Introducción
Glucosa → Etanol + Dióxido de carbono
En ausencia de oxígeno, las enzimas de los microorganismos descomponen los azúcares mediante un proceso químico llamado fermentación. Debido a que poseen conjuntos distintivos de genes metabólicos, los microorganismos como las bacterias y los hongos pueden desarrollar enzimas que pueden descomponer varios tipos de compuestos de azúcar. Por lo tanto, el sabor de los alimentos fermentados puede cambiar significativamente cuando se alteran los tipos y la cantidad de bacterias. Ciertas células de nuestro cuerpo sin mitocondrias utilizan el mecanismo de fermentación.
En concreto, en la edad adulta, nuestros glóbulos rojos pierden sus mitocondrias. En las mitocondrias se producen el ciclo del ácido cítrico y las reacciones redox a lo largo de la cadena de transporte de electrones. Los glóbulos rojos maduros de nuestra sangre utilizan la fermentación del ácido láctico para producir energía química; esto asegura que no utilicen nada del oxígeno que transportan los glóbulos rojos. Además, la fermentación puede adoptar uno de tres tipos fundamentales. Hay tres tipos de fermentación: ácido láctico, etanol y ácido acético. En este experimento se proporciona una descripción general de las pruebas de presencia de etanol.
Durante el proceso de fermentación del ácido láctico, el ácido láctico y otros productos de desecho se producen mediante este proceso anaeróbico mediante la descomposición de almidones o azúcares. Además de prevenir el deterioro microbiano de los alimentos, las bacterias del ácido láctico también protegen al cuerpo de las enfermedades microbianas. La fermentación con ácido láctico se utiliza con frecuencia para elaborar alimentos como yogur, encurtidos y chucrut. La fermentación alcohólica es uno de los procesos de fermentación más antiguos e importantes utilizados en la industria biotecnológica.
La fermentación alcohólica ocurre en el citoplasma de la levadura sin oxígeno (Sablayrolles, 2009; Stanbury et al., 2013). Sin embargo, normalmente se lleva a cabo con la levadura Saccharomyces cerevisiae debido a su resistencia con pH bajo y alta tolerancia al etanol. Se realiza la regeneración del NAD+ utilizado durante la glucólisis; esto le da a la levadura un impulso de dos moléculas de ATP a través del metabolismo de la hexosa. En este tipo de fermentación, las levaduras convierten las moléculas de piruvato de los carbohidratos en moléculas de alcohol y dióxido de carbono, junto con el pan y la cerveza.
Aunque la bacteria Zymomonas mobilis tiene una mayor productividad específica de etanol y rendimiento a partir de glucosa y sacarosa, existen esencialmente dos elementos en este proceso; En el proceso de glucólisis, la glucosa se divide en dos moléculas de piruvato. Las moléculas de piruvato se fermentan y se transforman en dos moléculas de dióxido de carbono y dos moléculas de etanol. Además del etanol, la fermentación del etanol también produce sustancias adicionales como ésteres, alcoholes superiores, ácido succínico, glicerol, 2,3-butanodiol, diacetilo y acetoína. La fermentación del ácido acético es un proceso de oxidación que convierte los carbohidratos de frutas o granos en vinagre y condimentos con sabor amargo.
En circunstancias aeróbicas, las bacterias del ácido acético (AAB) pueden oxidar el etanol como sustrato para crear ácido acético en medios neutros y ácidos. Los AAB son altamente tolerantes a los compuestos amargos del lúpulo y pueden sobrevivir en altas concentraciones de etanol (Priest, 2006). Los AAB pueden desarrollarse sin invitación e impartir un sabor amargo desfavorable a otras bebidas fermentadas como vino, sidra, cerveza, bebidas funcionales y refrescos porque oxida el etanol a ácido acético. Otros productos metabólicos que producen estas bacterias incluyen ácido glucónico, l-sorbosa y celulosa bacteriana, que tienen usos potenciales en las industrias alimentaria y biomédica. Basada en rasgos morfológicos, fisiológicos y genéticos, la categorización de AAB en varios géneros ha sufrido una serie de cambios en los últimos años.
Materiales
- Tarro de cristal con tapa
- El azúcar de mesa
- Levadura
- Agua tibia
- globos
Método
- Todos los materiales fueron reunidos y configurados.
- Se añadió agua tibia, seguida de azúcar de mesa a la botella y luego se agitó para disolver el azúcar.
- Después de disolver el azúcar en el agua tibia, se añadió lentamente un paquete de levadura a la botella.
- En la botella que contenía la mezcla de azúcar, agua y levadura, se agitó adicionalmente para ayudar a la disolución de la levadura.
- Luego se cubrió cuidadosamente toda la abertura de la botella estirando un globo sobre ella y sobre su cuello.
- El proceso se dejó reposar en guerra durante varios minutos y se registraron las observaciones.
Resultados
Observaciones
Durante el proceso de fermentación se observó la formación de burbujas, y la levadura en la mezcla comenzó a subir a medida que el globo en la botella comenzó a aumentar de tamaño, a medida que pasó el tiempo se vio un inflado mayor y finalmente el globo cayó. Cuando se sacó el globo de la botella, tenía la apariencia de una capa espumosa en la parte superior de la botella con numerosas burbujas, una porción líquida en el fondo, y la combinación olía fuertemente a alcohol y era muy ácida.
