Biotecnología - Fermentación con levadura
Introducción: La fermentación es un proceso que realizan muchos microorganismos, efectuando reacciones sobre algunos compuestos orgánicos y liberando energía. Hay muchos tipos diferentes de fermentación, pero en condiciones fermentativas solamente se efectúa una oxidación parcial de los átomos de carbono del compuesto orgánico y, por consiguiente, sólo una pequeña cantidad de la energía potencial disponible se libera.
Los conocimientos sobre la fermentación fueron atesorados desde la antigüedad por importantes civilizaciones como la egipcia y la asiria que la emplearon para la producción de bebidas alcohólicas; o como la azteca y la china que la utilizaron en la obtención de productos alimenticios tales como salsas fermentadas. Las técnicas de fermentación se modernizaron a partir de la aparición de técnicas de cultivos puros de células animales y vegetales, al igual de otro tipo de cultivos microbianos. Así, se industrializa la fermentación y da origen a grandes industrias tales como las alimenticias donde se destacan la panificadora y la de bebidas alcohólicas; la industria farmacéutica en el campo de las vacunas, medicamentos, etc., y la industria química que produce ácidos, aldehídos, etc.
Parte 1: Efecto de la concentración de azúcar en la velocidad de la fermentación
Pregunta de investigación: ¿Cuál es la concentración optima (mejor) para llevar a cabo fermentación con levadura?
R/ La temperatura óptima es de 37°C.
Equipo necesario para cada grupo:
· 1 vaso térmico para usarse como incubadora
· Termómetro
· Marcador
· 1 vaso pequeño
· I vaso graduado
· 2 jeringas con tapas
· 1 recipiente cónico de plástico pequeño, para medir azúcar
· 1 recipiente cónico de plástico pequeño, para medir levadura
· Vaselina e hisopo
· Revolvedores
· Recipiente con azúcar (sacarosa)
· Recipiente con levadura seca
· Papel toalla
Preparación:
- Escribe “Solución de azúcar 0.1 g/ml” en el vaso de precipitados graduado.
- Vierte agua caliente en un vaso térmico. Mide la temperatura y ajústala por medio de agua fría o caliente (y revuelve), a la temperatura optima.
- Vierte 100ml de agua del vaso térmico al vaso graduado.
- Agrega 7 recipientes cónicos de plástico pequeños llenos de azúcar (10g) al vaso y revuelve bien hasta que el azúcar se disuelva por completo.
Preparación de la jeringa:
Saca el embolo de la jeringa. Usa el hisopo para untar vaselina en el anillo de hule exterior del embolo. Regresa el embolo a la jeringa y muévelo hacia adentro y hacia afuera hasta que se deslice libremente. Para revisar si la jeringa está bien sellada, coloca la tapa en la punta cuando el embolo está adentro de la jeringa por completo. Trata de jalar el embolo. El embolo debe regresar al fondo de la jeringa como un resorte. Si el émbolo no regresa a su posición original, aprieta la tapa a la punta y vuelve a intentarlo.
Revise que el embolo se mueva libremente en la jeringa si es así esta lista para usarse.
Preguntas de Discusión
- ¿Cuál es la concentración de alcohol en (a )vino (b) cerveza?
R/ La concentración de alcohol en el vino es de: 16%, y la concentración de alcohol en la cerveza es de 3.5%.
- ¿Cómo se relaciona tu resultado con la información anterior?
R/ El vino tiene mayor concentración de alcohol, ya que se fermenta por mucho más tiempo, y la cerveza no.
- Trata de hacer una hipótesis de como afectaría el etanol la velocidad de la fermentación.
R/ La alta concentración de etanol influye en el crecimiento de la levadura en el proceso de fermentación.
- Trata de hacer una hipótesis de porque consideramos que el otro producto de la fermentación, CO2, podría afectar la velocidad de la fermentación?
R/ En concentraciones pequeñas el CO2 inhibe el crecimiento de la levadura en la fermentación.
Resumen:
- La temperatura óptima para la fermentación con levadura es de 37°C
- La concentración de azúcar óptima para la fermentación con levadura es 0.1 g/ml.
