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• Isa Urbina

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LEVADURAS PARA LA FERMENTACIÓN ALCOHOLICA La Saccharomyces cerevisiae, es la especie de levadura usada con más frecuencia. Por supuesto que existen estudios para producir alcohol con otros hongos y bacterias, como la Zymomonas mobilis, pero la explotación a nivel industrial es mínima. SACCHAROMYCES CEREVISIAE Es la especie de levaduras utilizada por excelencia para la producción de etanol a nivel industrial debido a que es un microorganismo de fácil manipulación y recuperación, no es exigente en cuanto a su cultivo, no presenta alto costo, tolera altas concentraciones de etanol, en la fermentación produce bajos niveles de subproductos, es osmotolerante, capaz de utilizar altas concentraciones de azúcares, presenta alta viabilidad celular para reciclado y características de floculación y sedimentación para el proceso posterior. Su clasificación taxonómica es:

Las levaduras son organismos eucarióticos unicelulares, por lo tanto, sus estructuras se encuentran formadas por pared celular, núcleo diferenciado y organelos como ribosomas y mitocondrias; la formación de una cápsula de polisacáridos, la ausencia o presencia de vacuolas y el desarrollo de las mitocondrias dependen de las condiciones fisicoquímicas y de la edad del cultivo. Las características generales de las levaduras son las siguientes:

Saccharomyces cerevisiae es una levadura cuya colonia es de color crema o blanco, apariencia húmeda y brillante, de bordes irregulares. La temperatura óptima de crecimiento es de 25 a 30°C.

Sus dimensiones son: 2.5-10 micras de ancho y 4.5-21 micras de largo. La aireación óptima es de 0.6-0.9 vvm. Su nombre significa azúcar de hongos. Producen una fermentación vigorosa y es conocida como la levadura de la cerveza, sirve como fuente de enzimas (invertasa), hace fermentar la masa del plan, interviene en la fabricación del vino y como fuente de proteína, vacunas, ácidos grasos y aceites. Pertenece al género de las levaduras de la familia Saccharomucetaceae; en presencia del O2 las cepas pueden metabolizar oxidativamente sustratos como glicerol, etanol, y lactato. Realiza la fermentación alcohólica, en la cual el etanol es formado a partir de la D-glucosa; este azúcar es convertido en piruvato descarboxilasa y la tiamina pirofosfato y el acetaldehído reducido finalmente a etanol. REQUERIMIENTOS NUTRICIONALES Saccharomyces cerevisiae requiere ciertos nutrientes y condiciones ambientales para su apropiado crecimiento y reproducción. Los elementos básicamente son necesarios como el carbono (como fuente de energía y como material constitutivo para la masa celular), hidrógeno, oxígeno, nitrógeno (forma parte esencial de las proteínas, aminoácidos y ácidos nucleicos) y fósforo (se encuentra en los ácidos nucleicos, en la lectina y en compuestos fosforilados que participan en procesos de degradación oxidativa y de intercambio energético como ATP, ADP, AMP, NADP). REQUERIMIENTOS FÍSICO-QUÍMICOS El crecimiento de S. cerevisiae se ve favorecido por un pH próximo a 4-5 y no se desarrollan bien en medio alcalino. A pesar de la tolerancia bastante amplia de esta levadura para las variaciones de pH a partir de los sustratos habitualmente usados en los medios de cultivo forman productos en especial ácidos en el crecimiento celular, producción enzimática y utilización de glucosa. Algunas investigaciones han observado que con un pH inicial del medio a valores entre 4-5 se obtiene mejor crecimiento y utilización de glucosa, mientras que la máxima producción de enzima se observa a un pH de 3. COMPOSICIÓN QUÍMICA Las levaduras contienen un 75% de agua y un 25% de materia seca aprox. La composición de la materia seca de la levadura se presenta a continuación:

