Fermentación alcohólica



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FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA





MICROBIOLOGÍA AGRÍCOLA

ALDANA KEIL

INGENIERÍA AGRONÓMICA


La fermentación alcohólica es utilizada desde la antigüedad para realizar productos como la cerveza o el vino. Algunos descubrimientos químicos posteriores llevaron al investigador, Gay-Lussac, a describir la reacción de fermentación que tenía lugar partiendo de la glucosa, con obtención de etanol. Hasta 1818, no se descubre que las causantes del proceso eran las levaduras. Pocos años después, se descubre la enzima responsable del proceso, la zimasa, otorgándose el Premio Nobel de Química en 1897, por dicho descubrimiento esencial, a Eduard Buchner. En los años posteriores, se siguió trabajando en el tema, hasta que en 1929, se descubre el cofactor NADH, esencial en el proceso de fermentación, pues su principal función es el intercambio de electrones.

La fermentación alcohólica, es un proceso anaeróbico realizado por levaduras, mohos y algunas clases de bacterias, que producen cambios químicos en las sustancias orgánicas. El principal objetivo de una fermentación alcohólica, es la producción de energía de tipo anaeróbica (con ausencia de oxígeno) para microorganismos como las levaduras. Para esto, se disocian moléculas de azúcares, obteniendo así la energía necesaria para que el microorganismo viva. Como productos de desecho, este proceso da alcohol y CO2.

La fermentación alcohólica, es un proceso exotérmico, es decir, libera energía, así como moléculas de ATP, de las cuales se genera un total de dos moléculas por cada molécula de glucosa procesada.

Existen diferentes tipos de fermentaciones alcohólicas, la fermentación industrial, y la fermentación natural.

Además de la utilización de los procesos fermentativos, con la finalidad de producir bebidas, u otros alimentos, la fermentación alcohólica hoy en día tiene usos diversos en la industria, donde forma parte de la producción de cosméticos, productos de limpieza, biocombustibles, pesticidas biológicos, entre otros.

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FERMENTACIÓN DE LA CERVEZA:

La elaboración de cerveza se divide a grandes rasgos en dos procesos principales: el primero corresponde a la conversión del almidón de un cereal en azúcares fermentables por acción de las enzimas que se encuentran en la malta y la posterior fermentación alcohólica de los mismos por la acción de la levadura.



  • Ingredientes:

-Malta: La elaboración de la cerveza se puede hacer con cualquier cereal que se "maltea" (es decir cualquier semilla que posea almidón y sea susceptible de germinar). El objetivo de este paso es la producción de amilasa que será utilizada para descomponer el almidón.

-Agua


-Lúpulo: el Humulus lupulus (planta trepadora), además de proporcionar un sabor amargo característico, es la encargada de estabilizar la espuma. Los lúpulos son responsables de los aromas y los sabores.

-Levadura: son organismos unicelulares que transforman mediante fermentación los glúcidos y los aminoácidos de los cereales en alcohol etílico y dióxido de carbono (CO2). Existen dos tipos de fermentación: la fermentación alta, que corresponden a las levaduras flotantes (Saccharomyces cerevisiae), que genera la cerveza Ale y la fermentación baja que corresponde a las levaduras que se van al fondo durante la fermentación, Saccharomyces carlsbergensis ó Saccharomyces uvarum que sirve para la elaboración de la cerveza Lager.



Requisitos de las levaduras

La levadura tiene unos requerimientos para poder hacer su trabajo. Necesitan azúcares, aminoácidos, lípidos y pequeñas cantidades de minerales como cinc y cobre. En la mayor parte de los mostos de cerveza están presentes estos nutrientes, y no es necesario añadir más para que la levadura funcione bien.

Otra cosa que necesita es oxígeno. La levadura emplea el oxígeno para formar la membrana celular cuando se reproduce. Las membranas celulares están compuestas de esteroles y ácidos grasos insaturados. Si no hay suficiente oxígeno en el mosto, la levadura deja de fabricar esteroles. La falta de esteroles lleva a que no se pueda sintetizar la membrana celular, de modo que la levadura deja de multiplicarse.

Así, la falta de oxígeno es lo que limita el crecimiento y reproducción de levadura en la cerveza. Una carencia de oxígeno producirá una cerveza poco atenuada (es decir, no totalmente fermentada, restando azúcares sin fermentar). Por eso es tan importante oxigenar el mosto, especialmente en cervezas de alta densidad.

