capacidad fermentativa

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO

INGENIERÍA AGROINDUSTRIAL

2012

“DETERMINACIÓN DE LA CAPACIDAD

FERMENTATIVA”

Sacharomyces cerevisae LABORATORIO DE BIOTECNOLOGÍA DE LOS PRODUCTOS

AGROINDUSTRIALES

PROFESOR: ING. SÁNCHEZ GONZALES, JESÚS ALEXANDER

ALUMNA: MARTÍNEZ SALDAÑA, YURICO ELIZABETH

CICLO: IX

HORARIO: JUEVES 11-1PM

Laboratorio 3: Capacidad Fermentativa-Levadura Saccharomyces cerevisae e| Biotecnología de los Productos Agroindustriales

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LABORATORIO N° 03.

“DETERMINACIÓN DE LA CAPACIDAD FERMENTATIVA”

I. INTRODUCCIÓN

La fermentaciónes un tipo de catabolismo parcial, que se caracteriza por ser un proceso de

oxidación incompleta, típico de los organismos anaeróbicos. Se realiza, pues, sin la intervención del

oxígeno.

El proceso de fermentación no sólo incluye la desasimilación anaeróbica como la formación de

alcohol, butanol-acetona, ácido láctico, etc. sino también la producción industrial de vinagre, ácido

cítrico, enzimas, penicilina, etc. Todos estos productos son el resultado de procesos microbianos y

se llaman productos de fermentación.

Durante la fermentación, la energía obtenida procede, igual que en la respiración aerobia, de las

reacciones de óxido-reducción habidas durante el catabolismo de la glucosa (glucólisis), pero en la

fermentación las coenzimas reducidas no ceden sus electrones a una cadena cuyo aceptor final es

el oxígeno, sino que los ceden directamente a un compuesto orgánico que se reduce y es el

producto característico de cada fermentación.

Inóculos de levaduras comerciales son ampliamente usados en la industria de las

bebidasalcohólicas, sin embargo es preferible utilizar cepas autóctonas, las cuales están

adaptadas a los medios de fermentación de cada área. Aunque se han encontrado muchos géneros

de levaduras en fermentaciones, la especie Saccharomycescerevisae es la principal responsable

de la fermentación alcohólica, así como de la producción de la mayoría de los compuestos

aromáticos. Algunos de los criterios de selección de las cepas se basan en su capacidad

fermentativa, medida como producción de etanol, acidez y consumo de azúcares.

El objetivo de este trabajo fue seleccionar cepas nativas en base a su capacidad fermentativa,

rendimiento y productividad.


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II. OBJETIVOS

Evaluar y determinar la pérdida de peso y la cantidad de glucosa consumida por las

soluciones de la levaduras.

Determinarelrendimientoteórico y real delalevadura durante la respiración y

fermentación de ellas mismas, a diferentes concentraciones de sustrato (sacarosa y

glucosa).

Determinar la eficiencia de la levadura Saccharomycescerevisae a diferentes

concentraciones de sustrato (sacarosa y glucosa).

III. FUNDAMENTO TEÓRICO

A. Fermentación

Son cambios químicos en las sustancias orgánicas producidos por la acción de las enzimas. Esta

definición general incluye prácticamente todas las reacciones químicas de importancia fisiológica.

Actualmente, los científicos suelen reservar dicha denominación para la acción de ciertas enzimas

específicas, llamadas fermentos, producidas por organismos diminutos tales como el moho, las

bacterias y la levadura. Por ejemplo, la lactasa, un fermento producido por una bacteria que se

encuentra generalmente en la leche, hace que ésta se agrie, transformando la lactosa (azúcar de la

leche) en ácido láctico. El tipo de fermentación más importante es la fermentación alcohólica, en

donde la acción de la cimasa segregada por la levadura convierte los azúcares simples, como la

glucosa y la fructosa, en alcohol etílico y dióxido de carbono. Hay otros muchos tipos de fermentación

que se producen de forma natural, como la formación de ácido butanoico cuando la mantequilla se

vuelve rancia, y de ácido etanoico (acético) cuando el vino se convierte en vinagre.

La fermentación es un proceso que realizan muchos microorganismos, efectuando reacciones sobre

algunos compuestos orgánicos y liberando energía. Hay muchos tipos diferentes de fermentación,

pero en condiciones fermentativas solamente se efectúa una oxidación parcial de los átomos de

carbono del compuesto orgánico y, por consiguiente, sólo una pequeña cantidad de la energía

potencial disponible se libera.

