Fermentação

A fermentação é um processo anaeróbio de transformação de uma substancia em outra, produzida a partir de microrganismo, tais como bactérias e fungos, chamados nestes casos de fermentos. Exemplo de fermentação é o processo de transformação dos açúcar das plantas em álcool, tal como ocorre no processo de fabricação da cerveja, cujo álcool etílico é produzido a partir do consumo de açúcares presentes no malte, que é obtido através da cevada germinada.Outro exemplo é o da massa do [bolo,pão..] onde os fermentos (levedura) consomem amidoEsses fungos começam a digerir o açúcar da massa do pão, liberando CO2 (gás carbónico), que aumenta o volume da massa.De um modo geral o termo fermentação também é usado na biotecnologia para definir processos aeróbicos.

Há dois tipos de fermentação:

Fermentação aeróbica: ocorre na presença de oxigenio do ar, como por exemplo em: acido citrico, penicilina.
Fermentação Anaeróbica: ocorre na ausência de oxigênio, como por exemplo em: Iogurtes, Vinagre, Cerveja, Vinho.
Não deve ser confundida com a respiração anaeróbica (processo no qual algumas bactérias produzem energia anaerobicamente formando resíduos inorgânicos). A fermentação é usada na conserva de alimentos (por exemplo, de chucrute).

Os benefícios da fermentação

O ácido que é produzido na fermentação azeda ajuda a conservar os alimentos. Nos mingaus fermentados, os ácidos principais são os lácticos e acéticos.
· Na Tanzania, as crianças que comem mingau fermentado têm menos diarréias do que as crianças que comem mingau não fermentado. O mingau é contaminado freqüentemente com bactérias que causam a diarréia devido à água impura ou à falta de higiene. A fermentação ajuda a reduzir a contaminação porque estas bactérias nocivas não podem multiplicar-se tão facilmente em alimentos fermentados.
· A fermentação melhora a absorção de nutrientes importantes, especialmente ferro e zinco.
· A fermentação melhora o conteúdo protéico e adiciona vitaminas e minerais.
· Muitas pessoas preferem o sabor dos alimentos fermentados. Alguns dizem que o sabor azedo ajuda a recuperar o apetite quando as pessoas estão doentes.
· A fermentação reduz a toxina (cianeto) que está naturalmente presente na mandioca, especialmente nas variedades amargas. A maneira tradicional de fazer gari e farinha ralando-se a mandioca e deixando-a de molho em água para fermentar é uma maneira inteligente de permitir que o ácido libere a toxina. O benefício desta prática foi apreciado pelos nossos ancestrais, apesar de que esta ‘ciência’ só foi conhecida recentemente

Cinética de processos fermentativos


Examinados alguns casos relativamente simples de reações enzimáticas, em que uma determinada enzima catalisa a transformação de uma certa substância em outro ou outras, passemos ao caso mais complicado da cinetica de processo fermentativo.Nesse processo,um certo microorganismo,desenvolvendo sua atividade vital em meios de elevada complexidade, transforma substancias em outras,podendo conduzir a resultados de interesse econômico.O agente responsável pela transformação é agora um célula viva que assimila diversos materiais, se produz outras substancias alterando profundamente a composição do meio em que vive.O estudo desses processos defronta-se com serio obstáculos, que sumariamente comentados a seguir:
O primeiro problema que surge é saber, das diversas substancias consumidas e produzidas pelo microorganismo, quais devem ser escolhidas para o estudo cinético.Uma vez escolhidas essas substancias, há que se lança mão de métodos analíticos seguros que permitam medir, com elevado grau de confiança, as variações de suas concentrações com o tempo.Durante o processo fermentativo, varia também a concentração de células ativas existentes, em diferentes estágios da fermentação.
Imaginemos que esse problema tenham sido solucionados, e que dispomos, portanto, de métodos seguros de medida de concentrações de nutrientes,de produtos e de microrganismos durante a fermentação.

