¿Qué es la fermentación? Conoce este proceso químico

Está estrechamente ligada a organismos como las bacterias y levaduras, aunque también existe la fermentación láctica en el tejido muscular de los seres humanos o en los animales.

Durante esta transformación dentro de las moléculas, existe un proceso de oxidación incompleto, dando como resultado la generación de energía química. Desde esta perspectiva, la fermentación es menos eficiente en la producción de ATP o Adenosín, ya que sólo produce 2 moléculas de este compuesto, mientras que la respiración celular aerobia puede producir 38.

Tipos de fermentación

Existen diferentes tipos de fermentación, con características particulares, a continuación, podrás conocerlas.

• Fermentación alcohólica: Ocurre durante el procesamiento de bebidas con alcohol, aunque no es exclusivo de esa industria. En este caso, se realiza con levaduras y convierte la glucosa, fructosa y sacarosa en etanol y dióxido de carbono (CO2) produciendo una cantidad reducida de ATP.
• Fermentación láctica: El objetivo de esta clase de fermentación es la producción de ácido láctico y acético por medio de levaduras. Las bacterias ácido-lácticas (BAL) tienen una mayor participación, ya que aportan propiedades como un sabor destacado, aromas agradables y texturas que caracterizan a un buen pan.
• Fermentación acética: Una categoría que involucra una reacción de tipo redox, es decir; en lugar de producir una oxidación, se trata de una transferencia de electrones por la acción de bacterias, alcoholes primarios (moléculas con dos hidrógenos que al perder uno se convierte en un aldehído) y ácidos acéticos.
• Fermentación maloláctica: Fermentación que se efectúa principalmente con frutas, puede ligarse a algunos procesos de producción de vino, ya que contiene una gran cantidad de ácido málico. Se le conoce coloquialmente como “segunda fermentación” porque es cuando el vino toma su sabor más suave y debe ocurrir naturalmente en una mezcla. Por eso, es tan importante el tiempo de añejamiento en la crianza de vinos tintos.
• Fermentación propiónica: Producida por bacterias esporogéneas del género Propionobacterium y la vemos con mucha más frecuencia en el sector de lácteos, específicamente en la creación de quesos. En ella, intervienen compuestos como el ácido acético, el dióxido de carbono y el ácido succínico; al combinarse, producen una sustancia que es corrosiva: el ácido propiónico.
• Fermentación butírica: Tipo de fermentación con el cual se obtiene ácido butírico a partir de la glucosa en un ambiente libre de oxígeno. Cuenta con la característica de desprender olores desagradables. Aun así, existen otros compuestos de este tipo de fermentación que llegan a tener un olor y sabor atractivos, dando origen a diversos saborizantes.

Historia de la fermentación

Las personas hemos empleado la fermentación durante miles de años, sin siquiera advertir sus usos o de qué manera ocurre. Hasta hace poco tiempo se pensaba que el pan más antiguo se había fabricado en Turquía, sin embargo, hay pruebas de su existencia desde hace más de 14,000 años. Como sabemos, el pan requiere de levadura para que tenga ese efecto esponjado que es de la preferencia de diversos consumidores, por lo tanto, la fermentación es tan antigua, como la receta que conocemos hoy en día, o incluso más.

Otro tipo de producto derivado de la fermentación es la cerveza y, de acuerdo con algunos datos, es posible su origen en el año 3,500 A.C. en Egipto, donde se producía vino reservado para las clases más altas.

Pero, es hasta después que pudimos entender su funcionamiento al ser descubierta por el científico Louis Pasteur en 1822. A pedido de un empresario de viñedos, se le solicitó al investigador, averiguar por qué los vinos de aquel hombre eran tan ácidos o amargos después de cierta cantidad de tiempo.

Los resultados del estudio de Louis Pasteur arrojaron que este efecto se debía completamente al ácido láctico y al alcohol producido de la fermentación. Es decir, que, con este descubrimiento, se encontró que los microorganismos bajo condiciones como el calor y ambientes cerrados otorgan el sabor característico de los vinos más añejados.

