XXIII CONGRESO DE INVESTIGACIÓN CUAM - ACMor

Transcripción

1 XXIII CONGRESO DE INVESTIGACIÓN CUAM - ACMor RAPIDEZ DE FERMENTACIÓN POR SACCHAROMYCES CEREVISIAE DE ALGUNOS TIPOS DE GLÚCIDOS Alumnos Cruz González Michell, Hurtado Arroyo Grecia Briseida Terán Landa Alexandra Sarhoma, Tomas Cabrera Karla Valeria, Alumnos de Sexto grado, Colegio Juan Jacobo Rousseau Asesor Profesor. Bardo Efraín Macías Cabrera

2 INVESTIGACIÓN EXPERIMENTAL RAPIDEZ DE FERMENTACIÓN POR SACCHAROMYCES CEREVISIAE DE ALGUNOS TIPOS DE GLUCIDOS REPORTE PRELIMINAR DE RESULTADOS INTRODUCCIÓN. Las levaduras son cuerpos unicelulares (generalmente de forma esférica) de un tamaño que ronda los 2 a 4 μm y que están presentes de forma natural en algunos productos como las frutas, cereales y verduras. Son lo que se denominan: organismos anaeróbicos facultativos, es decir que pueden desarrollar sus funciones biológicas sin oxígeno. Se puede decir que el 96% de la producción de etanol la llevan a cabo hongos microscópicos, diferentes especies de levaduras, entre las que se encuentran principalmente Saccharomyces cerevisiae, Kluyveromyces fragilis, Torulaspora y Zymomonas mobilis. Los microorganismos responsables de la fermentación son de tres tipos: bacterias, mohos y levaduras. Cada uno de estos microorganismos posee una característica propia sobre la fermentación que es capaz de provocar. Las fuentes de carbono utilizadas por las levaduras como la Saccharomyces Cerevisiae, varían desde los carbohidratos hasta los aminoácidos. Además, la capacidad de utilizar ciertos tipos de azúcares ha sido tradicionalmente empleada para la caracterización de las distintas razas que esta especie presenta. Entre los azúcares que puede utilizar están monosacaridos como la glucosa, fructosa, manosa y galactosa, entre otros. Por norma general, las levaduras mantienen dos tipos de metabolismo muy bien diferenciados. Por una parte, en condiciones en las que existen altas concentraciones de glucosa, fructosa o maltosa, la tendencia es a realizar una fermentación alcohólica de estos, es decir, se realiza la glucólisis y posteriormente se forma etanol. Una vez que estos azúcares escasean, se produce la respiración del etanol, vía ciclo de Krebs. La fermentación del etanol o fermentación etílica, es un proceso biológico de fermentación en plena ausencia de aire (oxígeno - O 2 ), originado por la actividad de algunos microorganismos, entre ellos el Saccharomyces Cerevisiae, que procesan los hidratos de carbono (por regla general azúcares: como pueden ser por ejemplo la glucosa, la fructosa, la sacarosa, el almidón, etc.) para obtener como productos finales: un alcohol en forma de etanol (CH 3 -CH 2 -OH), dióxido de carbono (CO 2 ) en forma de gas y unas moléculas de ATP que consumen los propios microorganismos en su metabolismo celular energético anaeróbico.