- Se encontró que el proceso de fermentación es efectivo en una concentración de etanol es de 3 - 5 % volumen.
Actividad adicional:
¿Podemos inflar un globo usando levadura y azúcar?
Equipo de laboratorio necesario para cada estación de laboratorio:
· Botella vacía
· Recipiente con azúcar (sacarosa)
· Recipiente con levadura
· 1 recipiente cónico de plástico pequeño para azúcar (sacarosa)
· 1 recipiente cónico de plástico pequeño para levadura seca
· Un globo
Preparación:
Infla el globo por lo menos cuatro veces para estirarlo y permitir que se estire fácilmente durante el experimento.
Instrucciones:
1. Llena un tercio de la botella con agua tibia.
2. Echa dos recipientes cónicos con azúcar en la botella, revuelve hasta que el azúcar se disuelva.
3. Agrega dos recipientes cónicos de levadura a la botella y revuelve bien.
4. Coloca el globo que fue estirado sobre la parte de arriba de la botella.
5. Observa el globo de vez en cuando y sacude cuidadosamente la botella.
Preguntas de discusión:
- ¿Qué le sucedió al globo?
R/ El globo se inflo.
2. En tu opinión, ¿a que se debió el cambio?
R/ El cambo se debió a la liberación de CO2 en el proceso de fermentación.
Tabla N°3: Instrucciones de disolución de la solución de azúcar usando la solución de azúcar concentrada (0.1 g/ml)
Instrucciones para llevar a cabo el experimento:
Revisa que tu vaso térmico esta a la temperatura óptima. Si no, vuelve a ajustarlo.
1. Señala uno de los vasos con la concentración de azúcar (a – e) que se te pidió examinar.
- Usando una jeringa, pasa el volumen apropiado de la solución concentrada de azúcar; al vaso de precipitados.
- Usando una jeringa, pasa el volumen apropiado del vaso térmico (incubadora) al vaso de precipitados. Revuelve bien y revisa que tengas 20 ml de solución en el vaso de precipitados.
- Agrega un recipiente cónico pequeño de levadura al vaso y revuelve bien.
- Llena la jeringa con 4 ml de la solución que acabas de preparar.
- Coloca la tapa en la punta de la jeringa, y pon la jeringa en el vaso térmico (incubadora) con agua con la punta dirigida hacia el fondo del vaso.
- Revisa la temperatura del agua en la incubadora cada varios minutos con un termómetro. Si fuera necesario, agrega agua caliente y revuelve cuidadosamente el agua, para mantener la temperatura constante.
- Durante treinta minutos, a intervalos de 5 minutos, observa el volumen total de la jeringa, y registra tus resultados en la siguiente tabla.
¡Importante! Antes de hacer observaciones, para asegurarte de que el embolo no esta pegado, sostén la jeringa; con una mano sostén la tapa de la punta y con la otra mano, presiona hacia abajo el embolo y suéltalo. Repite el proceso varias veces.
- Calcula el volumen promedio de la jeringa y regístralo en la tabla N°4
Tabla N°4: Volumen del CO2 gaseoso en función de la concentración de azúcar a una temperatura óptima.
Nota: Para calcular el volumen de CO2 gaseoso producido, resta de tus observaciones el volumen de la solución de la jeringa. De esta manera, la lectura de la primera línea mostrara un volumen cero, (4-4=0).
