155 unidad xii: procesos microbianos de la conservación y

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UNIDAD XII: PROCESOS MICROBIANOS DE LA CONSERVACIÓN Y
PRODUCCIÓN DE ALIMENTOS
APLICACIONES BIOTECNOLÓGICAS DE LAS FERMENTACIONES
La elaboración de productos fermentados se cree que se inició en pueblos
nómades de Turquía, Asia Central y Bulgaria que transportaban leche fresca
dentro del estómago de cabras. Por la acción de enzimas y bacterias presentes
en la leche se obtenía una masa coagulada que facilitaba el transporte y la
conservación de la misma. Con el transcurso de los años, el hombre intentó
conservar de alguna forma los alimentos que eran obtenidos en gran cantidad en
las épocas de abundancia, para poder ser consumidos en las épocas de escasez.
La fermentación de la leche y otros alimentos contribuyó a satisfacer estos
requerimientos. Luego, con la modernidad se realizaron numerosas
investigaciones de los microorganismos que intervienen en estos procesos y se
fueron desarrollando técnicas cada vez más complejas para la elaboración de
diferentes tipos de leche y sus derivados (leches ácidas, diferentes tipos de yogur,
quesos, etc.), la conservación de frutas y hortalizas, granos, forrajes, etc.
Leche y sus derivados
Leche
La leche es el producto fresco del ordeñe completo e ininterrumpido, en
condiciones de higiene, de animales sanos, descansados y bien alimentados,
recogida higiénicamente y sin calostro. La leche es un líquido blanco, opaco, más
viscoso que el agua y de sabor ligeramente azucarado. Químicamente, se puede
considerar a la leche como una emulsión de materia grasa en solución acuosa
que contiene numerosos elementos, algunos en disolución y otros en estado
coloidal.
La leche está compuesta principalmente por: materia grasa, lactosa,
proteínas (caseína y otras), minerales, sales, agua, vitaminas, enzimas y otros
componentes. La leche para ser comercializada debe cumplir con todas las
características físicas y bacteriológicas que se establecen en la legislación.
Caseína
Las caseínas son complejos proteicos fosforados de gran tamaño y que
constituyen la parte nitrogenada más característica de la leche. No existe ninguna
sustancia parecida en la sangre ni en los tejidos de mamíferos. La caseína
precipita solo cuando se acidifica la leche a pH 4,5; razón por la cual se la ha
llamado proteína insoluble de la leche.
Lactosa
La lactosa es el único glúcido libre que existe en cantidad importante en
todas las leches. La lactosa se sintetiza en la mama a partir de glucosa
sanguínea y es el componente de la leche más lábil frente a la acción microbiana.
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Numerosas bacterias realizan la transformación por fermentación de la lactosa a
ácido láctico, proceso que provoca la acidificación de la leche.
Bacterias ácido- lácticas
Son un grupo de bacterias Gram positivas, comúnmente no móviles,
capaces de crecer en un rango de pH de entre 4 y 4,5; no esporuladas y que
producen ácido láctico como producto principal o único del metabolismo
fermentativo. Todas las bacterias del grupo son anaeróbicas facultativas o
microaerófilas (Tabla 1).
Las bacterias ácido lácticas son microorganismos auxótrofos, es decir que
requieren una serie de componentes (aminoácidos, purinas, pirimidinas, vitaminas
y péptidos) que no pueden ser sintetizados por ellos mismos, por lo cual estos
compuestos deben encontrarse en el medio en el cual están creciendo. El elevado
requerimiento nutritivo de estos microorganismos, los condicionan a poder vivir
solo en hábitats que le sean propicios: como la leche, el intestino de animales
(incluso el hombre), mucosas de animales o sobre plantas intactas o en
descomposición. Con respecto a las temperaturas a las cuales se desarrollan
estos microorganismos, los hay mesófilos y termófilos.
Tabla 1: Principales géneros de bacterias lácticas.
Temperatura
de crecimiento
Tipo de
fermentación
mesófilos
homofermentativa
mesófilos
heterofermentativa
bacilos largos
y delgados o
cortos y curvos
mesófilos o
termófilos
homofermentativa
o
heterofermentativa
Lactococcus spp
cocos
mesófilos
Pediococcus spp
cocos
mesófilos
Género
Streptococcus
Leuconostoc spp
Lactobacillus spp
Morfología
cocos
cocos
homofermentativa
homofermentativa
o
heterofermentativa
Las bacterias ácido lácticas son fermentadoras y dependiendo de si el
producto de su metabolismo es solamente ácido láctico, o si el ácido láctico está
acompañado por otros productos se las denominan homofermentativas o
heterofermentativas, respectivamente. Las bacterias lácticas homofermentativas
generan como producto principal de su fermentación el ácido láctico. Con
respecto a las bacterias heterofermentativas, durante la fermentación, además de
ácido láctico producen: CO2, etanol y algunas acetato.