3 En condiciones de anaerobiosis, las cepas de Sacharomyces cerevisae transforman la glucosa en ácido pirúvico, siguiendo la secuencia de 10 reacciones de la glucólisis. Este proceso es común e la mayoría de los seres vivientes; pero aquí radica lo específico de estas levaduras, que son capaces de proseguir la degradación de pirúvico hasta etanol. Los glúcidos, carbohidratos, hidratos de carbono o sacáridos (del griego σάκχαρον que significa "azúcar") son moléculas orgánicas compuestas por carbono, hidrógeno y oxígeno. Son solubles en agua y se clasifican de acuerdo a la cantidad de carbonos o por el grupo funcional aldehído. Son la forma biológica primaria de almacenamiento y consumo de energía. Otras biomoléculas energéticas son las (lipidos) grasas y, en menor medida, las proteínas y los ácidos nucleicos. Los glúcidos son compuestos formados en su mayor parte por átomos de carbono e hidrógeno y en una menor cantidad de oxígeno. Los glúcidos tienen enlaces químicos difíciles de romper llamados covalentes, mismos que poseen gran cantidad de energía, que es liberada al romperse estos enlaces. Una parte de esta energía es aprovechada por el organismo consumidor, y otra parte es almacenada en el organismo. Los glúcidos más simples, los monosacáridos, están formados por una sola molécula; no pueden ser hidrolizados a glúcidos más pequeños. La fórmula química general de un monosacárido no modificado es (CH 2 O) n, donde n es cualquier número igual o mayor a tres, su límite es de 7 carbonos. Los monosacáridos poseen siempre un grupo carbonilo en uno de sus átomos de carbono y grupos hidroxilo en el resto, por lo que pueden considerarse polialcoholes. Los monosacáridos son la principal fuente de combustible para el metabolismo, siendo usado tanto como una fuente de energía (la glucosa es la más importante en la naturaleza) y en biosíntesis. Cuando los monosacáridos no son necesitados para las células son rápidamente convertidos en otra forma, tales como los polisacáridos. JUSTIFICACIÓN. Durante la elaboración del pan, que realiza mi mama he observado que, le agrega un polvo glanulado ambar al que le llaman levadura, mi mama me ha dicho que esta levadura, es para que fermente el pan. Con la ayuda de mi maestro mis compañeros y yo nos hemos dado a la tarea de investigar el proceso de fermentación por levaduras. Ahora sabemos, que la levadura son hongos microscópicos que se alimentan de la harina para producir dióxido de carbono que es el que le da la consistencia esponjada al pan. Para continuar con nuestra investigación, este documento presenta la investigación experimental sobre la velocidad de fermentación de las levaduras (Saccharomyces Cerevisiae), por diferentes tipos de carbohidratos ó glúcidos. OBJETIVO. Determinar el sustrato (glúcido), al que la Saccharomyces cerevisiae, metaboliza más rápidamente en iguales condiciones. HIPÓTESIS. La levadura fermenta más rápidamente a la harina de trigo que a otras harinas como la de maíz, de arroz, y azúcares como morena, mascabado y glas en un tiempo de 60 minutos.

4 DISEÑO EXPERIMENTAL. Se llevo a cabo una primera fase, donde se ajustaron las cantidades de sustrato y levadura en gramos, para obtener una rapidez de fermentación adecuada y una producción de dióxido de carbono, medible y comparable. Ya que durante los primeros ensayos, la cantidad de dióxido de carbono era muy pequeña y no podía ser medida la circunferencia del globo. Así que, una vez ajustada la cantidad de levadura y sustrato, se obtuvieron circunferencias medibles para un tiempo de fermentación de 60 minutos. La segunda fase, consistió en la evaluación de 6 sustratos. Los cuales fueron: 1) Harina de trigo. 2) Harina de maíz. 3) Harina de arroz. 4) Azúcar mascabado. 5) Azúcar morena. 6) Azúcar glas, además del control. Se pesaron 10 grs. de cada una de las harinas siguientes: de trigo, maíz y arroz, además de azúcar morena, azúcar glas y azúcar mascabado. Cada uno de los sustratos, fue colocado en una botella de PET de 600 ml, con 250 ml de agua como medio de cultivo a temperatura ambiente, además de una botella control. Cada botella fue inoculado por una medida de una cuchara sopera, igual a 8 gr. de Saccharomyces cerevisiae. Cada medio de cultivo fue inoculado al mismo tiempo en cada una de las botellas, cada corrida, se dejo reposar por 60 minutos, se tomaron las medidas de las circunferencias del globo cada 10 minutos, los globos se inflaron por el dióxido de carbono generado por la metabolización de los glúcidos por la levadura. En cada corrida hubo una botella control, que estuvo bajo las mismas condiciones. Al cabo de los 60 minutos la circunferencia del globo fue medida con un cordón y una regla. La cantidad de CO2, producido es un indicador de la fermentación de los glúcidos por la levadura y es proporcional a la rapidez de fermentación. Los globos que también hayan sido inflados previamente, pueden generar un error en el cálculo de la circunferencia, puesto que estos, presentan una menor resistencia a la presión del gas y puede generar volúmenes mayores a los de los globos que no hayan permanecido inflados. Por lo que se revisó el estado de los globos utilizados. Los datos preliminares obtenidos, se registraron en la tabla 1, para su análisis. RESULTADOS. Los resultados de la experimentación, son mostrados de la tabla 1, donde se promedian los diámetros de las circunferencias de los globos inflados por el Dióxido de Carbono (CO2) atrapado y generado por el proceso de fermentación. La tabla muestra a dos grupos de glúcidos diferenciados por los colores naranja y verde, donde el grupo en naranja son las harinas de Maíz, Trigo y Arroz, que producen las menores cantidades de Dióxido de Carbono en el tiempo, siendo la harina de arroz, la que produce la mayor cantidad de CO2 entre las harinas, seguido por la harina de Trigo y al final la harina de Maíz. El grupo de glúcidos en verde, son los presentan mayor cantidad de Dióxido de Carbono, entre ellos se encuentran, el azúcar mascabado, azúcar morena y azúcar glas, siendo el azucar glas la que produce la mayor cantidad de CO2. Sin embargo, las diferencias son mínimas, sobre todo al final de los 60 minutos.