Tipos de fermentação:

Fermentação alcoólica

Fermentação butríca

Fermentação acética

Fermentação Alcoólica


Na fermentação alcoólica, o ácido pirúvico (3C) é descarboxilado e, assim, liberta CO2 e origina uma molécula de etanol(C2H5OH). Essa redução deve-se à transferência de um H do NADH, formado durante a glicólise, que passa à sua forma oxidada (NAD+), podendo ser novamente reduzido. O rendimento energético final é de 2 ATP, formados durante a glicólise, ficando grande parte da energia da glicose armazenada no etanol.
Procedimentos:
A levedura e outros microorganismos fermentam a glicose em etanol e CO2. A glicose é convertida em piruvato pela glicólise e o piruvato é convertido em etanol e CO2 em um processo de dois passos.No primeiro passo, o piruvato sofre a descarboxilação em uma reação irreversível catalisada pela piruvato descarboxilase. Esta reação é uma descarboxilação simples e não envolve a oxidação do piruvato. A piruvato descarboxilase requer Mg2+ e tem uma coenzima firmemente ligada, a tiamina pirofosfato.No segundo passo, através da ação da álcool desidrogenase, o acetaldeído é reduzido a etanol, com a NADH, derivado da atividade da gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase, fornecendo o poder redutor. A equação geral da fermentação alcoólica é:Glicose + 2ADP + 2Pi ® 2 etanol + 2CO2 + 2ATP + 2H2OA piruvato descarboxilase está caracteristicamente presente nas leveduras de cervejaria e padaria e em todos os outros organismos que promovem a fermentação alcoólica, incluindo algumas plantas. O CO2 produzido na descarboxilação do piruvato pelas leveduras de cervejaria é o responsável pela carbonatação caraterística do champagne.A álcool desidrogenase está presente em muitos organismos que metabolizam o álcool, incluindo o homem. No fígado humano ela cataliza a oxidação do etanol, quer ele seja ingerido quer ele seja produzido por microorganismos intestinais, com a concomitante redução do NAD+ para NADH.A reação da piruvato descarboxilase na fermentação alcoólica é dependente de tiamina pirofosfato (TPP), uma coenzima derivada da vitamina B1. A ausência desta vitamina na dieta humana leva a uma condição conhecida como beribéri, caracterizada por acúmulo de fluidos corporais (inchaço), dores, paralisias e, em última instância, morte. A tiamina pirofosfato desempenha um importante papel na clivagem de ligações adjacentes a um grupo carbonila (como ocorre na descarboxilação dos acetácidos) e nos rearranjos químicos envolvendo a transferência de um grupo aldeído ativado de um átomo de carbono para outro. A parte funcional da tiamina pirosfosfato é o anel tiazol. O próton em C-2 do anel é relativamente ácido e a perda deste próton acídico produz um carbânion que é a espécie ativa nas reações dependentes de TPP. Este carbânion facilmente adiciona-se a grupos carbonila e o anel tiazol é assim posicionado para agir como um escoadouro de elétrons, que facilita fortemente as reações, como esta, de descarboxilação catalizada pelo piruvato descarboxialse.

Fermentação butírica

Fermentação butírica é a reação química realizada por bactérias anaeróbias através do qual se forma o ácido butírico. Este processo foi descoberto por Louis Pasteur em 1861.
Se produz a partir da lactose ou do ácido láctico com a formação do ácido butírico e gás. É característica das bactérias do gênero Clostridium e se caracteriza pelo surgimento de odores pútridos e desagradáveis.
A fermentação butírica é a conversão dos carboidratos em ácido butírico por ação de bactérias da espécie Clostridium butyricum na ausência de oxigênio.

