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7.2.2.3.1. Fermentacion etilica o alcoholica

Fermentación alcohólica o etílica

La fermentación alcohólica es un proceso catabólico de fermentación, en ausencia de oxígeno, originado por la actividad de algunos microorganismos que procesan la glucosa para obtener como productos finales: un alcohol en forma de etanol (cuya fórmula química es CH3-CH2-OH), dióxido de carbono (CO2) en forma de gas y moléculas de adenosín trifosfato (ATP) que consumen los propios microorganismos en su metabolismo celular energético anaeróbico. El etanol resultante se emplea en la elaboración de algunas bebidas alcohólicas, tales como el vino, la cerveza, la sidra, el cava, etc.

Algunas levaduras (reino Fungi), como Saccharomyces cerevisiae (levaduras de la cerveza) son capaces de transformar el ácido pirúvico en etanol y dióxido de carbono, oxidándose el NADH.

Todas las fermentaciones se llevan a cabo en el citosol. En la fermentación alcohólica, el sustrato que se oxida es la glucosa que ha entrado en la glucólisis, donde se ha formado piruvato, NADH y ATP. El piruvato, después de una descarboxilación (con lo que se desprende CO2) y una reducción (en la que se reoxida el NADH a NAD), se transforma en etanol.

Sustrato inicial: Glucosa
Productos finales: Etanol, CO2 y ATP

La producción de etanol se realiza gracias a la enzima piruvato descarboxilasa, en células vegetales, hongos y bacterias.

La fermentación alcohólica o etílica consiste en la degradación anaerobia de glucosa a etanol, originándose CO2 como subproducto.

La glucosa se oxida a ácido pirúvico, generando NADH. Posteriormente suceden dos procesos:

  • Descarboxilación del ácido pirúvico, que origina acetaldehído y se libera CO2.
  • Reducción del acetaldehído a etanol, gracias al enzima alcohol-deshidrogenasa, y consumiendo los NADH producidos en la glucólisis.

El rendimiento energético es de 2 ATP, igual que en la fermentación láctica.

La fermentación alcohólica la realizan las levaduras principalmente, destacando la Saccharomyces cerevisiae, que interviene en la producción de vino, cerveza, y en la fabricación del pan. Utilizan la glucosa, procedente de la hidrólisis del almidón en el pan y de la cebada en el caso de la cerveza.

Lógicamente el pan no contiene alcohol, ya que el etanol se evapora con cocción y el CO2 se escapa haciendo el pan esponjoso.

En una bodega, en la que se está fermentando el mosto de la uva, hay que tener cuidado con el CO2 que se produce, puesto que si es un espacio cerrado y sin ventilación, el CO2 puede desplazar al oxígeno y provocar la asfixia.

Las levaduras son organismos aerobios facultativos en los que se produce el efecto Pasteur. Si existe O2 se inhibe la fermentación y degradan el pirúvico totalmente hasta CO2 y agua, aumentando la energía obtenida hasta los 38 ATP por mol, frente a los 2 ATP obtenidos en la fermentación.

Fermentación etílica o alcohólica

By The author of the original version is User:Norro. (Image:Ethanol fermentation de.svg) [GFDL or CC BY-SA 4.0-3.0-2.5-2.0-1.0], via Wikimedia Commons

Preguntas que han salido en exámenes de acceso a la Universidad (Selectividad, EBAU, EvAU)

Aragón, Junio de 2023, pregunta 8

8. En la industria panadera se utiliza un tipo de reacción química para dar volumen y esponjosidad a la masa. Inicialmente, el almidón del trigo se hidroliza de forma natural. A partir del producto de esta hidrólisis, unos microorganismos llevan a cabo la reacción mencionada anteriormente: (2 puntos)

a) ¿De qué reacción estamos hablando? Sea lo más concreto posible. (0,2 puntos)
b) Indique el sustrato inicial y los productos finales de dicha reacción. (0,4 puntos)
c) ¿Qué es lo que genera la esponjosidad del pan que se cita en el enunciado? (0,2 puntos)
d) Defina los siguientes conceptos: Biorremediación, terapia génica, biotecnología y PCR. (1,2 puntos)

Aragón. Junio de 2018, opción A, cuestión 5.