La primera explicación bioquímica del proceso por el cual el azúcar en solución acuosa es

descompuesto en alcohol y gas carbónico, en virtud de la acción de células vivas de levadura, la dio el

químico francés Louis Pasteur, el cual vio que mientras descomponen el azúcar en ausencia de aire,

las células de levadura viven y se propagan en el líquido en fermentación y llamó al proceso de la

fermentación alcohólica `vida sin oxígeno'.


3

La explicación de Pasteur fue modificada por Buchner, quien demostró que podía realizarse la

fermentación en una solución acuosa de azúcar por el jugo obtenido prensando células muertas de

levadura. Se observó, entonces, que el jugo filtrado de células de levadura que habían sido molidas

con arena contenía una sustancia eficaz para descomponer los azúcares, y a esta sustancia activa o

mezcla catalizadora se dio el nombre de fermento, enzima o zimasa.De acuerdo con la interpretación

bioquímica hecha por Pasteur, la fermentación se conoce como la desasimilación anaeróbica de

compuestos orgánicos por la acción de microorganismos u otras células o de extractos celulares;

además, es un conjunto de reacciones bioquímicas a través de las cuales una sustancia orgánica se

transforma en otras por acción de ciertos microorganismos (bacilos, bacterias, células de levadura),

que en general van acompañadas de un desprendimiento gaseoso y de un efecto calorífico.

El proceso de fermentación no sólo incluye la desasimilación anaeróbica como la formación de

alcohol, butanol-acetona, ácido láctico, etc., sino también la producción industrial de vinagre, ácido

cítrico, enzimas, penicilina etc.. Todos estos productos son el resultado de procesos microbianos y se

llaman productos de fermentación. Análogamente, el término fermentador no sólo hace referencia a

los recipientes en los cuales se realiza la fermentación con exclusión de aire, sino también a los

tanques en los cuales se producen oxidaciones microbianas aeróbicas y a los tanques de propagación

de levaduras y otros microorganismos en presencia del aire.

Se conocen centenares de especies de levaduras, bacterias y mohos que producen alcohol, pero sólo

dos o tres especies de levadura se aplican industrialmente en la producción de alcohol; su rapidez en

la fermentación, su tolerancia de concentraciones elevadas de azúcar y alcohol y su rendimiento

elevado de alcohol, hacen que se usen más que las otras. Algunos microorganismos ofrecen más de

una aplicación industrial. Las levaduras, por ejemplo, producen alcohol y glicerol partiendo de

azúcares, hacen subir la masa en la fabricación del pan y son una fuente de proteínas, vitaminas y

enzimas.

Todas las células están capacitadas para sintetizar ATP por el proceso de la glicólisis. Enmuchas

células, si el oxígeno no está presente, el piruvato es metabolizado en un procesollamado

fermentación.

La fermentación complementa a la glicólisis y hace posible producir ATP continuamente enla ausencia

del oxígeno. Por la oxidación del NADH producido en la glicólisis, lafermentación regenera el NAD+, el

cual interviene otra vez en para producir más ATP.

C6H12O6 + 2 Pi + 2 ADP → 2 CH3-CH2OH + 2 CO2 + 2 ATP + 25.5 kcal

Se puede ver que la fermentación alcohólica es desde el punto de vista energético unareacción

exotérmica, se libera una cierta cantidad de energía.


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Un cálculo realizado sobre la reacción química muestra que el etanol resultante es casi un51% del

peso, los rendimientos obtenidos en la industria alcanzan el 7%.

Figura 1. Proceso de fermentación

En la fermentación alcohólica, el ácido pirúvico de la gicólisis pierde un carbono en laforma de bióxido

de carbono para formas acetaldehido, el cual es reducido a alcohol etílico,el NADH se convierte en

NAD+ (es oxidado). Esta es la fermentación que ocurrenormalmente en las levaduras. Como en la

fermentación del ácido láctico, la fermentaciónalcohólica permite a la glicólis continuar y asegurar que

el NADH regresa a su estadooxidado (NAD+).

La energía neta ganada en la fermentación es de 2 moléculas/glucosa de ATP. En

ambasfermentaciones (láctica y alcohólica), todo el NADH producido en la glicólisis esconsumido en la

fermentación, por lo tanto no hay producción neta de NADH, y ningúnNADH entra a la CTE y forma

ATP.