¿Qué es la fermentación industrial?

La fermentación es un proceso que ocurre naturalmente y en la microbiología industrial es clave para la producción de alimentos y bebidas. Para entrar en contexto, la microbiología industrial es el campo relacionado con los microorganismos que se pueden emplear en el procesamiento. En estos casos, es extremadamente importante saber qué clase de herramientas y tecnología puede emplearse para su manejo sin causar daños a éstos.

Se necesita conocimiento de bioquímica, biología y mecánica para saber qué condiciones ambientales o temperaturas serán las adecuadas para los microorganismos. Otros tipos de equipos involucrados en estos procesos son los biorreactores, en los que se generan cultivos de microorganismos para la fermentación.

Actualmente, existe una gran variedad de equipos y componentes disponibles para realizar el proceso de fermentación industrial, los cuales tienen la capacidad de adaptarse o personalizarse según las características del producto final. La recomendación de los especialistas siempre será que se considere el tipo de fermentación que se va a realizar, ya que la producción de ácidos o el uso de diferentes microorganismos, es un factor decisivo.

En Autmix Flow contamos con una gran variedad de equipos y componentes que pueden apoyar al procesamiento de un fermentado. Conoce en nuestro catálogo las soluciones que apoyarán resultados de alta calidad.

El mecanismo de agitación deberá proveer un movimiento homogéneo en todo el tanque para que los microorganismos puedan obtener un crecimiento exitoso. En el caso de la inocuidad requerida para los productos, se recomienda un equipo con sellos mecánicos que impidan el acceso de agentes no deseados y finalmente, para una dispersión y distribución uniforme, hélices que auxilien el movimiento del contenido por todo el tanque sin dejar residuos.

Las turbinas, hélices o perfiles son componentes importantes en cualquier proceso de mezcla porque determinan la dirección del fluido y pueden dividirse en dos tipos, axial o radial.

A continuación, te recomendamos algunos equipos y componentes ideales para llevar a cabo este proceso:

• Turbina o hélice Rushton: una turbina de flujo radial que cuenta con disco plano y de cuatro a seis palas verticales; manteniendo la presión constante dentro del tanque. Una opción de hélice ideal para dispersión y fermentación.
• Agitador Serie Inter RT(N): un equipo que puede mezclar gran diversidad de líquidos, y es compatible con variedad de hélices o turbinas, incluidas las de tipo Rushton.

Ya sabemos que la fermentación requiere de un oxidante, pero las características de este proceso requieren también de equipos de agitación que contemplen una homogeneización de calidad.

Aunque no es la única característica a cuidar, ya que las reacciones mecánicas que ocurren dentro de un tanque fermentador añaden calor al sistema, por lo que es necesario que haya una dispersión del mismo y sea controlado con un sistema que regule la velocidad y potencia.

Revisemos uno de los procesos más interesantes, el de la fermentación de cerveza.

• Malteado: Etapa de germinación de la semilla de cebada, en la que se determina si una cerveza será oscura o clara, además de que tendrá un sabor particular según su categoría, aunque es muy pronto para decirlo.
• Molienda y maceración: Mezcla de la malta obtenida anteriormente con agua en distintas fases y proporciones, dependiendo de la marca de cerveza y sus sabores característicos.
• Filtración: Separación de la mezcla extraída de la malta. El líquido ahora cuenta con elementos útiles para la etapa de fermentación.
• Cocción: Se requiere de la aplicación de calor para agregar ingredientes secundarios a la mezcla de la cerveza. Aquí es donde se pueden integrar otros componentes como el café o sabores más dulces, como los frutales.
• Fermentación: El tema principal de esta revisión, que consiste en diferentes etapas, iniciando el proceso de glucólisis para convertirse en alcohol. Recordemos que, posteriormente, se tendrá la mezcla en reposo según se requiera.
• Maduración y enfriamiento: Una vez que se encuentra listo el producto, comienza la etapa de enfriamiento por periodos de entre 3 y 30 días máximos, en temperaturas que pueden ir de los –1 y 4 °C. Es ahora que comienza otro proceso físico-químico: la sedimentación de los microorganismos. En este momento se comienza a aclarar la cerveza, pues la separación entre líquido y sólido, es evidente y una segunda filtración es necesaria, previo a la siguiente fase.
• Envasado: De acuerdo con las especificaciones del productor o del producto final, se comienza el proceso de envasado por medio de líneas diseñadas y programadas para esta tarea. Se eligen los envases que conserven mejor las características de la bebida y se asegura el cumplimiento de los requerimientos de inocuidad y seguridad. Muchos productores de cerveza agregan a esta fase la gasificación justo antes de pasar el líquido a la botella.

