Fermentación: Clave en la Producción de Alimentos y sus Beneficios

Importancia de la Fermentación en la Producción de Alimentos

Hay tres razones principales por las que la fermentación es importante para la producción de alimentos:

• Transformaciones benéficas.
• Generar efectos benéficos en la salud.
• Mejora en las cualidades organolépticas.

Transformaciones benéficas

El cambio de una materia prima (harina, por ejemplo) en un producto como el pan. Si un panadero intentara hacer pan sin usar levadura, el producto final tendría una consistencia dura y pesada en lugar de ser esponjoso como esperamos que sea el pan. El gas CO2 producido por la fermentación es fundamental para la textura y el sabor del pan.

Efectos benéficos en la salud

Los probióticos son productos, como alimentos lácteos o suplementos, que contienen microorganismos beneficiosos. Estos microorganismos ayudan a mejorar la salud intestinal al reemplazar o aumentar las bacterias beneficiosas en el tracto gastrointestinal. Pueden promover la fermentación de alimentos en el intestino, favoreciendo el crecimiento de bacterias benéficas y la inhibición de patógenos, lo que conduce a un sistema gastrointestinal más saludable.

Mejora en las cualidades organolépticas

La fermentación puede ser agradable para nuestras papilas gustativas, ya que el proceso crea sabores nuevos y complejos como los del yogur y el queso. La fermentación es un proceso (bioquímico) en el que el sustrato (azúcares) se transforma en un nuevo producto mediante reacciones químicas llevadas a cabo por microorganismos. La ciencia de la fermentación se conoce como zimología.

Etapas de la Glucólisis

1. Fosforilación de la glucosa.
2. Isomerización de la glucosa-6-fosfato a fructosa-6-fosfato.
3. Fosforilación de la fructosa-6-fosfato.
4. Escisión de la fructosa-1,6-bifosfato en dihidroxiacetona fosfato y gliceraldehído-3-fosfato.
5. Interconversión de dihidroxiacetona fosfato y gliceraldehído-3-fosfato.
6. Oxidación y fosforilación de gliceraldehído-3-fosfato.
7. Transferencia de grupo fosfato desde 1,3-bifosfoglicerato a ADP.
8. Isomerización de 3-fosfoglicerato a 2-fosfoglicerato.
9. Transferencia de fosfato desde 2-fosfoglicerato a ADP.
10. Formación de piruvato a partir de fosfoenolpiruvato, generando ATP.

Tipos de Fermentación

• Fermentación Sumergida
• Fermentación en Estado Sólido

La fermentación en estado sólido utiliza sustratos sólidos con baja humedad. Aprovecha residuos agrícolas como salvado, bagazo y pulpa. Es lenta y controlada, adecuada para hongos y microorganismos, pero no para bacterias que requieren alta humedad. La fermentación sumergida requiere una atmósfera controlada para la fabricación competente de productos finales de buena calidad; lograr una productividad óptima y un alto rendimiento.

Sustratos y Microorganismos en la Fermentación

La elección del sustrato es crucial en la fermentación, ya que influye en el producto final. Los microorganismos reaccionan de manera diferente según el sustrato. Ejemplos de sustratos para fermentación en estado sólido incluyen arroz, desechos vegetales, salvado de trigo, bagazo de frutas y pulpa de papel. En fermentación sumergida, se usan medios líquidos como melaza, jugos vegetales y azúcar soluble.

Microorganismos Clave en la Fermentación

1. Levaduras: Son heterótrofos aeróbicos u obligados. Requieren fuentes de carbono reducidas, minerales, nitrógeno y vitaminas. S. cerevisiae es utilizada en la fermentación de cerveza, mientras que S. pastorianus es usada en levaduras lager.
2. Bacterias del ácido láctico: Gram positivas, con metabolismo homofermentativo o heterofermentativo. Producen bacteriocinas y ácido láctico como antimicrobianos.
3. Leuconostoc: Cocos heterofermentativos. Importantes en la fermentación de vegetales y contribuyen a la producción de CO2 en el queso Gouda.
4. Streptococcus: Mayormente patógenos, pero S. thermophilus es usado en la producción de yogur y quesos.
5. Lactobacillus: Presentes en membranas mucosas humanas L. delbrueckii ssp bulgaricus es clave en la producción de yogur y algunos quesos.
6. Pediococcus: P. halophilus es importante en la producción de salsa de soja, mientras que P. damnosus produce acidez en la cerveza.
7. Enterococcus: Aislados de alimentos fermentados, pero su contribución positiva es discutible.
8. Mohos: Utilizados en la maduración de productos cárnicos fermentados, mejorando su aspecto, aroma y sabor.