1. Clasificación de las reacciones de fermentación según el agente

a) Fermentación microbiana.Promovidas o catalizadas por microorganismos. La reproducción

de los microorganismos conlleva a que la reacción tenga un comportamiento autocatalítico

siendo la concentración de los microorganismos variable. Dentro de este tipo de reacción hay 2

clases bien definidas:

o Cultivos de tejidos o macroorganismos (células vegetales y animales).

o Reactores microbianos en sí (cultivo de microorganismos).

b) Reacciones enzimáticas. Catalizadas por enzimas, el agente catalítico no se reproduce y

cuando se opera discontinuamente este permanece constante.


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2. Clasificación de las reacciones de fermentación según el consumo de oxígeno

a) Aeróbicas

Aquí los microorganismos necesitan de oxígeno para poder sobrevivir. Por ejemplo la reacción de

transformación de la glucosa.

O2 + C6H12O6 CO2 + BIOMASA

b) Anaeróbicas

Aquí los microorganismos no necesitan de oxígeno para su supervivencia. Por ejemplo la reacción

de transformación de la glucosa por vía glucolítica.

C6H12O6 2C2H5OH + CO2 + ENERGÍA

B. Fermentación alcohólica

Es un proceso biológico de fermentación en plena ausencia de aire, originado por la actividad de

algunos microorganismos que procesan los hidratos de carbono (por regla general azúcares: como

pueden ser por ejemplo la glucosa, la fructosa, la sacarosa, el almidón, etc.) para obtener como

productos finales: un alcohol en forma de etanol, dióxido de carbono (CO2) en forma de gas y unas

moléculas de ATP que consumen los propios microorganismos en su metabolismo celular energético

anaeróbico. El etanol resultante se emplea en la elaboración de algunas bebidas alcohólicas, tales

como el vino, la cerveza, la sidra, el cava. Aunque en la actualidad se empieza a sintetizar también

etanol mediante la fermentación a nivel industrial a gran escala para ser empleado como

biocombustible.

La fermentación alcohólica tiene como finalidad biológica proporcionar energía anaeróbica a los

microorganismos unicelulares (levaduras) en ausencia de oxígeno para ello disocian las moléculas de

glucosa y obtienen la energía necesaria para sobrevivir, produciendo el alcohol y CO2 como desechos

consecuencia de la fermentación. Las levaduras y bacterias causantes de este fenómeno son

microorganismos muy habituales en las frutas y cereales y contribuyen en gran medida al sabor de los

productos fermentados. Una de las principales características de estos microorganismos es que viven

en ambientes completamente carentes de oxígeno (O2), máxime durante la reacción química, por esta

razón se dice que la fermentación alcohólica es un proceso anaeróbico.

La fermentación alcohólica se puede considerar (desde una perspectiva humana) como un

proceso bioquímico para la obtención deetanol, que por otras vías se ha obtenido gracias a

procedimientos químicos industriales, como por ejemplo mediante la reacción de oxidación de eteno.

La finalidad de la fermentación etílica (desde una perspectiva microbiana) es la obtención de energía

para la supervivencia de los organismos unicelulares anaeróbicos. Las bebidas alcohólicas se

producen a partir de diferentes sustratos, dependiendo de la región geográfica y sus riquezas. Las

http://es.wikipedia.org/wiki/Bioqu%C3%ADmica

http://es.wikipedia.org/wiki/Etanol

http://es.wikipedia.org/wiki/Reacci%C3%B3n_de_oxidaci%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Etileno


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materias primas pueden ser azúcares simples como los presentes en el jugo de uva, o de alto peso

molecular, como el almidón de los granos de cebada.

C. Levadura

Las levaduras son los microbios que realizan la fermentación, transformando el mosto azucarado en el

vino que es líquido con alcohol y sin azúcar. Las levaduras viven en nuestro ambiente y llegan a la

bodega adherida a la piel de las uvas. La levadura tiene un enorme valor por su riqueza nitrogenada y

vitamínica. El tamaño de la levadura oscila de tres a seis micras.

