Fermentación alcohólica detenida en una bodega
En una bodega de Mallorca, un depósito de 20 000 L contiene mosto con 210 g/L de azúcares fermentables (105 g/L de glucosa y 105 g/L de fructosa), pH 3,4 y 80 mg/L de SO₂ añadido. Se inocula Saccharomyces cerevisiae a 10⁶ células/mL y se mantiene a 22 °C. A los seis días la fermentación se detiene: el vino tiene 8,0 % v/v de etanol y quedan 85 g/L de azúcares residuales. El enólogo baraja dos medidas: (a) añadir 0,5 g/L de fosfato diamónico y reinocular con una cepa tolerante al etanol, o (b) microairear el mosto al inicio (2 mg O₂/L durante 2 h). En paralelo, el laboratorio observa que la misma cepa, cultivada en aerobiosis estricta con glucosa, consume el azúcar mucho más deprisa pero genera muy poco etanol.
1. Calcula el rendimiento máximo teórico de etanol (% v/v) a partir de los azúcares iniciales y compáralo con el valor medido. ¿Permite el balance de carbono explicar la parada?
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Expresamos los azúcares como equivalentes de glucosa: 210 g/L ÷ 180 g/mol = 1,17 mol/L. La ecuación global de la fermentación alcohólica es C₆H₁₂O₆ → 2 C₂H₅OH + 2 CO₂ + 2 ATP, de modo que se producen 2 × 1,17 = 2,33 mol/L de etanol. Multiplicando por 46 g/mol: 2,33 × 46 = 107 g/L. Con una densidad de 0,789 g/mL, 107 g/L equivalen a 136 mL/L, es decir, 13,6 % v/v.
El valor medido, 8,0 % v/v, corresponde a 63 g/L de etanol (63 ÷ 46 = 1,37 mol/L), para cuya producción se consumieron 0,68 mol/L de glucosa, unos 123 g/L. Quedan, por tanto, unos 87 g/L de azúcar, coherente con los 85 g/L analizados. El rendimiento es del 59 % del teórico.
La diferencia no es un error estequiométrico: parte del carbono se desvía a glicerol, biomasa y ácidos orgánicos, y sobre todo el etanol acumulado inhibe la fermentación. La parada es biológica (toxicidad del etanol y probable limitación de nitrógeno), no un agotamiento del sustrato.
2. Explica, en términos de rendimiento energético y de destino del carbono, por qué la microaireación inicial puede acelerar la fermentación mientras que la aireación continua la perjudica.
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En aerobiosis, la oxidación completa de la glucosa rinde unos 30-32 ATP por molécula (glucólisis, ciclo de Krebs, cadena respiratoria y fosforilación oxidativa), frente a solo 2 ATP de la fermentación. En principio la respiración es mucho más rentable, pero no produce etanol.
La pequeña cantidad de O₂ al inicio no se usa para crecer masivamente: permite sintetizar ergosterol y ácidos grasos insaturados, imprescindibles para una membrana plasmática funcional, y así aumentar el número de células viables y la velocidad de fermentación.
Si la aireación es continua, el metabolismo deriva hacia la respiración (efecto Pasteur): el azúcar se convierte en CO₂ y agua, se forma biomasa y se pierde rendimiento alcohólico; además, el O₂ favorece a bacterias acéticas que oxidan el etanol a ácido acético. Por eso se recomienda una microaireación puntual al inicio y no durante toda la fermentación.
3. Con los datos disponibles, elige la medida correctiva más justificada, indica qué información falta y señala un riesgo de la alternativa descartada.
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La opción (a), DAP más reinoculación, es la más razonable si el problema es nutricional: el fosfato diamónico aporta nitrógeno fácilmente asimilable para sintetizar proteínas y transportadores, y la nueva cepa puede tolerar mejor el etanol. Pero con 8 % v/v de etanol la inhibición puede ser el factor dominante y entonces el nitrógeno no reiniciará la fermentación.
Faltaría medir el nitrógeno asimilable inicial, la viabilidad celular y la tasa de fermentación; si el nitrógeno era bajo (por ejemplo, <150 mg/L), la medida tiene sentido. La opción (b) no resuelve una fermentación ya parada y, aplicada tarde, oxida el etanol y favorece el acetato.
Riesgo de (a): añadir nitrógeno al final puede generar sabores extraños y, si queda azúcar, una refermentación en botella. Conviene reinocular con un pie de cuba aclimatado y controlar la temperatura, sin superar los 25 °C.