miniaturadeimagen|Fermentación industrial miniaturadeimagen|Fermentación alcohólica.
La fermentación o metabolismo fermentativo es un proceso catabólico de oxidación incompleta, que no requiere oxígeno, y cuyo producto final es un compuesto orgánico. Es propio del metabolismo de muchos microorganismos y según los productos finales, existen diversos tipos de fermentación. La ciencia que estudia la fermentación es la cimología.
Fue descubierta por Louis Pasteur, quien la describió como «la vie sans l'air» (la vida sin el aire). La fermentación típica es llevada a cabo por las levaduras. También algunos metazoos, protistas y diversos organismos procariotas son capaces de realizarla.
El proceso de fermentación es anaeróbico, es decir, se produce en ausencia de oxígeno; eso significa que el aceptor final de los electrones del NADH producido en la glucólisis no es el oxígeno, sino un compuesto orgánico que se reducirá para poder reoxidar el NADH a NAD+. El compuesto orgánico que se reduce (acetaldehído, piruvato...) es un derivado del sustrato que se ha oxidado anteriormente.
En los seres vivos, la fermentación es un proceso anaeróbico y en él no intervienen las mitocondrias ni la cadena respiratoria. El proceso de fermentación es característico de algunos microorganismos: algunas bacterias y levaduras. También se produce en la mayoría de las células de los animales (incluido el ser humano), excepto en las neuronas, que mueren rápidamente si no pueden realizar la respiración celular. Algunas células, como los eritrocitos, carecen de mitocondrias y se ven obligadas a fermentar; el tejido muscular de los animales realiza la fermentación láctica cuando el aporte de oxígeno a las células musculares no es suficiente para el metabolismo aerobio y la contracción muscular.
Desde el punto de vista energético, las fermentaciones son muy poco rentables si se comparan con la respiración aeróbica, ya que a partir de una molécula de glucosa solo se obtienen dos moléculas de trifosfato de adenosina (ATP), mientras que en la respiración aeróbica se producen de 36 a 38. Esto se debe a la oxidación del NADH que, en lugar de penetrar en la cadena respiratoria, cede sus electrones a compuestos orgánicos con poco poder oxidante.
En la industria la fermentación puede ser oxidativa, es decir, en presencia de oxígeno, pero es una oxidación aeróbica incompleta, como la producción de ácido acético a partir de etanol.
Resumen bioquímico La fermentación es un proceso metabólico que generalmente convierte los glúcidos en ácidos, en gases o en alcoholes para extraer de ellos una parte de la energía química mientras reoxida las coenzimas reducidas por estas reacciones. Es una vía metabólica de oxidorreducción en la que el aceptor último de electrones a menudo se confunde con el producto final de las reacciones. Se caracteriza por una degradación parcial de la sustancia fermentable y solo permite una producción de energía limitada. Tiene lugar en levaduras y bacterias , así como en células musculares que carecen de oxígeno, es decir, en condiciones anaeróbicas. Su caracterización en el contribuyó al descubrimiento de las enzimas. Louis Pasteur estimó así que los fermentos eran responsables de la fermentación alcohólica en la levadura.
Más precisamente, la fermentación es un modo de metabolismo energético que implementa un sistema de transferencia de electrones basado en pequeñas moléculas solubles del citosol —a menudo ácidos orgánicos o sus derivados— y no en una cadena respiratoria membranaria. Su producción de ATP a menudo tiene lugar por fosforilación a nivel de sustrato a diferencia de la fosforilación oxidativa , y es sensiblemente inferior que esta última. La producción de ATP por fermentación, por otro lado, es más rápida que por fosforilación oxidativa porque tiene lugar en el compartimento celular donde se consume el ATP, sin necesidad de pasar por una translocasa de ATP / ADP.
La primera etapa común a todos los modos de fermentación es la glucólisis, que convierte la glucosa en piruvato con fosforilación de dos moléculas de ADP en ATP y reducción de dos moléculas de NAD+ en NADH:
El ATP se utiliza en procesos celulares que requieren energía, como la biosíntesis, el transporte activo a través de membranas y la motilidad celular. Por el contrario, el NADH debe volver a oxidarse a NAD+ para permitir que continúe el metabolismo celular. La función principal de la fermentación es asegurar esta reoxidación, transfiriendo electrones del NADH a un receptor de electrones que luego se elimina de la célula. Durante la fermentación láctica, por ejemplo, el aceptor de electrones es el propio piruvato, que luego se reduce a lactato: esto es lo que sucede en los músculos durante un esfuerzo físico intenso, que supera las capacidades de oxigenación celular y hace que la glucólisis del citosol funcione mucho más rápido que la cadena respiratoria de las mitocondrias.
Etimología
La palabra «fermiento» deriva del verbo latino fervere, que significa hervir. Fermentación provendría así del latín tardío fermentatio, -ōnis Se cree que se utilizó por primera vez a finales del en alquimia, pero solo en un sentido amplio. No se utilizó en el sentido científico moderno hasta alrededor de 1600.
Definiciones
A continuación se presentan algunas definiciones de fermentación. Van desde usos generales e informales hasta definiciones más científicas.
Métodos de conservación de alimentos a través de microorganismos (uso general). Cualquier proceso microbiano a gran escala que ocurra con o sin aire (definición común utilizada en la industria). Cualquier proceso que produzca bebidas alcohólicas o productos lácteos ácidos (uso general). Cualquier proceso metabólico de liberación de energía que tiene lugar solo en condiciones anaeróbicas (algo científico). Cualquier proceso metabólico que libera energía de un azúcar u otra molécula orgánica, que no requiere oxígeno o un sistema de transporte de electrones, y utiliza una molécula orgánica como aceptor final de electrones (más científica).