Las levaduras son cuerpos unicelulares (generalmente de forma esférica) de un tamaño que ronda los

2 a 4 μm y que están presentes de forma natural en algunos productos como las frutas, cereales y

verduras. Son lo que se denominan: organismos anaeróbicos facultativos, es decir que pueden

desarrollar sus funciones biológicas sin oxígeno. Se puede decir que el 96% de la producción de

etanol la llevan a cabo hongos microscópicos, diferentes especies de levaduras, entre las que se

encuentran principalmente Saccharomycescerevisiae, Kluyveromycesfragilis, Torulaspora y

Zymomonasmobilis. Los microorganismos responsables de la fermentación son de tres tipos:

bacterias, mohos y levaduras. Cada uno de estos microorganismos posee una característica propia

sobre la fermentación que es capaz de provocar. En algunos casos son capaces de proporcionar un

sabor característico al producto final (como en el caso de los vinos o cervezas). A veces estos

microorganismos no actúan solos, sino que cooperan entre sí para la obtención del proceso global de

fermentación. Las propias levaduras se han empleado a veces en la alimentación humana como un

subproducto industrial.

Cuando el medio es rico en azúcar (como puede ser el caso de las melazas o siropes), la

transformación del mismo en alcohol hace que la presencia de una cierta concentración (generalmente

expresada en grados brix) afecte a la supervivencia de levaduras no pudiendo realizar la fermentación

en tal medio (las altas concentraciones de azúcar frenan los procesos osmóticos de las membranas de

las células). Aunque hay distintos tipos de levaduras con diferentes tolerancias a las concentraciones

de azúcares y de etanol, el límite suele estar en torno a los o de alcohol para las levaduras del vino,

por ejemplo. Los azúcares empleados en la fermentación suelen ser: dextrosa, maltosa, sacarosa y

lactosa (azúcar de la leche). Los microorganismos 'atacan' específicamente a cada una de los hidratos

de carbono, siendo la maltosa la más afectada por las levaduras. Otros factores como el número de

levaduras (contadas en el laboratorio, o la industria, a veces mediante cámaras de Neubauer).

Algunos enzimas participan en la fermentación, como puede ser la diastasa o la invertasa. Aunque la

única responsable de convertir los hidratos de carbono en etanol y dióxido de carbono es la zimasa. La

zimasa es la responsable final de dirigir la reacción bioquímica que convierte la glucosa en etanol. La

idea de que una sustancia albuminoide específica desarrollada en la célula de la levadura llega a


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producir la fermentación fue ya expuesta en el año 1858 por MoritzTraube como la teoría enzimática o

fermentativa y, más tarde, ha sido defendida por FelixHoppe-Seyler hasta llegar al descubrimiento de

EduardBuchner que llegó a hacer la fermentación sin la intervención de células y hongos de levadura.

D. Glucolisis

La glucólisis es la primera etapa de la fermentación, lo mismo que en la respiración celular, y al igual

que ésta necesita de enzimas para su completo funcionamiento

Es una de las rutas más importante por su frecuencia en los seres vivos. El metabolismo de la glucosa

comienza con la glucólisis, (ciclo de EmbdenMeyerhof) acoplada a la ruta de las pentosas. Durante la

glucólisis una molécula de glucosa rinde dos moléculas de ácido pirúvico, es decir una molécula de

seis átomos de carbono se escinde en dos de tres.

Se puede estructurar en 2 etapas:

1. Pasar de Glucosa a Fructosa-1,6-difosfato. Es una fase de alteración química para dejar

la molécula útil para la célula.

2. Pasar de Fructosa-1,6-difosfato a dihidroxiacetona y gliceraldehido.

La primera fase Primera fase de la glucólisis

1. La glucosa se fosforila en el alcohol por la hexoquinasa. La hexoquinasa une el fosfato del ATP

mediante un enlace fosfoéster y la transforma en Glucosa-6-fosfato. La Glucosa-6-P está

preparada para los procesos que continúan en la glucólisis. La fosforilacióntransforma 1

molécula neutra en una molécula cargada negativamente. Hace que ahora, laglucosa-6-P no

pueda volver a salir por la membrana debido a su carga negativa.

2. A la célula no le gusta la forma aldosa y hace la forma cetosa (Fructosa-6-P). Es realizado por

la fosfoglucosaisomerasa.

3. Implica la adquisición de un segundo fosfato que va a parar al C1 y forma la fructosa-1,6-

bisfosfato. Lorealiza la fosfofructoquinasa-1 (PFK-1). La fructosa-1,6-bisfosfato

escompletamente simétrica. La PFK-1 es un enzima clave en la glucólisis.

4. La fructosa-1,6-bisfosfato se parte por la mitad y da dos moléculas (dihidroxiacetonafosfato

(DHAP) y gliceraldehido-3-fosfato (G3P)). La glucólisis se da a partir del gliceraldehido-3-P. El

equilibrio está desplazado hacia la dihidroxiacetona-fosfato. Sólo un 5% es Gliceraldehido-3-P.