5 TABLA 1: PERMETROS PROMEDIOS DE 5 CORRIDAS MEDIDOS CADA 10 MINUTOS. GLÚCIDO CORRIDAS DE 60 min. (medias en centímetros ) HARINA DE ARROZ HARINA DE MAÍZ HARINA DE TRIGO AZÚCAR MASCABADO AZÚCAR MORENA AZÚCAR GLAS CONTROL Los resultados de la tabla 1, también son mostrados en esta gráfica siguiente, donde se puede observar las diferencias entre las harinas y los azúcares. CONCLUSIONES. El fundamento de esta investigación experimental, consiste en que la producción de Dióxido de Carbono (CO2), es un indicador del proceso de fermentación, y es proporcional a la rapidez de esta. Por lo cual, a mayor cantidad de CO2 mayor rapidez de fermentación. Por lo anterior, la hipótesis propuesta de la experimentación es falsa, de acuerdo a los datos obtenidos, ya que la harina de trigo, presenta una producción promedio menor de CO2 atrapado en el globo, y consecuentemente menor rapidez, que cualquiera de los azúcares probados. Sin embargo, si presenta una mayor rapidez significativa que las harinas de Maíz y Arroz. De acuerdo a la literatura consultada, los glúcidos como los mosacáridos y disacáridos sol los más fáciles de metabolizar por la levadura Saccharomyces cerevisiae, ya que para poder realizar el proceso de fermentación, no tiene que romper grandes cantidades de enlaces como en el caso de los polisacáridos como son las harinas, mientras que en los disacáridos, que es caso de los azúcares, el proceso es más rápido. Por lo que respecta a los diferentes tipos de azúcares, el azúcar refinada contiene mayor grado de pureza a diferencia de la morena o mascabado, que contiene mayor cantidad de impurezas como agua, vitaminas y minerales, no aprovechables por la levadura. Mientras que el azúcar glas presenta una alta pureza. Sin embargo, estas deferencias son mínimas expresadas como porcentajes que van desde el 95.5% para el azúcar mascado hasta el 98.5% del azúcar glas. Y esto puede observarse en los resultados de la tabla 1.

6 BIBLIOGRAFIA. Biotecnología: Introducción con experimentos modelo. Gerhard Jagnow, Wolfgang Dawid, María Otilia López Buesa. Editorial Acribia, Alimentos, fermentación y microorganismos. Charles W. Bamforth Editorial Acribia, 2005 Química orgánica industrial Escrito por Klaus Weissermel,Hans-Jürgen Arpe Editorial reverte,