Fermentação Alcoólica

Fermentação Alcoólica – O que é

Os seres humanos têm beneficiado do processo de fermentação alcoólica durante milhares de anos.

Pão, cerveja e vinho: a maioria de de nós gostamos!

Mas eles não existiriam se não fosse pela levedura, um microrganismos eucariotos que podem metabolizar os açúcares anaerobicamente através de uma via chamada fermentação alcoólica.

Os seres humanos têm utilizado de leveduras para fazer esses produtos por milhares de anos, mas só soube da sua existência nos últimos duzentos anos

A Fermentação Alcoólica, também conhecido como fermentação de etanol, é a via anaeróbia realizada por leveduras, em que os açúcares simples são convertidos em etanol e dióxido de carbono.

As leveduras normalmente funcionam sob condições aeróbicas, quer na presença de oxigênio, mas também são capazes de funcionar sob condições anaeróbicas, ou na ausência de oxigênio. Quando não está prontamente disponível de oxigênio, bebidas alcoólicas de fermentação ocorrem no citoplasma de células de levedura.

Fermentação Alcoólica – Processo

A fermentação é um processo de transformação de uma substância em outra, produzida a partir de microorganismos, tais como fungos, bactérias, ou até o próprio corpo, chamados nestes casos de fermentos.

A fermentação é um processo de obtenção de energia utilizado por algumas bactérias e outros organismos. Ele ocorre com a quebra da glicose (ou outros substratos como o amido) em piruvato, que depois é transformado em algum outro produto, como o álcool etílico e lactato, definindo fermentação alcoólica e láctica (a fermentação também pode ser butírica, oxálica, acética, etc.). Este tipo de obtenção de energia não necessita do oxigênio como aceptor final de elétrons, por isso é chamado de respiração anaeróbica. Porém, ele é 12 vezes menos eficiente em termos de energia, gerando apenas 2 ATPs por molécula de glicose. De acordo com Pasteur, tanto a velocidade da fermentação quanto a quantidade total de glicose por ela consumida eram muitas vezes maiores em condições anaeróbicas do que sob condições aeróbicas.O chamado efeito Pasteur ocorre porque o rendimento em ATP da glicólise, sob condições anaeróbicas (2 ATP por molécula de glicose) é muito menor que a obtida na oxidação completa da glicose até o CO2 e H2O, sob condições aeróbicas ( 36 a 38 ATP por molécula de glicose). Portanto, para produzir a mesma quantidade de ATP, é necessário consumir perto de 18x mais glicose em condições anaeróbicas do que em condições aeróbicas.

Exemplo de fermentação é o processo de transformação dos açúcares das plantas em álcool, tal como ocorre no processo de fabricação da cerveja, massa de pão, entre outros.

Outro exemplo de fermentação é a que ocorre nos musculos, a quando da atividade fisica intensa e na ausência de oxigenio, com a formação de lactato (ácido láctico).

Em alguns casos a fermentação é usada para modificar um material cuja modificação seria difícil ou muito cara se métodos químicos convencionais fossem escolhidos. A fermentação é sempre iniciada por enzimas que atuam como catalisadores naturais que provocam uma mudança química sem serem afetados por isto.

Os produtos de fermentação foram usados desde a antiguidade Habitantes das cavernas descobriram que a carne envelhecida tem um sabor mais agradável que a carne fresca. Vinho, cerveja, e pão são tão velhos quanto a agricultura. Foram encontrados pães nas pirâmides egípcias construídas há milhares de anos; Queijo, que envolve a fermentação de leite ou creme é outra comida muito antiga, sua fabricação na China e no Japão é conhecida há milhares de anos. O valor medicinal de produtos fermentados é conhecido há muito tempo. Os chineses usavam coalho de feijão-soja mofado para curar infecções de pele há 3.000 anos atrás. Os índios da America Central tratavam feridas infetadas com fungos.

A química das fermentações é uma ciência nova que ainda está em suas fases mais iniciais. É a base de processos industriais que convertem matérias-primas como grãos, açúcares, e subprodutos industriais em muitos produtos sintéticos diferentes. Cepas cuidadosamente selecionadas de mofos, leveduras e bactérias, e são usadas.

As primeiras plantas industriais a utilizarem tecnologia de fermentação foram as fábricas de cerveja. No entanto, foi só no final do século XIX e início do século XX que essa tecnologia passou a ser gradativamente utilizada, tanto na indústria de bebidas e alimentos, como na indústria química.

