RUTAS METABÓLICAS.

En la unidad denominada “Fermentación Alcohólica”, hemos detallado la ruta de la glicólisis. El piruvato (o moléculas derivadas del piruvato) se encuentra disponible luego del proceso de glicólisis.

Glucosa + 2ADP Ácido piruvico + NADH + H+ ácido láctico + NAD+

Como no poseen piruvato descarboxilasa, transfieren el hidrógeno formado por acción de la fosfotriosa-deshidrogenasa a ácido pirúvico con ayuda de nicotinamida-adenin dinucleótido (NAD) y lo transforman así en ácido láctico.

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Rendimiento energético de la fermentación láctica.-

Si comparamos el rendimiento de la fermentación láctica con respecto a la alcohólica, observamos que la fermentación láctica es mucho más eficiente a condiciones estándares. Debido a que se requiere mecho menor energía para la formación de ácido láctico.   

FERMENTACIÓN LÁCTICA FERMENTACIÓN ALCOHÓLICAC6H1206 + 2ADP + 2Pi

2C3H603 + 2ATP + 2H2O

C6H1206 + 2ADP + 2Pi

2C2H50H + 2ATP + 2CO2

DG0' = - 47 kcal/mol DG0' = - 56.3 kcal/mol     

Rendimiento energético (cond. estándar):(14.6/47.0)x100   =  31%

Rendimiento energético (cond. estándar):(14.6/56)x100  =  26%

La enzima lactato-deshidrogenasa, que reduce el ácido pirúvico a ácido, tiene una estereoespecificidad distinta según la especie bacteriana. Por ello algunas bacterias sólo forman ácido láctico dextrorrotatorio [D-(-)] y otras, por el contrario, levorrotatorio[L-(+)]. Hay bacterias que sintetizan además la enzima lactato-racemasa que lleva a cabo la interconversión de las dos formas ópticamente activas.

En presencia de oxígeno, también en las bacterias homofermentativas una pequeña parte del ácido pirúvico (menos del 10 %) se descarboxila con liberación de C02, transformándose en ácido acético, etanol o acetoína dependiendo de la especie.

Como las especies heterofermentativas de Laciobacillus no sintetizan ni aldolasa ni triosafosfatoisomerasa no pueden llevar a cabo la degradación preliminar de los azúcares

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siguiendo la ruta de la fructosa bisfosfato, como hacen las bacterias hornofermentativas. Se realiza, por el contrario, por la ruta de las pentosas-fosfato (PP), que es común a la mayoría de las bacterias. En ella, la glucosa se transforma en pentosa, que se escinde a acetato y fosfogliceraldehído.

Esquema de la heterofermentación ácido láctica.

La glucosa se transforma en glucosa-6-fosfato con la ayuda del ATP y se oxida a ácido fosfoglucónico gracias a la glucosa-6-fosfato-deshidrogenasa. La 6-fosfogluconato-deshidrogesa hidroliza el C, del grupo carboxílico del ácido 6-fosfogliicónico, formándose ribulosa-5-fosfato Y C02, el primer producto de la fermentación. Una epimerasa transpone los ligandos -H y -OH del C3 de la ribulosa, formándose xilulosa-5-fosfato. Este azúcar será escindido a acetilfosfato y gliceraldehído-3-fosfato por la fosfopentosa-cetolasa con ayuda del coenzima tiaminopirofosfato (TPP) por adición de un anión fosfato (Pi). El enlace fosfato rico en energía del acetilfosfato se transfiere al adenosindifosfato con formación de ATP. Se libera así ácido acético como segundo producto de la

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fermentación, que, a su vez, puede ser reducido a etanol por distintas especies gracias a una aldehído alcohol-deshidrogenasa con la ayuda del NADH2- Como en las bacterias homofermentativas, el gliceraldehído-3-fosfato se transforma por el contrario, siguiendo la ruta de la fructosabisfosifato, en ácido pirúvico, por deshidrogenación y con formación de 2 moles de ATP vía 1,3-difosfoglicerato y fosfoenolpiruvato El ácido pirúvíco por acción de una lactato deshidrogenasa y del NADH2 se reduce también a ácido láctico. De este modo, algunas bacterias lácticas heterofermentativas pueden reducir a glicerina parte del gliceraldehído formado durante la degradación del azúcar. Las cepas que fermentan la fructosa reducen tambien así en parte la fructosa con formación de manita . por ello muchas bacterias lácticas pueden formar 5 – 6 productos de fermentación: ácido láctico, etanol, ácido acético, CO2, glicerina y manita.-.