Cuando se hierve el mosto se expulsa todo el oxígeno. Una posibilidad de oxigenar es transportar varias veces de la olla al fermentador y viceversa. Otra, es emplear un compresor de aire de acuario con una piedra difusora. No obstante, como se inyecta aire atmosférico, el nivel de oxígeno no puede superar un cierto nivel, de alrededor de 8 ppm, que es la cantidad mínima de oxígeno necesaria para una buena fermentación.

-Grits: son añadidos que hacen más estable la elaboración. Además de la estabilización de espuma, estos cereales añaden distintos sabores a la cerveza y aumentan la 'densidad' de la bebida.

-Azúcar: a veces, el azúcar se añade durante la fase de ebullición para aumentar la cantidad de alcohol en el producto final o incluso para diluirlo.


  • Procedimiento:



  • Malteado del cereal:



  • Selección del grano: los granos deben tener una textura homogénea.

  • Remojado del grano: se pone a remojar el cereal en diferentes ciclos de remojo llegando a hinchar el grano por la absorción del agua.

  • Germinado: cuando de los granos sale un diminuto brote verde (plúmula y la radícula) de unos centímetros de longitud, en este momento (previo a la aparición de la raíz), la planta emite un enzima que convierte el almidón en azúcar para alimentarse, en este instante se interrumpe el germinado. El proceso se hace siempre removiendo para que la germinación sea homogénea en todos los granos. Esta fase suele durar unos días.

  • Secado del grano: se seca el grano con el objeto de eliminar el germen.

El malteado del cereal afecta a muchas propiedades de la cerveza final, por ejemplo el color dependerá del tiempo que esté secándose la malta en la última fase del malteado.

La malta y los grits suelen molerse para que se puedan meter por los tamices y eliminar de esta forma todos los restos de cáscaras de los cereales molidos. Todos los ingredientes quedan finalmente en una textura harinosa.



  • Maceración de la malta:

Los ingredientes tamizados se meten en los grandes recipientes en los que se introduce agua y se remueve hasta que se forma una pasta consistente. A la mezcla acuosa se la hace hervir durante unos minutos para favorecer el ataque sobre el almidón de las enzimas.

La mezcla anterior se somete a una serie de operaciones destinadas a activar diversas enzimas que reducen las cadenas largas de azúcares en otras más simples y fermentables. De este proceso de maceración de la malta se obtiene un líquido claro y azucarado que se denomina "mosto".



  • Filtración previa:

El mosto, que tiene muchas partículas en suspensión, debe ser filtrado para que quede libre de impurezas que molesten a la fermentación.

  • Cocción del mosto

Tras el filtrado se introduce el mosto filtrado en una olla y se pone a hervir con el objeto de esterilizarlo de bacterias que hayan podido aparecer durante los procesos anteriores, en este momento se añade el lúpulo con un doble objetivo: proporcionar un aroma característico y al mismo tiempo frenar los procesos enzimáticos anteriores.

  • Fermentación

La fermentación juega un rol esencial en la calidad de la cerveza. Las fermentaciones son modificaciones del metabolismo celular. Este metabolismo comprende el catabolismo y anabolismo. Se produce en un medio ácido que suele oscilar entre pH 3,5 y 5,6.

Se ha preparado un líquido complejo y se ha purificado cuidadosamente hasta el momento de agregar la levadura cervecera para producir su fermentación. Al final de esta, cuando los azucares han sido transformados hasta alcohol y gas carbónico se tendrá la cerveza. Después de la fermentación la cerveza es separada de la levadura, la cual puede ser utilizada para fermentar más mosto. La cerveza se deja un determinado tiempo en reposo durante el cual se fijan ciertas cualidades y se clarifica naturalmente; después es filtrada.

El principal producto obtenido durante la fermentación es el alcohol etílico.

Inyección de levadura: se enfría el mosto para que tengan efecto las levaduras. Se introduce una mezcla de aire y de levadura para que comience la fermentación, ésta suele durar varios días. Proceso exotérmico ya que libera grandes cantidades de calor.

Tras el proceso de fermentación se reserva el CO2 sobrante en recipientes especiales para la posterior carbonatación de la cerveza.



Tipos de levaduras:

Alta fermentación (Saccharomyces cerevisiae), esta permanece en actividad por un intervalo de tiempo de 4 a 6 días a temperaturas relativamente altas entre los 18 y 25 °C.

Baja fermentación (Saccharomyces carlsbergensis), que se mantiene en actividad fermentativa durante un periodo de 8 a 10 días a temperaturas comprendidas entre 6 y 10 °C.

Fermentación espontánea, que se trata de una fermentación que se realiza en algunas cervezas belgas, no se le añade levadura.



