UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA
SEDE MEDELLIN
LABORATORIO PARA ESTUDIANTES DEL GRADO OCTAVO
PARA PRIMER PERIODO, PARA ENTENDER EL CONCEPTO DE RESPIRACION CELULAR
RESPIRACION DE LAS LEVADURAS
FERMENTACION ALCOHOLICA
Guía de laboratorio elaborada por:
Diana María Echeverri Arango
dimaecar@hotmail.com
Ramón Ángel Rodríguez Solís
Ramonrodriguez1963@hotmail.com
Profesora:
Margarita Viviana Vélez Herrera
10 de Octubre de 2011
RESPIRACION DE LAS LEVADURAS
FERMENTACION ALCOHOLICA
1. Resumen:
Colombia es un país rico en ecosistemas de toda clase y cuando se habla de ecosistemas se hace necesario hablar de equilibrio ecológico y dentro de este equilibrio es muy importante el papel que cumplen los microorganismos como es el caso de las levaduras, porque permiten los ciclos y flujos de materia y energía.
2. Marco teórico:
La respiración: es el proceso por el cual las células liberan la energía almacenada en los alimentos. Básicamente, este proceso es comparable con una combustión produciendo dióxido de carbono y agua.
La respiración celular puede ser de dos tipos dependiendo de la presencia o ausencia de oxigeno en el proceso.
Con excepción de algunos microorganismos, todas las células necesitan el oxigeno para extraer la energía contenida en los alimentos. Las células que utilizan el oxigeno en la extracción de energía de los alimentos realizan respiración aerobia y las células que no lo necesitan, llevan a cabo respiración anaerobia.
La respiración anaerobia: Este proceso respiratorio consiste en la obtención de energía a partir de moléculas orgánicas sin utilizar oxigeno: para esto, las enzimas permiten que las moléculas de glucosa se dividan en dos partes, produciendo en unos casos alcoholes y en otros ácidos orgánicos, liberando una pequeña cantidad de energía, organismos como las levaduras o ciertas bacterias utilizan la respiración anaerobia.
La respiración aerobia: Este proceso consiste en la obtención de energía a partir de moléculas orgánicas con la ayuda del oxigeno molecular, como consecuencia, se libera toda la energía almacenada en la glucosa, la cual es reducida a dióxido de carbono y agua.
Estas reacciones se pueden explicar por medio de una ecuación química
Ecuación de la respiración celular aerobia
1 molécula de glucosa + 6 moléculas de oxigeno molecular producen 6 moléculas de Co2 + 6 moléculas de agua y 668.000 calorías.
Ecuación de la respiración anaerobia fermentación:
1 molécula de glucosa produce 2 moléculas de alcohol etílico + 2 moléculas de CO2 + 54.000 calorías.
2.1 Biologia
La levadura es un hongo microscópico unicelular y diminuto que existe alrededor nuestro, en la tierra de levadura, pero la mayoría de las levaduras que se cultivan pertenecen al género Sa, en las plantas e incluso en el aire. Su uso es tan antiguo que suele ser llamada la planta más vieja cultivada por el hombre. Es importante por su capacidad para producir la fermentación de hidratos de carbono, generando distintas sustancias. Existen diferentes tipos ccharomyces.
La respiración en las levaduras:
En las levaduras que son hongos unicelulares, la respiración anaerobia termina con la formación de alcohol (Etanol) y de dióxido de carbono y este proceso se conoce como fermentación alcohólica.
Se denomina levadura a cualquiera de los diversos hongos microscópicos unicelulares que son importantes por su capacidad para realizar la descomposición mediante fermentación de diversos cuerpos orgánicos, principalmente los azúcares o hidratos de carbono, produciendo distintas sustancias.
Una de las levaduras más conocidas es la especie Saccharomyces cerevisiae. Esta levadura tiene la facultad de crecer en forma anaerobia1 realizando fermentación alcohólica Por esta razón se emplea en muchos procesos de fermentación industrial, de forma similar a la levadura química, por ejemplo en la producción de cerveza, vino, hidromiel, pan, producción de antibióticos, etc.
