Fermentación láctica

Lafermentación lácticaes un proceso biológico en el que azúcares (como laglucosa,galactosa,lactosayfructosa) se transforman en ácido láctico. Es unaruta metabólicaanaeróbicaque ocurre en lamatriz citoplásmicade lacélula, en la cual sefermentael azúcar (se oxida)​para obtener energía metabólica y produciendo principalmenteácido lácticocomo desecho,​ya sea puramente (fermentación homoláctica) o junto a otros ácidos (fermentación heteroláctica).​ La presencia de ácido láctico en los alimentos, así como la ausencia de los azúcares que consume, provoca la desactivación de los procesos dedescomposición, y por lo tanto la fermentación láctica es tradicionalmente empleada como un método de conservación de alimentos. Lasbacteriascapaces de promover este proceso biológico se denominanbacterias lácticas.​
La fermentación láctica también se verifica en eltejido muscularcuando, a causa de una intensaactividad motora anaeróbica, no se produce una aportación adecuada deoxígenoque permita el desarrollo de larespiración aeróbica. Cuando el ácido láctico se acumula en las célulasmuscularesproduce síntomas asociados con lafatiga muscular. Algunascélulas, como son loseritrocitos, carecen demitocondriasde manera que se ven obligadas a obtener energía por medio de la fermentación láctica; por el contrario, elparénquimamuere rápidamente ya que no fermenta, y su única fuente de energía es larespiración aeróbica.
Entre los alimentos que se ven sometidos a este proceso de fermentación láctica se encuentran las verduras frescas tales como la col (chucrutalemán, o elkimchicoreano), losencurtidosde verduras y hortalizas (pepinillos), las olivas (aceitunas), las leches fermentadas (yogures y quesos), el vino (durante el añejamiento), algunascarnes embutidascomo elsalami, los panes demasa madre ylos productos sucedáneos que se elaboran sin trigo o cebada (elidliindioo elputode Filipinas), las mezclas de cereal y leche (elkishkegipcio o eltrahanasgriego), losyoguresfermentados de cereales (eloginigeriano, o elujideKenia), las verduras ricas en proteínas que son sucedáneos de la carne (eltempehindonesio), las salsas y pastas producidas por fermentación láctica de cereales y legumbres (elmisojaponés, lasalsa de sojachina), las mezclas de gambas y cereal (elBalao-Balaoy elburon dalagdefilipinas).​
El ácido láctico (conocido comoácido 2-hidroxi-propanoico) formó parte de las primeras investigaciones de lahistoria de laquímica orgánicaal ser una molécula de relativa sencillez: C3H6O3. Lo identifica el químico suecoCarl Wilhelm Scheeleen 1780 a partir de laleche agria. Su abundancia en la naturaleza es debida principalmente a la frecuencia del proceso biológico que afecta a laleche, a la fermentación defrutasyverduras, así como a losembutidos. Es precisamente la espontaneidad de este proceso biológico el que hace pensar que la fermentación láctica haya acompañado al hombre desde tiemposprehistóricos.​ Pudiendo existir el proceso incluso en las primeras etapas de la vida en la tierra. Los procesos de fermentación en general han acompañado los procesos de alimentación en la historia de la humanidad.
En occidente durante el periodo del imperio romano se fermentabansalsas de pescado, existiendo cuatro tipos: garum, liquamen, allec, y muria. El garum era una fermentación láctica a la que se le añadían carbohidratos.​ En lascocinas asiáticasse han empleado frecuentemente las fermentaciones lácticas en el procesado de alimentos desde tiempos prehistóricos. En la cocina china tradicional el empleo de los productoslácteosfermentados, denominados "Lao" ha jugado un papel importante en lospueblos nómadas Handel norte deChina. Las fermentaciones lácticas han supuesto ser un avance a lastribus nómadasde diversas partes de la tierra, proporcionan una forma de conservar y de mantener un alimento durante periodos de tiempos largos. En elimperio mongol, durante el sigloXII, surge elkoumisscomo una fermentación láctea ideal para la alimentación de los guerreros a caballo. Se introducía leche de cualquier animal en un pellejo de cuero, y la fermentación proporcionaba un líquido que permanecía inalterable durante semanas.