Las sustancias minetales de las levaduras representan por lo general un 5-9% del peso seco. Los componentes principales son ácido fosfórico, alrededor del 50% y potasio del 30%. Las sustancias

nitrogenadas de la levadura representan dos terceras partes de su peso seco (30-75%), contienen entre 5 y 12% de nitrógeno. Su temperatura óptima de crecimiento es de 30 a 35°C, pH de 4 a 6 . La S. cerevisiae presenta un buen número de ventajas para su aplicación en la fermentación de biomasa. Exhibe una gran selectividad en la fermentación, produciendo etanol prácticamente como único producto. Es conocida por su alta tolerancia al etanol, y su habilidad para fermentar azucares a bajos niveles de pH proporciona protección contra la contaminación bacterial. Otra ventaja clave es su habilidad para crecer y fermentar azucares en la presencia de hidrolizados lignocelulósicos (Picataggio et al., 1994). Sin embargo, una de las mayores limitaciones de la S. cerevisiae es su incapacidad para fermentar la xilosa. ZYMOMONAS MOBILIS Es una bacteria gram negativa, anaerobia facultativa. Se encuentra predominante como parte de la flora natural en fermentación de las savias, por ejemplo, el agave, la palma y la caña de azúcar, donde están presentes altas concentraciones de glucosa; así como en las cervezas, peras y las sidras, donde actúa como flora de los desechos. Comparado con S. cerevisiae y otras levaduras, se ha reportado que puede producir etanol con rendimientos hasta cinco veces mayores por la vía Entner-Doudoroff bajo condiciones anaerobias. Produciendo 1 mol de ATP por mol de glucosa, a diferencia de la vía Embden-Meyerhoff-Parnas en S. cerevisiae, que produce 2 mol de ATP por mol de glucosa, este decremento permite que más energía sea usada para la formación de etanol (Wilkins, 2009; Rogers, Davis, Pearce y Peiris, 2006). Además, Zymomonas mobilis tiene la capacidad de crecer en un medio con concentraciones de etanol por arriba de 13% (p/v). Esta tolerancia al etanol se debe a la alta cantidad de hopanoides en la membrana citoplasmática (30 mg g-1 de peso seco celular). Sin embargo, su capacidad catabólica se limita a pocos sustratos como la glucosa, fructosa y sacarosa, y este exigente microbio requiere estrictamente el nitrógeno orgánico o medios semidefinidos con minerales. Dentro de los factores más críticos que contribuyen a un aumento de los rendimientos de producción de etanol por Z. mobilis, se encuentran la concentración de sustrato (sacarosa, glucosa o fructosa), temperatura, velocidad de agitación, pH, concentración de inóculo, tiempo de fermentación, y algunas sustancias nutritivas y compuestos minerales como extracto de levadura, (NH4)2SO4, MgSO4, fosfato monopotasio, FeCl3. La fermentación alcohólica con esta bacteria presenta altos rendimientos de etanol, pero con comportamientos altamente oscilatorios en las variables del proceso. Además, tiene un rango de sustrato limitado; fermenta solo sacarosa, glucosa y fructosa. Dadas sus características, la bacteria Z. mobilis se considera como un organismo alternativo en la producción de etanol combustible a gran escala. En comparación con la S. cerevisiae y otras levaduras, la Z. mobilis goza de algunas ventajas. Por ejemplo, posee una velocidad específica de toma de glucosa mayor, y una productividad especifica mayor. Como la S. cerevisiae puede crecer a niveles bajos de pH. Otra ventaja de la Z. mobilis son su habilidad para crecer a altas concentraciones de azúcar (mayores que un 25% de glucosa) y su considerable tolerancia a los inhibidores presentes en las materias primas industriales. Las mayores limitaciones de la Z. mobilis son, en primer lugar,

la formación de subproductos durante la fermentación, y en segundo lugar, como en el caso de las levaduras, su estrecho rango de sustratos utilizables, restringido a glucosa, fructosa y sacarosa.

REFERENCIAS http://www.javeriana.edu.co/biblos/tesis/ciencias/tesis26.pdf http://www.posgradoeinvestigacion.uadec.mx/CienciaCierta/CC26/4etanol.html https://cdigital.uv.mx/bitstream/handle/123456789/46727/SiliceoRodriguezMLuisa.pdf?seque nce=2&isAllowed=y http://www.unicauca.edu.co/ai/publicaciones/Fiet_40_Jaime.pdf