Saccharomyces cerevisiae: También conocido como levadura del pan o levadura de la cerveza, este hongo puede fermentar azucares produciendo dióxido de carbono y alcohol durante este proceso. Se utiliza en la producción de vino y en cocer el pan.
2.2 Reproducción:
Las levaduras se reproducen asexualmente por gemación o brotación y sexualmente mediante ascosporas o basidioesporas. Durante la reproducción asexual, una nueva yema surge de la levadura madre cuando se dan las condiciones adecuadas, tras lo cual la yema se separa de la madre al alcanzar un tamaño adulto. En condiciones de escasez de nutrientes las levaduras que son capaces de reproducirse sexualmente formarán ascosporas. Las levaduras que no son capaces de recorrer el ciclo sexual completo se clasifican dentro del género Candida.
2.3 Utilización:
Las levaduras se han utilizado desde la prehistoria en la elaboración del pan y del vino. Las investigaciones arqueológicas indican que la cuna del pan moderno fue el Antiguo Egipto, dado que, excavaciones en ruinas, encontraron instrumentos para el procesamiento de la levadura y cámaras para cocinar pan, así como también dibujos de más de 4 mil años de antigüedad de panaderías y cervecerías.
Para fabricar el pan, los egipcios utilizaban granos de trigo, pero rápidamente comenzaron a experimentar con ingredientes diferentes, como por ejemplo miel, huevos, semillas y especias. Las investigaciones indican que realizaban sus panes de diferentes formas. Algunos de estos panes eran desarrollados para el consumo cotidiano mientras que otros eran especialmente cocinados para fiestas o rituales.
Aunque el arte de la panificación existió desde antaño, la aplicación de los resultados de la ciencia a estos procesos recién comenzó en 1676, cuando Anton Leewenhoek desarrolló el primer microscopio. Sólo a partir de este descubrimiento fue posible investigar la actuación de la levadura en la fabricación del pan y en otros procesos.
La levadura tiene en la actualidad diferentes usos: como fuente de vitaminas del complejo B y de tiamina, en algunas fases de la producción de antibióticos y hormonas esteroides, y como alimento para animales y seres humanos.
2.4 Acción:
El proceso de fermentación puede ser descripto como un conjunto de cambios químicos en las sustancias orgánicas producidos por la acción de enzimas como la levadura. El tipo de fermentación más importante es la alcohólica, en donde la acción de la cimasa segregada por la levadura convierte los azúcares simples, como la glucosa y la fructosa, en alcohol etílico y dióxido de carbono. Generalmente, la fermentación produce la descomposición de sustancias orgánicas complejas en otras simples, gracias a una acción catalizada.
Las levaduras pueden prescindir de oxígeno y por ello superan y así conviene, fácilmente a mohos y bacterias. Las levaduras son por lo tanto los agentes de la fermentación vínica. Y decimos fermentación vínica por ser un proceso complejo que del azúcar de la uva produce etanol, glicerina, ácidos acético, succínico, láctico etc anhídrido carbónico, calor etc. Si solo fuera fermentación alcohólica el azúcar solo produciría alcohol, calor y anhídrido carbónico. Por todo ello debemos decir fermentación vinica. Pero si nos fijamos hemos enumerado el producto básico, el alcohol etílico y la máxima expresión de deterioro que es el ácido acético o ácido de vinagre. Según esto una fermentación vinica es correcta cuando forma alcohol y no forma ácido acético. Resulta imposible no formar ácido acético pero es deseable sea mínimo lo cual supone lograr menos de 0,3 gr/l.
2.5 Clases:
Existen registradas unas quinientas especies. De éstas tan solo treinta tienen interés en vinificación y de ellas abrumadoramente importa la llamada Saccharomyces cerevisiae que antes se llamaba Saccharomyces ellipsoideus.
