quarta-feira, 18 de maio de 2016

FERMENTAÇÃO: ALCOÓLICA, LÁTICA E BUTÍRICA

Exemplo de bactérias mostrando os constituintes celulares e suas funções 

Fermentação


A fermentação é um rápido processo de obtenção de energia que também é usado na indústria alimentícia para produção de diversos alimentos que são usados em nosso dia a dia. 

Fermentação alcoólica 

É realizada por leveduras; o ácido pirúvico é convertido em etanol e CO2 em duas etapas: 1ª - O ácido pirúvico é descarboxilado e forma-se acetaldeído; 2ª - O acetaldeído é reduzido pelo NADH a etanol. Os processos fermentativos envolvem conjuntos de reações enzimáticas que ocorrem no hialoplasma: 

1) Glicólise – degradação da glicose em ácido pirúvico- 

Na glicólise a glicose e é oxidada e formam-se duas moléculas de ácido pirúvico. O agente oxidante é o NAD+ que é transformado em NADH. O saldo energético é de duas moléculas de ATP. 

2) Redução do ácido pirúvico 

Conduz à formação dos produtos de fermentação. 

O ácido pirúvico, ou moléculas orgânicas que se formam a partir dele, são aceptores dos elétrons do NADH, o que permite regenerar o NAD+. O NAD+ pode, assim, voltar a ser utilizado na oxidação da glicose com formação de 2 ATP. Os produtos finais da fermentação dependem da molécula orgânica que é produzida a partir do ácido pirúvico.






Fermentação alcoólica 

O homem utiliza os dois produtos dessa fermentação: o gás carbônico importante na fabricação do pão, um dos mais tradicionais alimentos da humanidade e o álcool etílico empregado há milênios na fabricação de bebidas alcoólicas (vinhos, cervejas, cachaças etc.) Mais recentemente tem-se utilizado esses fungos para a produção industrial de álcool combustível. 

Utilização na Produção de Alimentos 

Pão 

A fermentação é realizada pela levedura Saccharomyces cerevisiae e a temperatura favorável é de 27ºC. 

O amido da farinha é hidrolisado em açúcares simples e posteriormente transformado em CO2 e etanol. O CO2 é o produto desejado, uma vez que faz crescer a massa, dando ao pão uma textura porosa. 

A fermentação inicia-se com a adição das leveduras (fermento de padeiro) e termina quando o calor do forno as mata. O calor provoca a expansão do gás, a evaporação do álcool e da estrutura ao pão. 

Vinho 
A fermentação do açúcar de uvas é realizada por leveduras, principalmente do tipo Saccharomyces cerevisiae, que existem na casca das uvas. 
As uvas são colhidas, esmagadas e tratadas com compostos de enxofre, que inibem o crescimento de microrganismos competidores das leveduras. As uvas esmagadas formam o mosto, que inicialmente é mexido para provocar a aeração ou aerificação e o crescimento das leveduras; posteriormente, é deixado em repouso, o que cria condições anaeróbias favoráveis à fermentação (desenvolvimento das leveduras). 
O CO2 liberta-se para a atmosfera no decurso da fermentação (o vinho ferve) e a concentração de etanol, que é o produto desejado, vai aumentando. O etanol torna-se tóxico para as leveduras quando atinge uma concentração de cerca de 12% e a fermentação termina. 
Na vinificação, monitora-se cuidadosamente a fermentação alcoólica até a conclusão do processo. Há uma segunda fermentação, denominada fermentação malolática. Esta etapa, que é uma das mais complexas na elaboração dos tintos, se deve à ação de bactérias lácticas, como Oenococcusoeni, que transformam o ácido málico (diácido) em ácido lático (monoácido). Em consequência da fermentação malolática, a acidez do vinho diminui e aparecem as primeiras modificações aromáticas. Posteriormente, o vinho é clarificado e colocado para envelhecer em tonéis ou garrafas. 

Cerveja 
É fabricada com malte (grãos de cevada germinados e secos), outros materiais ricos em amido (como arroz, milho ou sorgo), lúpulo (um tempero que produz um sabor amargo), água e leveduras das espécies Saccharomyces cerevisiae ou Saccharomyces carlsbergensis
Antes de iniciar a fermentação provoca-se a sacarificação (produção de açucares simples a partir do amido) na mistura de cereais. Durante a fermentação, as leveduras convertem os açucares em etanol e CO2 e pequenas quantidades de glicerol e ácido acético. O CO2 é liberado e o álcool atinge uma concentração de cerca de 3,8% do volume. 
Após a fermentação, a cerveja é armazenada durante alguns meses, durante os quais ocorre a precipitação de leveduras, proteínas e outras substâncias indesejáveis. Por fim, a cerveja é carbonatada, clarificada, filtrada e engarrafada. 

Fermentação Láctica 
O ácido pirúvico é diretamente reduzido a ácido lático pelo NADH; a fermentação homolática produz grandes quantidades de ácido láctico; a fermentação heterolática leva à produção de outras substâncias, além do ácido láctico, como CO2, etanol e ácido acético. 