Grupo 1: Volumen de azúcar volumen de agua (ml) concentración de azúcar final (ml)
4 ml 16 ml 0.02
Tiempo | Concentración de azúcar a 37°C Jeringa1 jeringa 2 Promedio | Volumen de CO2 gaseoso recolectado (ml) | ||
0 minutos | 4 | 4 | 4 | 0 |
5 minutos | 10 | 9 | 9.5 | 1.0 |
10 minutos | 14 | 13 | 13.5 | 1.0 |
15 minutos | 17 | 16 | 16.5 | 1.0 |
20 minutos | 19 | 18 | 18.5 | 1.0 |
25 minutos | 20 | 19 | 19.5 | 1.0 |
30 minutos | 22 | 21 | 21.5 | 17.5 |
Grupo2: Volumen de azúcar volumen de agua (ml) concentración de azúcar final (ml)
6ml 14 ml 0.04
Concentración de azúcar a 37°C Jeringa1 jeringa 2 Promedio | Volumen de CO2 gaseoso recolectado (ml) | |||
0 minutos | 4 | 4 | 4 | 0 |
5 minutos | 6.5 | 7 | 6.5 | 0.5 |
10 minutos | 9.5 | 10.5 | 10 | 1.0 |
15 minutos | 12 | 13 | 12.5 | 1.0 |
20 minutos | 15 | 16 | 15.5 | 1.0 |
25 minutos | 18 | 19.5 | 18.75 | 1.5 |
30 minutos | 20 | 21 | 20.5 | 1.0 |
Grupo 3: Volumen de azúcar volumen de agua (ml) concentración de azúcar final (ml)
10ml 10 ml 0.05
Tiempo | Concentración de azúcar a 37°C Jeringa1 jeringa 2 Promedio | Volumen de CO2 gaseoso recolectado (ml) | ||
0 minutos | 4 | 4 | 4 | 0 |
5 minutos | 5 | 5 | 0.5 | 0 |
10 minutos | 6.5 | 6.5 | 6.5 | 0 |
15 minutos | 7.5 | 7 | 7.25 | 0.5 |
20 minutos | 9.5 | 9 | 9.25 | 0.5 |
25 minutos | 11 | 10.5 | 10.75 | 0.5 |
30 minutos | 14 | 13 | 13.5 | 1.0 |
- Cada grupo reportara su promedio de los volúmenes de CO2 gaseoso obtenidos después de 20 minutos, para la tabla de resumen de la clase
Tabla N°5: Resumen de la clase – Efecto de la concentración de azúcar en el volumen de CO2 gaseoso.
Concentración de Azúcar (g/ml) | Volumen promedio de CO2 gaseoso (ml) |
0.02 | 1.0 |
0.04 | 1.0 |
0.05 | 0.5 |
Preguntas de Discusión:
1. Dibuja una gráfica que muestre los cambios en el volumen del gas recolectado en función de la concentración de azúcar.
2. Describe tus observaciones, ¿Cómo cambia el volumen del gas recolectado en función de la concentración de azúcar?
R/ A mayor concentración de azúcar, menor velocidad de la fermentación.
3. ¿Cómo cambia la velocidad de la fermentación con levadura cuando cambia la concentración de azúcar?
R/ la concentración de azúcar es un valor que se debe considerar ya que afecta la velocidad de la fermentación, el comportamiento y el desarrollo de las células de la levadura. A concentraciones altas de azúcar se da un descenso en la velocidad de la fermentación y a concentraciones bajas se requiere mayor volumen para la fermentación.
4. Trata de hacer una hipótesis de porque el proceso se hace más lento con concentraciones de azúcar bajas (y con concentraciones excepcionalmente altas).
R/ La concentración de azúcar. Influye en la velocidad de fermentación.
5. Trata de hacer una hipótesis de porque el proceso se hace más lento con concentraciones más altas de azúcar.
R/ Con concentraciones altas de azúcar, mayor tiempo de fermentación.
6. Basándote en tus observaciones, cual es la concentración de azúcar óptima para la fermentación con levadura.
R/ La concentración de azúcar óptima para la fermentación con levadura es de 0.1 g/ml.
Parte 2: El Efecto del etanol en la velocidad de la fermentación
Pregunta de investigación: ¿Es el proceso de la fermentación con levadura afectado por uno de los productos de la fermentación, etanol?
R/ La fermentación es afectada en alto grado por la concentración de etanol.
Equipo necesario para cada grupo:
- 1 vaso térmico para usarse como incubadora
- Termómetro
- Marcador
- 1 recipiente cónico de plástico pequeño para azúcar (sacarosa)
- 1 recipiente cónico de plástico pequeño para levadura seca
- 2 jeringas con tapa
- I vaso pequeño
- Vaselina e hisopo
- Revolvedores
- Recipiente con azúcar (sacarosa)
- Recipiente con levadura seca
- Botella con alcohol
- Papel toalla
- 1 pipeta
Tabla N° 6: Preparación de soluciones de etanol (usando 50% V/V solución de etanol) para experimentos de f hasta j.
