La fermentación es un proceso metabólicamente diverso y fundamental para la producción de una amplia variedad de productos. Los procesos fermentativos son esenciales en varias industrias, incluidas la alimentaria, la farmacéutica y la de biocombustibles.

La fermentación es un proceso bioquímico, que se produce mediante una serie de reacciones controladas enzimáticamente, en las que los organismos vivos, como bacterias, hongos y levaduras, convierten sustancias orgánicas en compuestos más simples, produciendo energía en forma de ATP (trifosfato de adenosina) y subproductos útiles.

En la industria alimentaria, la fermentación se utiliza en la producción de pan, queso, yogur, cerveza, vino, entre otros. En la industria farmacéutica, su uso se extiende a la producción de antibióticos, vitaminas, aminoácidos y otros medicamentos. En la industria de los biocombustibles, la fermentación es crucial para la producción de etanol, etanol 2G, biodiesel y biogas, contribuyendo a la búsqueda de fuentes de energía renovables y sostenibles.

Los procesos fermentativos se han utilizado a lo largo de la historia de la humanidad, existiendo registros de su aplicación en la producción de alimentos y bebidas que se remontan a civilizaciones antiguas. Inicialmente llevada a cabo de forma empírica, la fermentación evolucionó considerablemente con los avances científicos, especialmente a partir del siglo XX. Hoy en día, es ampliamente estudiada y aplicada en diversas áreas, como la química industrial, biomateriales, medicamentos, combustibles y aditivos alimentarios, gracias a modernas técnicas biotecnológicas que permiten la producción eficiente y controlada de una variedad de productos.

¿Qué microorganismos están implicados en la fermentación?

Los microorganismos juegan un papel fundamental en los procesos de fermentación, contribuyendo a la producción de una amplia variedad de productos fermentados. Entre los principales microorganismos utilizados en estos procesos se destacan las bacterias y los hongos.

Las bacterias se utilizan ampliamente en diversos procesos de fermentación. Por ejemplo, las bacterias del género Lactobacillus son capaces de fermentar azúcares produciendo ácidos orgánicos, como el ácido láctico, que contribuye a la conservación de los alimentos y a la producción de productos lácteos.

Otro ejemplo son las bacterias del género Acetobacter, que se encargan de la fermentación acética, en la que convierten los alcoholes en ácidos orgánicos, como el ácido acético, fundamental en la producción del vinagre.

Además de los géneros de bacterias mencionados, existen otras bacterias que participan en la fermentación en diversos procesos industriales y en la producción de alimentos. Por ejemplo, bacterias del género Clostridium, Gluconobacter, Oenococcus y Propionibacterium.

Los hongos, a su vez, desempeñan funciones importantes en la fermentación, incluida la degradación de sustratos complejos, como almidones y proteínas. Los hongos del género Aspergillus, por ejemplo, se utilizan en la producción de enzimas, como la amilasa y la pectinasa, que son importantes en la industria de alimentos y bebidas, es decir, contribuyen a la descomposición de los almidones en azúcares fermentables y a la producción de Enzimas digestivas.

Otros hongos, como los del género Rhizopus, se utilizan en la fermentación de alimentos, como el tempeh. El Rhizopus convierte los carbohidratos de la soja en ácido láctico, contribuyendo a la textura y el sabor.

Las levaduras, a su vez, son un tipo específico de hongo que se utiliza en la fermentación alcohólica que convierte los azúcares en alcohol etílico y dióxido de carbono. Además de influir en el aroma, sabor y contenido alcohólico de los productos finales.

Las levaduras del género Saccharomyces son uno de los hongos más importantes en los procesos de fermentación. Utilizados en la elaboración de productos fermentados como cerveza, vino y pan, son responsables por la fermentación alcohólica y convierten los azúcares presentes en sustratos. Además de la fermentación alcohólica, algunas levaduras también se utilizan en la fermentación del ácido láctico, contribuyendo a la producción de productos lácteos como el yogur y el queso.

Los hongos del género Penicillium son conocidos por su importancia en la producción de antibióticos, como la penicilina. Estos hongos también se utilizan en la elaboración de quesos Roquefort, Camembert y Gorgonzola.

En resumen, las bacterias y los hongos desempeñan funciones esenciales en los procesos fermentativos, contribuyendo a la producción de una amplia variedad de alimentos y bebidas fermentadas. Su capacidad para degradar sustratos complejos, producir enzimas y metabolitos útiles e impartir distintos sabores y texturas diferentes los convierte en componentes indispensables en la industria de alimentos y bebidas.

Tipos de fermentación

Los procesos fermentativos ocurren cuando los microorganismos actúan sobre un sustrato específico y generan alguna sustancia o producto utilizable. Entre los tipos de fermentación, cada una con características distintas e impulsadas por microorganismos específicos, se destacan la fermentación acética, alcohólica y láctica.

Fermentación acética: las bacterias del ácido acético (BBA) oxidan el etanol, generado por la fermentación alcohólica, transformándolo en ácido acético, principal compuesto del vinagre. Los factores como el pH, la temperatura, la concentración de alcohol, el oxígeno y la materia prima influyen en la eficacia de este proceso.

Fermentación alcohólica: se produce la degradación anaeróbica de los azúcares, principalmente glucosa y fructosa, transformándolos en alcohol etílico (etanol) y dióxido de carbono (CO2). Las levaduras utilizan esta vía metabólica para obtener energía en forma de ATP, necesaria para sus actividades fisiológicas, crecimiento y reproducción.

