Hay varios tipos de fermentación que varían de muchas maneras, según el equipo, la ciencia y las bacterias involucradas.
En este artículo, explicaremos en detalle los ocho tipos principales de fermentación y su función en diversos sectores. Si buscas integrar la fermentación en tu vida diaria o incorporarla como proceso industrial, esta guía es para ti.
¿Qué es la fermentación?
La fermentación se empleó originalmente hace siglos en la industria alimentaria, principalmente para conservar alimentos y producir bebidas alcohólicas y otras delicias. Es un proceso científico anaeróbico mediante el cual microorganismos como la levadura y las bacterias descomponen sustratos orgánicos como los carbohidratos en compuestos más simples. Esto conduce a la formación de energía en forma de trifosfato de adenosina (ATP).
La ciencia detrás de los tipos de fermentación
Para iniciar la fermentación, es necesario introducir microorganismos, como bacterias o levaduras, en las sustancias.
que contiene azúcar. Los microorganismos se sienten atraídos por el azúcar, por lo que lo digieren y lo descomponen en
producir alcohol, ácidos y dióxido de carbono.
En la producción de vino y cerveza, se introduce levadura en una mezcla de agua y uvas o cereales malteados. En este proceso, la levadura fermenta las uvas o los cereales apareados y produce alcohol y dióxido de carbono. El dióxido de carbono le da a la cerveza y al vino su característica naturaleza burbujeante, similar a la de las bebidas gaseosas.
Entre las principales consideraciones durante la fermentación se encuentran la temperatura y los niveles de oxígeno. Debes controlar
Estos se deben controlar de cerca durante todo el proceso para garantizar la eficiencia. Si la temperatura es demasiado alta o demasiado baja, los microorganismos pueden no realizar sus funciones correctamente. De manera similar, la introducción de una gran cantidad de oxígeno en el proceso obstaculiza su eficacia. Esto se debe a que los organismos pueden concentrarse en consumir todo el oxígeno en lugar de producir los productos finales deseados.
La fermentación completa puede tardar entre unos pocos días y varias semanas. Por lo tanto, hay que tener paciencia y evitar apresurar el proceso.
Tipos de fermentación
El producto final de la fermentación son alimentos y bebidas con un valor nutricional mejorado y un sabor más rico.
con un aroma irresistible. Sin embargo, existen diferentes tipos de fermentación, cada uno con sus propias características, usos y resultados. A continuación, se enumeran los principales tipos de este crucial proceso.
1. Fermentación láctica
Lactic acid fermentation mostly occurs in animals and a variety of bacteria. For instance, have you ever wondered how your body manages to produce enough energy even when you lack enough oxygen during strenuous exercise? It’s through lactic acid fermentation.
Este tipo de fermentación implica la descomposición de la sacarosa, la fructosa y otros azúcares en ácido láctico en ausencia de oxígeno. Si bien el ácido láctico puede causar fatiga muscular después del ejercicio o durante el trabajo duro, también tiene una gran cantidad de beneficios. Por ejemplo, el ácido láctico se utiliza fuera del cuerpo humano en la conservación del yogur y el chucrut. También es un ingrediente importante en la fabricación de productos lácteos fermentados, como el kéfir y varios tipos de queso.
En los microorganismos que realizan este tipo de fermentación, es una forma de producir la energía que necesitan en
su metabolismo. Además, por sintetizando ácido láctico, reducen el pH de su entorno, haciéndolo lo suficientemente ácido para evitar el crecimiento de bacterias competidoras.
La fermentación del ácido láctico es una opción muy popular para uso comercial. Esto puede explicarse por su papel en la producción de bebidas fermentadas y delicias como el kimchi, el pan de masa madre, el chucrut, el yogur y el queso.
2. Fermentación alcohólica
También existe un tipo de fermentación: la fermentación alcohólica. Las levaduras y las bacterias desempeñan un papel crucial en la fermentación. Cuando desintegran los azúcares para liberar dióxido de carbono y etanol, este proceso se conoce como fermentación alcohólica y se lleva a cabo en dos sencillos pasos.
En primer lugar, los microorganismos convierten la glucosa o la fructosa en dos moléculas de piruvato. Luego, las moléculas de piruvato, mediante la acción de la alcohol deshidrogenasa, convierten estas moléculas en etanol y dióxido de carbono.
La fermentación alcohólica se produce en el citoplasma y se puede mejorar introduciendo un agente conocido como Saccharomyces cerevisiae, una especie de levadura que predomina durante la fermentación de jugos y frutas.
Además, la fermentación alcohólica se inicia gracias a la conciencia selectiva, lo que le permite funcionar mejor en condiciones anaeróbicas. Los productos finales de la fermentación alcohólica son etanol y dióxido de carbono. Tras el proceso, las células de los microorganismos difunden estos productos finales fuera de sus cuerpos junto con otros subproductos como ésteres, ácido succínico, diacetilo y ácido acético.
