Según Tronconi G. la fermentación desde el punto de viste bioquímico

   Desde tiempos muy antiguos la humanidad ha utilizado el proceso de la fermentación en la elaboración de productos como vinos y quesos de manera artesanal a través de microorganismos. Algunos de los eventos históricos más relevantes  en la historia de fermentación son: en el periodo de 10.000 años A.C. se dio la producción de vino y vinagre referenciados en el antiguo y nuevo testamento, la destilación de alcohol en China y de cerveza en Egipto. En el periodo de 5000-6000 A.C. se dio la producción de derivados lácteos como el queso por medio de la leche que incluidos en el estómago de terneras que poseen enzimas que coagulan la leche, se descubre la utilización de las levaduras para producción de dióxido de carbono que infla el pan por parte de los egipcios. En el periodo 4000 A.C a través del método de cultivo de superficie se elaboran salsas fermentadas en civilizaciones del Oriente.

  La palabra fermentación se origina del verbo latín fervere que es hervir y que representa la forma en la preparación de bebidas alcohólicas cuando las levaduras operan sobre los extractos de frutas o granos de malta. Pasteur (1822-1895) fue quien lo llamo de así y los describe como un proceso catabólico oxidativo incompleto que genera productos finales tales como ácido láctico, dióxido de carbono y etanol, y que ocurre debido a la necesidad celular de generar metabolitos que han sido consumidos en el proceso energético de la glicólisis. (Chacón Villalobos, 1972)

  Según Tronconi G. la fermentación desde el punto de viste bioquímico

“es un proceso generador de energía en el que intervienen compuestos orgánicos como donadores y aceptores de electrones, básicamente es la transformación de una sustancia orgánica en otra utilizable, producida mediante un proceso metabólico de ciertos microorganismos o por enzimas   que provocan reacciones de oxidación-reducción, de las cuales el microrganismo productor deriva la energía suficiente para su metabolismo.” (Tronconi, 2003)

   Sin embargo dese el punto de vista bioquímico no se van a considerar como fermentaciones todos aquellos procesos en los que el oxígeno participa, ya que cuando el aceptor de final de los electrones es oxígeno y no una sustancia orgánica, el proceso se conoce con el nombre de respiración por lo que el concepto bioquímico de fermentación es igual al de la respiración celular anaeróbica.

Dos ecuaciones que representan fermentaciones desde el punto de vista bioquímico son:

Producción de a partir de la glucosa, etanol y dióxido de carbono.

C6H12O6                        C2H5OH + CO2 + H2O[pic 1]

Producción a partir de glucosa, de lactato

C6H12O6                          C3H5O3 + H2O[pic 2]

    La fermentación anaeróbica es un proceso donde microorganismos como las levaduras y bacterias son característicos y en donde se utiliza como sustrato de la oxidación los azucares presentes en el alimento. Este proceso se lleva a cabo gracias a la ausencia de oxígeno que capte los electrones procedentes del NADH, como consecuencia se reduce algún compuesto orgánico para lograr reoxidar el NADH. El compuesto orgánico se deriva de un carbohidrato oxidado previamente. Este tipo de fermentación requiere y produce menos energía  que la respiración aeróbica, debido a que la oxidación del NADH, dona sus electrones a compuestos orgánicos con poco poder oxidante, por lo tanto los microrganismos para poder solventar sus necesidades de energía metabolizan  una mayor cantidad de azucares por lo que se obtienen más metabolitos. Como consecuencia de esta característica el proceso de fermentación se puede manipular para aumentar la producción mediante la cantidad de oxigeno disponible.

Es importante conocer las rutas bioquímicas de fermentación ya que mediante este conocimiento se pueden determinar los productos finales y también la posibilidad que existe de manipular el proceso para producir otro tipo de sustancia. Las más rutas más relevantes y conocidas industrialmente son: la glucolisis, el ciclo de Krebs y la cadena respiratoria.

La glucolisis es la principal ruta de metabolismo de la glucosa y se divide en dos etapas, en la primera la glucosa se fosforila para formar el gliceraldehido 3-fosfato y se consumen 2 moléculas de trifosfato de adenosina (ATP). Durante la segunda etapa el gliceraldehido 3-fosfato se es transformado en el piruvato y en presencia de oxígeno se producen ocho moléculas de ATP  por cada gliceraldehido 3-fosfato, después de haber obtenido el piruvato si el medio sigue siendo anaeróbico se produce etanol y el acido láctico. Sin embrago si las condiciones son aeróbicas el piruvato entra al ciclo de Krebs. (Hernandez Peñaranda, 2003)

El ciclo de Krebs consiste en varias reacciones catalizadas mediante enzimas que dan inicio con la producción acetil coenzima A al entrar el piruvato al ciclo y oxidarse, luego esta molécula se combina con el oxalacetato para formar el ácido cítrico, luego esta pasa por una serie de reacciones hasta que es descarboxilada y oxidada para formar oxalacetato de nuevo. En este ciclo se producen quince moléculas de ATP y como cada molécula de glucosa proporciona dos de piruvato, se liberan treinta moléculas de ATP por medio del ciclo.  (Hernandez Peñaranda, 2003)

En la actualidad la fermentación industrializada es de gran relevancia por lo que previo al desarrollo del fermentativo es necesario conocer las condiciones de los substratos o del alimento mismo de los microorganismos ya que son muy diferentes los substratos utilizados en el laboratorio que los que son utilizados en la industria que por fines económicos se trabaja con substratos complejos y con muchas variaciones. Estos generalmente son sub-productos de otros procesos. Entre los substratos más utilizados en la industria están:

A partir de carbono

• Melaza: que es originaria del proceso de producción de azúcar de caña.
• Melaza Hidrol: que es originaria del proceso de producción de la glucosa proveniente del maíz.
• Extracto de malta: que es un extracto de la cebada malteada, contiene un 90-92% de carbohidratos.
• Almidón y dextrinas: que son originarias de la mandioca, utilizada en la producción de etanol.
• Líquido sulfíticos de las papeleras: Poseen un 9-13% de carbohidratos.
• Celulosa: que es originaria de la paja, residuos de la mazorca de maíz, desechos de madera, bagazo y residuos de papel.
• Aceites vegetales: aceites de soya, aceite de algodón y el aceite de palma africana.
• Metanol: utilizada en la producción de proteína unicelular.
• Etanol: utilizado en la  producción de ácido acético, a través de su oxidación.
• Alcanos: cadenas de 12 a 18 carbonos que son metabolizados por varios microorganismos.

A partir de nitrógeno

• Amonio (urea)
• Líquido de maceración del maíz, que posee 4% de nitrógeno.
• Extractos de levaduras: contienen entre 7,4-8,8% de nitrógeno.
• Peptonas: que son hidrolizados de proteínas como la carne, caseína, gelatina, queratina, semillas de cacahuates y semillas de girasol y algodón.
• Harina de soya

   Actualmente dependiendo de las condiciones del substrato y el microrganismos utilizados en el proceso se conocen distintos tipos de fermentación de las cuales se obtienen una cantidad muy variada de productos con características diferentes. A continuación se explica cada uno de los tipos de fermentación:

Fermentación alcohólica

   La fermentación alcohólica “es realizada por las levaduras primordiales, aunque también pueden verse involucradas las bacterias, todos estos microorganismos generan alcohol.” (Chacón Villalobos, 1972)

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