caracteristicas de fermentacion lactica

El desarrollo histórico de la fermentación data de unos 8000 años, y es conocidas de todos la historia de Noé, quien se "paloteaba" con el sumo de uvas. Desde tiempos inmemoriales, los microorganismos mejoraron y echaron a perder los alimentos y bebidas destinadas al consumo humano, mucho antes de que se reconociera su existencia. Andando el tiempo, y sin saber todavía que sucedía a nivel biológico, la gente aprendió a fermentar y explotar la acción fermentativa de los microorganismos, en la fabricación de alimentos tales como el queso y la cerveza. Develada ya en lo esencial la actividad microbiana, los alimentos y bebidas fermentadas constituyen hoy en día, un sector muy extenso e importante de la industria alimenticia. Con el desarrollo de las técnicas de ingeniería genética, es de esperar que se produzcan grandes avances en la calidad y exactitud de la producción microbiológica de alimentos y bebidas.

Cuando pensamos en los microorganismos, los consideramos como seres causantes no sólo de enfermedades, sino capaces de deteriorar y alterar nuestros alimentos; los vemos como nuestros enemigos, sin detenernos a pensar, que ellos, como seres vivos, también necesitan alimentos para llevar a cabo sus funciones vitales.

Pero la reflexión no debe terminar allí, es bueno entender, que no todos los procesos metabólicos que realizan los diferentes microorganismos son perjudiciales; la acción de algunos de ellos, sobre los alimentos y sobre algunos sustratos, originan cambios o modificaciones graduales, que controladas y dirigidas por el hombre, dan como resultados una diversidad de productos, no solo alimenticios, sino farmacéuticos, bebidas, vitaminas, antibióticos y muchos otros que nos son de gran utilidad.

Hay que tener mucho cuidado en la selección tanto del sustrato a utilizar, como de los microorganismos empleados.

1) ¿Qué es la Fermentación Ácido Láctica?:

la fermentación ácido láctica es aquella que se lleva a cabo por las bacterias ácido láctica cuya actividad se desarrolla en ausencia de oxígeno (anaerobiosis), y se manifiesta en la transformación de los azúcares presentes en el vegetal, en ácido láctico, etanol y dióxido de carbono.

El ácido láctico es un compuesto incoloro compuestos de fórmula CH₃CHOHCOOH. Se da bajo formas ópticamente activas, dextrógira y levógira, frecuentemente denominadas ácido D – Láctico y ácido L – Láctico. En su estado natural es una mezcla ópticamente inactiva compuesta por partes iguales de ambas formas D y L, conocida como mezcla racémica.

El ácido láctico es un líquido viscoso y no volátil, su masa molecular es de 90,08.

2) Describa las Rutas Metabólicas para Obtener el Ácido Láctico:

siendo los vegetales ricos en carbohidratos, resultan un excelente medio para el establecimiento de los distintos microorganismos que utilizan este proceso metabólico para la obtención de energía. Las rutas utilizadas para la degradación fermentativa de los carbohidratos, al igual que los productos finales formados, varían mucho de un microorganismo a otro. Prácticamente, cualquier carbohidratos o derivado, sirve como fuente fermentable para algún microorganismos; la lista incluye polisacáridos como el almidón, celulosa, quitina; disacáridos como lactosa, sacarosa y malta hexosa como glucosa, fructosa y galactosa; pentosas como arabinosas y xilosa; azúcares ácidos como el gluconico, como el manitol y el glicerol.

Los vegetales frescos contienen una numerosa y variada microflora epífita, que incluye algunos microorganismos deteriorativas y una pequeña cantidad de bacterias ácido – lácticas, un pepino fresco, por ejemplo, puede contener una población de aerobios totales de tan alta como 5,3 x 10⁷; 1,9 x 10⁴ esporas de aerobios; 9,8 x 10⁵ anaerobios totales 5,4 x 10² esporas de anaerobios; 6,1 x 10⁶ coliformes; 5,1 x 10⁴ formadores de ácidos totales; 4,6 x 10³ mohos y 6,6 x 10³ levaduras por gramo. Este número se incrementa durante el almacenamiento a altas temperaturas (27 ºC), y a una humedad relativa mayor de 70 %.