Esta especie es muy frecuente y tiene fuerza fermentante y también tiene como virtud formar poco acético. Pero no entra en actividad de un modo simple pues la uva una vez estrujada se infecta con levaduras de hollejo y de la bodega de diversas especies. Algunas de ellas utilizan el oxígeno disuelto al romper la uva y forman acético. Tales son las levaduras llamadas salvajes que suelen iniciar la fermentación por necesitar aire y existir este aire en el mosto recién estrujado. Con este aire forman acético y solo forman hasta 40 de alcohol. Después mueren y proliferan las buenas o Saccharomyces pero estas ya no pueden bajar el acético formado por las precedentes. Por esta razón se pone anhídrido sulfuroso al mosto a razón de 5 a 7 gr/100 kg. Este producto anula las levaduras salvajes y permite a Saccharomyces actuar desde un principio.
Otro modo de actuar es preparar antes levadura Saccharomyces bien mediante "pie de cuba" o adquiriendo levadura seca activa y hacerle dominar desde un principio. En la uva pueden existir mil levaduras por grano o baya. En plena fermentación pueden existir en un centímetro cúbico mil millones. Y en un vino embotellado el nivel es cero. La fermentación dura unos diez días. Se controla a diario mediante densidad y temperatura. Si el depósito es superior a 5.000 litros puede acumularse mucha temperatura. Si la masa en fermentación sobrepasa los 24°C hay peligro de pararse la fermentación pues la levadura no soporta mas de 30°C. Entonces vuelven a tomar actividad las bacterias y avinagran el vino.
Cuando la levadura acaba el azúcar del mosto, muere y cae al fondo del depósito. Una levadura mide cuatro micras. Una bacteria una micra y un moho puede medir en filamento hasta 0,3mm. Una micra es la milésima parte de un milímetro. Estos microbios se ven al microscopio mediante 400-600 aumentos.
3. Objetivo del laboratorio:
Observar en un organismo la eliminación sustancias (CO2) al realizar el proceso de la respiración y determinar las variables(Uva y Azucar) que influyen en esta.
4. Método experimental:
4.1 Materiales:
Un tarro de plástico
1 kilo de uva
1 Kilo de Azúcar
3 Litros de agua
10 gramos de levadura granulada
Plastilina para sellar los poros
Una botella con agua para hacer control del dióxido d carbono
Licuadora
1 colador
1 manguera platica transparente y delgada de 3 mm de diámetro.
1 medidor de etanol
Papel indicador para medir ph
4.2 Procedimiento:
Preparar jugo al 20, 30 y 40 % (20 gramos de azúcar en 80 ml de agua) y realizar el montaje según lo indican las figuras.
- Lavar la fruta
- Licuar la uva con el agua
- Depositar en el recipiente
- Licuar el azúcar y depositar en un recipiente
- Agregar la levadura al recipiente anterior (10 Gramos)
- Depositar todo en el recipiente de plástico
- Realizar el montaje, que aparece en la foto.
- Durante el proceso de fermentación puede ir midiéndose la cantidad de CO 2 que se va produciendo con un conteo de la liberación de burbujas del citado gas, generadas en un tiempo de un minuto y realizando un registro cada 12 horas en el formato de toma de datos.
- Durante el proceso de fermentación puede ir midiéndose la cantidad de alcohol que se va produciendo con un densímetro o con un alcoholímetro de capilaridad.
- Si se quiere continuar con la simulación de la elaboración de vino, se puede proceder a trasegar la mezcla, separando con la ayuda de un colador, retirando, el líquido de los sólidos que han ido decantándose (restos de frutas, levaduras muertas, proteínas coaguladas, etc) El trasiego puede repetirse dos o tres veces, hasta que el “vino” esté clarificado.
- Finalmente el líquido se embotella con un corcho a presión, y ya tenemos nuestro vino.
4.3 Diseño:
Diseño:
Diseño completamente al zar, 3 tratamientos y un testigo con tres repeticiones con el fin de organizar 12 equipos de trabajo de 4 estudiantes cada equipo, para un total de 48 estudiantes. Esto nos permite que todos los estudiantes puedan observar y diferenciar y relacionar los tratamientos y poder sacar conclusiones.
