermentación láctica:
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Se tolera mejor ya que contiene menos lactosa
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Su acidez impide el desarrollo de gérmenes patógenos
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Ayuda a regenerar la flora intestinal, ya que posee bacterias beneficiosas y ácido láctico (la lactosa se transforma en parte en este ácido). Interesante por lo tanto en casos de trastornos digestivos, especialmente diarrea por gastroenteritis o colitis.
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La proteína caseína (tan perjudicial en la leche) está coagulada por acción del ácido láctico y predigerida por las bacterias.
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Aumenta las defensas y combate las infecciones intestinales.
La fermentación láctica es causada por algunos hongos y bacterias. El ácido láctico más importante que producen las bacterias es el lactobacillus. Otras bacterias que produce el ácido láctico son: Leuconostoc mesenteroides, Pediococcus cerevisiae, Estreptococo lactis y Bifidobacterium bifidus.
La fermentación láctica es usada en todo el mundo para producir variedad de comidas: • • • • • •
Mundo Occidental: yogur, panes de pan fermentado, chucrut, encurtidos de pepino y aceitunas. Medio Oriente: verduras en ecabeche Corea: kimchi (mezcla fermentada de col china, rábanos, rojo Pimienta, ajo y jengibre) Rusia: kéfir Egipto: rayab de laban y zeer de laban (leche fermentada), kishk (mezcla de leche fermentada y cereal) Nigeria: gari (mandioca ó yuca fermentada)
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Sudáfrica: magou (avena de maíz fermentada) Tailandia: nham (cerdo fresco fermentado) Filipinas: balao de balao (mezcla de langostino y arroz fermentado)
La presencia del ácido láctico, producido durante la fermentación láctica es responsable del sabor amargo, y de mejorar la estabilidad y seguridad microbiológica del alimento. Este ácido láctico fermentado es responsable del sabor amargo de productos lácteos como el queso, yogurt y el kefir. El ácido láctico fermentado también da el sabor amargo para fermentar vegetales, tales como los tradicionales pikles, y sauerkraut. El azúcar en las coles son convertidas en ácido láctico y usado como preservante.
Efectos beneficiosos
Mediante la fermentación, algunas sustancias indeseables (como el ácido fítico, presente en la cubierta del grano de cereales y leguminosas, que puede impedir la absorción de calcio, hierro y cinc) quedan destruidas. Con la fermentación, las proteínas realizan una predigestión, por lo que mejora su asimilación por parte de nuestro organismo. Ya más en concreto, el yogur se digiere mejor que la leche, la col fermentada o choucroute mejor que la col fresca y el tamarí (salsa de soja fermentada) mejor que la soja en granos. Con este proceso, el alimento se enriquece en vitaminas, especialmente en las del grupo B y C. Por ejemplo, los quesos azules (muy fermentados) son más ricos en vitaminas del grupo B que otros quesos, y las salsas de soja fermentada y el tempeh (semillas de soja a las que se añade un hongo) constituyen una fuente de vitamina B12 para quienes se abstienen de ingerir alimentos de origen animal. Además, según diversos estudios, la presencia de bacterias lácticas y de enzimas de fermentación, ayuda a restablecer el equilibrio de la flora intestinal, lo que resulta
beneficioso para el organismo, especialmente en personas con problemas de hinchazón abdominal, meteorismo, estreñimiento y diarrea. Ahora bien, quienes padecen de acidez de estómago no deben incluir con frecuencia estos alimentos en su dieta ya que pueden causarles molestias.