La fermentación de las coles provocó que en la Edad Media los barcos marineros deEuropa del Nortedisminuyeran la aparición de casos deescorbuto. El escorbuto es una enfermedad de avitaminosis provocada por una carencia devitamina C, vitamina que podría ingerirse en la col fermentada que se podía mantener comestible largos meses en las bodegas de los barcos.​ El viajeroJames Cookempleó la col fermentada como alimento en todas sus expediciones. Previamente el escritor romanoColumelamenciona en su obraRe Rusticala capacidad de conservar las coles en una salmuera durante largos periodos de tiempo. El proceso de fermentación no se comprendía, se ejecutaba mediante un ritual a ciertos alimentos. No fue hasta mediados del sigloXIXcuando comienza a entenderse que es un proceso biológico.
Una de las primeras aplicaciones industriales fue el empleo del ácido láctico comoagente blanqueantede los tejidos en la primitivaindustria textilpreindustrial. El químico francésLouis Joseph Gay-Lussacen colaboración conThéophile-Jules Pelouzedesarrollan investigaciones conremolachafermentada en a que obtiene ácido láctico. En 1808,Jöns Jacob Berzeliusdescubrió que se libera ácido láctico en los músculos al realizar esfuerzos físicos intensos. En 1856Louis Pasteurdescubrió ellactobacillusy su rol en la producción de ácido láctico, la pista le fue proporcionada por el físicoJean Baptiste Biot. Fue a partir de este descubrimiento de Pasteur cuando se comienza a comprender los procesos de la fermentación. El ácido láctico comienza a ser producido comercialmente por la compañía alemanaBoehringer Ingelheimen 1895. La producción de ácido láctico se realiza gracias a la actividad de una bacteria que se denominabacterium lactis.​ Estas bacterias se diferenciaban de laslevadurasresponsables de la fermentación alcohólica del vino.
Es precisamente el biólogoJoseph Listerquien comienza a investigar sobre las bacterias responsables de la fermentación láctica con el objeto de comprender el proceso desde u punto de vista biológico.​ En 1950 una empresa japonesa comenzó a producir ácido láctido de forma artificial sin mediar la fermentación. Los mecanismos de la glucólisis se conocen desde 1940, incluyendo las variantes finales de fermentación alcohólica y láctica.
Lafermentaciónes producida generalmente por bacterias en ausencia del aire (entorno anaeróbico), que actúan sobre los azúcares contenidos en las plantas y en sus frutos, o semillas. La fermentación láctica tiene la característica de producirse igualmente en los tejidos animales en condiciones anaeróbicas. La fermentación es unproceso metabólicoen las bacterias que tiene como objeto lograr energía procedente de ciertas moléculas: generalmente azúcares. La energía obtenida en las células procedente de la fermentación se almacena en moléculas como elATP(adenosín trifosfato), que se forma al romperse unenlace de alta energíade la glucosa y que almacena en los enlaces del ATP la energía liberada.​
La fermentación anaeróbica, en todos los casos posibles, comienza con una primera fase con unaglucólisisque posee una ruta metabólica como laruta de Entner-Doudoroff. La glucólisis genera como resultante piruvato (sales del ácido pirúvico). El piruvato obtenido puede ser degradado por distintas vías anaerobias que llevan a la formación de compuestos característicos que definen los distintos tipos de fermentaciones. Existen dos tipos de fermentaciones lácticas, dependiendo del producto final:​
Existen fermentaciones como lamalolácticaque, siguiendo un proceso natural, elácido málicose convierte por degradación en ácido láctico. El ácido málico se encuentra en algunas frutas, tales como lasmanzanas, lasuvas, etc. Este proceso ocurre en la maduración de losvinos tintos, así como en la elaboración de la sidra.