La desaparición continua de G3P transforma la DHAP en G3P. Todo acaba siendo G3P.

Segunda fase de la glucólisis

A partir del G3P comienzan las transformaciones que dan lugar a Piruvato (Pyr)(reacciones de

oxidación).

http://es.wikipedia.org/wiki/Gluc%C3%B3lisis

http://es.wikipedia.org/wiki/Respiraci%C3%B3n_celular

http://es.wikipedia.org/wiki/Enzima


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1. La primera reacción es que el enzima Gliceraldehido-3-Fosfatodeshidrogenasa oxida elgrupo

aldehído a ácido (gasta un NAD, que se reduce a NADH). Produce un enzima que escapaz de

incorporar un fosfato al ácido carboxílico correspondiente. Se forma un éster. Lafosforilación a nivel

de sustrato se consigue porque hay ATP con un fosfato ya activado.

2. El 1,3-Bisfosfoglicerato cede 1 fosfato para sintetizar ATP. La reacción la cataliza

lafosfogliceratoquinasa. El producto de la síntesis de ATP es el 3-fosfoglicerato.

Sufretransformaciones que dan lugar a la síntesis de Piruvato. El P3 debe pasar a la posición 2.Se

consigue mediante el enzima fosfogliceromutasa. La mutasa tiene un fosfato activo, quese lo da a

la posición 2. En un momento hay dos fosfatos, pero luego, se lo quita de laposición 3. Todas las

mutasas funcionan así. Se hace para liberar el OH en la posición 3.

3. Se produce la deshidratación del OH. Se transforma el alcohol en enol, por la enolasa.

Esparecido a Piruvato, pero con enol y un fosfato. Se llama fosfoenolpiruvato (PEP). Es

unamolécula muy inestable que se transforma en Piruvato por la Piruvatoquinasa y se acoplala

energía que se desprende para sintetizar ATP.

ANÁLISIS ESTEQUIOMÉTRICO DE LA GLUCÓLISIS

La glucólisis es una vía que transforma la glucosa en Piruvato y, a su vez, reduce 2 NAD+del citosol a

NADH y usa 2 Adp para formar 2 ATP.

La célula en cuanto puede, transforma otros monosacáridos a moléculas que están en la vía de la

glucólisis.

Glucosa + 2Pi + 2 ADP + 2 NAD+ 2 Pyr + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+ + 2 H2O


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Figura 2. Diagrama de la glucolisis

Limitaciones del Proceso

La determinación de los factores que limitan la glicólisis fermentativa del etanol soncomplejos debido a

la interrelación existente y a la naturaleza de los parámetrosintervinientes durante el proceso de

fermentación. Algunos de ellos se deben tener encuenta en la fermentación alcohólica industrial. En

las limitaciones que surgen durante elproceso se pueden enumerar algunos de los más importantes

como son:

Concentración de etanol resultante. Una de las principales limitaciones del proceso, es la

resistencia de las levaduras a las concentraciones de etanol (alcohol) que se llegan a producir

durante la fermentación, algunos microorganismos como el Saccharomycescerevisiae pueden

llegar a soportar hasta el 20% de concentración en volumen. En ingeniería bioquímica estos

crecimientos se definen con las ecuaciones de crecimiento celular dadas por las ecuaciones de

Tessier, Moser y de la ecuación de Monod.

Acidez del substrato. El pH es un factor limitante en el proceso de la fermentación ya que las

levaduras se encuentran afectadas claramente por el ambiente, bien sea alcalino o ácido. Por

regla general el funcionamiento de las levaduras está en un rango que va aproximadamente

desde 3.5 a 5.5 pH. Los procesos industriales procuran mantener los niveles óptimos de acidez


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durante la fermentación usualmente mediante el empleo de disoluciones tampón. Los ácidos de

algunas frutas (ácido tartárico, málico) limitan a veces este proceso.

Concentración de azúcares. La concentración excesiva de hidratos de carbono en forma de

monosacáridos y disacáridos puede frenar la actividad bacteriana. De la misma forma la baja

concentración puede frenar el proceso. Las concentraciones límite dependen del tipo de azúcar

así como de la levadura responsable de la fermentación. Las concentraciones de azúcares

afectan a los procesos de osmosis dentro de la membrana celular.

