FERMENTACION INDUSTRIAL: Constituye una rama de la industria que, utilizando determinados microorganismos, obtiene sustancias químicas de interés, en condiciones más favorables de rendimiento o sencillez que en un proceso de síntesis química. F., en el más amplio sentido del término, es la transformación de una sustancia orgánica (sustrato de la f.) en otra de valor industrial, mediante las enzimas (v.) de los microorganismos agentes del proceso, en condiciones anaerobias (sin oxígeno) o acrobias. Es un proceso frecuente y espontáneo en jugos vegetales, porque es el modo de que se valen los microorganismos para obtener energía, principalmente de los hidratos de carbono (v.), en ausencia de oxígeno, realizando reacciones enzimáticas de oxidorreducción, en las que los aceptores últimos de electrones o de hidrógeno son compuestos orgánicos y no el oxígeno, aceptor final de electrones o de hidrógeno en los procesos de respiración (V. OXIDACIÓN Y REDUCCIÓN). Sustratos de fermentación. Para que una sustancia sea fermentable ha de contener energía utilizable por un sistema enzimático microbiano. Los azúcares o hidratos de carbono en general son los compuestos universalmente utilizados como sustratos de las f., bien en forma de monoo polisacáridos. En algunos procesos industrializados, se utiliza sacarosa, glucosa o lactosa, pero a veces su alto coste hace poco rentable el procedimiento y se aprovechan entonces los hidratos de carbono contenidos en residuos, tanto agrícolas como industriales. Son un ejemplo de residuo agrícola aprovechable las melazas de caña o remolacha que contienen hasta un 50% de azúcares fermentables, junto con sustancias inorgánicas y nitrogenadas; las lejías bisulfíticas, subproducto de las fábricas de papel (v.) y celulosa (v.), son residuos industriales que pueden revalorizarse por este mecanismo. Productos agrícolas que contienen almidón (trigo, arroz, cebada, etc.) pueden dar azúcares fermentables mediante hidrólisis enzimática o ácida y se usan en procesos industriales de fabricación de bebidas alcohólicas. Polisacáridos más estables, como la celulosa (contenidos en pastas de madera, carozos de maíz, cáscaras de almendra, etc), son hidrolizados a presión y temperatura elevadas para dar azúcares utilizables por microorganismos en algunos procesos de f. i. El agua es esencial para todos los organismos vivos y, por tanto, un proceso de f. exige un adecuado suministro de agua para la preparación de los sustratos o medios de cultivo y también para las instalaciones de refrigeración. Éste es un dato de importancia al proyectar industrias de f. i. Los medios o sustratos de f. deben ajustarse a valores adecuados a cada proceso fermentativo, lo que incluye la adición de sustancias nitrogenadas y de sales de potasio, magnesio y fósforo. Son precisas también pequeñas cantidades de metales, como hierro, cinc, cobre, cobalto y molibdeno, y en ciertas f. bacterianas son necesarias vitaminas (v.), aminoácidos (v.) y factores de crecimiento propios
de
cada microorganismo. Agentes de la fermentación. En procesos industriales se utilizan levaduras, bacterias y mohos que se desarrollen rápida y adecuadamente sobre los sustratos disponibles, con el fin de que produzcan cantidades suficientes de enzimas para la transformación de los mismos, en condiciones técnicas de trabajo, sencillas y reproducibles, sin experimentar, con facilidad, mutaciones o cambios fisiológicos que alteren la producción de la sustancia que interesa. Tecnología de las fermentaciones. Cuando se utilizan microorganismos, las condiciones de trabajo son distintas de las de otros procesos químicos. Las instalaciones deben diseñarse atendiendo a cada tipo de f. y protegiendo de la contaminación o infección por otras especies de microorganismos que puedan impedir la evolución del proceso deseado o dificultar la conservación de las sustancias obtenidas. Las técnicas de esterilización de aparatos y tuberías, así como de los medios de f. se llevan a cabo con vapor de agua a presión, filtración esterilizante de líquidos y aire, radiaciones ultravioleta y otros métodos que aseguren la asepsia del proceso y del producto final. En un proceso de f. i. intervienen también muchos de los procesos básicos de la ingeniería química, como p. ej., el transporte de fluidos, la transmisión de calor y su producción, la agitación y mezclado de líquidos, la dispersión de gases en líquidos, las separaciones líquido-sólido y otros. Por ello, muy recientemente se está desarrollando una nueva rama de dicha ingeniería, llamada Bioingeniería, que estudia los problemas tecnológicos de las f. i., los dispositivos necesarios para la aireación del sustrato (en f. aerobias), el control del pH (v.) durante el proceso y de la temperatura, así como la siembra y mantenimiento del desarrollo celular en condiciones asépticas, junto con los materiales idóneos para la construcción de las instalaciones. Se denominan fermenaadores