Fermentação Acética

Fermentação Acética consiste na oxidaçao parcial, aeróbica, do álcool etílico, com produção de ácido acético. Esse processo é utilizado na produção de vinagre comum e do ácido acético industrial. Desenvolve-se também na deterioração de bebidas de baixo teor alcoólico e na de certos alimentos. É realizada por bactérias denominadas acetobactérias, produzindo ácido acético e CO2.O químico francês Lavoisier (1743-1794), escreveu no livro "Tratado de Química Elementar" que o vinagre não era nada mais que o vinho acetificado devido à absorção do oxigênio, portanto o resultado apenas de uma reação química. Pensava-se, na época, que a camada gelatinosa que se formava na superfície do vinho em acetificação, a "mãe do vinagre", era apenas um produto da transformação, mas não a causa. Somente mais tarde, Pasteur mostrou que sem a participação da bactéria acética não há formação do vinagre. Assim provou: sempre que o vinho se transforma em vinagre, é devido à participação de bactérias acéticas que se desenvolvem na superfície formando um véu, afirmação esta categoricamente negada pelos químicos da época.Foi Pasteur quem mostrou que o enchimento dos acetificadores com material poroso servia de suporte para o desenvolvimento de bactérias acéticas e não era a causa da acetificação como se pensava. Os substratos não se acetificavam em contato com o ar, através da oxidação direta, havendo necessidade, sempre, da participação das bactérias acéticas. Como em outros campos da ciência, o vinagre foi elaborado e utilizado pelo homem antes que se conhecesse as transformações que ocorriam.A fermentação acética corresponde à transformação do álcool em ácido acético por determinadas bactérias, conferindo o gosto característico de vinagre.As bactérias acéticas constituem um dos grupos de microrganismos de maior interesse econômico, de um lado pela sua função na produção do vinagre e, de outro, pelas alterações que provocam nos alimentos e bebidas.Inicialmente, as bactérias acéticas foram designadas por Micoderma vini. Depois, em relação ao aspecto morfológico, foram classificadas em três espécies: Bacterium aceti, Bacterium pasteurianum e Bacterium kurtzingianus. Somente em 1898 foram classificadas como sendo do gênero Acetobacter.Pela classificação atual, as bactérias acéticas pertencem à família Pseudomonodaceae; aos gêneros Acetobacter e Gluconobacter. As principais espécies de bactérias acéticas são: Acetobacter aceti, Acetobacter pasteurianus, Acetobacter xylinum, Acetobacter schützenbachii e Gluconobacter oxydans.As bactérias acéticas são particularmente instáveis, mostrando acentuado polimorfismo e variação da propriedade bioquímica. Em alguns casos, podem perder até mesmo a capacidade fundamental de oxidar o etanol a ácido acético.As principais espécies de Acetobacter, utilizadas na produção de vinagre, apresentam-se nas formas de bastonetes e cocos, formando correntes e filamentos. Em relação à temperatura, o melhor rendimento é obtido entre 25°C e 30°C, embora suportem temperatura mínima de 4°C a 5°C e máxima de 43°C. No entanto temperaturas inferiores a 15°C e superiores a 35°C tornam a fermentação acética muito lenta, pois reduzem a atividade bacteriana. Quanto ao álcool, a maior parte das espécies suportam até 11,0% v/v. Em relação ao ácido acético, as bactérias acéticas geralmente suportam até 10,0%.A bactéria acética ideal é aquela que resiste à elevada concentração de álcool e de ácido acético, com pouca exigência nutritiva, elevada velocidade de transformação do álcool em ácido acético, bom rendimento de transformação, sem hiperoxidar o ácido acético formado, além de conferir boas características gustativas ao vinagre.Essas bactérias acéticas necessitam do oxigênio do ar para realizarem a acetificação. Por isso multiplicam-se mais na parte superior do vinho que está sendo transformado em

Características gerais do gênero Acetobacter:

As bactérias do gênero Acetobacter são bastonetes elipsoidais, retos ou ligeiramente curvos.
Quando jovens são Gram - e as células velhas são Gram variáveis.
Apresentam a capacidade para oxidar a molécula do etanol e do ácido acético a CO2 e H2O .
São comumente encontrados em frutas e vegetais e estão envolvidos na acidificação bacteriana de sucos de frutas e bebidas alcoólicas, cerveja, vinho, produção de vinagre e fermentação de sementes de cacau.
Os Acetobacter são capazes de fermentar vários açúcares, formando o ácido acético, ou ainda, utilizam este ácido como fonte de carbono, produzindo CO2 e H2O.
As espécies capazes de oxidar o ácido acético estão subdivididas em dois grupos: organismos capazes de utilizar sais de amônio como única fonte de nitrogênio e um outro grupo sem esta capacidade.

Características gerais do gênero Gluconobacter

As bactérias acéticas deste gênero são bastonetes elipsoidais Gram - ou Gram + fracos quando as células estão velhas.
As células desse gênero apresentam-se em pares ou em cadeias.
São aérobios estritos e oxidam a molécula do etanol a ácido acético.
O nome Gluconobacter vem da característica do gênero de oxidar a glicose em ácido glucônico.
A espécie representante do gênero Gluconobacter é o G. oxydans, encontrado em alimentos, vegetais, frutas, fermento de padaria, cerveja, vinho, cidra e vinagre.