Contacto con el aire. Una intervención de oxígeno (por mínima que sea) en el proceso lo

detiene por completo (es el denominado Efecto Pasteur). Esta es la razón por la que los

recipientes fermentadores se cierren herméticamente.

La temperatura. El proceso de fermentación es exotérmico, y las levaduras tienen un régimen

de funcionamiento en unos rangos de temperatura óptimos, se debe entender además que las

levaduras son seres mesófilos. Si se expone cualquier levadura a una temperatura cercana o

superior a 55 °C por un tiempo de 5 minutos se produce su muerte. La mayoría cumple su

misión a temperaturas de 30 °C.

Ritmo de crecimiento de las cepas - Durante la fermentación las cepas crecen en número

debido a las condiciones favorables que se presentan en el medio, esto hace que se

incremente la concentración de levaduras.

E. CICLO DE KREBS.

El ciclo de Krebs se desarrolla en las mitocondrias. El ácido pirúvico formado durante laglucólisis se

convierte en acetil CoA, el cual a través del ciclo de krebs se transforma enanhídrido carbónico. El

paso de ácido pirúvico a acetil CoA tiene lugar en la matrizmitocondrial y es catalizado por la piruvato

deshidrogenasa. El acetil CoA ahora entra en elciclo de krebsuniéndose al ácido oxalacético para

formar el ácido cítrico, por medio de unaisomerasa se transforma en isocítrico, el cual por medio de

una descarboxilasa da lugar alalfa-cetoglutárico, este paso supone la liberación de anhídrido carbónico

y NADH.


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Figura 3. Diagrama del ciclo de krebs

El proceso comienza con la oxidación del piruvato, produciendo un acetil-CoA y un CO2.

El acetil-CoA reacciona con una molécula de oxalacetato (4 carbonos) para formar citrato(6

carbonos), mediante una reacción de condensación.

A través de una serie de reacciones el citrato se convierte de nuevo en oxalacetato. El cicloconsume

netamente 1 acetil-CoA y produce 2 CO2. También consume 2 NAD+ y 1 FAD,produciendo 3 NADH y

3 H+ y 1 FADH+.

El resultado de un ciclo es (por cada molécula de piruvato): 1 GTP, 3 NADH, 1 FADH2,2CO2

Cada molécula de glucosa produce (vía glucólisis) dos moléculas de piruvato, que a su vezproducen

dos acetil-CoA, por lo que por cada molécula de glucosa en el ciclo de Krebs seproduce: 2 GTP, 6

NADH, 2 FADH2, 4CO2.

Por cada molécula de acetil CoA se forman dos moléculas de anhídrido carbónico, unaGTP, tres

NADH y un FADH2, el ciclo necesita la incorporación de dos moléculas de agua.

En el ciclo de krebs se encuentran acopladas las lanzaderas, las cuales intervienen endiferentes

procesos anabólicos. De esta forma a partir del ciclo de krebs pueden formarseaminoácidos, ácidos

grasos incluso glucosa (gluconeogénesis).


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Figura 4.Reacciones del ciclo de krebs

F. RESPIRACIÓN:

La reacción química global de la respiración es la siguiente:

C6 H12 O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + energía (ATP)

En este punto la célula ha ganado solo 4 ATP, 2 en la glucólisis y dos en el ciclo de Krebs,sin embargo

ha capturado electrones energéticos en 10 NADH2 y 2 FADH2. Estostransportadores depositan sus

electrones en el sistema de transporte de electrones localizadoen la membrana interna de la

mitocondria.

La cadena respiratoria está formada por una serie de transportadores de electrones situadosen la cara

interna de las crestas mitocondriales y que son capaces de transferir loselectrones procedentes de la

oxidación del sustrato hasta el oxígeno molecular, que sereducirá formándose agua.

Como resultado de esta transferencia de electrones, los transportadores se oxidan y sereducen

alternativamente, liberándose una energía que en algunos casos es suficiente parafosforilar el ADP y


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formar una molécula de ATP. Se trata de la fosforilación oxidativa quepermite ir almacenando en

enlaces ricos en energía la energía contenida en las moléculasNADH2, FADH2, NADPH2, que se

liberan en la glucólisis y en el ciclo de Krebs y queserá más tarde fácilmente utilizada. Toda cadena

respiratoria que comience por el NADconduce a la formación de 3 ATP mientras que si comienza por

el FAD produce sólo 2ATP. El rendimiento energético del NADP es similar al del NAD, así como el del

GTP loes al del ATP.

