Aspectos químicos y moleculares del proceso de producción del mezcal

Abstract

"En el presente trabajo se realizó la identificación y cuantificación de compuestos volátiles presentes en mezcales comerciales producidos en la región mezcalera del país. Se investigó el efecto de las condiciones iniciales de concentración de azúcares y temperatura en el proceso de fermentación; se analizó el comportamiento del potencial redox y finalmente se llevó a cabo la identificación molecular de la microbiota presente al inicio de la fermentación. El análisis de los compuestos volátiles en los mezcales se efectuó mediante cromatografía de gases (GC) y espectrometría de masas (MS). Los destilados obtenidos a partir de Agave salmiana, producidos en la región del altiplano entre Zacatecas y San Luis Potosí, mostraron la presencia de una gran variedad de compuestos volátiles como alcoholes, ácidos orgánicos, esteres, furanos, cetonas y aldehídos. También se detectó la presencia de terpenos como limoneno, α-terpineol y α-terpineno. Únicamente los mezcales con gusano presentaron compuestos insaturados como el 6, 9-pentadecadieno-1-ol, 3-hexen-1-ol, 1-8 nonadieno y 1-dodecino. Compuestos como limoneno y el pentilbutanoato fueron identificados por primera vez, en mezcales producidos a partir de Agave salmiana. El estudio de bebidas alcohólicas como son la raicilla, sisal, tequila, mezcal, bacanora y sotol, producidos en diversas regiones del país, reveló la presencia de 105 compuestos volátiles diferentes. De los cuales once compuestos se clasificaron como mayoritarios y el resto se clasificaron como minoritarios. El análisis multivariable permitió clasificar los destilados a partir la concentración de sus compuestos. También se identificaron 17 compuestos minoritarios específicos, en los destilados de Agave, tales como el azuleno, cinnamol, butirolactona y la piridina entre otros, que podrían ser los responsables de la firma o huella de cada bebida. Finalmente se observó que el proceso de producción y la materia prima juegan un papel muy importante en el perfil sensorial de la bebida. La optimización de las variables de operación, concentración inicial de azúcares y temperatura, permitió maximizar la producción de etanol, el rendimiento y la productividad. Esto se realizó mediante la metodología de superficie de respuesta (RSM), la cual permitió optimizar simultáneamente las dos variables de operación. La máxima producción de etanol se obtuvo a 28°C y 105 g/L para el caso del rendimiento 28°C y 77g/L y por último para la productividad fue de 34.6°C y 90g/L. Se encontró que la producción de etanol está asociada al crecimiento microbiano, mientras que el crecimiento celular presentó una cinética de inhibición por sustrato. El comportamiento del potencial redox es inversamente proporcional al crecimiento microbiano y a la producción de etanol. La cuantificación por GC de los compuestos volálites mayoritarios en fermentaciones realizadas a diferentes condiciones iniciales, mostraron que la temperatura influye en la producción de alcoholes superiores y por lo tanto en la calidad de la bebida. Se emplearon técnicas microbiológicas de cultivo en placa para aislar bacterias y levaduras presentes al inicio de la fermentación. La identificación se realizó amplificando una región del DNA ribosomal, 16S rDNA en el caso de bacterias e ITS (Internal Transcriber Spacer) para las levaduras, los productos obtenidos se clonaron y secuenciaron. Los resultados mostraron que existen al menos 3 géneros distintos de levaduras, Pichia fermentans, Clavispora lusitaniae y Kluyveromyves marxianus. En el caso de las bacterias se identificó al género Lactobacillus como la población dominante. Se identificó y aisló L.kefiri, L.farraginis, L.plantarum, Weissella cibaria y W. paramesenteroides. También se identificó a Zymomonas mobilis."

"In this work the identification and quantification of the volatile compounds of the commercial mezcals, produced in the mezcal region of the country is performed. Moreover, the effects of the initial substrate concentration and the temperature in the fermentation process were investigated. Finally, the molecular identification of the microbiota present at the beginning of the fermentation was carried out. The volatile compounds analysis of the mezcals was carried out using gas chromatography (GC) and mass spectrometry (MS). The distillation product of the Agave salmiana juices, produced in the altiplano region between Zacatecas and San Luis Potosi, shown a great variety of volatile compounds such as alcohols, organic acids, esters, furans, ketoses and aldehydes. In addition, the presence of terpenes (limonene, α-terpinol and α-terpinene) was detected. Only the mezcals with worms shown unsatured compounds like the 6,9-pentadecadien-1-ol, 3- hexen-1-ol, 1,8-nonodiene and 1-dodecine. We mentioned here that compounds such as limonene and pentylbutanoate were identified for first time, in mezcals produced from Agave salmiana. The study of alcoholic beverages such as raicilla, sisal, tequila, mezcal,bacanora, sotol and pulque produced in different region of the country reveled the presence of the 105 different volatile compounds. Eleven of them were classified as major compounds and the others were classified as minor compounds. The multivariate analysis allows us to establish a compositions-based classification for the distillated products. Then seventeen minor compounds, specific of the beverages, were identified providing a better fingerprinting. Finally, it is shown that the process production and the raw material play an important role in the sensorial profile of the beverage. The optimization of the operation variables such as initial sugar concentration and temperature was achieved maximizing of the ethanol concentration, yield and productivity. This was performed trough the application of the surface response methodology (RSM), optimizing at the same time the operation variables. The maximum ethanol production was obtained at 28 °C and 90 g/L. It was found that ethanol production is associated to the biomass growth, whereas the cell-growth showed a substrate inhibition behavior. The time evolution of the redox potential was inversely proportional to the microbial growth and to the ethanol production."