Los lactobacillus, son bacterias que utilizan la fermentación láctica para obtener energía; estos organismos transforman la lactosa de la leche en glucosa y posteriormente en ácido láctico. Este proceso tiene importancia industrial ya que se utiliza en la fabricación de yogurt. El ácido láctico también lo podemos producir en nuestro cuerpo. Un ejemplo es la acumulación de ácido láctico en tejidos humanos, lo podemos apreciar después de un ejercicio intenso, el ácido láctico se acumula en las células musculares provocando dolor, el cual va desapareciendo poco a poco, conforme el ácido láctico pasa a la circulación sanguínea y llega al hígado donde se transforma nuevamente en ácido pirúvico. Fermentación láctica se llama al proceso celular donde se utiliza glucosa para obtener energía y donde el producto de desecho es el ácido láctico. Este proceso lo realizan muchas bacterias (llamadas bacterias lácticas), algunos protozoos y ocurre en los tejidos animales, en ciertos protozoarios, hongos y bacterias. Un ejemplo de este tipo de fermentación es la acidificación de la leche . Ciertas bacterias (lactobacilos), al desarrollarse utilizan la lactosa (azúcar de leche) como fuente de energía. La lactosa, al fermentar, produce energía que es aprovechada por las bacterias y el ácido láctico es
eliminado. La coagulación de la leche (cuajada) resulta de la precipitación de las proteínas de la leche, y ocurre por el descenso de pH debido a la presencia de ácido láctico. En ausencia de oxígeno, las células animales convierten el ácido pirúvico en ácido láctico. El ácido láctico puede ser un veneno celular. Cuando se acumula en las células musculares produce síntomas asociados con la fatiga muscular. El ácido láctico tiene excelentes propiedades conservantes de los alimentos.
El ácido láctico se produce mediante la fermentación láctica. En condiciones de ausencia de oxígeno (anaerobias), la fermentación responde a la necesidad de la célula de generar la molécula de NAD+, que ha sido consumida en el proceso energético de la glucólisis. En la glucólisis la célula transforma y oxida la glucosa en un compuesto de tres átomos de carbono, el ácido pirúvico, obteniendo dos moléculas de ATP; sin embargo, en este proceso se emplean dos moléculas de NAD+ que actúan como aceptores de electrones y pasan a la forma NADH. Para que puedan tener lugar las reacciones de la glucólisis que producen energía es necesario restablecer el NAD+ por otra reacción. Los dos tipos de fermentación que se ilustran aquí son particularmente importantes ya que, sus subproductos – ácido láctico en el primer caso y etanol en el segundo-, son utilizados en la industria alimentaria.
La fermentación láctica también se verifica en el tejido muscular cuando, a causa de una intensa actividad motora, no se produce una aportación adecuada de oxígeno que permita el desarrollo de la respiración celular Es la más común para fabricar los quesos de pasta blanda, también la más antigua puesto que se lleva a cabo de forma natural por medio de las bacterias lácticas que viven en la leche. Este tipo de bacterias actúan sobre la lactosa ( el azúcar de la leche ) y la degradan a ácido láctico. Estas bacterias se han aislado e identificado y se comercializan como fermentos para cultivo directo Es por esta razón que
cuando una leche está muy contaminada su ph es muy ácido y la leche se presenta en grumos. El ácido láctico se va liberando poco a poco aumentando progresivamente la acidez de la leche y cuando esta alcanza un valor del 4,6 la masa líquida se coagula y precipita. En la quesería la acidez que genera una coagulación efectiva comienza con un ph de 5,2 (55-60 grados Dornic).
La coagulación láctica si se realiza de forma natural es lenta y depende de: • El tiempo y las condiciones de almacenaje, que afectan directamente a las poblaciones bacterianas y por lo tanto a la producción del ácido • El tipo y la cantidad de bacterias que viven en la leche • La temperatura ambiente que aumenta o disminuye la población bacteriana • La presencia de antibióticos o antisépticos que pueden destruir las bacteria
Con lo anteriormente señalado es facilmente compresible el porqué es muy importante en la elaboración de quesos el tiempo transcurrido y el almacenaje de la leche desde el ordeño. La población bacteriana varía mucho de un momento a
otro y por lo tanto es preferible utilizar la leche durante la primera hora despues del ordeño y no mezclar leche de diversa fecha de ordeño, puesto que su composición no es la misma.
La cuajada que se obtiene por medio de la coagulación láctica tiene las siguientes características: • Friable: se rompe con mucha facilidad • permeable: con mucho suero • los grumos no se contraen mucho • muy húmeda Por estos motivos estas cuajadas deben de manipularse con mucho cuidado.
La fermentación láctica es importante porque: • Tiene un papel primordial en el control de las bacterias indeseables que suelen ser las responsables de la hinchazón prematura de los quesos • Es necesaria para un desuerado eficaz • Previene fermentaciones indeseables • Es crucial en para la maduración y desarrollo del sabor • Tiene una influencia definitiva en la textura y cohesión del queso Una adecuada acidificación es una etapa que va influir decisivamente en todas las etapas posteriores de la elaboración del queso de cabra.