Historia del uso de la fermentación miniaturadeimagen|Sala de fermentación de una destilería, extraída de: el ron: su fabricación, su química.
La fermentación es un fenómeno natural que ocurre durante la descomposición de la materia orgánica y que los hombres pudieron experimentar al ver como los frutos fermentaban sin su intervención.
El uso consciente de la fermentación por los humanos se remonta al Paleolítico para la conservación de alimentos y al Neolítico para la producción de ciertas bebidas: se ha documentado que data del 7000 al en Jiahu, China, en India (el Ayurveda menciona muchos vinos medicinales), en Georgia, en el antiguo Egipto, en Babilonia, en el México prehispánico, y en Sudán.Dirar, H., (1993), The Indigenous Fermented Foods of the Sudan: A Study in African Food and Nutrition, CAB International, UK Los alimentos fermentados tienen un significado religioso en el judaísmo y el cristianismo. Se adoraba al dios báltico Rugutis como agente de la fermentación.Rūgutis. Mitologijos enciklopedija, 2 tomos. Vilnius. Vaga. 1999. 293 p.
También se ha usado la fermentación para la desintoxicación de plantas silvestres o domesticadas (por ejemplo, la fermentación de la yuca por enrejado, la fermentación láctica de las coles silvestres para hacer chucrut,Esta fermentación no solo conserva la col por acidificación sino que también reduce el contenido de glucosinolatos tóxicos gracias a las bacterias lácticas. (Leucononostoc y Lactobacillus spp.) la fermentación de las leguminosas tóxicas como la soja, el miso, las semillas néré), el aumento de la biodisponibilidad de minerales (por ejemplo, la panificación de cereales ricos en fitatos desmineralizantes —cebada, mijo, almidón, engrain, espelta, trigo— gracias a la fitasa de las levaduras que eliminan estos fitatos durante la fermentación),. la producción de productos lácteos cuya fermentación elimina la lactosa tóxica de la leche (típicamente los quesos que la eliminan en el lactosuero y por la fermentación láctica en la cuajada mal tolerada por las poblaciones adultas de la época o cuya lactasa en fermentos conserva su actividad (característica de los yogures).. La fermentación permite así a los hombres del Neolítico adaptarse a la transición nutricional debida a los nuevos recursos alimenticios introducidos por la agricultura y la ganadería, una transición marcada por la generalización del consumo de cereales y leguminosas cultivadas, y por la aparición del consumo de productos lácteos fermentados..
El enlatado desarrollado en el terminó con las técnicas tradicionales de conservación de carnes como el salado, el ahumado, sino también ablandar sistemático de la carne de venado..
Al principio del hay más de en el mundo que la tradición debe a la fermentación (bebidas alcohólicas o no, productos lácteos , productos cárnicos, como el salchichón, o vegetales tales como el chucrut)..
Comprensión científica
En 1837, Charles Cagniard de la Tour, Theodor Schwann y Friedrich Traugott Kützing publicaron de forma independiente artículos que concluían, como resultado de sus investigaciones microscópicas, que la levadura era un organismo vivo que se reproducía por gemación. Schwann hervía jugo de uva para matar la levadura y descubrió que no se producía ninguna fermentación hasta que se agregaba nueva levadura. Sin embargo, muchos químicos, incluido Antoine Lavoisier, continuaron viendo la fermentación como una simple reacción química y rechazaron la noción de que los organismos vivos pudieran estar involucrados. Esto era visto como una reversión al vitalismo y fue satirizado en una publicación anónima de Justus von Liebig y Friedrich Wöhler.
El punto de inflexión se produjo cuando Louis Pasteur (1822-1895), durante las décadas de 1850 y 1860, repitió los experimentos de Schwann y mostró que la fermentación era iniciada por organismos vivos en una serie de investigaciones.A dictionary of applied chemistry, Volumen 3. Thorpe, Sir Thomas Edward. Longmans, Green y Co., 1922. p.159 En 1857, Pasteur mostró que la fermentación del ácido láctico era causada por organismos vivos.Accomplishments of Louis Pasteur . Fjcollazo.com (2005-12-30). Retrieved on 2011-01-04. En 1860, demostró cómo las bacterias provocan el amargamiento de la leche, un proceso que antes se pensaba que era simplemente un cambio químico. Su trabajo en la identificación del papel de los microorganismos en el deterioro de los alimentos condujo al proceso de pasteurización.HowStuffWorks "Louis Pasteur". Science.howstuffworks.com (2009-07-01). Retrieved on 2011-01-04.
miniaturadeimagen|Louis Pasteur en su laboratorio
En 1877, trabajando para mejorar la industria cervecera francesa, Pasteur publicó su famoso artículo sobre fermentación, «Etudes sur la Bière», que fue traducido al inglés en 1879 como «Studies on fermentation».Louis Pasteur (1879) Studies on fermentation: The diseases of beer, their causes, and the means of preventing them. Macmillan Publishers. Definió la fermentación (incorrectamente) como «Vida sin aire»,Modern History Sourcebook: Louis Pasteur (1822–1895): Physiological theory of fermentation, 1879. Translated by F. Faulkner, D.C. Robb. sin embargo, mostró correctamente cómo tipos específicos de microorganismos causaban tipos de fermentaciones y productos finales específicos.
Aunque mostrar que la fermentación era el resultado de la acción de microorganismos vivos fue un gran avance, eso no explicaba la naturaleza básica de la fermentación; ni tampoco demostrar que era causado por microorganismos que parecían estar siempre presentes. Muchos científicos, incluido Pasteur, habían intentado sin éxito extraer la enzima de fermentación de la levadura.