  • Fermentación secundaria

Fase opcional, depende de la receta de elaboración de cada cerveza.

  • Maduración: los objetivos de la maduración son acumular o almacenar cerveza, dejar sedimentar en forma natural la materia amorfa y la levadura que aún tiene la cerveza, refinación del sabor por eliminación de las sustancias volátiles que causan el sabor verde, separación por precipitación de los compuestos que se forman al ser enfriada la cerveza.

Al final de la maduración como se va a llevar a cabo una filtración y por lo tanto una eliminación de la levadura se tendrá que proteger la cerveza agregándole antioxidantes para que se combinen con el oxígeno y evitar que se combine con la cerveza pudiéndose emplear ácido ascórbico y para mejorar la clarificación de la cerveza se emplean clarificantes.

Posibles problemas en la cerveza:

Acético: se percibe como un aroma agrio, ácido, que recuerda al vinagre. El deterioro de la cerveza debido a contaminación bacteriana también se puede percibir como putrefacción o degradación.

Terroso: el sabor terroso se asemeja al suelo húmedo o a la tierra mojada. Puede ser por la contaminación del agua; almacenamiento de la cerveza en sótanos húmedos, en contacto con microbios.

Mercaptano: permite identificar un aroma a azufre. Motivos: autolisis durante la maduración; dudosa calidad de la levadura; exposición del lúpulo a la luz solar (los alfa ácidos se descomponen y reaccionan con el sulfuro de hidrógeno que origina la levadura, creando mercaptano).

Acetato de etilo: es el acetato más común producido por la levadura salvaje o el tipo de cepa usada. Se percibe como un sabor afrutado.

FERMENTACIÓN DEL VINO


  • Procedimiento



  • Estrujado:

La aparición de las prensas permitió aprovechar una mayor cantidad de mosto contenido en los racimos estrujados. El estrujado debe ser suave, simplemente basta con liberar mosto, respetando la estructura del hollejo; la cuál será suavemente degradada por el complejo enzimático del mosto con una extracción selectiva de los compuestos de calidad que contiene.

  • Encubado

Consiste en depositar el mosto en los depósitos para que fermente y se convierta en vino. La duración de la fermentación será de 6 días para el vino joven, y 6 - 10 días para el vino de crianza y reserva.

  • Maceración

Es el contacto entre líquido y partes sólidas de la uva. Es un proceso que se inicia en el momento en que el mosto entra en contacto con los hollejos de la uva.

  • Fermentación:

Se distingue entre las levaduras silvestres que están presentes de forma natural en las bodegas, viñedos y en las propias uvas; y levaduras cultivadas, que son específicamente aisladas e inoculadas para su uso en la elaboración del vino.

Los géneros más comunes de levaduras silvestres que se encuentran en la elaboración del vino incluyen Candida, Klöckera/Hanseniaspora, Metschnikowiaceae, Pichia y Zygosaccharomyces. La actividad metabólica de los diferentes géneros y especies de levaduras presentes en las uvas, y capaces de resistir las condiciones de vinificación, influencian la calidad del vino obtenido.

Las levaduras cultivadas más utilizadas en la elaboración del vino pertenecen a la especie Saccharomyces cervesiae. El uso de diferentes cepas de levaduras es una importante contribución a la diversidad de vinos, incluso entre la misma variedad de uva.

La adición de levaduras cultivadas normalmente ocurre primero con la levadura en un estado seco o "inactivo" y se reactiva en agua caliente o jugo de uva diluido antes de ser añadido al mosto. Para proliferar y ser activa en la fermentación, la levadura necesita tener acceso a un suministro continuo de carbono, nitrógeno, azufre, fósforo, así como el acceso a diversas vitaminas y minerales. Estos componentes están presentes de forma natural en el mosto de la uva. El oxígeno también es necesario.

Tras la introducción de las levaduras vivas al mosto de la uva, los fosfatos se unen a las moléculas de azúcar y las de los seis carbonos comienzan a dividirse en tres piezas de carbono y pasar por una serie de reacciones de reordenamiento. Durante este proceso, el átomo de carbono se libera en forma de dióxido de carbono con el resto de los componentes convirtiéndose en acetaldehído. La falta de oxígeno en este proceso anaeróbico permite que el acetaldehído se convierta con el tiempo, por reducción, en etanol. Durante la conversión de acetaldehído, una pequeña cantidad se convierte, por la oxidación, en ácido acético.