Biotecnología: (2 puntos)

a) ¿Qué tienen en común la fabricación de la cerveza y el pan? (0,5 puntos)

b) ¿Cuál es y de dónde procede la molécula de partida? ¿Cuál es y donde va la molécula resultante de la reacción básica de estos procesos industriales? (1,25 puntos)

c) ¿Qué organismo es el responsable de esta reacción? (0,25 puntos)

Aragón. Junio de 2009, opción B. 5. (2 puntos).

Lea atentamente este texto y conteste a las preguntas indicadas al final.

La cerveza es un producto industrial procedente de la cebada. Las semillas de cebada se humedecen para que germinen, de forma que al iniciarse la germinación sus propias enzimas hidrolíticas rompen los polisacáridos de reserva, (almidón fundamentalmente), en monosacáridos.

Tras detener este proceso por calor, se obtiene la malta. La malta obtenida se somete a la acción de levaduras, que inicialmente se multiplican utilizando los azúcares del medio como fuente de carbono y de energía. Cuando se consume el oxígeno presente, las levaduras inician el proceso que conduce a la producción de la cerveza.

a) ¿Qué monosácarido se originará como resultado de la hidrólisis del almidón? ¿Qué tipos de enlaces deberán romper las enzimas hidrolíticas de las que se habla? (0.5 puntos).

b) ¿Cuáles serán los productos finales de la utilización de los azucares por las levaduras, una vez consumido el oxígeno? (0.5 puntos).

c) Compare la eficacia desde el punto de vista energético, de la etapa en que las levaduras tienen oxígeno disponible y la etapa en la que ya se ha consumido. (1 punto).

País Vasco, Julio de 2018, opción A, cuestión 5.

El bioetanol obtenido por fermentación de glúcidos promete ser el sustituto actual de la gasolina.

a) ¿Qué tipos de organismos son capaces de producir etanol a partir de glucosa y qué ventaja metabólica les supone esta producción? Razona tu respuesta. (0,5 puntos)

b) Ayudándote de un esquema, detalla el proceso bioquímico para obtener etanol a partir de glucosa. (1 punto)

c) ¿Qué efecto tendría la presencia de oxígeno en el proceso?. (0,5 puntos)

País Vasco, Julio de 2018, opción B, cuestión 3.

Aplicaciones de los microorganismos en Biotecnología:

a) Indica qué tienen en común, a nivel de proceso bioquímico la obtención de pan y de vino. Razona tu respuesta. (0,5 puntos)

b) ¿Qué biomolécula se utiliza en ambos procesos como material de partida y en qué producto se convierte? ¿Qué efecto tendría la presencia de aire en estos procesos? Razona tus respuestas. (1 punto)

c) Indica qué tipo de microorganismo es responsable de las transformaciones bioquímicas necesarias para la obtención de pan y de cerveza. ¿Es procariota o eucariota?. Razona tu respuesta. (0,5 puntos)

País Vasco, Julio de 2019, opción B, cuestión 3

En relación con los microorganismos y sus aplicaciones:

a) (0,5 puntos). Indica brevemente qué tipo de microorganismos se utilizan para elaborar pan, cerveza y vino.

b) (1 punto). Indica qué tipo de reacciones bioquímicas convierten los azúcares y almidones en etanol. ¿De dónde procede el CO2 que se produce en estas reacciones?

c) (0,5 puntos). ¿Se trata de reacciones aérobicas o anaerobias?. Razona tus respuestas.

Comunidad Valenciana, Julio de 2021, pregunta 7.3.

Respecto a la producción industrial de cerveza, explica:

a) Su relación con la fermentación;

b) Los microorganismos involucrados;

c) El sustrato sobre el que actúan, en qué condiciones y los productos finales (3 puntos)

Canarias, Julio de 2022, pregunta 8

El café y el cacao son dos productos tropicales que en las primeras fases de su producción implican una fermentación que elimina la cubierta que rodea al grano.

a. ¿En qué condiciones se produce la fermentación?
b. Indica si es un proceso anabólico o catabólico.
c. ¿En qué lugar celular se desarrolla el proceso?
d. ¿Qué tipo de organismo realiza la fermentación alcohólica?