IV. MATERIALES Y MÉTODOS

A. Materiales e instrumentos

Materiales

Levadura instantánea (Microorganismo: Saccharomycescerevisiae)

Agua destilada

Matraces

Algodón

Azúcar

Equipos

Brixómetro

Balanza analítica

B. Metodología

Pesar los matraces, para sacar cálculos posteriores.

Preparar dos soluciones de sacarosa al 10% y 20 %

Luego de esto verter en las soluciones 1% de levadura, diluirla en la solución ytapar con

algodón la boca de los matraces,

Tomar peso y °Brix en el tiempo 0, luego tomar peso cada doce horas, luego denueve pesadas

tomar peso y °Brix para los cálculos,siendo en un total de 96 horas.

Encontrar la pérdida de peso y cantidad de glucosa consumida(°Brix),

Determinar el rendimiento real (g etanol/g glucosa).

Calcular el rendimiento teórico y experimental de la levadura.

Calcular finalmente la eficiencia de las levaduras.


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V. RESULTADOS Y DISCUSIONES

Tabla 1. Datos Preliminares de la Sacarosa en concentración del 10%

Tabla 2. Resultados de la Sacarosa al 10%.

Tabla 3.Datos Preliminares de la Glucosa en concentración del 10%

SACAROSA 10 %

Tiempo Peso BRIX g glucosa

0 251.263 10 26.449 12 249.763 … … 24 247.463 … … 36 246.063 … … 48 244.263 … … 60 242.663 … … 72 242.063 … … 84 241.163 … … 96 240.463 3.9 9.8716

CO2 CONSUMIDO A+B

10.8 GLUCOSA CONSUMIDA

X+Y 16.577

SACAROSA 10%

GLUCOSA CONSUMIDA X+Y 16.577 CO2 PRODUCIDO A+B 10.800

FERMENTACION A 6.759 X 13.822

RESPIRACION B 4.041 Y 2.755

ETANOL 7.065

RENDIMIENTO TEÓRICO 51.111

RENDIMIENTO EXPERIMENTAL 42.616

EFICIENCIA (n) 83.380

GLUCOSA 10%


0 250 8.2 20.5791054 0 250.9647 … …

12 250.0647 … … 24 248.7647 … … 36

… …

48 247.0647 … … 60 246.2647 … … 72 245.6647 … … 84 245.1647 … …

96 244.5647 4.5 11.0054115

CO2 CONSUMIDO A+B


X+Y 9.574


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Tabla 4.Resultados de la Glucosa al 10%.

Tabla 5.Datos Preliminares de la Glucosa en concentración del 20%

Tabla 6.Resultados de la Glucosa al 20%.

GLUCOSA 20%




ETANOL 6.849




GLUCOSA 10%




ETANOL 3.994




GLUCOSA 20%


0 251.3 17 42.721

12 … … … 24 248.2 … … 36 246.9 … … 48 245.7 … … 60 244.6 … … 72 -172 … … 84 242.5 … …

96 241.4 11.2 27.0368

CO2 CONSUMIDO A+B


X+Y 15.684


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Según Cañon, et al (1988); las levaduras llevan a cabo la respiración anaeróbica en presencia de oxigeno y

respiración anaerobia en ausencia de oxigeno, en dicha fermentación se produce bióxido de carbono y alcohol

etílico, a la vez estas levaduras para metabolizarlas se usarán varias soluciones de carbohidrato para

metabolizarlas. En nuestra práctica en las tablas 1, 3 y 5 nos demuestran que los comportamientos de la

fermentación son comunes en donde la cantidad de azúcar es representada por los ºBrix, los cuales estos vemos

que van disminuyendo durante el tiempo de fermentación (96 horas), por lo que la levadura necesitará un

sustrato para que pueda producir su alcohol yCO2 (carbohidratos).

Según Gooding (1997), un incremento en la concentración de etanol supone un obstáculo a medida que pase la

fermentación lo cual será un obstáculo para el crecimiento y desarrollo microbiano por los efectos negativos,

disminuyendo su calidad y selectividad, por lo que las levaduras en un medio con alta concentración alcohólica

pierden propiedades funcionales y no pueden retener cofactores y coenzimascon alta concentración alcohólica.