El aroma primario del vino es el resultado de los compuestos odorantes presentes en forma libre en la uva o aquellos producidos como consecuencia de los procesos a los que se somete la uva desde su cosecha hasta el comienzo de la fermentación alcohólica (aroma prefermentativo). Estos procesos, (prensado, despalillado) provocan la rotura del grano de uva, lo que permite la actuación de algunos sistemas enzimáticos. Como resultado se originan principalmente alcoholes y aldehídos de seis átomos de carbono que están relacionados con aromas vegetativos, herbáceos. A pesar de tener un aroma muy diferente, en conjunto, la composición volátil de las uvas es bastante similar, y estas diferencias las podemos explicar por la diferente concentración en la que muchos de estos compuestos odorantes aparecen en la uva.

Los ácidos grasos volátiles lineales de cadena corta (C2-C4), media (C6-C10) y larga (C6-C10) y los ramificados (2-metil propanoico, 2-metil butanoico, etc.) se producen durante la fermentación, y se ha comprobado que a medida que aumenta la longitud de su cadena, la volatilidad disminuye y el olor cambia de ácido a rancio.

Por otro lado, en los vinos donde hay fermentación maloláctica (casi todos los vinos tintos y algunos blancos), como resultado, se pueden originar la formación de algunos compuestos odorantes como la 2,3-butanodiona (diacetilo) que ayuda al aroma a mantequilla de los vinos.

El control de la fermentación (temperatura, nutrientes, microorganismos), es muy importante en la producción de compuestos del aroma con implicación positiva en las características sensoriales de los vinos y para evitar la formación de otros compuestos volátiles, los llamados off-flavors que producen una depreciación en el aroma del vino.

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Después que la levadura haya concluido su ciclo de vida, cae hacia el fondo del tanque de fermentación como sedimento conocido tal como lías o heces de vino.



  • Descube y Prensado:

Consiste en sacar el vino de los depósitos donde ha fermentado, el vino se traspasa a otros depósitos donde permanecerá cierto tiempo.

  • Almacenamiento:

El vino debe ser almacenado a temperatura estable de unos 15 °C (nunca inferior a 10 °C ni superior a 18 °C), en un sitio oscuro (la luz oxida el vino), tumbado, y no moverlo. Se cierra al vacío y con tapón de corcho para que pueda expandirse. El vino absorbe todo lo que hay alrededor, por lo que debe ser almacenado en sitios poco húmedos y sin olores fuertes.

  • Filtración



  • Embotellado

ENFERMEDADES DEL VINO:

Picado o avinagrado: esta enfermedad está causada por la bacteria aerobia Micoderma aceti o acetobacter. Se desarrolla en la superficie del vino al contacto con el aire, formando una película de color blanco que con los días se torna rosada y se sumerge en el mosto restándole alcoholes y otorgándole acidez volátil.

Acidez volátil: es el aroma del vinagre. Aparece en los vinos que quedan expuestos al oxigeno durante mucho tiempo, porque quedaron mal cerrados o porque se guardaron de pie lo que hace que el corcho se seque, se contraiga y permita una micro oxigenación.

Flores del vino: producida por bacilos aeróbicos en este caso por la micoderma Vini, de rápida reproducción formando redondeles grisáceos o rosados según el color del vino. Esta bacteria produce la total oxidación del alcohol, esto se ve plasmado en la pérdida total del sabor y aromas de los vinos.

Enfermedad del tornado: es la producida por la bacteria anaeróbica, bacterium tartroxtorum. Produce la descomposición de diversos componentes del vino como los azucares, glicerina, taninos y en especial el ácido tartárico lo transforma en ácido acético. Los vinos se enturbian y se tornan achocolatados.

Enfermedad del ahilado o de la grasa: es producida por las bacterias del género streptococcus. Produce pequeñas cantidades de manitol, ácido acético y de ácido láctico, esto causa que el vino fluya como el aceite.

Sitios web consultados

http://quimica.laguia2000.com/general/fermentacion-alcoholica

http://www.cerveceros-caseros.com/index.php/procesos/191-la-fermentacion

http://es.wikipedia.org/wiki/Elaboraci%C3%B3n_de_cerveza

http://aliso.pntic.mec.es/~vferna8/recursos/elaboracion%20de%20cerveza.pdf

http://fermentacionetanolica.wikispaces.com/B.FERMENTACION+VINO

http://es.wikipedia.org/wiki/Producci%C3%B3n_del_vino

http://www.acenologia.com/correspondencia/levaduras_vinicas_cor0214.htm



http://cervezartesana.es/tienda/blog/tu-cerveza-esta-contaminada-aprende-el-por-que.html

Aldana Keil. Página



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