Fundamentos de Biotecnología Microbiana: Procesos Fermentativos, Cinética y Biodegradación Ambiental

Efecto Pasteur y Fermentaciones Industriales

6. El Efecto Pasteur y su Importancia en el Diseño de Fermentaciones Industriales

Si un microorganismo (MO) facultativo está creciendo en condiciones anaerobias y se airea el cultivo, inmediatamente se produce un descenso de la velocidad de consumo de glucosa. Esto ocurre puesto que el MO pasa a realizar una fermentación aerobia y necesita metabolizar menos cantidad de glucosa para obtener la misma cantidad de ATP.

Este fenómeno, conocido como Efecto Pasteur, es crucial para las fermentaciones industriales, ya que permite mejorar significativamente el rendimiento de la glucosa en el cultivo microbiano. En condiciones aerobias se consume mucha menos glucosa, lo que reduce el coste de las materias primas necesarias.

Relación entre Digestión Anaerobia y Metanogénesis

7. Relación entre la Digestión Anaerobia y la Metanogénesis

La metanogénesis es una fase clave dentro del proceso de digestión anaerobia, utilizada específicamente para la producción de metano.

La digestión anaeróbica es el proceso biológico en el cual los microorganismos descomponen material biodegradable en ausencia de oxígeno.

Durante la metanogénesis, las bacterias productoras de metano utilizan los productos intermedios de las etapas previas y los convierten en metano (CH₄), dióxido de carbono (CO₂) y agua. Estos componentes constituyen la mayor parte del biogás emitido por el sistema.

La metanogénesis es sensible a valores de pH altos y bajos, y típicamente ocurre en un rango de pH óptimo de 6.5 a 8.

Tipos de Fermentación según la Asociación al Crecimiento

8. Fermentación No Asociada al Crecimiento

En este tipo de fermentación, el crecimiento del microorganismo y la producción del compuesto de interés están separados temporalmente. El producto de interés industrial se forma principalmente cuando el crecimiento celular ha cesado, es decir, durante la fase estacionaria del cultivo.

Ejemplos de Fermentación No Asociada al Crecimiento:

• Producción de antibióticos.

También existen procesos híbridos donde una parte de la producción está asociada al crecimiento y otra parte no lo está. Un ejemplo de esto es la producción de ácido cítrico.

Resistencia a la Biodegradación de Compuestos Halogenados

9. Resistencia de los Hidrocarburos Aromáticos Halogenados (HAH) a la Biodegradación

Los Hidrocarburos Aromáticos Halogenados (HAH) persisten en el entorno durante muchos años y se acumulan en las cadenas alimentarias. Esto se debe a que, aunque son compuestos orgánicos, la presencia de halógenos les confiere una alta resistencia.

Un anillo de benceno simple se degrada con facilidad (se mineraliza). Sin embargo, si se le añade un halógeno, se vuelve altamente resistente a la biodegradación. Los microorganismos (MO) deben pasar por procesos de mutación y adaptación evolutiva hasta que aparece una cepa capaz de metabolizar estos compuestos clorados.

Mecanismo de Resistencia Química

Los MO que logran metabolizar estos compuestos suelen ser aerobios. Estos oxidan el anillo bencénico, inducen su rotura y producen metabolitos como el acetato y el succinato (intermediario del ciclo de Krebs), culminando en la conversión final del benceno en CO₂ y H₂O.

No obstante, la introducción de átomos de halógeno (elementos electronegativos) atrae fuertemente los electrones. Esto provoca que los electrones del anillo aromático dejen de estar completamente deslocalizados, disminuyendo la densidad electrónica del anillo bencénico. Como resultado, el oxígeno molecular (necesario para el ataque inicial) no puede atacar el anillo con tanta facilidad, lo que ralentiza drásticamente el metabolismo y la biodegradación del compuesto.

Fermentaciones en la Fabricación de Vinos

10. Tipos de Fermentaciones en la Vinificación

Una vez obtenido el mosto, se inicia el proceso de fermentación. Tradicionalmente, se distinguen dos procesos fermentativos principales: la fermentación alcohólica (en dos fases) y la fermentación maloláctica.

A. Fermentación Alcohólica (Sucesiva)

Llevada a cabo por levaduras, se divide en dos etapas:

1. Fase Primaria (Tumultuosa): Se caracteriza por un crecimiento muy rápido de las levaduras y una alta producción de etanol (alcohol) debido a la gran abundancia de nutrientes (azúcares).
2. Fase Secundaria (Lenta): Ocurre cuando el azúcar que soporta el crecimiento de las levaduras comienza a agotarse. En esta fase, se producen compuestos metabólicos secundarios que son cruciales para el desarrollo del aroma, la textura y la calidad final del vino.

B. Fermentación Maloláctica (FML)

Este es un segundo proceso fermentativo que tiene lugar después de la fermentación alcohólica secundaria. Es llevado a cabo por bacterias lácticas.

La FML ocurre en la mayor parte de los vinos, especialmente en aquellos procedentes de uvas desarrolladas en climas fríos. En estas condiciones, la concentración de ácido málico es mayor. El objetivo de la FML es transformar el ácido málico (responsable de una acidez áspera) en ácido láctico (que proporciona una acidez más suave), mejorando así el perfil organoléptico del vino.