Para obtener ácido láctico puro por un proceso microbiológico, que es mas rentable que la síntesis química se emplean únicamente bacterias homofermentativas porque al no producir metabolitos secundarios, permiten unos rendimientos mayores.

Leches y hortalizas fermentadas.

Diferentes tipo de productos elaboradas a base de leche fermentada.-

La acidificación de la nata es uno de los procesos más importantes para la elaboración de mantequilla de nata ácida.

La crema se inócula por cultivos constituidos por una mezcla de :

45 % Streptococcus cremoris y S.lactis. 10% Leuconostoc cremoris.

Además de los productos de la fermentación del ácido láctico, cuando se utilizan los dos últimos microorganismos en la acidificación de la nata de forma diacetilo, que confiere el deseado aroma a mantequilla. Se origina vía ácido pirúvico, metabolito intermediario de la fermentación.

O OH CO2 H2O

H3C – C H3C-C-CO–CH3 H3C-CO-CO-CH3

HOOC CH3CHO COOH ½ O2 diacetilo Ácido Ácido Pirúvico a-acetil-láctico

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Con Leuconostic cremoris se degrada también el ácido cítrico de la leche, vía ácido oxalacético, a ácido pirúvico y este a diacetilo:

Los iniciadores acidificantes.-

Se obtienen por acidificación natural de la leche sin Pasteurizar. La leche fresca sin pasteurizar se inocula con leche acidificada espontáneamente. Después de repetir varías veces este proceso, se habrá desarrollado por enriquecimiento específico en bacterias lácticas un cultivo iniciador cuya composición es la ya citada.

Su crecimiento posterior en leche que haya sido pasteurizada durante 1 hora a 85 'C tiene lugar en unas 18 horas si la temperatura es de 21 °C ,hasta que la cantidad de ácido formada sea equivalente a un hidróxido sódico 0,1 M.

Después de eliminar la capa de nata, esta leche se emplea para acidificar cantidades mayores y finalmente se añade en una proporción que suponga el 3-4 % del volumen total del tanque de crema una vez llenado con crema fresca.

Estos tanques de maduración de la crema son rectangulares y tienen doble pared y fondo hemiesférico para recoger el líquido.

La acidificación de la crema tarda de 16 a 30 horas. Los tanques de maduración se mantienen a 18-20 °C durante 3-4 horas hasta el espesamiento de la crema, es decir, hasta la coagulación de las proteínas de la leche. Después se deja que prosiga la acidificación a 12-14 °C, hasta que se consigue un pH de 5.0 aproximadamente.

Durante el proceso se agita la crema con frecuencia con el fin de proporcionar el oxígeno necesario para la síntesis del diacetilo.

A temperaturas más altas, la formación de aroma es insuficiente y la grasa demasiado fluida como para hacer mantequilla.

La crema madurada se pasa a la batidora donde se bate hasta que se forma la mantequilla. Además de grasa, puesto que se trata de una «emulsión plástica», la mantequilla contiene un 13-16 % de agua y también las sales, proteínas lácteas y productos del metabolismo de las bacterias lácticas.

El residuo líquido que separa es la mazada. Contiene casi la totalidad de las bacterias de los géneros Estreptococos y Leuconostoc.

El Yogur.