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Carga microbiana de la leche
La calidad de la leche para producción de alimentos es muy importante
desde el punto de vista técnico y depende del número y naturaleza de los
microorganismos que contiene. Los microorganismos presentes en la leche
pueden provenir:
 Del interior de la ubre: si la ubre está sana la leche obtenida es
prácticamente estéril. En cambio, si la ubre presenta mastitis (infección
bacteriana) se incrementa en gran cantidad el número de microorganismos
presentes en ella.
 De los pezones: esta contaminación es peligrosa porque en la piel de los
pezones se encuentra un alto número de microorganismos esporulados.
Cuando el sistema es de producción es a campo, la carga microbiana total
suele ser baja.
 De equipos y elementos de ordeñe: contaminación producida por limpieza
deficiente de los mismos.
 De la conservación o el transporte: por conservación o transporte de la
leche a temperaturas inadecuadas.
Pasteurización
La pasteurización es un proceso térmico que recibe su nombre gracias a
Louis Pasteur, quien al desarrollar este proceso permitió mejorar la calidad de
vida al hacer posible que productos alimenticios básicos, como la leche, se
pudieran transportar largas distancias sin ser afectados por la descomposición
microbiana.
La pasteurización es un proceso realizado a líquidos (generalmente
alimentos), que se utilizó por primera vez para controlar la contaminación por
microorganismos en el vino. Uno de los objetivos de la pasteurización es la
eliminación de los microorganismos patógenos (especialmente los organismos
causantes de la Brucelosis, Tuberculosis, entre otros) y otro de los objetivos, es
disminuir la carga microbiana presente en la leche cruda (disminuye
aproximadamente el 95%). Además, la pasteurización retrasa el crecimiento de
organismos alterantes lo cual incrementa la vida útil de los líquidos perecederos y
no altera las características nutricionales del producto. Sin embargo, la
pasteurización no es sinónimo de esterilización, puesto que en ella no se
destruyen todos los microorganismos (excepto en el caso de la
ultrapasteurización).
Los dos objetivos principales de la pasteurización, se consiguen a través de
procesos industriales de distinta complejidad, en los cuales las temperaturas de
calentamiento son inferiores a 100°C. Una vez realizados estos procesos no es
necesario hervir la leche, aunque debe conservarse siempre en un lugar frío y
consumirse antes de la fecha de vencimiento indicada.
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La pasteurización de la leche, se realiza habitualmente pasando la leche a
través de un intercambiador de calor: la leche se bombea a través de un tubo que
está en contacto con una fuente de calor.
Existen varios tipos de pasteurización según el tipo de tratamiento
empleado:
La pasteurización baja fue el primer método empleado, aunque la
industria alimentaria lo ha ido renovando por otros sistemas más eficaces. La
pasteurización alta es el método actualmente utilizado en la industria. Además,
también en la actualidad se utiliza mucho el método de ultrapasteurización que
comprende la esterilización de la leche. En general, cuando la leche es calentada
a más de 100°C se producen reacciones indeseables, sin embargo la
ultrapasteurización al exponer a la leche a tan cortos tiempos de calentamiento,
produce una mínima degradación del alimento.
La leche según el Código Alimentario Argentino
Las empresas productoras que se encargan de la elaboración y envasado
de leche y sus derivados para consumo, realizan además del proceso de
pasteurización, otros controles sanitarios que garantizan que el producto final
cumpla con reglamentaciones correspondientes establecidas por el Código
Alimentario Argentino (CAA).
Para cada tipo de leche o alimento lácteo, el CAA indica diferentes normas
específicas en cuanto a las características físicas y químicas del producto y
además en cuanto a sus características microbiológicas. En este punto es
importante destacar, que para cada producto existen límites y parámetros
microbiológicos que nos indicarán si la leche o alguno de sus derivados es apto
para el consumo humano. Según el CAA está prohibido comercializar leche cruda
y numerosos organismos oficiales (Ministerio de Salud y otros) recomiendan no
consumir la leche sin pasteurizar. La leche cruda sin control sanitario puede ser
perjudicial para la salud (en especial por la presencia de microorganismos
patógenos) y también cuando la misma es recogida en envases que no son aptos
para contener alimentos.
Derivados de la leche
La fermentación láctica acidifica el medio a valores de pH menores que 5,
lo cual elimina la posibilidad de crecimiento de los microorganismos que alteran
los alimentos. Esta práctica se emplea para la conservación y producción de
alimentos, y a estos alimentos se los denomina en conjunto: derivados de la
leche. Si bien, existen numerosos derivados de la industria láctea a continuación
se desarrollan los más relevantes:
Yogur
De los derivados lácteos fermentados el yogur es el que presenta mayor
consumo a nivel mundial. El yogur es el producto obtenido por fermentación de la
leche pasteurizada, a través de la acción de los microorganismos Lactobacillus
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delbrueckii subespecie bulgaricus y Streptococcus salivarius subespecie
thermophillus. Estos dos microorganismos homofermentativos constituyen el
cultivo iniciador del yogur (los que se presentan en más alta proporción). S.
salivarius se desarrolla acidificando fuertemente el medio y se utiliza para la
producción de ácido láctico y L. delbrueckii es mucho menos acidificante que el
anterior. Este último contribuye fundamentalmente al sabor y al aroma del
producto. Ambos microorganismos son microaerófilos y soportan muy bien los pH
ácidos.