Por cada molécula de glucosa que se oxida mediante glucólisis dos moléculas de NAD son reducidas a NADH, y se obtienen dos piruvatos y dos moléculas de ATP. En los organismos fermentadores, dada la imposibilidad de utilizar el poder reductor generado en forma de NADH en lacadena transportadora de electrones, se recurre a la reducción de un sustrato endógeno (esto es, un producto del propio metabolismo), como forma de reciclar el NADH en NAD para permitir que la glucólisis continúe y se siga generando ATP.
En la fermentación láctica, el sustrato endógeno utilizado es el propio piruvato producto de la glucólisis, que se reduce a ácido láctico. Elácido láctico, dado que otorga acidez al medio, tiene excelentes propiedadesconservantes de los alimentos.
Glucosa (C6H12O6) + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD⟶{\displaystyle {\ce {->}}}2 Piruvato (C3H4O3) + 2 ATP + 2 NADH + 2 H
2 Piruvato (C3H4O3) + 2 NADH + 2 H⟶{\displaystyle {\ce {->}}}2 Lactato (C3H6O3) + 2 NAD
La fermentación de unmolde glucosa genera dos moles de ácido láctico.
Las lacto-bacterias o bacterias lácticas pertenecen algrupo gram positivodebacterias, no son capaces de respirar oxígeno, incapaces de formaresporas,coccio tubos. Carecen decitocromosy son incapaces de sintetizarporfirinas. Su característica principal es que producen ácido láctico cuando se encuentran en presencia de carbohidratos. Históricamente, las bacterias procedentes del géneroLactobacillus,Leuconostoc,PediococcusyStreptococcus,al que se añadiríaLactococcus,son las especies consideradas como lácticas. La mayoría de ellas son homo-fermentativas. Algunas otras han sido identificadas, pero poseen un rol menor en las fermentaciones lácticas.
La mayoría de los tipos de fermentación láctica que se producen en laindustria alimentariase deben a la grancapacidad de conservacióndel ácido láctico, resultante de la fermentación. Se pueden encontrar tres grupos bien diferenciados en este proceso, por una parte las fermentaciones de la leche, la fermentación de hortalizas, y por último la de laslegumbresy semillas. Este tipo de fermentaciones se ve favorecida por la adicción desal, o incluso unasalmuera(en concentraciones entre el 10% y el 20%). La introducción de la fermentación láctica en la industria alimenticia permite que el proceso sea ejecutado de tal forma que primero se fermenta el alimento, y posteriormente sepasteuriza.
Este proceso final de pasteurización solo se puede hacer en algunos alimentos debido a laspropiedades reológicasde los mismos, siendo más fácil de realizar en aquellos que pueden fluir. Con excepción de la leche y los quesos que suelen partir de leche ya pasteurizada a la que posteriormente se le inoculan los cultivos responsables de iniciar la fermentación. Las bacterias responsables de la fermentación láctica pueden ser diferentes en cada caso, y a menudo las fermentación es plural. Es decir, varios cultivos de bacterias pueden competir/colaborar en la generación final de ácido láctico como metabolito. A menudo se desarrolla la fermentación primaria y acaba desembocando las fermentaciones secundarias favorecidas por el pH.
Gran parte de losproductos fermentados de la lechese logran mediante este tipo de fermentación. El azúcar que interviene en la fermentación es lalactosay aproximadamente un 30% es consumido durante el proceso.​ El proceso de fermentación de la leche es complejo e intervienen diversas teorías como la microbiología, la bioquímica, la enzimología, la química, y la física. La variación posible de fermentaciones permite que existan casi unas 400 denominaciones posibles de productos fermentados de la leche a lo largo de todo el mundo. Van desde los productos más tradicionales hasta los procedimientos más refinados de la industria alimentaria.
Un ejemplo de este tipo de fermentación es la acidificación de laleche. Ciertas bacterias (Lactobacillus,StreptococcusyLactococcus), al desarrollarse en la leche utilizan lalactosa(azúcar de leche) como fuente de energía. La lactosa, al fermentar, produce energía que es aprovechada por las bacterias y el ácido láctico es eliminado. La coagulación de la leche (cuajada) resulta de la precipitación de lasproteínasde la leche, y ocurre por el descenso depH(acidificación) debido a la presencia de ácido láctico. Este proceso es la base para la obtención delyogur. Ejemplos de esto último son elchucruty elensiladode granos para forraje.