Utilização na Produção de Alimentos 
Queijo 
Vários tipos de queijo são produzidos por fermentação produzidas por diferentes espécies de bactérias pertencentes aos géneros Propionibacterium, Lactobacillus, Streptococcus e Leuconostoc, em culturas puras ou mistas. As bactérias produzem ácido lático e outras substâncias que contribuem para o aroma. O aumento da acidez provoca a coagulação das proteínas do leite. 

Iogurte 
Produzido por uma cultura mista de Lactobacillus bulgaricus e Streptococcus termophilus. 

Fermentação acética 

A fermentação acética não é propriamente uma fermentação; é uma reação química que consiste na oxidação parcial do álcool etílico, com produção de ácido acético. É assim designada devido às características do produto obtido, o ácido acético.
Desenvolve-se na deterioração de bebidas de baixo teor alcoólico e na deterioração de certos alimentos. É realizada por bactérias dos gêneros: Acetobacter e Glucanobacter.
Este processo é utilizado na produção de vinagre comum e do ácido acético industrial. É realizada por bactérias denominadas acetobactérias as quais convertem a molécula de álcool mais uma molécula de oxigênio (necessário à reação) em uma molécula de ácido acético e outra molécula de água.
Assim, temos C2H5OH + O2 → CH3COOH + H2O.
Para a obtenção do ácido acético deve ocorrer primeiro a fermentação alcoólica, processo anaeróbio realizado por leveduras (Saccharomices sp) cujos produtos obtidos incluem álcool etílico e dióxido de carbono (CO2). Quando o álcool etílico é produzido, este sofre uma oxidação parcial, uma reação aeróbia (dependente do oxigênio), através da ação das acetobactérias. As acetobactérias, também conhecidas por bactérias acéticas, necessitam de oxigênio para realizar acetificação. Por essa razão, multiplicam-se mais na parte superior do vinho que está sendo transformada em vinagre, uma vez que esta região está permanentemente em contato com o oxigênio.
Utilização na Produção de Alimentos:
Vinagre
É obtido a partir de materiais contendo açúcar ou amido, como suco de frutas, vinho ou cereais. É tradicionalmente um subproduto da fabricação do vinho e da cerveja mas qualquer produto com fermentação alcoólica pode ser utilizado na produção do vinagre. 
Possuir de 4 a 14% de ácido acético. No seu fabrico adicionam-se leveduras para conversão dos açúcares em metanol. A seguir, juntam-se bactérias dos gêneros Acetobacter sp ou Glucanobacter sp para transformar o álcool em ácido acético. 
A sua produção compreende duas etapas: 
1. Fermentação do açúcar que é convertido em etanol – processo anaeróbio realizado por leveduras. 
2. Oxidação do etanol a ácido acético. Reação aeróbia realizada por bactérias acéticas dos gêneros Acetobacter e Glucanobacter.



As bactérias acéticas aeróbias utilizadas neste processo, e possuem como importante característica a ausência de algumas enzimas do ciclo dos ácidos tricarboxílicos, tornando incompleta a oxidação de alguns compostos orgânicos (baixa oxidação). Por isso, são úteis não apenas para a bioconversão, produzindo ácido acético, mas, também, para outras, como ácido propiônico a partir do propanol, sorbose a partir de sorbitol, ácido glucônico a partir da glicose, além de outros.

Esta propriedade de baixa oxidação é explorada na produção de ácido ascórbico (vitamina C). O ácido ascórbico pode ser formado a partir de sorbose, mas este composto é de difícil síntese química. Portanto, é convencional a sua obtenção microbiologicamente via bactéria do ácido acético, que oxida a molécula do sorbitol (um álcool açúcar de fácil obtenção) a sorbose, através de um processo de bioconversão. O uso de bactéria do ácido acético torna a manufatura do ácido ascórbico economicamente viável. As bactérias do ácido acético, assim originalmente definidas, compreendem um grupo de microrganismos aeróbios, Gram -, bastonetes, que apresentam motilidade, realizam uma oxidação incompleta de alcoóis, resultando no acúmulo de ácidos orgânicos como produto final. Com o etanol como substrato, ácido acético é produzido, daí originando o nome deste grupo de bactérias. Outra propriedade é a relativamente alta tolerância à condições ácidas, a maioria das linhagens são capazes de crescer a valores de pH menores que 5. O nome do gênero Acetobacter foi originalmente utilizado para denominar todas as bactérias do ácido acético, mas hoje já se sabe que as bactérias do ácido acético compreendem um grupo bacteriano heterogêneo, compreendendo organismos que apresentam flagelos polares ou peritrícos. Atualmente, o gênero Acetobacter, compreende as bactérias acéticas que apresentam flagelos peritrícos, com capacidade para oxidar ácido acético. Um outro gênero presente no grupo das bactérias do ácido acético, denominado primeiramente Acetomonas e mais recentemente Gluconobacter, apresentam flagelos polares, e são incapazes de oxidar o ácido acético, devido a ausência do ciclo dos ácidos tricarboxílicos completo. Outra característica interessante de algumas espécies do grupo das bactérias acéticas, aérobias estritas, é a capacidade para sintetizar celulose. A celulose formada não difere significantemente da celulose dos vegetais. O Acetomonas xylinum forma sobre a superfície de um meio líquido, uma capa de celulose, o que pode ser uma forma do organismo assegurar a sua permanência na superfície do líquido, onde o O2 está mais disponível.