Rutas Metabólicas en los Procesos Fermentativos

Las rutas metabólicas en los procesos fermentativos son las vías bioquímicas que los microorganismos utilizan para descomponer los sustratos y producir energía en ausencia de oxígeno.

Fermentaciones Lácticas

En las fermentaciones lácticas, las bacterias homofermentativas, como Lactobacillus casei, producen predominantemente lactato a partir de glucosa, utilizando la vía de la fructosa-difosfato. Las bacterias heterofermentativas, como Lactobacillus brevis, inicialmente degradan la glucosa por la vía de las pentosas y luego convierten el acetil-fosfato en etanol o acetato, y el piruvato en lactato.

Fermentaciones Propiónicas

En las fermentaciones propiónicas, especies de Propionibacterium producen propionato, utilizado en la maduración de quesos suizos. El piruvato o lactato se reduce a través de la vía de la metilmalonil-CoA. En otras bacterias como Clostridium propionicum y Bacteroides ruminicola, la ruta es más simple, con la reducción de lactil-CoA a propionil-CoA. Estas bacterias se encuentran en el rumen e intestino del ganado.

Fermentación Alcohólica

La levadura Saccharomyces cerevisiae y otras forman etanol vía la fructosa difosfato y descarboxilación del piruvato. El rendimiento energético es 2 moléculas de ATP por cada molécula de glucosa fermentada.

Fermentación Láctica: Definición, Agentes y Sustratos

Definición de la Fermentación Láctica

La fermentación del ácido láctico se puede describir como el proceso de fermentación que involucra las actividades de un grupo de organismos bacilos grampositivos, anaeróbicos, pero aerotolerantes, no esporulados y catalasa negativos, que fermenta sustratos de carbohidratos para producir ácido láctico como producto principal.

Agentes de la Fermentación Láctica

• Fermentación Homoláctica: Proceso de fermentación de la glucosa obteniendo ácido láctico a través de la enzima lactato deshidrogenasa, siendo el NADH el dador de electrones en la reacción de la tercera etapa de la vía glucolítica. Esta fermentación es característica de los microorganismos del género Streptococcus, Pediococcus y Lactobacillus.
• Fermentación Heteroláctica: Proceso de fermentación en la cual se utiliza la mitad de la molécula de glucosa, esta se transforma en ácido láctico, y el resto se transforma en una mezcla de anhídrido carbónico, ácido fórmico, ácido acético, etc. Esta fermentación es característica de los microorganismos del género Leuconostoc y Lactobacillus.

Las bacterias homofermentativas producen principalmente ácido láctico a partir de glucosa mediante la ruta Embden-Meyerhoff-Parnas. Esto representa más del 85% de la producción total a partir de glucosa. A diferencia de las bacterias heterofermentativas, generan solo ácido láctico, siendo eficientes y energéticamente favorables. Ejemplos incluyen Lactobacillus y Streptococcus.

Las bacterias heterofermentativas producen ácido láctico, etanol y CO2 a partir de glucosa, generando solo el 50% de ácido láctico. Utilizan la enzima fosfocetolasa en lugar de aldolasa y hexosa isomerasa, y las vías de la hexosa monofosfato o la pentosa en lugar de la ruta Embden-Meyerhoff-Parnas. Producen ácido láctico, ácido acético y/o etanol, además de CO2.

Sustratos para la Fermentación Láctica

Todas las bacterias requieren una fuente de nutrientes para su metabolismo. Las bacterias fermentativas requieren carbohidratos, ya sean azúcares simples como la glucosa y la fructosa o carbohidratos complejos como el almidón o la celulosa. Las bacterias del ácido láctico (LAB) fermentan los carbohidratos de verduras y frutas en ácido láctico (LA), reduciendo el pH de los productos fermentados a alrededor de 4,0, lo que garantiza su estabilidad al restringir el crecimiento de microorganismos no deseados. El proceso de fermentación de vegetales se lleva a cabo en tres tipos de condiciones: seco-salado, en salmuera y sin sal. La sal proporciona un ambiente propicio para el crecimiento de LAB, lo que contribuye al sabor ácido característico de los alimentos fermentados.

