¿Qué es la Fermentación en Química?

Fermentación es un proceso utilizado para producir vino, cerveza, yogur y otros productos. Aquí hay un vistazo al proceso químico que ocurre durante la fermentación.

Definición de Fermentación

La fermentación es un proceso metabólico en el que un organismo convierte un carbohidrato, tal como almidón o un azúcar, en un alcohol o un ácido. Por ejemplo, la levadura realiza la fermentación para obtener energía al convertir el azúcar en alcohol. Las bacterias realizan la fermentación, convirtiendo los carbohidratos en ácido láctico. El estudio de la fermentación se llama zimología.

Historia de la Fermentación

El término "fermento" proviene de la palabra latina fervere, que significa "hervir."La fermentación fue descrita por alquimistas de finales del siglo XIV, pero no en el sentido moderno . El proceso químico de la fermentación se convirtió en un tema de investigación científica alrededor del año 1600.

La fermentación es un proceso natural. La gente aplicó la fermentación para hacer productos como vino, hidromiel, queso y cerveza mucho antes de que se entendiera el proceso bioquímico. En las décadas de 1850 y 1860, Louis Pasteur se convirtió en el primer zimurgista o científico para estudiar la fermentación cuando demostró que la fermentación era causada por células vivas. Sin embargo, Pasteur no tuvo éxito en sus intentos de extraer la enzima responsable de la fermentación de las células de levadura. En 1897, el químico alemán Eduard Buechner molió levadura, extrajo líquido de ellos y descubrió que el líquido podía fermentar una solución de azúcar. El experimento de Buechner se considera el comienzo de la ciencia de la bioquímica, lo que le valió el Premio Nobel de Química de 1907.

Ejemplos de Productos Formados por Fermentación

La mayoría de las personas conocen los alimentos y bebidas que son productos de fermentación, pero es posible que no se den cuenta de que muchos productos industriales importantes resultan de la fermentación.

• Cerveza
• Vino
• Yogur
• Queso
• Ciertos alimentos ácidos que contienen ácido láctico, como el chucrut, el kimchi y el pepperoni
• Levadura de pan por levadura
• Tratamiento de aguas residuales
• Parte de la producción industrial de alcohol, como los biocombustibles
• Gas hidrógeno

Fermentación de Etanol

La levadura y ciertas bacterias realizan la fermentación del etanol donde el piruvato (del metabolismo de la glucosa) se descompone en etanol y dióxido de carbono. La ecuación química neta para la producción de etanol a partir de glucosa es:

C₆H₁₂O₆ (glucosa) → 2 C₂H₅OH (etanol) + 2 CO₂ (dióxido de carbono)

La fermentación del etanol ha utilizado la producción de cerveza, vino y pan. Vale la pena señalar que la fermentación en presencia de altos niveles de pectina da como resultado la producción de pequeñas cantidades de metanol,que es tóxico cuando se consume.

Fermentación del Ácido Láctico

Las moléculas de piruvato del metabolismo de la glucosa (glucólisis) pueden fermentarse en ácido láctico. La fermentación del ácido láctico se utiliza para convertir la lactosa en ácido láctico en la producción de yogur. También ocurre en los músculos de los animales cuando el tejido requiere energía a un ritmo más rápido de lo que se puede suministrar oxígeno. La siguiente ecuación para la producción de ácido láctico a partir de glucosa es:

C₆H₁₂O₆ (glucosa) → 2 CH₃CHOHCOOH (ácido láctico)

La producción de ácido láctico a partir de lactosa y agua se puede resumir como:

C₁₂H₂₂O₁₁ (lactosa) + H₂O (agua) → 4 CANALES₃CHOHCOOH (ácido láctico)

Producción de Gas Hidrógeno y Metano

El proceso de fermentación puede producir gas hidrógeno y gas metano.

Las arqueas metanogénicas experimentan una reacción de desproporción en la que un electrón se transfiere de un carbonilo de un grupo ácido carboxílico a un grupo metilo de ácido acético para producir metano y dióxido de carbono gaseoso.

Muchos tipos de fermentación producen gas hidrógeno. El producto puede ser utilizado por el organismo para regenerar NAD⁺ de NADH. El gas hidrógeno puede usarse como sustrato por reductores de sulfato y metanógenos. Los seres humanos experimentan la producción de gas hidrógeno a partir de bacterias intestinales, produciendo flatos.

Datos de Fermentación

• La fermentación es un proceso anaeróbico, lo que significa que no requiere oxígeno para que ocurra. Sin embargo, incluso cuando el oxígeno es abundante, las células de levadura prefieren la fermentación a la respiración aeróbica, siempre que haya disponible un suministro suficiente de azúcar.
• La fermentación se produce en el sistema digestivo de los seres humanos y otros animales.
• En una rara afección médica llamada síndrome de fermentación intestinal o síndrome de autocervecería, la fermentación en el tracto digestivo humano conduce a la intoxicación por la producción de etanol.
• La fermentación se produce en las células musculares humanas. Los músculos pueden gastar ATP más rápido de lo que se puede suministrar oxígeno. En esta situación, el ATP se produce por glucólisis, que no utiliza oxígeno.
• Aunque la fermentación es una vía común, no es el único método utilizado por los organismos para obtener energía anaeróbicamente. Algunos sistemas usan sulfato como aceptor de electrones final en la cadena de transporte de electrones.

Referencias Adicionales

• Hui, Y. H. (2004). Manual de Conservación y Procesamiento de Vegetales. Nueva York: M. Dekker. p. 180. ISBN 0-8247-4301-6.
• Klein, Donald W.; Lansing M.; Harley, John (2006). Microbiología (6ª ed.). Nueva York: McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-255678-0.
• Purves, William K.; Sadava, David E.; Orians, Gordon H.; Heller, H. Craig (2003). La vida, la Ciencia de la Biología (7ª ed.). Sunderland, Massachusetts.: Sinauer Associates. pp.139-140. ISBN 978-0-7167-9856-9.
• Steinkraus, Keith (2018). Manual de Alimentos Fermentados Indígenas (2ª ed.). Prensa CRC. ISBN 9781351442510.