Navarra, Junio de 2023, pregunta 16

Las bebidas alcohólicas de baja graduación como el vino y la cerveza se producen mediante un proceso industrial que implica la participación de algunos microorganismos.

a) Indica qué grupo de microorganismos está implicado en estos procesos.

b) ¿Qué proceso metabólico de estos microorganismos se utiliza para la fabricación de estas bebidas?

c) ¿Qué sustrato utilizan estos microorganismos para producir alcohol?

País Vasco, Junio de 2023, Opción 4B

En relación con la imagen adjunta, responda a las siguientes cuestiones:

País Vasco, Junio de 2023, opción 4BPaís Vasco, Junio de 2023, opción 4BPaís Vasco, Junio de 2023, opción 4B

a) ¿Cómo se denomina al proceso que ocurre desde que se elabora la masa del pan y se deja reposar durante 1 h y 30 minutos? Describe brevemente las etapas que tienen lugar (1.0 p)
b) ¿A qué molécula se debe el aumento de tamaño después del reposo? (0.5 p)
c) ¿Qué tipo de microorganismo es responsable de este proceso metabólico? (0.5 p)
d) Cite otros dos productos obtenidos con el mismo proceso metabólico que el que se utiliza en la fabricación del pan (0.5 p)

Murcia, Julio de 2023, pregunta 4.6.

En relación con los microorganismos y la industria alimentaria:

A) ¿Qué microorganismos se utilizan para la fabricación del pan (no es necesario el nombre científico)? (0,2 puntos).
B) Explique el proceso que tiene lugar, indicando el nombre de la vía metabólica que llevan a cabo estos microorganismos, la biomolécula que transforman, la procedencia de dicha biomolécula, los productos que se obtienen y las propiedades que aportan al producto final (0,8 puntos).

Cantabria, Julio de 2023, pregunta 6

Explique la transformación de los diversos carbohidratos durante la elaboración del pan, los microorganismos responsables, y el tipo de fermentación que tiene lugar, indicando los productos finales del proceso.

Comunidad Valenciana, Julio de 2023, pregunta 8.2

Respecto a la producción industrial de cerveza, explica:

a) Su relación con la fermentación;

b) Los microorganismos involucrados;

c) El sustrato sobre el que actúan, en qué condiciones y los productos finales (4 puntos).

Ideas fundamentales sobre la fermentación etílica

Fermentación alcohólica o etílica

  • La fermentación alcohólica o etílica consiste en la degradación anaerobia de glucosa a etanol, originándose CO2 como subproducto.
  • La fermentación alcohólica es un proceso catabólico de fermentación, en ausencia de oxígeno, que consiste en la degradación anaerobia de glucosa a etanol, originándose CO2 como subproducto.
  • Se oxida es la glucosa (procedente de la hidrólisis del almidón en el pan o de la cebada en el caso de la cerveza) que ha entrado en la glucólisis, donde se ha formado piruvato, NADH y ATP. El piruvato, después de una descarboxilación (e desprende CO2) y una reducción (se reoxida el NADH a NAD), se transforma en etanol.
  • La realizan algunas levaduras (reino Fungi), como Saccharomyces cerevisiae (levaduras de la cerveza) que interviene en la producción de vino, cerveza, y en la fabricación del pan.
  • Rendimiento energético: 2 ATP.
  • Se realiza en el citosol

Cataluña, Junio de 2000, pregunta 4b

El sacarímetro es un instrumento que se utiliza para medir el volumen de gas liberado a partir de una solución problema. En tres sacarímetros (A, B y C) se ha colocado un medio con la misma cantidad de glucosa y se ha añadido una pequeña cantidad de la levadura Saccharomyces cerevisiae (un microorganismo utilizado para la obtención de cerveza). La levadura, por lo tanto, fermentará en ausencia de oxígeno. Los sacarímetros se han mantenido en las siguientes condiciones de temperatura:Sacarímetro

A: frío

B: temperatura ambiente

C: calor

En la tabla se indica el volumen (en ml) de CO2 que se acumula en función del tiempo.