As reações que ocorrem são duas:
1) C6H12O6 = 2 C2H5OH + 2 CO2
glicose (180g) etanol (46g)
2) 2 C2H5OH + 2 O2 = 2 CH3COOH + 2 H2O
etanol (32g) ácido acético (60g)
 

Fermentação Butírica 
Geralmente está associada ou ocorre depois da fermentação lática. É a reação química realizada por bactérias anaeróbias, através da qual se forma metabolicamente o ácido butírico acético, fórmico, CO2, alcoóis e etc. 
Este processo foi descoberto por Louis Pasteur em 1861. É realizado por bactérias do gênero Clostridium e se caracteriza pelo surgimento de odores pútridos e desagradáveis (odor rançoso). Na fermentação butírica ocorre a conversão dos carboidratos em ácido butírico por ação de bactérias da espécie Clostridium butyricum na ausência de oxigênio.


Tabela mostrando os tipos de fermentação e seus produtos 


Esquema mostrando os tipos de fermentações 


1) Cite exemplos de alimentos resultante de cada tipo de fermentação constante na figura acima: Tipos de fermentação I, II, III.

2) (UEG). Os fungos são importantes organismos popularmente conhecidos como leveduras, bolores, mofos e cogumelos de chapéu. Participam ativamente de processos de fermentação, como no caso da fabricação de vinho e de pão, que dependem de produtos liberados pelas leveduras durante sua atividade fermentativa. Os principais produtos das reações químicas que interessam mais diretamente à fabricação do vinho e do pão são:
a) Ácido lático e álcool etílico.
b) Álcool etílico e ácido acético.
c) Álcool etílico e gás carbônico.
d) Gás carbônico e ácido lático.

3) (UNCISAL) A célula precisa da glicose como fonte de energia para sobreviver. Uma forma de se obter energia pode ser por meio de uma reação, como a ilustrada a seguir.
C6H12O6     2 C2H5OH  +  2 CO2 + 2 ATP

Essa reação ilustra a: 


a) Fermentação láctica. 

b) Fermentação alcoólica. 

c) Respiração aeróbica. 

d) Quimiossíntese. 

e) Fotossíntese.

4) (PUC-RJ) O Pró-Álcool, programa de produção de combustível etanol no Brasil, baseia-se na obtenção de um produto resultante de:

a) Respiração aeróbia do açúcar da cana-de-açúcar por bactérias.
b) Respiração anaeróbia do amido da cana-de-açúcar por protozoários.
c) Fermentação do açúcar da cana-de-açúcar por levedura.
d) Acidificação do amido de sementes da cana-de-açúcar.
e) Oxidação completa do açúcar da cana-de-açúcar.

5) (CESGRANRIO)
– 6000 a.C.: babilônios e sumérios utilizam lêvedo para produzir cerveja.
– 4000 a.C.: egípcios descobrem como fazer pão fermentado.
– Ainda na Antiguidade: transformação do leite em iogurte e uso de mofo na elaboração de queijo.
As informações acima envolvem um processo biológico fundamental para os seres vivos que o realizam. Todas as opções apresentam conceitos corretos sobre esse processo, exceto uma. Assinale-a:

a) Na fabricação de iogurte e queijo o produto formado é o ácido láctico.
b) Na fabricação de cerveja e pão os produtos formandos são etanol e gás carbônico.
c) Nesse processo a molécula orgânica utilizada é degradada a ácido pirúvico.
d) O saldo energético obtido nos dois processos é de 2 ATP.
e) Os seres que realizam esse processo objetivam conseguir matéria-prima para sua nutrição.
Produção de energia através da fermentação


A fermentação ocorre na ausência do oxigênio no citosol da célula eucariótica e procariótica. A glicose é degradada em substâncias mais simples, como o ácido lático (fermentação lática) e o álcool etílico (fermentação alcoólica). Tanto na fermentação lática como alcoólica há um saldo de apenas 2 moléculas de ATP e, em ambos os processos, iniciam com o ácido pirúvico obtido da glicólise, como descrito na respiração aeróbia.


6) (Enem - 2012) Há milhares de anos o homem faz uso da biotecnologia para a produção de alimentos como pães, cervejas e vinhos. Na fabricação de pães, por exemplo, são usados fungos unicelulares, chamados de leveduras, que são comercializados como fermento biológico. Eles são usados para promover o crescimento da massa, deixando-a leve e macia. O crescimento da massa do pão pelo processo citado é resultante da: 

a) liberação de gás carbônico. 
b) formação de ácido lático. 
c) formação de água. 
d) produção de ATP. 
e) liberação de calor.

7) (UEL-PR) Utiliza-se a fermentação láctica, alcoólica e acética na fabricação, respectivamente, de:

a) queijo, vinagre e vinho.
b) vinagre, queijo e vinho.
c) vinho, queijo e vinagre.
d) vinho, vinagre e queijo.
e) queijo, vinho e vinagre.



















































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