Preguntas
- ¿La fermentación se ve afectada por la temperatura? Explicar.
Sí.
Esto se debe a que la temperatura influye en la velocidad de las reacciones químicas y afecta directamente a la fermentación de la levadura. La levadura producirá la mayor cantidad de dióxido de carbono cuando esté a su temperatura ideal, que es 67°C. Sin embargo, la levadura creará más dióxido de carbono a medida que aumenta la temperatura, pero eventualmente, cuando las células de levadura se desnaturalicen debido al aumento de temperatura, la producción de dióxido de carbono comenzará a disminuir.
- ¿Qué sustancia, además del etanol, se produce durante la fermentación?
Dióxido de carbono.
- Describe un control apropiado que podrías haber utilizado en este experimento.
Un control apropiado que podría haberse utilizado en el experimento sería el tipo de azúcar utilizado, porque el tipo de azúcar utilizado influye en la rapidez con la que la levadura produce alcohol.
- ¿Cómo supiste cuándo había terminado la fermentación?
El investigador supo que el proceso estaba completo al notar que las emisiones de gas se detuvieron porque el globo había dejado de expandirse.
- Nombra un carbohidrato que le suministraste a la levadura como fuente de energía.
El carbohidrato suministrado a la levadura como fuente de energía fue el azúcar de mesa.
- Dé cuenta de una prueba química para demostrar que se ha producido alcohol.
Una prueba química que se puede utilizar para demostrar que se ha producido alcohol es la prueba de Jones, que utiliza trióxido de cromo en presencia de ácido sulfúrico para actuar como un potente agente oxidante. Un alcohol primario inicialmente se convierte en un aldehído cuando está presente el reactivo de Jones. El alcohol secundario se oxidará a continuación, convirtiéndolo en una cetona, mientras que le seguirá el ácido carboxílico. La clave de esta prueba es el estado de oxidación del cromo. En el reactivo de Jones, el cromo se encuentra en el estado de oxidación +6. El vibrante color carmesí y naranja del reactivo es el resultado de la presencia de complejos de Cr(VI).
- ¿Por qué finalmente cesa la fermentación?
La fermentación finalmente cesa porque no queda suficiente azúcar para finalizar la reacción porque las células de levadura consumen todo el azúcar o debido a un aumento en la concentración de alcohol, destruyendo las células de levadura.
Discusión
Un hongo llamado levadura descompone el azúcar en CO2 y etanol como subproducto. El gas dióxido de carbono se crea a medida que la levadura consume el azúcar. Dentro del globo, el CO2 atrapado se acumula gradualmente y hace que se infle. El globo se infló al cabo de unos minutos porque se produce una reacción cuando se encuentran partículas con energías mayores o iguales a la energía de activación. La levadura activa interactuó con el azúcar para producir etanol y CO2, inflando el globo. Sin embargo, debido a que se agregó tanta azúcar y a que la tasa de fermentación aumentó a medida que aumentó la concentración de azúcar, las colisiones de partículas aumentaron y el proceso de fermentación produjo considerablemente más subproductos, lo que alentó a la levadura activa a producir más CO2 y etanol. Como resultado, el globo se expandió ligeramente antes de que se detuviera la inflación.
Conclusión
En conclusión, la levadura fermentará en presencia de azúcar para producir etanol, dióxido de carbono y energía. Como tal, el tipo de azúcar utilizado en el proceso afecta la rapidez con la que la levadura produce alcohol.
Referencias
- Los sistemas de gestión de laboratorio totalmente integrados son clave para eliminar los cuellos de botella que obstaculizan la calidad. (Dakota del Norte). Responsable de laboratorio. https://www.labmanager.com/in-focus/fully-integrated-lab-management-systems-are-key-to-removing-lab-bottlenecks-that-hinder-quality-28267
- Biología en línea. (2019, 7 de octubre). Definición y ejemplos de fermentación – Diccionario en línea de biología. Artículos de biología, tutoriales y diccionario en línea. https://www.biologyonline.com/dictionary/fermentation
- Fermentación alcohólica: definición, ubicación, ecuación, productos, reactivos, agentes, subproductos. (Dakota del Norte). PORJUS. https://byjus.com/neet/fermentacion-alcoholica/
- Fermentación de etanol: descripción general | Temas ScienceDirect. (2010). Sciencedirect.com. https://www.sciencedirect.com/topics/agricultural-and-biological-sciences/etanol-fermentation
- Bacterias del ácido acético: descripción general | Temas ScienceDirect. (2011). Sciencedirect.com. https://www.sciencedirect.com/topics/agricultural-and-biological-sciences/acetic-acid-bacteria
- Gomes, RJ, Borges, M. de F., Rosa, M. de F., Castro-Gómez, RJH y Spinosa, WA (2018). Bacterias del ácido acético en la industria alimentaria: sistemática, características y aplicaciones. Tecnología de Alimentos y Biotecnología, 56(2). https://doi.org/10.17113/ftb.56.02.18.5593