Obtenido originariamente en los Balcanes a partir de leche de oveja o de cabra, se elabora hoy sobre todo a partir de leche de vaca. Esta leche se pasteuriza a 85 'C, se enfría a 50 'C y se inocula con un cultivo mixto de Lactobacillus bulgaricus Streptococcus thermophilus. Ambas especies bacterianas necesitan calor, se desarrollan óptimamente a 40 'C y no crecen por debajo de 15 'C. La leche inoculada se pasa a los envases en los

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que vaya a ser comercializada y se incuba a 40 'C durante 9-12 horas hasta su coagulación y hasta que tenga un contenido de ácido láctico del 1.0 – 1.5 %. Después se enfría inmediatamente y se conserva en sitio frío hasta el momento de su venta, para impedir una acidificación excesiva. L. bulgaricus proporciona el aroma característico, S. thermophilus el sabor fresco y ácido de este tipo de leche cuajada.

El Kefir.

Es una bebida de leche ácida de origen caucásico, que también se encuentra a la venta frecuentemente, el kefir además de las bacterias lácticas contiene levaduras que fermentan el azúcar, en una menor proporción, a alcohol Y C02.

Esta acidificación y fermentación alcohólica simultáneas tienen lugar a 20 'C y duran unas 24 horas.

El kefir, ya fabricado contendrá 1,0-1,5 % de ácido, 0,25 % de alcohol y C02 disuelto. El inoculo lo constituyen los granos de kefir, que se emplean también para uso doméstico. Están formados por proteínas lácteas coaguladas, sólidas, que contienen un cultivo mixto de las siguientes bacterias y levaduras: Lactobacillus (caucasicus), L. caseina, L. plantarum Leuconostoc cremoris y algunas levaduras fermentadoras de la lactosa (Torulopsis spp., Saccharomyces fragilis).

Los granos de kefir pueden conservarse secos durante muchos años. Antes de su utilización hay que reactivarlos por maceración. Al final de la fermentación se extraen los granos, que habrán crecido como consecuencia de la coagulación de más proteínas, y podrán volver a emplearse inmediatamente o más tarde, después de su desecación.

El Queso.

Se obtiene por degradación microbiana más o menos intensa de los componentes de la leche .

Se coagula la Caseína por fermentación láctica y dependiendo de si la caseína sufra o no una maduración microbiana se diferencian los quesos en:

Madurados y Frescos.

La consistencia y sabor de los madurados están influenciados por :

El contenido graso. Tipo de coagulación de la caseína. Aditivos. Tratamiento con bacterias y mohos y especie a la que pertenezcan.

Por combinación de estos factores pueden obtenerse numerosos tipos distintos de queso. Ajustando el contenido graso de la leche de partida se obtendrán quesos que en base a esto se clasifican en:

QUESOS CONTENIDO EN GRASA

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Doble crema 60 % Crema 50 % Super graso 45% Graso 40 % Semigraso 20 % Poco graso 10 % Magros menos del 10 %.

Para la coagulación se emplea Quimosina o Renina que se obtiene del estomago de los terneros como proenzima inactiva y se activa con ácido clorhídrico a pH 5.3.

Enzima inactiva HCl Enzima activada

Caseína láctea Paracaseínato cálcico(Solución coloidal paracaseinato insoluble)

Quesos Frescos.

En estos no hay maduración después de la coagulación de la caseína o la hay en muy pequeña proporción (ver fig. 11).

Todos tiene un sabor suave, débilmente ácido por que todavía no hay degradación microbiana de las proteínas y de los lípidos.

A. Queso blancoB. Queso en capas y C. Queso crema fresco.

A.- Queso blanco.- Se obtiene como cuajada ácida por precipitación a partir de Leche ácida y cuajada enzimática ( fermento lab.) mayoritariamente.

B.- Queso en capas.- Contiene una capa intermedia algo más grasa.

C.- Queso Crema y doble crema.- A partir de leche entera a la que se le añade crema.

Quesos madurados.- se obtienen por:

1) Fermentación ácido láctica de cuajada ácida2) Precipitación con Fermento lab. De cuajada enzimática.

Quesos de leche ácida.- Son quesos magros que se obtienen por degradación microbiana progresiva de la cuajada ácida.

Entre estos se encuentran los tipos:

Haserkäse

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Karbkäse Stangekäise Quesos de hierbas Quesos con mohos.