Sin embargo, el tema principal es la fermentación y en la producción industrial es realmente importante, para diversos sectores. Contemplando esto, hablaremos de las etapas que conlleva y cómo podremos ayudarte a conseguir resultados de alta calidad.

• Fase de retardo (LAG): Se añade la levadura o el microorganismo, según el tipo de fermentación, y se emplea un agitador industrial para estimular su crecimiento. Por ejemplo, si lo que necesitamos es una transferencia de calor o una dispersión ideal de gases como el oxígeno. Posteriormente, se aplica reposo de 12 a 25 horas dependiendo de los resultados que se quieren conseguir.
• Fase de crecimiento exponencial: También conocida como logarítmica en la que los microorganismos se reproducen con rapidez, debido a la abundancia de glucosa, fructosa y sacarosa. Este intervalo de duplicación se produce de forma acumulada y existe un crecimiento bacteriano que necesita de una meticulosa vigilancia.
• Fermentación estacionaria: La población de microorganismos se ha detenido, llegó a su máximo valor admisible y entonces comienza a estancarse en población. La velocidad de fermentación poco a poco es más constante debido al agotamiento de los nutrientes, corresponde a la fase de maduración.
• Sedimentación: La fermentación finaliza cuando no hay más espuma o burbujas, además los microorganismos ya se han separado, por lo que la mezcla comienza a aclararse. Se busca emplear un equipo de filtración para apoyar la floculación anterior y obtener sustancias más puras.

Otros ejemplos de fermentación

Hemos visto que las bebidas alcohólicas no son el único ejemplo de fermentación y que existe una amplia variedad de productos como los siguientes:

• Yogur: Alimento fermentado a base de leche.
• Pan: Alimento hecho de harina, agua y sal.
• Queso: Alimento sólido a base de leche fermentada.
• Vinagre: solución de ácido acético con una concentración de 3-5%.
• Salsa de soja: Alimento producto de fermentación de las semillas de esta planta.
• Salami: Alimento hecho a partir de embutidos ahumados y curados al aire libre.
• Café: Bebida que se prepara con granos tostados y calor.
• Vitaminas: Compuestos derivados de fermentos de col, acelgas, o repollo, como la vitamina C que es compleja de formular correctamente, o K2 que es una forma de soja fermentada.
• Antibióticos: Como es el caso de la penicilina, que se obtiene de la fermentación de hongos del género Penicillium o la bacteria Streptomyces.

La importancia del proceso de fermentación en la industria

Gracias a la fermentación como una reacción catabólica de oxidación, es posible obtener diferentes productos, no sólo alimentos y bebidas. Una de las bases para la fabricación de ciertos antibióticos y medicamentos, vitaminas o alimentos es este proceso, por lo que innovar en tecnología que apoye sus efectos, es crucial. ¿Buscas equipos aptos para procesos de fermentación en cantidades industriales? En Autmix contamos con un amplio catálogo de agitadores, componentes y accesorios para llevar a cabo productos con gran eficiencia. ¡Contáctanos!