Minutos
A
B
C
5
0.12
0.89
2.65
10
0.26
1.72
5.10
15
0.39
2.54
7.75
20
0.52
3.46
10.30
  1. ¿Qué proceso biológico se lleva a cabo en el sacarímetro? Escriba la reacción química aproximada.

  2. a) Representad gráficamente, en un mismo sistema de ejes, los resultados de la tabla.

    b) ¿A qué creéis que se deben estas diferencias? Justificadlo.

Cataluña, Septiembre de 2009, ejercicio 4B

La celulosa es una de las materias primas utilizadas para la obtención de bioetanol. Para degradar este polisacárido en moléculas de glucosa, el monómero constitutivo de la celulosa, se utilizan hongos de la especie Trichoderma reesei modificados genéticamente que producen grandes cantidades de una sustancia llamada celulasa. (¡Atención, no confundan la "celulosa" con la "celulasa".)

En el siguiente esquema se muestra el proceso de obtención del bioetanol a partir de residuos vegetales:

1. Responda a las siguientes preguntas: [1 punto]

a) ¿Qué tipo de sustancia es la celulasa? ¿Cuál es la función biológica de la celulasa para el hongo Trichoderma reesei?

b) Para obtener el etanol a partir de la glucosa se utilizan grandes tanques con levaduras del género Saccharomyces. ¿Cómo se llama el proceso metabólico que llevan a cabo estas levaduras? Complete el siguiente esquema que lo representa.

Nombre del proceso metabólico: ____________________

2. En el siguiente esquema se representan los procesos que permiten que los vegetales sinteticen la celulosa: [1 punto]

CO2 +H2O → Glúcidos simples (monosacáridos) + O2

Glúcidos simples (monosacáridos) → celulosa (polisacárido)

a) Explique cómo se llama, en qué parte de las células de los vegetales tiene lugar y en qué consiste el proceso núm. 1.

b) Los vehículos que usan bioetanol emiten dióxido de carbono y vapor de agua, como los vehículos que utilizan combustibles convencionales, pero esto no provoca un aumento en la cantidad de dióxido de carbono en la atmósfera. Justifique esta afirmación teniendo en cuenta los esquemas anteriores.

Cataluña, Junio de 2017, opción A, ejercicio 3

David y Miquel, estudiantes de bachillerato, han ido a la feria Vadebirres, donde les explicaron que la cerveza se elabora a partir de un cereal, la cebada (Hordeum vulgare), y las levaduras del género Saccharomyces.

1. David afirma que las levaduras son un tipo de bacteria y que pertenecen al reino de las moneras. ¿Cree que David tiene razón? Completa la siguiente tabla con los datos que ayudan a identificar o diferenciar estos microorganismos. [1 punto]

Levaduras Bacterias
Reino al que pertenecen
Tipo de metabolismo (autótrofo o heterótrofo)
Organización celular (procariota o eucariota)
Componente químico principal de la pared celular
Ribosomas (70 S o 80 S)

2. En el proceso de fabricación de la cerveza, es necesario someter la cebada a una maceración, durante la cual las amilasas de las levaduras degradan el almidón y lo transforman en monosacáridos y, posteriormente, otras enzimas degradan estos monosacáridos y los transforman en etanol. Miquel intenta recordar lo que le explicaron en clase de biología sobre este proceso. Complete el siguiente esquema poniendo el nombre de la vía metabólica y de los compuestos que faltan en las casillas correspondientes. [1 punto]

3. En la feria también les explicaron que la graduación de las bebidas alcohólicas se expresa en grados, y que este dato indica los mililitros de alcohol que hay en 100 mL de la bebida. [1 punto]

a) Miquel quiere saber cuántos gramos de alcohol consume cuando toma un quinto (1/5 L) de una cerveza de 5 grados. Calcúlelo teniendo en cuenta que la densidad del alcohol es 0,8 g mL-1

b) La sensación de sed se debe a la falta de agua en el organismo. Las bebidas alcohólicas son diuréticas, es decir, por cada mililitro de alcohol que ingerimos se producen 10 mL de orina adicional. Si tenemos sed y bebemos 100 mL de Ratafía de 30 grados, ¿nos quitará la sed? Justifique la respuesta numéricamente.