En la superficie de repollo frescos, los microorganismos son extremadamente variables en número y tipo; se han encontrado una cantidad aproximada de 13 x 106 microorganismos por gramo. El tipo de organismo se encuentra a lo largo de la hoja, así cerca de la raíz se encuentran muchas especies esporuladas. El número de ACHROMOBACTER FLAVOBACTERIUM y otras especies esporuladas. El número de organismos disminuye desde el corazón del repollo hasta el bordes de la hoja, encontrándose a lo largo de la misma, especies aeróbicas formadoras de esporas principalmente.

Al hacer cortes de repollo, pepino u otros vegetales, se observa, a los pocos minutos, la aparición, en la superficie de corte, de cierta cantidad de exiliados protoplasmático provenientes del sistema vesicular. El contenido bacteriano de este exiliado puede ser extremadamente alto y contener una gran cantidad de bacterias ácido – lácticas de los géneros Leuconostoc, Lactobacillus y Peiococcus. Este sugiere que la superficie de corte del material vegetal, provee un medio de crecimiento para las pocas bacterias presentes en el material.

3) Describa el Proceso de Fermentación Ácido – Láctica.

Grafique la Curva de Fermentación:

a) Iniciación de la Fermentación:

durante la iniciación, las bacterias grampositivas y gramnegativas presentes en el vegetal fresco, compiten por el predominio; enterobacterias, bacterias aerobias formadoras de esporas, bacterias ácido – lácticas y otras bacterias, están muy activas.

Este estadio incluye el crecimiento de unos pocos microorganismos facultativos y estratos anaeróbicos, originalmente presentes en el vegetal fresco, pero seguidamente el establecimiento de las bacterias lácticas disminuye los valores de pH y son inhibidos los organismos indeseables como son las bacterias gramnegativas y las formadoras de esporas, por lo tanto, la rapidez con que las bacterias ácido lácticas se establecen y los microorganismos indeseables son excluidos.

Eventualmente las bacterias ácido – lácticas ganan predominio por disminución del pH y ocurre la:

Fermentación Primaria:

Durante este estadio, las bacterias ácido – lácticas y las levaduras fermentativas, constituyen la microflora predominante y su crecimiento continua hasta agotarse los carbohidratos fermentables o hasta ser inhibidas por el pH formado por la propia bacteria láctica.

La capacidad amortiguadora y el contenido de carbohidratos fermentable del material vegetal, son factores importantes que determinan la magnitud de la fermentación de las bacterias ácido – lácticas y la magnitud de las consecuentes fermentación de las levaduras presentes.

Durante la fermentación primarias son activadas 5 especies de bacterias productoras de ácido láctico, en el siguiente orden:

STREPTOCOCCUS FECALIS, LEUCONOSTOC MESENTEROIDES, PEIOCOCCUS CEREVICIAE, LACTOBACILLUS BREVIS Y LACTOBACILLUS PLANTARUM.

Varias especies de levaduras fermentativas también son activas durante la fermentación primaria. Si después de la fermentación primaria quedan azúcares fermentables, estos azúcares pueden permitir una:

Fermentación Secundaria:

Dominada esencialmente por levaduras. Estos microorganismos son bastante tolerantes al ácido por lo que su actividad fermentativa continúa aún después de que las bacterias lácticas han sido inhibidas por los bajos valores de pH y pueden continuar hasta agotar los carbohidratos fermentables.

Post – Fermentación

Este estadio comienza cuando los carbohidratos fermentados se han agotado.

El crecimiento bactriano se restringe a la superficie de salmuera expuesta al aire libre, lo que permite es establecimiento de levaduras oxidativas, mohos y otros microorganismos deteriorativos en la superficie de tanques abiertos que no son expuesto a la radiación ultravioleta, o que han sido manejado con poco cuidado. En aquellos tanques que han sido cubiertos apropiadamente, no se observa el crecimiento de microorganismos responsables de daño, de allí la importancia de lograr y mantener condiciones anaerobias o la exposición a la luz solar (como es necesario en pepinos fermentados) para el buen desarrollo del proceso y la obtención de un producto final de buena calidad.

Cálculos Experimentales:

Formación de ácido durante la fermentación ácida de la col. El contenido en ácido está calculado como ácido láctico.

La gráfica de la curva de fermentación de la col (repollo agrio), muestra una curva uniforme de crecimiento, interviniendo distinto género de especie de microorganismos productores de ácido láctico.

(Leuconostoc mesenteroides, Lactobacillus brevis, Pediococcus Cerevisiae, Lactobacillus plantarum, etc.).

el primer microorganismo en crecer en vegetales puesto a fermentar, es el Leuconostoc mesenteroides el cual degrada la glucosa por vía heterofermentativa produciendo CO₂, ácido láctico etanol, etc.