A indústria química, no início do século XX, iniciou a produção de solventes orgânicos. Só no início da I Guerra Mundial as necessidades de acetona na produção de explosivos estimularam substancialmente a pesquisa no potencial da tecnologia de fermentação.

Em 1923 , Pfizer inaugurou a primeira fábrica para a produção de ácido cítrico por via fermentativa. O processo envolvia uma fermentação utilizando o fungo Aspergillus niger, pelo qual açúcar era transformado em ácido cítrico

Uma descoberta casual: um funcionário de um mercado encontrou um melão embolorado por uma linhagem de Penicillium que podia prosperar quando cultivado em tanques fundos com aeração, e que produzia duzentas vezes mais penicilina que o bolor de Fleming cultivado em meio sólido. Outros antibióticos apareceram rapidamente.

O progresso da fermentação prossegue a passadas largas. A cada ano novos produtos são incorporados à lista de produtos derivados da fermentação. Várias vitaminas são produzidas pelo emprego de etapas de fermentação em sua síntese (B-2 riboflavina, B-12 cianocobalamina e C ácido ascórbico).

Alguns dos bioprocessos mais interessantes são as desidrogenações e hidroxilações específicas do núcleo esteróide. Essas transformações são vias econômicas utilizadas na obtenção da cortisona antiartrítica e seus derivados.

A Penicilina industrial e muitos outros antibióticos se tornaram uma área muito importante da indústria farmacêutica.

O Ácido cítrico é uma das muitas substâncias químicas produzidas por microorganismos. É usado em limpadores de metal e como um preservativo e agente de sabor em alimentos. O Ácido cítrico é responsável pelo sabor azedo de frutas cítricas. Poderia ser obtido delas, mas necessitaria muitos milhares de frutos para produzir a quantia de ácido cítrico atualmente feita pela fermentação de melado com o mofo Aspergillus niger.

Terramicina, é adicionado a rações animais para acelerar o crescimento dos animais e os proteger de doenças.

Tipos de Fermentação

Fermentação Alcoólica
Fermentação Butírica
Fermentação Acética
Fermentação Lática

A Fermentação Alcoólica

O processo de fermentação alcoólica caracteriza-se como uma via catabólica, na qual há degradação de moléculas de açúcar (glicose ou frutose), no interior da célula de microorganismos (levedura ou bactéria) até a formação de etanol e CO2 havendo liberação de energia química e térmica.

O piruvato (proveniente da glicólise) sofre descarboxilação em uma reação irreversível catalisada pela piruvato descarboxilase. É uma reação de descarboxilaxão simples e não envolve a oxidação do piruvato. A piruvato descarboxilase requer Mg2+ e tem uma coenzima firmemente ligada, a tiamina pirofosfato (TPP) que é um cofator essencial para a piruvato-descarboxilase. Esse cofator irá proporcionar estabilidade a essa reação de troca de carga negativa.

Através da álcool desidrogenase, o acetaldeído é reduzido a etanol, com o NADH, derivado da atividade da gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase, fornecendo o poder redutor. Portanto, os produtos finais da fermentação alcoólica são:

Glicose + 2ADP + 2 Pi à 2 etanol + 2 CO2 + 2 ATP + 2 H2O

É importante ressaltar que como a quantidade de NADH é limitada e ele é necessário na sua forma oxidada (NAD+) na glicólise e, consequentemente, na continuação do processo de produção de energia, o NADH tem que ser oxidado. Essa é a importância da realização da fermentação.

O CO2 produzido na descarboxilação do piruvato pelas leveduras é o responsável pela carbonatação caraterística do champagne (vinho) e da cerveja, assim como pelo crescimento da massa do pão e do bolo.

O processo de fabricação da cerveja, cujos álcool etílico e CO2 (gás carbônico) são produzidos a partir do consumo de açucares presentes no malte, é obtido através da cevada germinada. Este é mesmo processo usado no preparo da massa do pão (ou bolo), onde os fermentos das leveduras ou fungos consomem o açúcar obtido do amido da massa do pão, liberando CO2 (gás carbônico), que aumenta o volume da massa.

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.

As leveduras que destacam-se como produtoras do etanol são as espécies do gênero Saccharomyces, Schizosaccharamyes, Pichia e outras.

Os critérios tecnológicos que fazem com que uma levedura seja utilizada comercialmente na fermentação alcoólica são o alto rendimento e elevada produtividade, ou seja, rápida conversão de açucar em álcool, com baixa produção de coomponentes secundários. A espécie mais importante de levedura alcóolica é a Saccharomyces cerevisiae, que possui um largo espectro de utilização, sendo empregada na produção de pães, bebidas alcoólicas, etanol, etc. Sua biomassa pode ser recuperada como subproduto de fermentação e transformada em levedura seca, que constitui em matéria-prima para a fabricação de ração animal ou suplemento vitamínico para o homem.