Concentración | Volumen de solución de etanol solución (ml) | Volumen de agua (ml) | Concentración final de etanol (volumen %) |
H | 1 | 19 | 5 |
I | 1.5 | 18.5 | 7.5 |
J | 2 | 18 | 10 |
Nota: La unidad de concentración usada con más frecuencia para mezclas de líquidos porcentaje de volumen.
Volumen % de alcohol= volumen de alcohol agregado/ volumen total de la solución.
Volumen total= volumen de alcohol agregado + volumen de agua.
Instrucciones para llevar a cabo el experimento:
Nota. Las instrucciones se darán como un ejemplo de cómo preparar la concentración “g” de etanol. Cada grupo usara el mismo procedimiento para preparar concentraciones “f” a”j” como dice en la tabla 6.
- Señala uno de los vasos y uno de los vasos térmicos con la concentración que te indico el maestro, por ejemplo, “g”.
- Vierte agua caliente al vaso térmico (incubadora) y ajusta la temperatura a la óptima.
- Llena la jeringa con 10 ml de solución de azúcar (de acuerdo a las instrucciones anteriores para llenar La jeringa). Presiona el embolo de la jeringa y vacía el agua en el vaso de precipitados señalado “g”, por decir. D e la misma manera, pasa una cantidad adicional de agua e acuerdo a las instrucciones de la tabla 6 (para “g” agrega otros 9.5 ml de agua). Solo para la concentración “g” el nivel del agua en el vaso de precipitados es 19.5 ml.
- Vierte en el vaso de precipitados marcado “g” un tubo pequeño lleno de azúcar y revuelve para que se disuelva el azúcar. Asegúrate de que toda el azúcar se disuelva.
- Usa la pipeta para agregar la cantidad de etanol como dice en la tabla 6 (0.5 ml para “g”).
- Agrégale al vaso “g” un recipiente cónico pequeño de levadura u revuelve bien.
- Llena la jeringa con 4 ml de la solución que acabas de preparar (de acuerdo a las instrucciones anteriores de cómo llenar la jeringa).
- Coloca la tapa en la punta de la jeringa, y pon la jeringa en el agua del vaso térmico asegurándote que la punta de la jeringa este dirigida al fondo del vaso.
- Revisa la temperatura en el vaso térmico cada varios minutos con un termómetro. Si es necesario agrega agua caliente para mantener la temperatura constante.
- Durante 30 minutos, a intervalos de 5 minutos, observa el volumen de la jeringa, y registra tus resultados en la tabla 7.
Importante: Antes de observar, para asegurarte de que el embolo no se haya pegado, sostén la jeringa; con una mano sostén la tapa de la punta y con la otra mano, presiona el embolo hacia abajo y suéltalo. Repita el proceso varias veces.
Tabla N° 7: Volumen de CO2 gaseoso producido en función del porcentaje de volumen de etanol en la jeringa de fermentación a temperatura óptima.
Grupo1: volumen de solución volumen de agua (ml) concentración etanol final
de etanol (ml)
1.5 18.5 7.5
Tiempo | Volumen de Concentración de etanol % a 37°C Jeringa1 jeringa 2 Promedio | Volumen de CO2 gaseoso (ml) | ||
0 minutos | 4 | 4 | 4 | 0 |
5 minutos | 4.5 | 5 | 4.75 | 0.75 |
10 minutos | 5.5 | 6 | 5.75 | 1.75 |
15 minutos | 10 | 11 | 10.5 | 6.5 |
20 minutos | 12 | 13 | 12.5 | 8.5 |
25 minutos | 14 | 16 | 15 | 11 |
30 minutos | 16 | 18 | 17 | 13 |
Grupo 2: volumen de solución volumen de agua (ml) concentración de etanol final
de etanol (ml)
1 19 5
Tiempo | Volumen de Concentración de etanol % a 37°C Jeringa1 jeringa 2 Promedio | Volumen de CO2 gaseoso (ml) | ||
0 minutos | 4 | 4 | 4 | 0 |
5 minutos | 4.5 | 4 | 4.25 | 0.25 |
10 minutos | 6 | 6 | 6 | 2 |
15 minutos | 9 | 9 | 9 | 5 |
20 minutos | 14 | * | 7 | 3 |
25 minutos | 18 | * | 9 | 5 |
30 minutos | 22 | * | 11 | 7 |
*a los 20 minutos la jeringa exploto por la presión del embolo.