Tipos de Fermentación de Vegetales

• Verduras Fermentadas Secas y Saladas:
  1. Se añade sal seca a las verduras para extraer su jugo y crear salmuera.
  2. Las verduras se cortan y se colocan en capas en el recipiente de fermentación, intercalando sal entre ellas.
  3. Se añade peso para comprimir las verduras y favorecer la formación de salmuera.
  4. La fermentación comienza cuando se forman burbujas de CO2, tardando de 1 a 4 semanas.
  5. La fermentación está completa cuando cesan las burbujas.
• Verduras Fermentadas en Salmuera:
  1. Se prepara una solución de salmuera y se sumergen las verduras en ella.
  2. La salmuera extrae agua y azúcar de las verduras, reduciendo la concentración de sal en estas.
  3. El rápido desarrollo de microorganismos en la salmuera depende de la concentración de sal y la temperatura.
• Verduras Fermentadas con Ácido Láctico sin Sal:
  1. Algunas verduras se fermentan sin sal agregada.
  2. La fermentación con ácido láctico reduce el pH y crea un ambiente desfavorable para microorganismos dañinos.
  3. La falta de oxígeno y la atmósfera anaeróbica evitan el crecimiento de levaduras.

Procesos de Fermentación del Ácido Láctico

• Fermentación Espontánea
• Fermentación Controlada

Para una fermentación LA controlada, las condiciones deben crearse de tal manera que favorezcan el crecimiento de BAL comensales y/o inoculadas excluyendo otros microorganismos.

Microorganismos y Condiciones en la Fermentación de Frutas y Verduras

Microorganismos Involucrados

• Microflora natural de la superficie, como Lactobacillus, Leuconostoc, Pediococcus.
• Uso de cultivos iniciadores como Lactobacter plantarum, Lb. rhamnosus, Lb. gasseri y Lb. acidophilus proporciona consistencia y rendimiento.

Condiciones para una Fermentación Controlada

Creación de condiciones que favorezcan el crecimiento de BAL comensales e inoculadas, excluyendo otros microorganismos.

Factores que Afectan la Fermentación

• pH crítico para conservación y desarrollo de sabor.
• La mayoría de LAB prefieren condiciones de pH casi neutro.
• Algunas bacterias son ácido-tolerantes.
• Disponibilidad de oxígeno: mayoría de BAL no son sensibles al O2.
• Temperatura óptima de crecimiento: entre 20°C y 30°C.
• Concentración de sal: oscila entre 20 y 80 g/l durante la fermentación.
• Requieren actividad de agua alta (0,9 o superior) para sobrevivir.

Ejemplos de Productos Fermentados

Verduras Fermentadas con Ácido Láctico

• Sauerkraut: col fermentada salada y rallada.
• Kimchi: grupo de vegetales fermentados tradicionales en Corea.
• Pepinos encurtidos: sometidos a fermentación de ácido láctico.

Productos Lácteos

• Yogur: fermentado con Streptococcus thermophilus y Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus.
• Kéfir: leche fermentada con granos de kéfir, contiene bacterias y levaduras.

Productos Cárnicos

• Salchichas fermentadas: sal, nitrito de sodio, fosfato de sodio, azúcar, agentes reductores, agentes aglutinantes, antioxidantes.

Cada paso se enfoca en ingredientes específicos y condiciones para optimizar el proceso de fermentación y la calidad del producto final.

Proceso de Fermentación de la Carne

La fermentación de la carne implica dos tipos: secas y semisecas. Las secas, con bajo contenido de agua, se fermentan sin ahumar ni calentar, a menos de 22°C, con cultivos iniciadores como Lactobacilos y Pediococos. Las semisecas, con mayor contenido de agua, se ahúman y calientan a 60-68°C. El proceso de elaboración del salami incluye refrigeración, troceado, molido, adición de condimentos, mezclado, embutido, amarrado, rezumado, agujerado y maduración.