a grandes recipientes, construidos preferentemente en acero inoxidable, donde se realizan las f. a escala industrial. Existen pequeños modelos para los estudios a escala de laboratorio, donde se ensayan nuevos microorganismos o condiciones del sustrato, antes de pasar a la fabricación industrial. Las técnicas de cultivo sumergido se han desarrollado notablemente al industrializar la producción de antibióticos (v.); consisten en mantener todas las células de un microorganismo en contacto íntimo con el sustrato, mediante agitación; así reciben más rápidamente las sustancias nutrientes y eliminan con mayor facilidad las de desecho, que en las antiguas técnicas de cultivo estacionario se acumulaban haciendo más lento el desarrollo y la producción. Asimismo, las exigencias de esterilidad impuestas por la industria de antibióticos han repercutido mejorando las usadas en otras industrias de fermentación. Principales procesos industriales de fermentación. Entre los producidos por levaduras (v. HONGOS), está uno de los procesos más antiguos y más utilizados
en la historia de la humanidad: la f. alcohólica, que tiene lugar en la producción de vinos (v.) y bebidas alcohólicas en general, transformando el azúcar presente en las uvas y granos de cereales en alcohol etílico y anhídrido carbónico. También en la producción de pan intervienen las levaduras, dando etanol en pequeñas cantidades y anhídrido carbónico a partir de los azúcares presentes en la harina del trigo. El CO2 queda retenido en la masa elástica de harina hidratada, y el etanol, aun cuando se elimina en su mayor parte durante la cocción, contribuye al aroma del pan fresco. La fabricación de levaduras para provocar la f. del pan es también un proceso de f. i., aunque en este caso no se trata de obtener un producto, sino de lograr la máxima multiplicación celular del microorganismo, con buenos rendimientos y en ausencia de infecciones bacterianas, en la torta de levadura prensada, que es como se comercializa para su uso en las panaderías. También se adicionan estas levaduras a los piensos del ganado, para enriquecerlos en proteínas, vitaminas y oligoelementos. De las f. i. provocadas por bacterias (v.), citaremos, entre las más importantes, la producción de vinagres por bacterias acéticas o Acetobacter, la elaboración de conservas vegetales mediante bacterias lácticas (coles ácidas, aceitunas de aperitivo, encurtidos en general), el curado del tabaco, el ensilado de forrajes, la producción de acetona, butanol, isopropanol, la obtención de aminoácidos y vitaminas. La fabricación de vinagres, mediante la f. acética del vino, es una de las más antiguas industrias de f. i. El vino se transforma espontáneamente en vinagre en presencia de bacterias acéticas, cuando tiene suficiente aporte de aire y el vino no contiene conservadores. El mecanismo bioquímico de la oxidación de etanol (v. ALCOHOLES) a ácido acético (v. ÁCIDOS III) es muy sencillo e intervienen las enzimas alcohodehidrogenasa y la aldehidodehidrasa. La primera, o ADH, oxida el etanol a acetaldehído, y la aldehidodehidrasa termina la oxidación dando ácido acético. En procesos espontáneos no controlados microbiológicamente puede no terminar aquí el fenómeno, porque existen bacterias acéticas indeseables, que consumen el acético formado produciendo CO2 y agua, y el vinagre obtenido se «debilita». Los llamados acetificadores son los sistemas de elaboración de vinagre a escala industrial y responden a la necesidad de airear el vino para lograr el mejor desarrollo de las bacterias acéticas, agentes microbianos del proceso. Constan de depósitos rellenos de sustancias porosas que admiten el vino por su parte superior y hacen pasar aire en contracorriente; después de varias pasadas del vino por el acetificador, adquiere el grado acético deseado (de 8 a l0°, según el contenido alcohólico del vino) y se da por terminada la operación. Existen también modernos acetificadores, sin relleno, donde la corriente de aire se logra por inyección de aire comprimido, o con sistemas de turbina, en el vino mantenido en agitación. El proceso es así más rápido y las condiciones de éste (temperatura, asepsia) se mantienen con más seguridad que en los de relleno. Estos modernos
acetificadores son fundamentalmente iguales a cualquier fermentador utilizado en otros procesos aerobios de f. Las f. debidas a la acción de mohos (v. HONGOS) dan lugar a ácidos orgánicos (cítrico, itacónico, fumárico), antibióticos (penicilinas, terramicinas), grasas y enzimas (pectinasas). Mediante la acción conjunta o sucesiva de levaduras, bacterias y mohos, se transforman las basuras urbanas o los desechos agrícolas en abonos orgánicos para el campo. La producción de sustancias farmacéuticas, como los antibióticos (v.), que en tanta variedad existen en el comercio, ha constituido la mayor aportación de las f.i. al mundo moderno.
http://www.canalsocial.net/ger/ficha_GER.asp?id=4295&cat=ciencia