Cataluña, Septiembre de 2021, ejercicio 2, apartado 3

Para estudiar cómo influye la temperatura en la fermentación que producen las levaduras del género Saccharomyces, se ha preparado una suspensión de levadura en una solución de sacarosa. Se dispone de un montaje como el que se muestra en la figura, que permite medir la cantidad de gas que se desprende debido a la fermentación producida por las levaduras. El dispositivo permite fijar la temperatura a 30 °C, 35 °C o 40 °C.

Contesten las preguntas siguientes en relación con este experimento. [1 punto]

¿Qué tipo de fermentación se producirá?

A partir de la sacarosa se obtiene glucosa. Escriba el balance de la fermentación que producen las levaduras dentro del tubo de ensayo a partir de la glucosa.

¿Se podría utilizar el mismo montaje para comprobar cómo influye la temperatura en la fermentación que producen las bacterias del yogur (Lactobacillus bulgaricus)? Justifique la respuesta.

Cataluña, prueba extraordinaria dee 2023, ejercicio 2, apartado 2

Una de las soluciones que los habitantes de Barcelona encontraron para hacer frente a la falta de agua potable era el consumo de vino. Se estima que tomaban un promedio de 1 litro por habitante al día.

a) Los levaduras de la especie Saccharomyces cerevisiae metabolizan la glucosa del zumo de uva y producen vino. A partir de vuestros conocimientos sobre metabolismo, completad la siguiente tabla:

  • Nombre de la vía metabólica:
  • Balance global de la vía metabólica:
  • Dos ejemplos de otros alimentos que se obtienen usando las levaduras mencionadas en este apartado:

b) Una vez ingerido el vino, el etanol es metabolizado en el estómago y en el hígado de la persona que lo ha bebido, según la siguiente reacción:

etanol + NAD+ → acetaldehído + NADH + H+

Posteriormente, el acetaldehído es transformado en acetil-CoA, pero esta transformación es lenta y el acetaldehído en exceso causa daño hepático. Esta es una de las razones por las cuales el consumo excesivo de bebidas alcohólicas es perjudicial para la salud. En la tabla siguiente, nombre todas las vías metabólicas donde irán el acetil-CoA y el NADH + H+ obtenidos en esta reacción y decid cómo se produce energía en estas vías.

Vías metabólicas donde irán el acetil-CoA y el NADH + H+:

¿Cómo se produce energía en estas vías?

Repasando la fermentación etílica o alcohólica

Pregunta

¿Cuál es el sustrato inicial utilizado en la fermentación alcohólica?

Respuestas

Fructosa.

Sacarosa.

Glucosa.

Maltosa.

Retroalimentación

Pregunta

¿Cuáles son los productos finales de la fermentación alcohólica?

Respuestas

Etanol, CO2 y agua.

Ácido láctico, etanol y CO2.

Acetaldehído, CO2 y ATP.

Etanol, CO2 y ATP.

Retroalimentación

Pregunta

¿En qué parte de la célula se lleva a cabo la fermentación alcohólica?

Respuestas

Núcleo.

Mitocondria.

Citosol.

Retículo endoplasmático.

Retroalimentación

Pregunta

¿Qué enzima participa en la reducción del acetaldehído a etanol durante la fermentación alcohólica?

Respuestas

Lipasa.

Amilasa.

Piruvato descarboxilasa.

Alcohol-deshidrogenasa.

Retroalimentación

Pregunta

¿Cuál es el rendimiento energético de la fermentación alcohólica en términos de ATP?

Respuestas

10 ATP.

5 ATP.

2 ATP.

20 ATP.

Retroalimentación

Pregunta

¿Cuál es el organismo destacado por realizar la fermentación alcohólica en la producción de vino, cerveza y pan?

Respuestas

Escherichia coli.

Saccharomyces cerevisiae.

Lactobacillus acidophilus.

Streptococcus thermophilus.

Retroalimentación

Pregunta

¿Qué sucede si hay presencia de oxígeno durante la fermentación alcohólica en levaduras?

Respuestas

Se incrementa la producción de etanol.

Se inhibe la fermentación.

Aumenta la producción de CO2.

La célula muere.

Retroalimentación

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