Durante la fermentación alcohólica, los microorganismos fermentados, además de utilizar azúcares y otros sustratos, convirtiéndolos en etanol, liberando CO2, pueden ser responsables de la formación de algunos compuestos secundarios, muchos de ellos necesarios para incorporar sabor a la bebida, como el glicerol, ésteres, aldehídos y ácidos. Estos compuestos volátiles presentes en las bebidas alcohólicas fermentadas pueden aún provenir de materias primas e incluso formarse durante el envejecimiento al final de la etapa de fermentación.

Fermentación del ácido láctico: en este proceso fermentativo, las bacterias metabolizan los carbohidratos, como la glucosa, para producir ácido láctico. Este tipo de fermentación es común en la industria alimentaria, especialmente en la elaboración de productos lácteos, como yogur, queso y kéfir. Además, algunas cepas de bacterias del ácido láctico se utilizan en la fermentación de vegetales para producir alimentos fermentados.

En la industria farmacéutica, la fermentación del ácido láctico se utiliza para producir ácido láctico, que se utiliza como conservante, acidulante y aromatizante en una variedad de productos farmacéuticos y cosméticos.

Otros tipos de fermentación: Existen otros tipos de fermentación, realizadas por microorganismos específicos, dando como resultado una variedad de productos. Por ejemplo, la fermentación butírica, llevada a cabo por bacterias del género Clostridium, conduce a la producción de ácido butírico y otros compuestos. Este proceso se encuentra en la fermentación de la materia orgánica y puede producirse a partir de lactosa o ácido láctico.

Otro ejemplo es la fermentación propiónica, que la llevan a cabo bacterias del género Propionibacterium. En este proceso se produce ácido propiónico y dióxido de carbono; esta fermentación se utiliza a menudo en la producción de queso.

Tipos de processos de fermentação

Existen diferentes tipos de procesos de fermentación, cada uno con sus características y aplicaciones específicas. Los principales métodos incluyen procesos discontinuos, continuos y semicontinuos.

El proceso discontinuo, o por lotes, es uno de los métodos más simples y comunes en la fermentación. En éste, la fermentación se produce por lotes, añadiendo todo el medio de cultivo de una vez al fermentador. Se inoculan los microorganismos, se agrega el medio de cultivo y se realiza la fermentación en condiciones ideales de pH, temperatura, agitación y aireación, hasta el completo consumo de los sustratos o que el producto alcance las especificaciones deseadas.

Una vez completada la fermentación, el producto se retira del fermentador y el equipo se limpia y prepara para el siguiente lote. Este proceso es adecuado para producción de menor escala donde la flexibilidad y la facilidad de operación son más importantes que la eficiencia de la producción a gran escala.

En el proceso continuo, la fermentación se produce de forma continua, sin interrupciones entre ciclos de producción. El medio de cultivo se añade continuamente al fermentador, mientras que al mismo tiempo se retira el producto fermentado. Esto permite que la fermentación se produzca en un régimen constante, manteniendo las condiciones ideales para el crecimiento y actividad de los microorganismos.

El proceso continuo se utiliza a menudo en producciones a gran escala, donde la eficiencia y la productividad son prioridades. Ofrece ventajas como mayor rendimiento, menor tiempo de ciclo y menor consumo de energía en comparación con el proceso discontinuo.

El proceso semicontinuo combina elementos de los procesos continuos y discontinuos. En este método, el medio de cultivo se añade al fermentador en lotes, como en el proceso por lotes, pero el producto fermentado se elimina continuamente con el tiempo.

Esto permite una producción más eficiente y estable en comparación con el proceso discontinuo, mientras que ofrece cierta flexibilidad sobre el proceso continuo. El proceso semicontinuo se utiliza a menudo en aplicaciones donde la demanda del producto es constante pero no requiere una producción a gran escala.

Biorreactores e incubadoras refrigeradas con agitación

En los procesos de fermentación son fundamentales diversos equipos para el control y adecuado desempeño de las reacciones bioquímicas. Entre los equipos más comunes, Tecnal cuenta con biorreactores y la incubadora refrigerada con agitación TE-426.

Los biorreactores son equipos diseñados para proporcionar condiciones ideales para el crecimiento y actividad de microorganismos durante la fermentación. Controlan variables como temperatura, pH, agitación y aireación, asegurando un ambiente favorable para el desarrollo de microorganismos y la elaboración de los productos deseados. Además, los biorreactores permiten el seguimiento y ajuste de estas condiciones durante todo el proceso, contribuyendo a una producción más eficiente y controlada.

La Incubadora con agitación refrigerada TE-426 se utiliza para cultivar microorganismos. Permite controlar la temperatura, favorece la agitación del medio de cultivo, lo que garantiza homogeneidad y adecuada oxigenación, y además cuentan con un sistema de recogida de muestras y alivio de presión.

Consideraciones finales

La fermentación se puede utilizar en varias áreas, con aplicaciones que van desde la producción de alimentos y bebidas hasta la fabricación de productos farmacéuticos y biocombustibles. La fermentación es capaz de transformar sustratos simples en una amplia variedad de productos útiles y valiosos.

Cada tipo de fermentación tiene características distintas y utiliza variedades de microorganismos y sustratos. Los procesos fermentativos también pueden ocurrir en diferentes configuraciones, como fermentación continua, por discontinua y semicontinua. Para aprovechar todo el potencial de la fermentación, es necesario desarrollar investigaciones y utilizar equipos tecnológicos que ayuden a estos procesos.