A continuación, actúan los lactobacillus que no producen gas, Lactobacillus plantarum, el cual produce ácido láctico a partir de la fermentación de los azúcares y manitol originado por Leuconostoc. El Lactobacillus plantarum, por ser la especie mas ácido tolerante termina la fermentación de vegetales. Si después de que el lactobacillus plantarum ha terminado su acción queda suficiente cantidad de azúcar y manitol, actúan otros lactobacillus productores de gas, el;

Lactobacillus brevis: pueden desarrollarse y continuar la producción de ácido láctico hasta un 2,4 %, sin embargo, esta acidez raramente se alcanza, por falta de azúcar y manitol

La temperatura del laboratorio de Microbiología Industrial influyó mucho en la ausencia de la bacteria ácido – láctica es modificada al aumentar la temperatura y el crecimiento de Leuconostoc mesenteroides se ve retardado y el crecimiento de Leuconostoc mesenteroides se ve retardado y el Lctobacillus brevis y el lactobacillus plantarum, dominante fermentación.

Organismos	Jugo de repollo
	% ácidos
L. mesenteroides	0,055 – 1
L. plantarum	1 – 1,32
L. brevis	1,32 – 2,4

Explicación de la Curva de Fermentación:

Una vez que la col (repollo) fue troceada y salada y en el jugo que le rodea, rápidamente se origina una anaerobiosis, debida principalmente a la eliminación del oxígeno como consecuencia de la respiración de las células vegetales, aunque es su aparición también contribuyen algo las bacterias.

Al inicio de la fermentación se añadió sal, en una concentración de 2,5 %, que suprime o controla las bacterias putrefactivas, lo cual a la larga, favorece la proliferación de las bacterias de productoras de ácidos

Bajo estas condiciones, Leuconostoc mesenteroides enseguida aventajó en crecimiento a todos los demás microorganismos, y es el primero en crecer en vegetales puestos a fermentar; este microorganismo tiene una forma esférica degradando la glucosa de la col por vía heterofermentativa (produce CO₂, ácido láctico y etanol, etc) presentando una fase de lactancia muy corta y crece en un amplio rango de temperatura y concentración de sal, lo que explica que se establezca mucho más rápido que las otras bacterias ácido lácticas.

Estos Streptococos que se presentan en parejas o en cadenas cortas, crecen bien a temperaturas comprendidas entre 18 y 21 ºC, (lo cual no era la temperatura del laboratorio y por ende la fermentación fue retardada) y no solo no son inhibidos por una concentración de sal del 2,5 %, sino que probablemente son incluso estimulado.

Los compuestos originados por el microorganismo Al degradar la glucosa (azúcares) para producir (ácido láctico, ácido acético, etanol, manitol, dextrano, ésteres, y dióxido de carbono) contribuyen a comunicarle sabor al Sauerkraut de buena calidad, lo mismo que también se lo comunican los bacilos y cocos que producen ácido láctico a partir de los lípidos de la col. Los productos volátiles originados inhiben a las levaduras, mientras que el dextrano y el manitol (que tienen sabor amargo) pueden ser utilizados por las especies lactobacillus plantarum, beneficiosa de los Leuconostoc, pero no por la mayoría de los microorganismos competidores.

La especie Leuconostoc mesenteriades, produce ácido hasta que este alcanza un porcentaje comprendido el 0,7 y el 1 % (expresados en ácido lácticos).

El Leuconostoc mesenteriades cumple un importante papel en la fermentación de vegetales.

Su establecimiento en el material vegetal a iniciarse la fermentación bajo los niveles de pH con gran rapidez, los cuales alcanzan valores de 1,0 y 1,2 % de acidez titulable. Esta acidificación del medio inhibe el crecimiento de otro microorganismos deteriorativo, así como la actividad de enzimas que ocasionan el ablandamiento del tejido vegetal.

Por su carácter hetero fermentados, produce una alta cantidad de CO2, el cual reemplaza al oxígeno presente permitiendo un rápido establecimiento de condiciones anaeróbicas, que a su vez favorezcan el crecimiento de otros microorganismos importantes en el proceso

Establezca el ácido ascórbico (vitamina C), inhibiéndose el oscurecimiento enzimático, lo que permite la estabilización del color natural del vegetal.