En el yogur estas bacterias conviven en estrecha simbiosis. Cuando se
cultivan conjuntamente, aumenta más rápido el número de células viables y el
contenido de ácido láctico. Para la fabricación del yogur el objetivo principal es
mantener un equilibrio adecuado entre el desarrollo de ambos microorganismos
con el objeto de obtener un producto final suficientemente ácido y aromático.
Al comienzo de la preparación, el pH de la leche es favorable a S.
salivarius, razón por la cual inicialmente la acidificación es llevada a cabo
principalmente por estos microorganismos poniendo en marcha la fermentación
láctica. Además, L. delbrueckii también favorece el desarrollo de este
microorganismo ya que obtiene un aminoácido (valina) a partir de la caseína el
cual estimula el desarrollo de S. salivarius.
Luego del aumento de la acidez por acumulación de ácido láctico, el pH se
vuelve poco favorable para S. salivarius, la relación se invierte y progresivamente
pasan a ser más dominantes los L. delbrueckii. Cuando el pH se acerca a 4,6 las
caseínas se aglomeran formando la red tridimensional responsable de la textura
del producto y se obtiene un coágulo que retiene el suero.
Los yogures firmes (consistencia semisólida) se preparan con leches
concentradas y se fermentan directamente en los recipientes de envasado. El
yogur líquido se incuba a una temperatura más baja y por un tiempo mayor, luego
se mezcla y se enfría antes del envasado. Los yogures batidos (menor
consistencia que los firmes) se obtienen al romper el coágulo antes del envasado.
Los yogures con frutas son preparados, batidos en frío a los cuales se les agrega
pulpa de diversas frutas previamente pasteurizadas.
Kefir
Es una bebida gaseosa, ácida y fermentada (un tipo de leche ácida), que
se consume mucho en Europa Oriental. El kefir se prepara a partir de la leche
previamente pasteurizada que luego se enfría a temperatura ambiente momento
en el cual se agregan 2-10% de gránulos de kefir.
Los gránulos de kefir son unas masas gelatinosas que contienen una
comunidad bacteriana de levaduras, bacterias lácticas y acéticas que fermentan la
leche y generan como productos ácido láctico, ácido acético, etanol, dióxido de
carbono y compuestos aromáticos, obteniéndose una bebida de sabor ácido,
ligeramente gasificada y con algo de alcohol. La levadura fermentadora
(Saccharomyces kefir) es la que proporciona a esta bebida un contenido
alcohólico de aproximadamente el 1-2%. A continuación del agregado de los
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gránulos de kéfir, se deja fermentar y luego se filtran los gránulos y el kefir se
conserva a 4°C para ser consumido.
Las bacterias que se encuentran en el granulo de kefir forman una
asociación simbiótica en la cual intercambian sus productos metabólicos como
fuente de energía y/o los factores de crecimiento. Dentro de los microorganismos
que participan de esta asociación hay varios ejemplos: Saccharomyces kefir,
Leuconostoc spp., Acetobacter spp., Candida spp., etc.
Quesos
Los quesos son concentrados de proteínas especialmente caseínas, que
se obtienen por un proceso de coagulación de estas a pH ácido y un posterior
proceso de deshidratación. La coagulación de las caseínas resulta en la
generación de un gel en el que quedan retenidos la materia grasa, vitaminas y
minerales.
En general, el proceso ocurre por la acción del cuajo. El cuajo consiste en
un extracto enzimático de proteinasas ácidas como la renina que hidrolizan la
caseína. La acción enzimática, en conjunto con la acidificación desarrollada por
los microorganismos de la flora nativa de la leche o de cultivos iniciadores, se
denomina coagulación mixta. El producto resultante es la concentración de la
materia seca de la leche por coagulación a través de la acción microbiana.
Luego de la coagulación, se produce el proceso de deshidratación o
desuerado del queso que se inicia con el corte del gel formado por coagulación.
En este momento ocurre la liberación de lactosuero. Luego del desuerado, se
procede a moldear y prensar el queso. El moldeado le da forma a los quesos y el
prensado ayuda a eliminar el lactosuero remanente. El proceso de elaboración se
detiene en este punto en el caso de los quesos frescos, mientras que en el caso
de los demás quesos el proceso sigue mediante dos partes: el salado y la
maduración.
El salado favorece la disminución de la actividad del agua y actúa
controlando el crecimiento microbiano y la actividad enzimática. Además, favorece
la formación de la corteza del queso al seguir deshidratando.
La maduración se realiza en cámaras con temperatura y humedad relativa
controladas. En esta etapa ocurren procesos de lipólisis, proteólisis y glucolisis
que generan compuestos que otorgan sabor y aroma a los quesos y también hay
evaporación de agua por lo cual se termina de formar la corteza del queso. En
esta etapa intervienen en forma más relevante los microorganismos no iniciadores
(aquellos que no intervienen en forma directa en la acidificación).