3. Fermentación del ácido acético
La fermentación del ácido acético es otro tipo común de fermentación que se clasifica en la categoría anaeróbica. Se trata principalmente de un proceso complejo en el que el almidón, los granos y las frutas fermentan de forma natural para formar vinagre agrio y otros condimentos.
Las bacterias del ácido acético (AAB), un grupo de bacterias gramnegativas, son las principales protagonistas de este tipo de fermentación. Oxidan exclusivamente azúcares o etanol durante la fermentación para producir ácido acético. Estas bacterias se encuentran principalmente en entornos ácidos, azucarados o alcohólicos, como flores, frutas y bebidas fermentadas.
Si se les proporciona la cantidad adecuada de oxígeno, los AAB pueden producir vinagre a partir de alcohol de manera eficaz. Y, si bien se los considera organismos de descomposición, también desempeñan un papel crucial en la fabricación de alimentos como el kombucha y el cacao en polvo.
Ya sea que se produzca mediante métodos de fermentación sumergida o superficial, el vinagre debe contener entre 5% y 18% de ácido acético, lo suficiente para equilibrar los sabores y realzar el gusto de varios platos. Además, debido a sus propiedades ácidas, el vinagre producido mediante fermentación de ácido acético también se utiliza como una opción natural para encurtir. Crea un entorno nocivo para las bacterias dañinas para conservar alimentos encurtidos como zanahorias, coliflor, duraznos y cebollas.
Otros usos del ácido acético incluyen la preparación de perfumes, el tratamiento de infecciones del oído externo causadas por hongos y como agente aglutinante en la industria del caucho.
4. Fermentación del ácido propiónico
La mayoría de la gente conoce el ácido propiónico como un líquido con un olor desagradable que recuerda al olor corporal. Sin embargo, también es un ingrediente importante en la producción a gran escala de queso suizo.
Al igual que en los procesos de fermentación estándar, la fermentación del ácido propiónico implica la exposición de las bacterias a sacáridos como la glucosa, que descomponen en piruvato mediante la glucólisis. Con unos pocos pasos de reducción en el ciclo de Wood-Werkman, el piruvato se descompone en ácido propiónico. Además del ácido propiónico, otros productos finales de este tipo de fermentación incluyen dióxido de carbono, ácido succínico y ácido acético.
Aunque la fermentación del ácido propiónico no es tan rentable, los científicos han explorado opciones alternativas, como confiar en microbios para producir ácido propiónico comercialmente.
El ácido propiónico tiene la capacidad de inhibir el crecimiento de hongos y bacterias, por lo que, además de utilizarse en la producción de queso suizo por su perfil de sabor único, es uno de los mejores conservantes en la industria de producción de alimentos.
5. Fermentación del ácido butírico
Al igual que el ácido propiónico, el ácido butírico es un ácido carboxílico que se encuentra en fuentes naturales como los alimentos fermentados, la mantequilla y el queso. La fermentación del ácido butírico implica que varios microorganismos descompongan estos compuestos naturales en ácido butírico.
Entre los principales organizadores de este tipo de fermentación se encuentra el clostridium, que se encuentra principalmente en los intestinos de los animales y en el suelo. Esta bacteria se ha adaptado a vivir en diversos hábitats y posee la capacidad única de descomponer incluso los compuestos orgánicos más complejos para producir ácido butírico.
Durante el proceso de fermentación, el clostridium descompone sustancias orgánicas, como la mantequilla, en aminoácidos y azúcares simples. Este es el primer paso y el más importante, ya que allana el camino para un proceso más eficiente a partir de ahí. Los microorganismos regulan las reacciones posteriores para formar finalmente ácido butírico.
Algunas de las condiciones necesarias para la fermentación del ácido butírico incluyen:
- Entorno anaeróbico: Un ambiente sin oxígeno es crucial. Esto se debe a que el oxígeno inhibe el crecimiento y la actividad de los microorganismos, impidiéndoles realizar sus funciones en el proceso de fermentación.
- Rango de pH: Los microorganismos que facilitan la fermentación del ácido butírico requieren un pH determinado para prosperar. Este suele estar entre 5,5 y 7,5. Para regular este pH, puede considerar el uso de cámaras de fermentación especializadas.
- Temperatura: La temperatura recomendada para la fermentación del ácido butírico es de entre 30 y 40 grados Celsius. Cualquier temperatura superior podría resultar en productos finales de baja calidad.
Además de sus beneficios para la salud bien documentados, la fermentación del ácido butírico también es crucial para la sostenibilidad ambiental, ya que convierte los desechos orgánicos en ácido butírico.