Provee de ácidos y ésteres cuyas combinaciones resultan en importantes componentes del "flavor".

Estos microorganismos pueden convenir el exceso de azúcar en mentol o dextranos, impidiendo que este sea utilizado como fuente de carbohidratos, por microorganismos deteriorativos. Esta particularidad resulta muy ventajosa en la fermentación de vegetales con alto contenido de azúcar, (zanahorias, remolachas y algunas frutas).

A continuación del Leuconostoc, los lactobacilos que no producen gas, principalmente especies de Lactobacillus plantarum, contienen la producción de ácido, elevando la acidez al 1,5 – 2,0 %, esta bacteria produce ácido láctico a partir de la fermentación de los azúcares. Al utilizar también el manitol originado por el Leuconostoc eliminan el sabor amargo. El Lactobaccillus plantarun completa la fermentación que se precisa en el Sauerkraut. La experiencia ha demostrado que la acidez mas adecuada en el producto final es de aproximadamente de 1,7 %, expresada como ácido láctico. La fermentación puede finalmente en esta fase envasando o refrigerando el Sauerkraut.

Si después de que el Lactobaccillus plantarum, ha terminado su acción, queda suficiente cantidad de azúcar y manitol, otros lactobacilos productores de gas, como el Lactobacillus brevis, pueden desarrollarse y continuar la producción de ácido hasta un 2,4 %, sin embargo, esta acidez raramente se alcanza, por falta de azúcar y manitol. Los lactobacilos formadores de gas, que producen las mismas sustancias que los leuconostoc, dan al Sauerkraut un sabor desagradable muy ácido.

La presencia de las bacterias ácido – lácticas es modificada al aumentar la temperatura, el crecimiento de Leuconostoc mesenteroides, se ve retardado (temperatura de trabajo en el laboratorio de microbiología industril 35 – 37 ºC) y el Lactobacillus brevis y el Lactobacillus plantarum, dominan la fermentación.

A temperatura elevada el proceso es homo fermentativo dominado por Lactobacillus plantarum y Pediococcus cerevisiae, como consecuencia, se deteriora el aroma y el sabor, debido a la alta concentración de ácido láctico y baja de ácido acético, también el producto se obscurece con mayor rapidez, por lo que debe enlatarse o envasarse lo tan rápido como sea posible, cuando se completa la fermentación.

La temperatura es un factor determinante en la secuencia de los microorganismos deseables para la fermentación; se ha encontrado que ha una temperatura de 18 ºC y a una concentración de sal de 2,25 %, el proceso es superior en aroma, color y contenido de ácidos ascórbico, debido a que se favorecen las bacterias ácido – lácticas.

El Sauerkraut de buena calidad debe ser de color claro, desmenuzable, de una acidez de aproximadamente 1,7 % y de un sabor ácido puro. Existen también, pequeñas cantidades de diacetilo que le dan un aroma y sabor agradable. Según Pederson, el Sauerkraut tiene como término medio un pH 3.4 a 3.6, contenido de ácido láctico de 1,25 %, aproximadamente 0,3 % de ácido acético y 0,58 % de alcohol etílico. Si se emplean concentraciones salinas del 3,5 % en vez de la normal de2,25 % o si la temperatura es de 32 – 37 ºC (temperatura en la cual nosotros trabajamos en el laboratorio de microbiología industrial), en lugar de otras menores, se desarrolla el Pediococcus cerevisiae, que puede jugar un papel en la fermentación, si bien el Sauerkraut producido suele ser inferior en cantidad al originado en condiciones normales de salinidad y temperatura. Concentraciones de sal baja, por ej: 1,0%, favorece a los gérmenes heterofermentativos Leuconostoc mesenteroides y Lactobcillus brevis.

4) Describa los Factores a Controlar en la Fermentación Ácido Láctica:

La temperatura, la concentración de sal común, y la exclusión del aire son los principales factores que influencian el curso de la fermentación.

Temperatura:

Crea las condiciones óptimas para el desarrollo de microorganismos responsables.

Ejerce una influencia fundamental en la calidad de la col fermentada, y de ella depende además la duración de la fermentación.

La temperatura mas favorable para el desarrollo de Lactobacilos que intervienen en la fermentación de la col viene a ser 30 ºC. A esta temperatura se garantiza sobre todo una rápida propagación de la acidez y con esto una reducción del tiempo de fermentación, por desgracia a esta ventaja se une un inconveniente. El producto así preparado tienen mal aroma, ya que las bacterias lácticas hetero fermentativas no se multiplican suficientemente.