En el caso de los quesos frescos estos no presentan una coagulación
mixta, sino que tienen una coagulación de tipo láctica. En estos quesos se utilizan
pequeñas cantidades de cuajo y se opera a bajas temperaturas para evitar las
condiciones óptimas de acción de la enzima. Estos quesos son siempre muy
húmedos (60-80% de agua). A causa de su gran contenido de agua son muy poco
conservables. Estos quesos precisan de una previa pasteurización de la leche, ya
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que si existen microorganismos patógenos en la leche, estos quedan intactos ya
que no tienen un proceso madurativo.
En el caso de los quesos con ojos, estos se deben o bien al dióxido de
carbono que se genera al fermentar la lactosa o en algunos tipos especiales de
quesos al empleo de cultivos especiales del género Propionibacterium que
producen dióxido de carbono a partir de lactato. Estas bacterias también producen
ácido propiónico y acético a los cuales se les adjudica el sabor dulce y picante de
estos quesos.
Existen además, innumerables variedades de queso que se clasificación
por su textura, contenido de humedad, de materia grasa, etc. Otras variedades de
queso son los que tienen hongos en su superficie como los quesos azules que
presentan vetas azuladas debido al crecimiento de hongos del género Penicilium.
Las vetas azul-verdosas observadas corresponden a las hifas del hongo en
crecimiento sobre el queso.
Manteca
Es el producto graso obtenido de la leche o nata de vaca pasteurizada, la
manteca se considera una emulsión de agua en aceite. Su preparación es en
parte microbiológica ya que es necesario un agriado inicial (acidificación) de la
leche por microorganismos del género Streptococcus. Luego, para la producción
del aroma se utilizan otros microorganismos que producen pequeñas cantidades
de acetoína (compuesto inodoro y sin sabor) que es oxidada a diacetilo,
compuesto responsable del aroma. Estos microorganismos solo producen
acetoína en medios ácidos por lo cual es necesaria la acidificación previa.
Conservación de frutas y hortalizas por fermentación láctica
Encurtidos
A través de la fermentación ácida se pueden conservar hortalizas de hoja,
hortalizas subterráneas y frutas, los productos más utilizados son: pepinos,
zanahorias, repollos, cebollas y tomates verdes. El producto final se denomina
pickle o encurtido. El pickle es un producto acidificado resultante de la
fermentación láctica de ciertos vegetales.
La fermentación es llevada a cabo por bacterias lácticas que se encuentran
sobre la superficie de los vegetales. Durante el proceso se procura favorecer el
desarrollo de las bacterias lácticas e impedir el desarrollo de otros
microorganismos que puedan alterar la calidad del alimento. Las condiciones que
favorecen el desarrollo de la flora láctica son: anaerobiosis y una concentración
de sal del 5%. En estas condiciones el proceso es el siguiente: primero se realiza
un proceso heterofermentativo a través del cual se produce CO2, que desaloja el
oxígeno del medio y se consigue de esta forma la anaerobiosis. El acido láctico
también generado, baja el pH del medio, lo cual inhibe la actividad de los demás
microorganismos presentes en los vegetales. Leuconostoc mesenteroides,
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Pediococcus cereviseae, Lactobacilllus plantarum, Lactobacillus brevis, son
algunos de los microorganismos que realizan este proceso.
Chucrut
Es un producto obtenido por fermentación del repollo mediante bacterias
lácticas. Este proceso de fermentación puede ser a) natural, a partir de
microorganismos que se encuentran en el repollo o b) inducida, mediante la
aplicación de bacterias inoculadas.
Repollo
Acondicionamiento
Picado
Adición de sal
Etapas del proceso de
elaboración del
chucrut
Mezclado
Prensado
Fermentación
Tratamiento térmico
Empaque esterilizado
CHUCRUT
Acondicionamiento: se eliminan las hojas superficiales y se lava el material
con la finalidad de eliminar la contaminación con microorganismos indeseables,
no se agrega ningún aditivo al agua para evitar eliminar por completo los
microorganismos que se van a encargar de la fermentación.
Picado: el material se pica con la finalidad de aumentar el área superficial,
beneficiando tanto la extracción de los líquidos del repollo como el desarrollo de
los microorganismos.
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Adición de sal: las principales funciones de la sal son:
 Extraer del repollo el agua, los azúcares, proteínas y otras
sustancias que son utilizados por los microorganismos para su
desarrollo.
 Favorecer la fermentación láctica, inhibiendo el desarrollo de otros
microorganismos.
 Contribuir al sabor, aroma y firmeza del producto final.
Prensado: una vez que el repollo y la sal son colocados en el fermentador,
se procede a crear una condición de anaerobiosis, que se puede lograr mediante
el prensado o por medio de un "sello de agua" (cubrir el material con un plástico y
verter un poco de agua sobre él).
Fermentación láctica: en el repollo hay coexistencia de microorganismos,
de los cuáles algunos participan en la fermentación láctica, mientras que otros
producen su deterioro. Estos últimos son en su mayoría aeróbicos y no
sobreviven en ambientes ácidos, por lo que prácticamente no se desarrollan en
este ambiente.