Tratamiento 1: 3 litros de agua+1 kilo de uvas sin azúcar
Tratamiento 2: 3 litros de agua + 1 kilo de uvas + 1 libra de azúcar
Tratamiento 3: 3 litros de agua+ 1 kilo de uvas + 2 libras de azúcar
Tratamiento 4: 3 litros de agua + 1 kilo de uvas + 3 libras de azúcar
4.4 Formato para organización de resultados; medición de CO2:
Equipo | Burbujas en 1 min A | Burbujas en 1 min B | Burbujas en 1 min C |
Tratamiento 1 | |||
Tratamiento 2 | |||
Tratamiento 3 | |||
Tratamiento 4 | |||
Para la tomar los datos:
A: A 1 hora de haber realizado el montaje
B: A 12 horas del montaje
C: A 24 horas del montaje
D: A 36 horas del montaje
4.4 Formato para organización de resultados, medición de alcohol:
Equipo | Cantidad de alcohol | Cantidad de alcohol | Cantidad de alcohol |
Tratamiento 1 | |||
Tratamiento 2 | |||
Tratamiento 3 | |||
Tratamiento 4 | |||
Para la tomar los datos:
A: El día del montaje
B: A 15 días del montaje
C: A 30 días del montaje
D: A 60 días del montaje
4.4 Formato para organización de resultados, medición de azucar:
Equipo | Cantidad de azúcar | Cantidad de azúcar | Cantidad de azúcar |
Tratamiento 1 | |||
Tratamiento 2 | |||
Tratamiento 3 | |||
Tratamiento 4 | |||
¿Cuando un organismo respira, elimina sustancias al medio externo?
¿Se puede determinar que sustancias elimina un organismo cuando respira?
¿Por qué cree usted que sea importante la respiración?
¿Establezca las relaciones en la respiración y la excreción en levaduras?
¿Que relación existe entre respiración y reproducción en levaduras?
¿Qué relación existe entre equilibrio ecológico y la reproducción de levaduras
BIBLIOGRAFIA:
SOLOMON, E,P et al.(2008). Biología. México: Mc Graw Hill.
Prescott, Harley y Klein. 2009. MICROBIOLOGIA: Mc Grawn Hill.
Tisnes M Juan. LAS LEVADURAS. Tesis Universidad Nacional, Medellín. 1952.
Ciencias NATURALES, Grado octavo. Editorial Santillana S. A. Bogotá. 1999.
MORA Penagos, William Manuel. MOLECULA II. Editorial Voluntad S.A. 2004.
Procesos Naturales, Castaño Cuellar, Norma Constanza. Editorial Santillana S.A
Práctica 1.
Material: vino, glucosa, vaso de precipitados, tubo de ensayo, mechero de butano.
Se pretende medir el desprendimiento de CO 
durante una fermentación alcohólica.
durante una fermentación alcohólica.Observar lo que sucede cada 1 minuto y dar una explicación al fenómeno.
Nota: cada burbuja tiene un volumen aproximado de 3 mm cuadrados.
Seguramente conocerás algunas propiedades del vino que pueden ser apreciadas con los sentidos (vista, gusto, olfato). Se trata de propiedades organolépticas como el aroma, el sabor, etc. Sin embargo, existen otras propiedades de carácter físico y químico que se escapan a los sentidos y que es necesario conocer. Con esta práctica se pretende medir algunas propiedades físicas y químicas de los vinos, tales como la acidez, la presencia de glucosa y el grado alcohólico.
Práctica 2: Medir la acidez del vino.
Material:
-Muestra de vino. -papel indicador de PH.
-Placa de Petri. -Medidor de grado alcohólico.
-Tubos de ensayo. -Vaso de precipitados.
-Agua con glucosa. -Reactivos de Fehling A y B.
-Mechero de Butano.
Una de las formas más usadas de medir la acidez de cualquier medio, es utilizar la escala PH. Los PH comprendidos entre 1 y 6 son ácidos, el PH 7 es neutro, y los PH comprendidos entre 8 y 14 son alcalinos o básicos.