La temperatura alta favorece el ablandamiento de las verduras por proceso autoliticoenzimáticos y la aparición de sustancias mucilaginosas, y se acelera la destrucción del ácido ascórbico que tienen gran valor y las coles fermentadas presentan peor color.

Para evitar estas pérdidas de calidad, es práctica corriente mantener la temperatura de fermentación entre 10 y 20 ºC.

Concentración de sal común

El NaCl (Cloruro de sodio o sal de cocina), es la única sal utilizada en la fermentación, debido a que otras sales pueden ser tóxicas o amargas y comunicarles condiciones peligrosas e indeseables al producto.

La cantidad de sal añadida puede ser alta o baja, y depende del tiempo de vegetal; zanahoria, cebolla, coliflor y otras, que no se marchitan cuando se colocan en la salmuera son conservados en salmuera fuerte (10,5 al 15% de sal). A estas concentraciones de sal no ocurre ningún deterioro por microorganismos, ni tampoco ocurre fermentación láctica, porque la preservación se debe fundamentalmente al alto contenido de sal.

En salmueras diluidas, los azúcares que fluyen del interior del vegetal, son fermentados por las bacterias productoras de ácido láctico, y la sal y el ácido, acoplados con las condiciones anaeróbicas preservan el vegetal. Los gérmenes perjudiciales que compiten con los lácticos, por ejemplo, los proteolíticos y los esporulados aerobios y anaerobios su mucho mas inhibidos por la sal que los productores de ácido láctico.

La aplicación de sal en la fermentación de vegetales inhibe la proliferación de microorganismos putrefactivos; también afecta el desarrollo de especies patogénicas y toxigénicas.

El crecimiento de especies Salmonella se previene por concentraciones de 6 % de NaCl; el Clostridium botulinum, es el microorganismo que mas interesa controlar; porque produce una toxina fatal, pero todos los tipos de C Botulinum se inhiben por 10 – 12 % sal. El Staphylococcus aureus es capaz de resistir una concentración superior al 15 % en algunos casos hasta un 20 %, pero 5% es la concentración de sal más alta a la cual puede formar toxina.

De otra parte, especies útiles e inocuas, incluyendo bacterias productoras de ácido láctico, y algunas especies de levaduras, son afectados por la sal, Lactobacillus delbrueckii puede crecer en medio que contiene 18 % de NaCl.

Es bueno tener en mente, que una concentración de sal por encima de 8 % para pepinos y aceitunas, y mayor de 2,5 % para repollo, puede prevenir o retardar una fermentación láctica deseable; de otra parte, concentraciones muy bajas de sal, pueden resultar en el reblandecimiento de los vegetales encurtidos.

El repollo acondicionado con sal seca (dry salting), por el proceso de fermentación produce el Sauerkraut, en cambios los vegetales colocados en salmuera (brine salting) nos produce los encurtidos.

Exclusión de Aire:

Las bacterias lácticas pertenecen a los microorganismos anaerobios facultativos, es decir, que pueden desarrollarse tanto en presencia como en ausencia de oxígeno. Sin embargo, la fermentación no tiene lugar en presencia de aire, por lo que se toman las correspondientes medidas para desalojarlo procurando que durante la fermentación no penetre aire de nuevo. Las bacterias productoras de ácido láctico, especialmente hongos y levaduras, que solo son conveniente en cantidad limitada en la primera fase de la fermentación. Cantidades mayores de levaduras y de hongos, por su intenso metabolismo aerobio destruyen en breve tiempo cantidades relativamente grandes de hidratos de carbono que serán necesario para la formación de ácido láctico, y además ciertas levaduras y hongos consumen el ácido láctico, resultando la elevación del pH y la aparición de bacterias proteolíticas que pueden causar alteraciones de la col fermentadas.

La mayor forma de evitar la presencia de oxígeno en la col en fermentación consiste en cerrar herméticamente el tanque de fermentación, usando recipientes de gomas con hojas de plásticos, evitando que la cimas o parte superior de las verduras en fermentación sobresalgan del borde del tanque, es decir, procurando que esté bien sumergidas, en la salmuera.

Lo microorganismos aerobios, al consumir los restos de oxígenos existentes en la cuba de fermentación proporcionan de esta forma condiciones favorables para el desarrollo de las bacterias anaeróbias productoras de ácido láctico.