El crecimiento de cada una de las bacterias lácticas depende de los
siguientes factores: concentración de estos microorganismos en el vegetal,
concentraciones de sal, azúcar y otros nutrientes, así como la temperatura a la
que son sometidos. Durante la primer etapa de la fermentación predomina la
bacteria Leuconostoc mesenteroides, cuyo desarrollo se ve favorecido por la
concentración inicial de sal y una temperatura de 21 ºC.
Este microorganismo es capaz de convertir los azúcares en ácido láctico,
ácido acético, etanol, manitol, algunos ésteres y CO2. Esta bacteria se inactiva
cuando la concentración de los ácidos generados alcanza un 1% v/v. Con la
acidez también se inactivan los microorganismos indeseables y las enzimas
responsables del ablandamiento de los vegetales. En estas nuevas condiciones
se desarrollan dos tipos de bacterias Lactobacillus brevis y Lactobacillus
plantarum, que producen principalmente ácido láctico. Además es común
encontrar a la bacteria láctica Pediococcus cerevisiae.
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La fermentación del repollo puede durar entre 3 y 6 semanas y al final del
proceso la acidez oscila entre 1,8 y 2,2 % (equivalente a un pH entre 3,5 y 3,7). El
proceso se detiene cuando no hay más azúcares disponibles o cuando la acidez
inhibe a los microorganismos involucrados.
Tratamiento térmico: se somete al producto a una temperatura entre 77 y
82 ºC durante 3 minutos, con la finalidad de detener la fermentación.
Empacado: se empaca el producto en bolsas plásticas, recipientes de vidrio
o latas, los que previamente deben ser esterilizados. Los recipientes de vidrio por
inmersión en agua en ebullición durante 15 minutos, las bolsas plásticas se
exponen a la luz ultravioleta y a las latas primero se les aplica un baño de vapor y
luego se someten a un tratamiento térmico.
Ensilados
Las explotaciones ganaderas pueden conservar los forrajes mediante
técnicas conocidas como heno y ensilado. El principio de cualquier conservación
de forraje está basada en tratar de obtener un producto lo más semejante posible
al material original a procesar, en cuanto a cantidad (volumen) y calidad
nutricional.
Heno: consiste en la deshidratación del forraje hasta niveles de 14-15% de
humedad para inhibir el crecimiento microbiano. Un heno puede confeccionarse
de diferentes maneras y dependiendo de ello se los denomina fardos, rollos o
megafardos.
Silo: El ensilado es una técnica de conservación de forraje en estado húmedo, al
abrigo de la luz y sin oxígeno. El ensilado está basado en la inhibición de
procesos enzimáticos y microbianos no deseados a través de la disminución del
pH del medio. Dicha disminución es producida por la fermentación láctica de los
azúcares que presenta el material original o forraje (maíz, sorgo, alfalfa, caña de
azúcar, etc.), en condiciones de anaerobiosis, sin dejar de mencionar que existen
múltiples factores a tener en cuenta para lograr un silo de buena calidad.
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Dependiendo la especie forrajera (material original), se determina el momento
fenológico óptimo para realizar la confección, en este punto se busca el mayor
volumen posible por hectárea, sin dejar de tener en cuenta la calidad nutricional.
En general, los mejores resultados se observan cuando los vegetales tienen 3035 % de materia seca y un contenido mínimo de 6 a 12% de hidratos de carbono
solubles para garantizar la fermentación láctica. Luego, se procede al corte y
picado del material original, procesos que normalmente son simultáneos. Es
importante el tamaño del picado ya que interviene en la compactación del silo.
Tamaños de picado muy grandes son difíciles de compactar dejando “cámaras de
aire”. Esto provoca un mayor tiempo de respiración aeróbica (pérdida de valor
nutritivo) e impide inicialmente los procesos de fermentación deseados y en casos
extremos la pérdida del material ensilado. Por otra parte, debe haber una
proporción mínima de trozos de vegetal (no menor a 2 cm) para estimular la
motilidad ruminal. En caso que esto no suceda, se pueden ocasionar trastornos a
nivel de rumen en el animal. Esto puede suceder en aquellas dietas donde el
silaje es el principal componente y no intervienen otras fuentes de forrajes
fibrosos como por ejemplo heno de alfalfa.
En aquellos forrajes que al momento de ensilar poseen granos (maíz o
sorgo), es importante lograr una ruptura de esos granos (craker). Esto se logra
con maquinaria que posee rolos que ejercen el partido de los granos, dejando
expuesto el contenido de los mismos a los microorganismos para facilitar los
procesos fermentativos, como así también mejorar la disponibilidad de nutrientes
en el rumen del animal. El próximo paso es la compactación, en este punto se
busca eliminar la mayor cantidad de oxígeno posible, con el objetivo de disminuir
la respiración aeróbica y facilitar la posterior fermentación en el silo.