En la práctica en la obtención del etanol se realizó en 4 concentraciones de sustrato del 10 % de sacarosa y 10 y

20 % de glucosa en lo cual en las Tablas 2 , 4 y 6 se presentan los datos obtenidos de la producción del etanol

encontrados resultando que la producción de etanol mayor es en el caso de Sacarosa al 10% con un valor de

7.065 y luego el de menor valor es en el caso de la glucosa al 10% con un valor de 3.994%. por lo que podemos

decir que a un mayor contenido de sustratos va a implicar una mayor producción de etanol como en el caso de

la sacarosa al 10% lo cual se dio en este caso.

Según Jeffries (2005), a nivel industrial el contenido de alcohol producido por las levaduras debe estar entre 51% en peso y rendimiento de alcohol en la fermentación debe ser aproximadamente de 7%. En nuestra práctica vemos que obtuvimos un rendimiento de 83.3% al 10 ºBrix, por lo que vemos que no coincide con lo expuesto por el autor, por lo que podemos decir que puede deberse al tipo de levadura que utilizamos. Según Casas (1999), si las soluciones de sacarosa donde se va a realizar la fermentación están muy concentradas, las levaduras expuestas en ellas no fermentarán, por lo que se tendría que bajar la concentración de sólidos dela sacarosa y glucosa. En nuestrapráctica esto se puede observar que nosotros trabajamos con concentración del 10 y 20% de sacarosa y glucosa y no h concentraciones mayores ya que las levaduras no fermentarían a mas de 30% de concentración. Según Navarro (1986), la Sacchormycescerevisae para producir etanol de sustrato del 10 y 20 % de sacarosa

donde la producción máxima de etanol es de 1.496 g/L y 1.45 g/L, las cuales fueron obtenidas en 24 horas de

fermentación , por lo que su rendimiento fue de 0.26 y 0.40 de etanol producido por cada gramo de substrato

consumido. Estos resultados comparándolos con lo de nuestra práctica vemos que son bajos, un indicador de

rendimiento de la producción de etanol, es aquel referido al rendimiento teórico (0,51 g etanol/g glucosa

consumida) el cual fue del 52% y 79% para neustro caso estos son mayores de 87% y 94% aproximadamente,

donde la mayor eficiencia lo presentan las muestras que tienen como sustrato a la glucosa en concentración del

20% con un valor de 85.443%.


17

VI. CONCLUSIONES

Se llegó a evaluar la pérdida de peso y cantidad de glucosa consumida por las levaduras en

distintas concentraciones. Donde vemos que la mayor fue en sacarosa al 10% con un valor de

16.577g de glucosa consumida y una producción de CO2 de 10.8g.

Se llegó a determinar el rendimiento teórico y real de la levadura en diferentes concentraciones

de sacarosa y glucosa. Para el caso de la Glucosa al 20% nos da un valor mayor de 43.671 de

rendimiento teórico, y vemos que no difieren mucho el rendimiento teórico como el

experimental en los distintos casos.

Se determinó la eficiencia de la levadura Saccharomycescerevisae a diferentes

concentraciones de sustrato (glucosa y sacarosa), enb la caul la glucosa es la que tiene mayor

eficiencia con 85.443%.

VII. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

CAÑÓN, G., ALDANA, O (1988). Estudio de la fermentación alcohólica por cochada empleando

reactores de lecho fijo. Proyecto de grado para optar por el título de Ingeniero Químico, Universidad

Nacional de Colombia, Bogotá.

GOODING, N. (1997). Balance de materia. Quinta edición, Universidad Nacional de Colombia, Bogotá.

JEFFRIES, T. (2005).Ethanol fermentation on the move.Natbiothec., vol. 23, n°1.

CASAS, E. (1999). Microorganismos responsables de alteraciones en alimentos altamenteazucarados.

Universidad Complutense de Madrid. Tesis Doctoral. Facultad de CienciasBiológicas, Departamento

de Microbiología. Madrid, España.

NAVARRO, A.(1986). Producción de etanol por fermentación con alta concentración de levaduras.

Revista Argentina de Microbiología 18 (1): 7-11.

ANEXOS

A. Cálculos para sacarosa al 10%

Cálculo del peso de CO2

CO2 producido = 251.263 – 240.463 = 10.8 g CO2

Cálculo del peso de sacarosa consumida


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Cálculo del peso de glucosa consumida

Respiración

Fermentación

Cálculo del porcentaje de glucosa que va a la respiración

A=6,723 ; B=4.1021

Respiración

Fermentación

Rendimiento real

Eficiencia

180g 192g 264g 108g

88g 92g 180g


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capacidad fermentativa

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