Procesos de Fermentación: Desde la Elaboración de Cerveza hasta la Producción de Metabolitos Industriales

El Fascinante Mundo de la Cerveza: Proceso, Tipos e Ingredientes Clave

La cerveza es una bebida resultante de la fermentación alcohólica, mediante levadura seleccionada, de un mosto procedente de malta de cebada, solo o mezclado con otros amiláceos transformables en azúcares por digestión enzimática, adicionado con lúpulo y/o derivados y sometido a un proceso de cocción.

Componentes Esenciales de la Cerveza

• Malta: Granos de cebada sometidos a germinación, desecación y tostado en condiciones adecuadas.

• Mosto de Malta: Líquido obtenido de tratar amiláceas con agua para extraer los principios solubles en condiciones tecnológicamente apropiadas.

• Cebada (Hordeum): Su composición típica incluye 63% almidón, 13% proteína, 6% celulosa y 3% sales minerales y grasas.

• Lúpulo (Humulus): Utilizado para aportar aroma. Está formado por resinas que confieren el amargor, aceites que proporcionan el aroma y polifenoles que contribuyen al color.

Tipos Principales de Cerveza

Cervezas Ale

Cervezas ambarinas de fermentación alta y sin guarda, que fermentan a 18-27°C durante 5-7 días.

• Tipo Mild: Bajo extracto y alcohol, con carácter a malta y débilmente lupulada. De color pálido u oscuro y dulzona.
• Tipo Pale Ale: Fabricada con menos tueste, más lúpulo y sin azúcar, resultando más pálida.
• Tipo Brown Ale: Fuerte, amaltada y de color ámbar oscuro, con notas de caramelo y bajo contenido alcohólico.

Cervezas Lager

Cervezas doradas con fermentación baja, a 6-15°C durante 2-7 días.

• Tipo Pilsen: Con aproximadamente 5% de alcohol, extracto seco, sabor amargo, espuma clara y color rubio.
• Tipo Dortmunder: Sabor fuerte y con cuerpo, seco y con un contenido alcohólico de 5.5%. Más aromática que la Pilsen.
• Tipo Bock: Muy amaltada, con un contenido alcohólico de 6.5% y dulce.

Proceso de Elaboración de la Cerveza

1. Malteado: Se limpia el grano y se deja en remojo durante 2-3 días para aumentar su humedad y permitir la germinación. Después de 3-4 días, se detiene la germinación mediante secado y tostado para quitarle la humedad. Finalmente, se almacena.
2. Obtención del Mosto Dulce y Lupulado: Una vez malteado, se procede a la molienda para romper las estructuras del grano mediante molinos (puede ser en seco o húmedo). Se obtiene una harina a la que se le añade agua, se macera y, por último, se somete a un golpe de calor (cocción).
3. Fermentación: Después de la cocción, el mosto se filtra para eliminar sólidos. Las cervezas tipo Ale se fermentan a altas temperaturas (14-25°C) por Saccharomyces cerevisiae durante 5-7 días. Las cervezas tipo Lager se fermentan a baja temperatura (6-12°C) por Saccharomyces pastorianus durante 8-10 días.
4. Maduración: La cerveza se guarda durante 15-60 días para que madure.
5. Envasado: Se clarifica para eliminar la levadura y se envasa.

Metabolitos y Productos de Fermentación Microbiológica

Clasificación de los Metabolitos

Los metabolitos se clasifican según:

• El destino de la fuente de carbono:
  • Catabólicos (degradación)
  • Anabólicos (síntesis)
• El destino de la energía:
  • Metabolitos primarios (para crecimiento)
  • Metabolitos secundarios (para otras actividades)

Metabolitos de Producción Microbiológica

Incluyen una amplia gama de sustancias:

• Solventes orgánicos (como etanol y glicerol)
• Ácidos orgánicos de cadena larga (como PHA)
• Ácidos orgánicos de cadena corta (como láctico y acético)
• Vitaminas
• Azúcares
• Polisacáridos
• Aminoácidos (AA) como la lisina
• Antibióticos (como la penicilina)
• Otras sustancias bioactivas

Productos Clave de Fermentación

Etanol

La mayor parte del etanol producido se utiliza en la fabricación de combustibles. Es producido por microorganismos como Escherichia coli, Zymomonas mobilis, y levaduras como Saccharomyces cerevisiae y Pichia stipitis.

Puede producirse por dos rutas principales:

• Ruta de Embden-Meyerhof: Utilizada por E. coli y Saccharomyces. La glucosa se transforma en glucosa-6-fosfato y luego en fructosa-6-fosfato, que finalmente da piruvato, el cual se convierte en etanol.
• Ruta de Entner-Doudoroff: Utilizada por Zymomonas. La glucosa se transforma en gluconato-6-fosfato, que también conduce a piruvato y, posteriormente, a etanol.

Diferencia en ATP: La primera ruta genera más ATP, lo que resulta en un mayor crecimiento microbiano y, consecuentemente, una menor producción de producto (a mayor biomasa, menos producto). E. coli produce más sustancias secundarias como acetato, y Saccharomyces produce glicerol, mientras que Zymomonas mobilis es conocida por producir etanol de forma casi exclusiva.

Ingeniería Metabólica:

• En E. coli: Al eliminar la enzima piruvato formiato liasa (PFL), se incrementa la producción de etanol, ya que el poder reductor se redirige hacia este producto.
• En Zymomonas mobilis: Se puede mejorar la producción añadiendo xilosa como sustrato.

Butanodiol

Producido por bacterias como Klebsiella, Serratia, Bacillus y Oenococcus.

Ruta de Producción: A partir de glucosa, el piruvato puede dar lugar a varias sustancias. Para favorecer la producción de butanodiol, se elimina el acetaldehído y la enzima aldehído deshidrogenasa (ALDH) para evitar la formación de etanol, permitiendo así la secuencia Acetolactato → Acetolactona → Butanodiol.

Propanodiol

Producido por bacterias como Citrobacter, Enterobacter y Clostridium.

Se produce a partir de glicerol, sin necesidad de glucosa como sustrato, debido a que el grado de reducción (poder reductor) del glicerol es mayor que el de la glucosa.