Acción de los microorganismos
Al mismo tiempo que actúan las enzimas de la planta, se produce un
desarrollo de los microorganismos presentes en la superficie del forraje en el
momento de recolección. Estos microorganismos se desarrollan más o menos
intensamente en función de las circunstancias predominantes en el ensilaje.
Algunos de estos microorganismos que se desarrollan en ausencia de oxígeno
(anaerobiosis) son benéficos ya que acidifican la masa del forraje (disminuyen el
pH). Otros son perjudiciales, creciendo y multiplicándose en presencia de oxígeno
compitiendo con las bacterias lácticas por los azúcares.
En una primera fase del ensilaje se desarrollan bacterias aerobias
(Klebsiella y Acetobacter) que son más activas cuanto mayor es la cantidad de
oxígeno aprisionado en el forraje. Estas bacterias emplean como sustrato los
hidratos de carbono que pueden transformar en CO2 o ácido acético, cuya
eficacia en la conservación del silo no es muy notable debido a su escasa
capacidad acidificante. En esta primera fase, y en condiciones normales, ocurre
un incremento de la temperatura en la masa del silo que puede oscilar entre 4 a
6°C por encima de la temperatura media del ambiente debido a la respiración
aeróbica (temperaturas superiores podrían estar indicando que el proceso de
respiración es excesivo).
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En condiciones ideales de confección del silo (cultivo y almacenamiento), el
oxígeno debería ser eliminado de la masa en no más de 2 horas. En ausencia de
oxígeno comienza una fase anaeróbica donde las bacterias fermentan azúcares
dando como resultado principalmente ácido láctico, y en menor medida ácido
acético, etanol, CO2, etc. Cuando el pH del silo baja por debajo de 5, se inhibe el
crecimiento de las bacterias acéticas, proliferando las bacterias productoras de
ácido láctico. Tras 24 y 48 horas se desarrollan bacterias (Leuconostoc y
Streptococcus) que transforman los azúcares en ácido láctico ayudando a bajar el
pH rápidamente. A medida que las concentraciones de este ácido son más
abundantes, estas bacterias disminuyen, desarrollándose otras (Lactobacilus y
Pediococcus) que forman ácido láctico en grandes cantidades (3° y 5° día). Desde
el 5º día hasta el día 17 a 21 el ácido se va acumulando en cantidades crecientes
inhibiendo el crecimiento de otras bacterias. Si durante este período se ha
producido suficiente cantidad de ácido como para llevar el pH a valores de 4,2 o
inferiores, existe la garantía de que el forraje se conservará perfectamente por un
período indefinido de tiempo, con un valor nutritivo semejante al que poseía al ser
puesto en el silo.
Es importante destacar que la fermentación láctica no solo estabiliza el silo
con la baja de pH, sino que consume menos azucares para lograr la fermentación,
alrededor de 3,8 a 4%, mientras que otras fermentaciones demandan mayor
porcentaje de azucares (acética 38%, butírica 24%). Por el contrario, si el forraje
es pobre en azúcares (leguminosas, plantas jóvenes) o se ha empobrecido antes
de ensilarlo (respiración aeróbica, fertilización nitrogenada, etc.) o simplemente
las bacterias aeróbicas de la primera fase los han agotado, las bacterias lácticas
no tendrán suficiente cantidad de azúcares a su disposición para conseguir bajar
el pH a 4,2. Esto permitirá el desarrollo de otros microorganismos que pueden
degradar el forraje. En este caso, en primer lugar actúan los clostridios
sacarolíticos que degradan los hidratos de carbono formando ácido butírico (de
olor desagradable) con escaso poder acidificante. Estos microorganismos
dificultan la actividad de las bacterias lácticas, por lo cual la acidez de la masa
disminuye permitiendo la proliferación de otros grupos bacterianos (clostridios
proteolíticos). Los clostridios proteolíticos degradan las proteínas originando
amoníaco como producto final, el cual termina por neutralizar la acidez residual.
La masa sin mucho valor alimenticio y posiblemente con sustancias de carácter
tóxico, queda reducida a un producto putrefacto que ha perdido su aspecto
original, presentando un olor desagradable y característico. A esto, debe sumarse
el efecto destructor de los hongos que se reproducen intensamente, en especial
donde han quedado bolsas de aire, completando la destrucción del producto que
queda prácticamente inservible.
Es necesario considerar las fermentaciones debidas a mohos y levaduras,
que tienen lugar por la presencia de oxígeno en el interior del ensilado, ya sea por
la falta de estanqueidad del silo o por que hayan quedado bolsas de aire. Sin
embargo, el oxígeno ingresará en el momento de la apertura del silo provocando
el deterioro del material ensilado (hongos y levaduras no deseados). Este
deterioro puede ser disminuido por pH de 4 o menores, y algunos ácidos
producidos en la fermentación que son tóxicos para hongos y levaduras (butírico,
acético y propiónico). Otros factores que ayudan es extremar medidas de manejo
y condiciones ambientales favorables como por ejemplo bajas temperaturas.