Las verduras pueden verse sometidas a fermentación láctica y suele realizarse a temperaturas entre los 16 y 35 °C.​ La temperatura es uno de los parámetros significativos de la fermentación láctica de las verduras. Se emplea sal en pequeñas proporciones con el objeto de frenar la evolución de bacterias que degradan, y no participan en el proceso fermentativo. La sal es importante en la fermentación láctica de las verduras, así como añadir un condimento que añada sabor al producto final. Si se añade mucha sal, las bacterias lácticas se ven impedidas en su proceso fermentativo, cambiando el perfil de las bacterias lácticas que trabajan en el proceso. La cantidad de sal añadida depende del tipo de verdura, por ejemplo las aceitunas y pepinos se encuentran entre un 5-8%, las coles un 2%, pero las hortalizas como las zanahorias y los ajos puede llegar a concentraciones de un 15-20 %. EnMéxicouno de los productos fermentados de este tipo es eljalapeño, aunque la mayoría de este producto comercializado no se ha sometido a fermentación sino a un proceso de marinado en vinagre.​
En algunos casos se denominaproceso de encurtido. Algunas de las más populares dependen de la abundancia local debido a su cultivo, en el caso de laolivapopular en la zonamediterráneaque se ve sometida a una fermentación láctica que acaba siendo laaceituna de mesa: variedades.​ La bacteria responsable de la fermentación láctica de las olivas de mesa es lalactobacillus. Otras variedades encontradas son lalactobacillus plantarumy lalactobacillus pentosusencontradas en la mayoría de las fermentaciones investigadas. Las olivas fermentan en salmueras que están en concentraciones aproximadas del 8% de concentración.
El caso más popular en los países de Europa y parte de Estados Unidos es la fermentación de la col o repollo (brassica olereacea L. var. capitata) que se denominasauerkraut(chucrut). Esta verdura se suele preparar quitándole el núcleo duro de su interior, tras haber sido cortada fina, y mezclada con sal (en concentración de aproximadamente un 2% en peso) fermenta lácticamente en un recipiente cerrado sin contacto con el aire y la luz. El objetivo de la sal es que, mediante el efecto osmótico, se extraiga el agua de los tejidos. La fermentación se realiza mediante bacterias hetero-lácticas fermentativas:
En la cocina asiática es lacol chinaque participa en elkimchicoreano. En el terreno de loschiles(pimiento).  En la cocina magrebí del norte de África se suele emplear como condimento de diversos platos loslimones encurtidos. Este tipo de ingrediente se suele encontrar en lacocina marroquí.
Las legumbres, al igual que los cereales, han formado parte de laalimentación humanadesde periodos neolíticos. Siendo además, en época moderna, un ingrediente primordial en lasdietas vegetarianasdebido a su contenido proteico. Debido a que el empleo de cereales refleja dietas deficitarias enlisina(un aminoácido esencial) su asociación con las legumbres y la preparación de éstas en la gastronomía, combinada con los cereales, además de las ventajas de orden nutricional, poporciona un sensato mariaje que viene realizándose desde tiempos antiguos en todo el mundo.​ Lasoja(Glycine maxde la familia de lasleguminosas) se fermenta tradicionalmente en algunos países asiáticos, de esta forma se obtienen pastas fermentadas como es el caso delmisoque se elaboran mediante fermentación de granos de soja en una salmuera con concentraciones por debajo del 10% hasta que la mezcla es ácida. El miso se emplea ensopas, en la preparaciones de tortas como elokonomiyaki.  Lajudía negra fermentada(conocida comodouchi) es uno de los precursores de lasalsa de soja.Tempeh. Algunas algas se ve sometidas a fermentación láctica, tal es el caso delkombu.