Fuente C (ác.láctico)

MADURACIÓN PARACASEÍNA Albumosa , a.a., aminas peptonas, ác.grasos y compuestos volátiles Degradación Bacteriana

Bacterias lácticas: Lactobacillus casei, L.helveticus, Streptococcus lactis y S:cremoris y participan a demás Micrococcus caseolyticus y Arthrobacter sp.

Los quesos de leche ácida, se condimentan, salan y conforman de acuerdo con el tipo al que pertenezcan y se almacenan en un lugar húmedo durante la maduración.

Quesos con fermento lab.- Se realizan con leche acidificada débilmente y sin cuajar, se le añaden de 1-2 % ( en volumen ) de cultivo de bacterias lácticas y fermento Lab en forma de polvo o liquido.

La coagulación de la leche va ha ser mayor cuanto más elevada sea la temperatura.

Quesos blandos Coagulan 18 – 22 °C.

Quesos duros Coagulan 31 – 33 °C.

Si la coagulación es lenta por la ausencia de calcio, se le puede CaCl2 a la leche.

Después de la cuajada el queso s e calienta varias horas hasta alcanzar los 54 – 55 °C. Para eliminar las levaduras y mohos de la leche .En el suero quedan : Lactato, albúmina, lactosa y sales minerales.

Quesos blandos .

Después de la coagulación se les da forma prensándolos únicamente entre tablas ajustables, en estos hay una degradación de la masa del interior y exterior hacia el centro, determinando especialmente la maduración externas el carácter del queso (ver fig. 11).

Los quesos blandos pueden ser:

1) Madurados con mohos.2) Madurados sin hongos.

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Dentro de los madurados con mohos se encuentran los madurados con:

Camembert y Brie que son madurados con Moho blanco, se inoculan con Penicillium camemberti y Endomyces sp.

Roquefort, Bavaro azul que son madurados con moho azul , y se inoculan con

Penicillium roqueforti.

La maduración del queso fresco se realiza espolvoreándolo con migas de pan invadido por el moho.

Quesos Duros.

Se prensan envueltos en paños a presiones hasta de 20 bar. hay una maduración homogénea de toda la masa , dentro de los más importantes están:

Tilsit.- Es semiduro , flexible, 4-5 kg., con ojos repartidos y recubierto de una capa pegajosa amarilla rojiza.

Edam .- Grande redondo amarillo dorado, graso, semiduro, ojos escasos pequeños y redondos, corteza roja recubierta de parafina.

Emmental o suizos.- Son duros, grandes hasta de unos 100 cm. de diámetro y unos 40 kg. de peso, grasos con grandes ojos y aroma característico.

Cheddar.- La cuajada debe de acidificarse antes de proseguir su elaboración.

Chester.- Son elaborados a partir de leche dulce y están recubiertos con cera.

Parmesano.- También se acidifica la leche, con textura granulosa y dura y ojos pequeños y escasos.

La maduración se lleva a cabo en dos etapas , premaduración y maduración principal (ver fig.).

PREMADURACIÓN

A).- Leche ácida.-

Lactosa residual Ácido láctico, ácido acético acetoína y diacetiloBacterias lácticas yEstreptococos proteolisis.

B).- Fermentación enzimática.-

Lactosa y Lactato cálcico glucosa ácido + ácido + CO2 . propionico acético

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Propionibacterium freudenreichii P. ácidi- propionici

P. jensennii

El CO2 liberado forma los agujeros característicos de los quesos duros, los ojos.

Maduración principal.-

Además de la fermentación a ácido propionico termina la degradación de la Caseína y el desarrollo del aroma.

Su degradación y transformación conducen ala formación de :

Cetoacidos Oxiacidos Ac. Grasos sencillos Esteres de ácidos grasos

Existen otros muchos productos tradicionales de leche ácida originarios del medio y lejano Oriente, a los que no podemos referirnos aquí con más detalle (por ejemplo dahi, kumiss, leben, kurunga). Se obtienen a partir de la leche de distintos animales domésticos y de inóculos de diversa composición.

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