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Aditivos
Dependiendo del material original a ensilar y con el objetivo de lograr una
correcta fermentación, estabilidad y calidad nutricional se puede o no utilizar
aditivos como: inoculantes (bacterias), sustratos (granos de cereal, melazas,
bagazos, etc.), enzimas, conservantes (ácido acético, fórmico etc.) y nutrientes
(urea).
Valor nutritivo
En cuanto al valor nutritivo, el ensilado no puede superar el valor del
material original, pues seguramente habrá pérdidas tanto en cantidad como en
calidad. Son inevitables las pérdidas en la formación de gases y drenaje; aunque
pueden aminorarse teniendo en cuenta una serie de puntos como por ejemplo:
estado fenológico del vegetal al momento del ensilado, especie a ensilar,
condiciones ambientales, tiempo en la confección del ensilado, etc. Para que un
silo sea estable y palatable para el ganado debe tener un nivel de acidez que
varíe entre 4,2 y 5, este rango de pH depende de varios factores: especie a
ensilar, estado fenológico del forraje al momento del corte y picado,
compactación, tiempo de confección, tiempos de fermentación, condiciones
climáticas en el momento de la operación del ensilado, etc.
Cuando se realice la apertura de un silo se puede evaluar su confección a
partir de indicadores organolépticos como aroma, color, grado de humedad y
textura. Esto nos informa sobre la confección del silo y por ende una aproximación
cualitativa en cuanto a su nivel nutricional. Los rangos son los siguientes:
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Característica
Organoléptica
Color
Aroma
Excelente
Verde
aceituna
Agradable a
fruta madura
Buena
Verde
amarillento,
tallos más
pálidos que
las hojas
CALIDAD
Regular
Verde oscuro,
tallos y hojas con
igual tonalidad
Mala
Casi negro o
negro
Las hojas se
separan
fácilmente de los
tallos, bordes del
forraje mal
definidos, hojas
transparentes,
vasos leñosos
amarillos
Desagradable,
con olor
putrefacto y a
humedad.
Deja un olor a
manteca
rancia en las
manos por
horas
No se aprecia
diferencia
entre hojas y
tallos, los
cuales forman
una masa
amorfa y
jabonosa al
tacto
No humedece
Al ser comprimido
la mano a
en el puño gotea
cierre de
líquido, con
puño y se
tendencia a ser
mantiene
compactado y
suelto el
formar una masa
ensilado
Destila
líquido, se
compacta con
facilidad y
llega a tomar
la forma
deseada
Agradable,
ligero olor a
vinagre
Textura
El forraje
El forraje
conserva sus conserva sus
contornos
contornos
definidos,
definidos,
hoja unida al hojas unida al
tallo
tallo
Humedad
No
humedece la
mano a
cierre de
puño y se
mantiene
suelto el
ensilado
Ácido, con fuerte
olor a vinagre.
Deja en las
manos un
permanente olor
a manteca (ácido
butírico)
Vinificación y elaboración de cerveza
Vinificación
La producción de vino es una industria muy importante en nuestro país y en
el mundo. El vino es una bebida obtenida de la uva mediante la fermentación
alcohólica. La fermentación se produce por la acción metabólica de levaduras que
transforman los azúcares del fruto en etanol y CO2.
La producción del vino comienza con la vendimia o la recolección de la uva,
que resulta ser un proceso delicado ya que tiene que pasar el menor tiempo
posible desde su recolección hasta su elaboración. A continuación las uvas se
prensan y se extrae el zumo resultante llamado mosto. Según el tipo de uvas que
169
se utilice y la manera de preparar el mosto, se producirá vino blanco o vino tinto.
Las levaduras que hacen fermentar el vino pueden ser de dos clases: por un lado,
las levaduras silvestres, que están presentes en las uvas cuando se recogen del
viñedo, y que se transfieren al mosto. Por otro lado, están las levaduras cultivadas
del género Saccharomyces, las cuales se añaden al mosto para iniciar la
fermentación. Las levaduras silvestres presentan una menor tolerancia al alcohol
que las cultivadas, y además las levaduras silvestres suelen producir compuestos
no deseados que afectan la calidad del producto final. Por ello, en muchas
bodegas se suelen destruir estas levaduras.
La fermentación del vino se puede realizar en fermentadores (tanques) de
200 a 200.000 litros de capacidad según la bodega y que pueden estar hechos de
madera de roble, cemento, piedra o metal revestido de vidrio. El fermentador está
construido de tal manera que el dióxido de carbono pueda escapar pero que no
pueda ingresar aire dentro del recipiente.
El vino blanco se obtiene de uvas blancas o negras a la cuales se les ha
quitado la piel, ya que es la piel la que tiene la sustancia colorante. En cambio, en
la fabricación del vino tinto, pieles y semillas (lo que se conoce como orujo) se
deja dentro del tanque de fermentación. Esto hace que el vino tinto presente
mayor cantidad de taninos (sustancias químicas presentes en la piel de la uva)
por lo cual suele presentar aromas más fuertes. Luego de la fermentación, los
vinos se dejan envejecer almacenándolos por algunos meses o varios años.
Durante el envejecimiento se suceden numerosos y complejos cambios químicos.