Para medir el PH del vino, utilizaremos papel de tornasol (sustancia que cambia de color ante diferentes grados de acidez:
-Pon en la placa de Petri una pequeña cantidad de vino.
-Sumerge la tira de papel de tornasol en el vino durante 2 segundos.
-Compara el color del centro de la tira con el de la escala graduada.
-Anota el PH de vino.
Práctica 3. Medida del grado alcohólico.
Alguna vez habrás oído que tal bebida tiene 30 grados, o que en la farmacia venden alcohol del 96. Ambas cifras hacen referencia al grado alchólico, que no es sino el porcentaje de alcohol en el volumen total de una disolución. De este modo, el alcohol del 96 indica que el 96% está constituído por alcohol y el 4% restante de agua. En el caso de las bebidas, 30 grados indicaría que el 30% del volumen es alcohol etílico (o etanol), y el 70% restante otras sustancias, sobre todo agua.
Para medir la cantidad de alcohol que tiene tu muestra de vino, utilizarás el indicador graduado de vidrio. El instrumento basa su funcionamiento en la capilaridad, o tendencia de los líquidos a adherirse a las paredes de los recipientes que los contienen. Dado que el alcohol y el agua presentan diferentes capilaridades, una mezcla de alcohol y agua como es el vino, presentará capilaridades intermedias que permitirán determinar el grado alcohólico.
-Introduce un poco de vino en la parte ancha del indicador, de forma que el tubo de la parte estrecha quede completamente lleno de vino.
-Dale la vuelta y observa como baja el líquido por la parte estrecha.
-Habrá un momento en el que la columna de vino deje de bajar. Anota la cifra que indica la parte superior del líquido. Será el grado alcohólico del vino.
-Repite los pasos con agua y compara los resultados.
Práctica 4. Determinar la presencia de glucosa en el vino.
Para detectar la presencia de azúcares simples como la glucosa en disoluciones (vino, orina, etc), suele utilizarse la prueba del reactor de Fehling. Básicamente consiste en que la glucosa tiene capacidad para reducir el Cu 
a Cu 
, el cuál es insoluble y reacciona con oxígeno formando un precipitado de color rojo.
a Cu , el cuál es insoluble y reacciona con oxígeno formando un precipitado de color rojo. -Prepara tres tubos de ensayo, uno con agua, otro con agua y glucosa, y un tercero con vino (2 ml de cada sustancia).
-Añade a cada tubo de ensayo 2 ml de mezcla de reactivos Fehling A y B.
-Introduce los tres tubos en el vaso de precipitados con agua, y caliéntalo al baño María durante unos minutos.
-El que contenía agua, permanecerá con un color azulado (ensayo negativo). En el que contenía agua con glucosa habrá aparecido un precipitado rojo (ensayo positivo).
-¿Qué ha sucedido con el que contenía vino? Explica los resultados.
Practica 5- LA FERMENTACIÓN ACÉTICA.
Se pretende estudiar la fermentación acética, aprovechando los recursos de las prácticas anteriores.
Material.
-Vino artificial. -Vaso de precipitados.
-Microscopio -Porta, cubre y cuentagotas.
Metodología.
Echar vino del obtenido en el apartado 1 en un vaso de precipitados, y dejarlo expuesto al aire libre. Al cabo de unos días, habrá aparecido una “telilla” blanquecina en la superficie del líquido. Se trata de colonias de bacterias azetobacter que realizan la fermentación acética, según la cual el etanol se transforma en ácido acético y agua, precisándose para ello oxígeno, según la reacción:
CH3 - CH2OH + O 2 à CH 3- COOH + H 2O
Nótese que la llamada fermentación acética, no es en realidad una verdadera fermentación, ya que interviene el oxígeno y es por tanto un proceso aerobio.
Se trata de tomar una muestra de la tela del vinagre, y observarla a microscopio con un objetivo de aumento grande. Puede también tomarse medidas del PH del líquido durante varios días sucesivos y representar los sucesivos valores en una gráfica, explicando la variación observada.