Grupo 3: volumen de solución volumen de agua (ml) concentración de etanol final
de etanol (ml)
2 18 10
Tiempo | Volumen de Concentración de etanol % a 37°C Jeringa1 jeringa 2 Promedio | Volumen de CO2 gaseoso (ml) | ||
0 minutos | 4 | 4 | 4 | 0 |
5 minutos | 4.5 | 4.5 | 4.5 | 0 |
10 minutos | 5 | 5 | 5 | 0 |
15 minutos | 5.5 | 5.5 | 5.5 | 0 |
20 minutos | 5.5 | 6 | 5.75 | 0.5 |
25 minutos | 6.5 | 6.5 | 6.5 | 0 |
30 minutos | 7.5 | 7 | 7.25 | 0.5 |
- Copia todos los promedios del grupo de los volúmenes de CO2 gaseoso que fueron calculados durante 20 minutos en la tabla de resumen de clase 8.
Tabla N°8: Resumen de la clase_- Efecto de la concentración de etanol en el volumen de CO2 gaseoso.
Concentración de etanol % de volumen | Volumen promedio de CO2 gaseoso (ml) | |
5 | 3.0 | |
7.5 | 8.5 | |
10 | 0.5 | |
Preguntas de discusión.
- Dibuja una grafica que muestre los cambios en el volumen de CO2 gaseoso recolectado en función de la concentración de et¿Es el etanol parte del proceso de fermentación?
R/ Si, es parte del proceso.
- ¿Cómo cambia la velocidad de la fermentación en diferentes de concentraciones de etanol?
R/ La fermentación es afectada en alto grado por la concentración de alcohol, una concentración alcohólica del 3% ya influye sobre el crecimiento; una concentración de un 5% influye tanto sobre el crecimiento como en la fermentación.
- ¿A cuál concentración de etanol prácticamente se detiene el proceso de fermentación?
R/ Cuando la concentración es del 10%, el crecimiento sufre la paralización total.
Laboratorio de Meiosis y Mitosis
Las células se reproducen duplicando su contenido y luego dividiéndose en dos. El ciclo de división es el medio fundamental a través del cual todos los seres vivos se propagan. En especies unicelulares como las bacterias y las levaduras, cada división de la célula produce un nuevo organismo. Es especies pluricelulares se requieren muchas secuencias de divisiones celulares para crear un nuevo individuo; la división celular también es necesaria en el cuerpo adulto para reemplazar las células perdidas por desgaste, deterioro o por muerte celular programada. Así, un humano adulto debe producir muchos millones de nuevas células cada segundo simplemente para mantener el estado de equilibrio y, si la división celular se detiene el individuo moriría en pocos días.
Materiales:
· Raicillas de Cebolla germinada
· Vidrio reloj
· Orceina A, Orceina B
· Calentador
· Porta objetos
· Cubreobjetos
· Papel filtro
· Bisturí
Pasos para la tinción:
1. Cortar raicillas 2-3 mm
2. Colocar en vidrio reloj que contenga 2 a 3 ml de orceina
3. Calentar por 6 minutos, sin que llegue a ebullición
4. Colocar muestra en porta objeto, mas una gota de orceina B.
5. Realizar squash sobre cubreobjetos sin quebrarlo
6. Usar papel filtro_ 5 a 6 tiras. Hacer presión.
7. Observa al microscopio.
Concentración | Volumen de azúcar solución (ml) | Volumen de agua (ml) | Concentración final de la solución de azúcar (g/ml) |
A | 4 | 16 | 0.02 |
B | 6 | 14 | 0.04 |
C | 10 | 10 | 0.05 |
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