6. Fermentación en estado sólido
La fermentación en estado sólido es un proceso de fermentación que implica el crecimiento de microbios sin agua libre. Es un tipo de fermentación único que utiliza un medio sólido a diferencia de la mayoría de los tipos de fermentación, que se producen en entornos líquidos.
Los sustratos más utilizados para el proceso de fermentación en estado sólido incluyen granos, paja, aserrín y salvado de trigo. La mayoría de estos son materiales insolubles y de fácil acceso, pero contienen una fuente constante de nutrientes para el crecimiento de microorganismos, lo cual es crucial para cualquier proceso de fermentación.
En la fermentación en estado sólido, los componentes microbiológicos se presentan en forma de cultivos individuales o microorganismos autóctonos. Si bien las bacterias y las levaduras también son posibles requisitos, pueden requerir configuraciones más líquidas para realizar sus funciones de manera efectiva, por lo que pueden producir productos finales de menor calidad. Estos son algunos de los pasos involucrados en este tipo de fermentación:
- Tratamiento de materias primas química o mecánicamente para reducir su tamaño y exponer los nutrientes para reacciones más fáciles.
- Los sustratos como las proteínas se hidrolizan y los productos de la hidrólisis se fermentan.
- Separación y purificación de productos finales.
La fermentación en estado sólido no existe desde hace mucho tiempo, pero se ha demostrado que es eficaz para producir productos microbianos como combustible, alimentos y productos médicos. Es un tipo de fermentación industrial que juega un papel crucial en diversos bioprocesos, liberando la menor cantidad posible de residuos al medio ambiente.
7. Fermentación por lotes
En ocasiones, las células microbianas crecen y se multiplican antes de convertir los sustratos crudos, como los carbohidratos, en productos terminados, como el dióxido de carbono y el etanol. Este proceso de fermentación se lleva a cabo en un fermentador de tanque agitado, lo que lo convierte en un sistema de cultivo cerrado.
Este tipo de fermentación implica que las células microbianas fermenten las materias primas para obtener los resultados deseados dentro de un período y condiciones definidos. Estas condiciones se determinan en función de diversos factores, entre ellos:
- Condiciones ambientales como la temperatura y el pH.
- Los tipos de materias primas que considera utilizar
- Los productos finales deseados
Durante la fermentación discontinua, las células de los microorganismos experimentan una multiplicación y crecimiento constantes. Esto aumenta la cantidad de microorganismos involucrados y facilita la fermentación durante el tiempo especificado hasta que agotan por completo los nutrientes.
En el fermentador de tanque agitado, el aireador regula la cantidad de oxígeno que entra a las cámaras de fermentación. También es necesario mantener estable la temperatura y tener a mano agentes antiespumantes para romper la espuma que se forma dentro del biorreactor.
Un sistema de fermentación por lotes es fácil de instalar y de utilizar. Además, gracias a su sistema cerrado, las posibilidades de contaminación son prácticamente nulas.
8. Fermentación ácida mixta
La fermentación ácida mixta se diferencia de todos los demás procesos de fermentación. Como sugiere su nombre, utiliza las capacidades de ciertos tipos de microorganismos para producir un producto final de combinaciones de ácidos orgánicos. En este caso, la glucosa suele ser la principal materia prima y los productos pueden ser ácido láctico, ácido acético y ácido fórmico.
El principal agente de este proceso de fermentación es la Escherichia coli, una bacteria que se encuentra principalmente en los intestinos de personas y animales sanos. Aquí tienes la guía paso a paso del proceso.
- Las bacterias absorben la glucosa del entorno. En un proceso de fermentación cerrado, los microorganismos descomponen los azúcares de las fuentes proporcionadas.
- A través de una serie de reacciones, las células bacterianas descomponen la glucosa en piruvato mediante la glucólisis.
- Luego, el piruvato sufre reacciones enzimáticas adicionales para producir una variedad de ácidos naturales.
- Las células liberan luego los ácidos y otros subproductos, como el dióxido de carbono y el etanol, al medio ambiente, que los organismos vivos absorben para diversos fines.
Durante todo el proceso, los microorganismos liberan energía en forma de trifosfato de adenosina.
La fermentación ácida mixta es uno de los tipos de fermentación más versátiles. Por ello, se utiliza para diversos fines en la industria alimentaria, entre ellos, la producción de vinagre, chucrut, yogur y encurtidos.
Llevar
La fermentación es simplemente un proceso bioquímico que implica la descomposición de los carbohidratos y la extracción de energía de ellos, en ausencia de oxígeno. Existen muchos tipos de fermentación y es fundamental comprenderlos todos. La fermentación tiene varios usos, beneficios y desventajas, por lo que comprender las diferencias entre estos tipos le permitirá elegir el proceso de fermentación adecuado para satisfacer sus necesidades.
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