El contenido final de alcohol del vino oscila entre un 6 y 15% en función del
contenido de azúcar de las uvas, la duración de la fermentación y la cepa de
levadura cultivada utilizada. Finalizada la fermentación es necesario realizar el
descube (paso del vino a otro envase), para separarlo cuanto antes de levaduras
y otras materias depositadas en el fondo del recipiente de fermentación y cuyo
contacto prolongado produciría a la larga, olores e incluso sabores
desagradables.
En el caso de los vinos espumantes, estos vinos tienen una segunda
fermentación en la botella y se caracterizan por presentar dióxido de carbono de
forma apreciable. Este gas presente en el vino es de origen endógeno, producido
en el seno del propio vino mediante una segunda fermentación de azúcares
añadidos.
Elaboración de cerveza
Si bien, la elaboración de la cerveza tiene una muy larga historia, y las
evidencias históricas coinciden en que ya era empleada por los antiguos egipcios,
hoy en día la cerveza es una popular bebida alcohólica producida en todo el
mundo a partir de la fermentación alcohólica de distintos tipos de cereales. En la
actualidad el cereal más utilizado es la cebada, pero se pueden llegar a ser
utilizados otros granos como materia prima: arroz, trigo y maíz.
La elaboración de cerveza se divide en dos procesos principales: el primero
corresponde a la conversión del almidón del cereal en azúcares fermentables por
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acción de las enzimas que se encuentran en la malta y la posterior fermentación
alcohólica de los mismos por la acción de las levaduras.
El primer paso que es la conversión de los granos de cebada en malta se
denomina malteado. La malta constituye uno de los elementos iniciales y más
importantes para la elaboración de la cerveza. En el proceso de malteado los
granos de cereales se dejan germinar y luego son secados y molidos. La malta
contiene enzimas naturales que degradan el almidón (amilasas). El proceso de
malteado es fundamental para la generación de sustancias fermentables
(azúcares simples) por las levaduras. Luego del proceso de malteado se agrega
lúpulo (inflorescencia femenina de una planta) que le da el sabor amargo
característico y que además actúa previniendo el desarrollo de microorganismos
no deseados (por la acción de una resina). Posteriormente, se produce la
fermentación de los azúcares por cepas seleccionadas de levaduras del género
Saccharomyces. En este momento se producen el etanol y el CO2. Luego, la
cerveza es almacenada a 0° C, momento en el cual precipitan las proteínas y
resinas y el líquido se aclara y luego se produce el envasado.
Bebidas alcohólicas destiladas
Estas bebidas se fabrican a partir de la destilación de diversos líquidos
previamente fermentados. Esta destilación incrementa en gran medida el
contenido de alcohol de las bebidas. Así, la destilación de las bebidas de malta da
lugar a la fabricación del Whisky, la del vino al Brandy, la destilación de la melaza
fermentada produce Ron y la de papa o cereales produce Vodka, entre otros.
La bacteria Zymomonas mobilis es responsable de la fermentación del jugo
del agave (Agave atrovirens) para producir el “pulque”, bebida que por destilación
origina el tequila. Normalmente esta bacteria no se utiliza para la fermentación de
la cerveza o de la sidra por producir sabores u olores desagradables, pero su
capacidad para sobrevivir a elevadas concentraciones de etanol la convierte en la
bacteria ideal para la generación de etanol para usos no comestibles
(biocombustibles).
Factores que limitan la fermentación alcohólica
Acidez del sustrato: el pH es un factor limitante en la fermentación, debido a que
las levaduras crecen en un rango de pH óptimo entre 3,5 – 5,5. A nivel industrial
para mantener los niveles óptimos de acidez durante la fermentación se utilizan
soluciones buffers. Los ácidos de algunas frutas (málico, tartárico) pueden limitar
este proceso.
Concentración de azúcares: concentraciones demasiado bajas o excesivas de
monosacáridos o disacáridos pueden frenar el proceso. Los valores límites
dependen del tipo de hidrato de carbono y de la levadura responsable de la
fermentación. La concentración de azúcar afecta los procesos de ósmosis dentro
de la membrana celular.
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Contacto con el aire: el contacto con el oxígeno (por mínimo que sea) durante el
proceso lo detiene por completo (efecto Pasteur). Por eso los fermentadores se
cierran herméticamente.
Temperatura: la fermentación es un proceso exotérmico, las levaduras son
organismos mesófilos, con un régimen de funcionamiento dentro de rangos de
temperaturas óptimos. Temperaturas superiores a 55 °C producen la muerte de
las levaduras, la mayoría trabajan a temperaturas próximas a 30 °C.
Panificación
Se utiliza la levadura Saccharomyces cerevisiae con el objeto de airear la
masa mediante la producción de CO2. Los escasos azúcares simples que
contiene la masa son fermentados produciendo CO2, (que queda retenido debido
a la estructura fibrilar del gluten de la harina), y alcohol que se elimina en el
proceso de cocción del pan. El almidón de la harina de trigo no es utilizado por las
levaduras, ya que no tienen capacidad de hidrolizar moléculas complejas.