Elsumbalaes una semilla típica decocina de África occidental.​ Igual que elkenkey. Algunas fermentaciones alcohólicas, como es el caso de las semillas de cacao (Theobroma cacao L.), poseen además fermentación láctica que proporcionan un sabor especial.​
La fermentación láctica decerealesmejora la calidad de los alimentos mediante lamejora de su sabor, así como de sus propiedades nutricionales, eliminando algunas de las propiedades tóxicas de sus productos.​
Los microorganismos empleados en la fermentación de la carne consisten en un grupo de bacterias ácido-lácticas (Lactobacillus,Pediococcus) con la colaboración deMicrococcaceae(Staphylococcus,Micrococcus),Streptomyces,DebaryomycesyPenicillium.​ Estos microorganismos (las bacterias lácticas), mediante una actividad anaeróbica convierten elglucógenode lostejidosmuertos en el ácido láctico (glucólisis post-mortem). La cantidad de glucógeno depende de la calidad, y tipo de tejido, antes de la muerte del animal. Este fenómeno se ve interrumpido por enzimas, de tal forma, que la glucólisispost mortemno se finaliza. Laindustria cárnicaemplea mezclas de cultivos comerciales, una de las más conocidas esduplofermente 66. Estas mezclas se inoculan en la fase de secado mediante sal en la elaboración industrial de algunosembutidos: por regla generalsalchichas. Algunos métodos de conservación aplicados a las carnes promueven la aparición de bacterias lácticas, es por esta razón por la que se vigila la inclusión mínima posible de sal en este tipo de alimentos. De esta forma algunos embutidos de alto consumo en países como es elchorizoy elfuetenEspañasufren durante la fase de maduración una fermentación láctica. Similar ocurre con elsalamiy la sopressatta enItalia. Estas fermentaciones producen un sabor y aroma complejo, proporcionando además una resistencia a la putrefacción (conservación del alimento).
Desde el garum y la salsamenta romana lafermentación de pescadosymoluscossuele estar acompañada de alimentos de carbohidratos como suele ser elarroz(caso de Asia). Elsushicomenzó así en suhistoria.​ En el que se fermentaba el pescado con arroz haciendo que se enmoheciese mediante elAspergillus oryzae.  En lacocina tahilandesase encuentra elpla raaque se suele preparar con arroz.​ Algunas de las especies piscícolas que son susceptibles de ser fermentadas se encuentra elPuntius sarana.
En el caso del pescado lo habitual es que se encuentre bajo una mezcla, por ejemplo pescado/sal con el objeto de secar los tejidos favoreciendo el fermentado láctico. Otras mezclas posibles salsa de pescado/pasta, o incluso pescado/sal/carbohidratos.
En lacocina mexicanase preparan algunassalsas fermentadas, algunas se comercializan como es el caso de lasalsa tabascoelaborado con la fermentación láctica delchile tabasco. Similar proceso tiene eljalapeñoque se encurte entero o en rodajas, pudiendo igualmente ser servido en puré como forma de salsa. Por otra parte, dentro de lassalsas picantesya fermentadas delsureste de Asiase tiene la popularsriracha, y entre las no picantes la salsa de soja (fermentación de una mezcla de granos de soja y trigo).
La soja se suele fermentar dando lugar una gran variedad de subproductos que entran dentro de los procesos culinarios. Eltofu encurtidose elabora de muchas formas en la culinaria de China, tal es el caso delLufu. Losencurtidos chinosparticipan en ensaladas, al igual que losmixed pickles(surtido de encurtidos) de la cocina de occidente y losencurtidos indios(South Asian Pickles). Igualmente losrelishque sirven de acompañamiento, y que son preparaciones pre-fermentadas. Dentro de esta misma categoría se encuentran lassalsas barbacoacaseras que se emplean en los asados por su aporte ácido.
En la elaboración de pan se suelen emplearmasas madre(denominadassourdoughen inglés) que realizan una fermentación láctica previamente,​ lo que confiere al pan un sabor ácido especial. Principalmente debido a la actividad del cultivoLactobacillus sanfranciscensis.
En lacocina indiausa elIdlique es un desayuno preparado conlentejas negrasfermentadas servidas conarroz. Dentro del mundo de los condimentos en el oeste de la India son populares loschutneycomo fermentaciones lácticas de frutas y verduras, .