A bactéria Zymomonas mobilis, que inicialmente foi isolada em mostos fermentadores de cidra, sucos fermentadados de palmeiras, em cervejarias e engenhos de aguardente, apresentou habilidades promissoras de transformar açucares em etanol e gás carbônico, em condições comparáveis áquelas exibidas pelas leveduras.

Zymomonas mobilis apresentam alto rendimento, tolerância a altas concentrações de glicose, habilidade de crescer em total anaerobiose, características que potencializam seu emprego em escala industrial. No entanto, para isso, devem haver mais pesquisas aplicadas.

Leveduras selvagens são aquelas que são estranhas ao processo de fermentação alcóolica, podendo ser da mesma espécie ou não em relação à levedura de processo. Sua presença é resultado de contaminação. Causam queda no rendimento e na produtividade da fermentação,bem como na qualidade do produto final.

Os gêneros de leveduras selvagens mais frequentemente relatados são Cândida, Hansenula, Bretanomyces, Kloeckera, Pichia, Torula, entre outros.

Bactérias contaminantes da fermentação alcoólica provêm do solo que acompanha a matéria-prima, da água industrial, do ar e dos equipamentos de processo.

Os incovenientes são os mesmos citados para as leveduras. Os maiores problemas resultam da ocorrência de fermentações secundárias como lática, acética, butírica.

As medidas profçailáticas são baeadas no controle de qualidade.

Produção de etanol   

Após a água, o álcool é o solvente mais comum, além de representar a matéria-prima de maior uso no laboratório e na indústria química.  Na biossíntese do etanol é empregado linhagens selecionadas de Saccharomyces cerevisae, que realizam a fermentação alcoólica, a partir de um carboidrato fermentável. É muito importante que a cultura de levedura possua um crescimento vigoroso e uma elevada tolerância ao etanol, apresentando assim a fermentação um grande rendimento final. 

O etanol é inibidor em altas concentrações, e a tolerância das leveduras é um ponto crítico para uma produção elevada deste metabólito primário. A tolerância ao etanol varia consideravelmente de acordo com as linhagens de leveduras. De modo geral, o crescimento cessa quando a produção atinge 5% de etanol (v/v), e a taxa de produção é reduzida a zero, na concentração de 6 a 10% de etanol (v/v).   

A transformação bioquímica realizada pela S. cerevisae é a seguinte:       

  Glicose — enzimas da levedura — 2 etanol + 2 CO2 

O etanol pode ser produzido a partir de qualquer carboidrato fermentável pela levedura: sacarose, sucos de frutas, milho, melaço, beterrabas, batatas, malte, cevada, aveia, centeio, arroz sorgo etc, (necessário hidrolisar os carboidratos complexo em açúcares simples fermentáveis, pelo uso de enzimas da cevada ou fúngicas, ou ainda pelo tratamento térmico do material acidificado).

Material celulósico, como madeira e resíduos da fabricação da pasta de papel podem ser utilizados. Por causa da grande quantidade de resíduos de material celulósico disponível, a fermentação direta desses materiais quando hidrolisados por enzimas celulolíticas pode ser de grande importância econômica. 

Culturas mistas de Clostridium thermocellum e C. thermosaccharolyticum podem ser usadas. Hemiceluloses e celuloses são hidrolisadas em monossacarídeos (hexoses e pentoses) por essas bactérias e os monossacarídeos são fermentados diretamente a etanol

O etanol é usado para a fabricação de bebidas e como combustível. No Brasil, a maior parte da produção de etanol é para a indústria de combustíveis. Essa preferência é pelo fato de o etanol não produzir dióxido de enxofre quando é queimado, ao contrário da gasolina que polui a atmosfera.  

A produção de etanol é feita a partir da cana-de-açúcar e obedece aos seguintes procedimentos:  

1. Moagem da cana: A cana passa por um processador, nessa etapa obtém-se o caldo de cana, também conhecido como garapa que contém um alto teor de sacarose, cuja fórmula é: C12H22O11.  

2. Produção de melaço: O produto obtido no primeiro passo (garapa) é aquecido para se obter o melaço, que consiste numa solução de 40% (aproximadamente), em massa, de sacarose. O açúcar mascavo é produzido quando parte dessa sacarose se cristaliza.  

3. Fermentação do melaço: Neste momento, é acrescentado ao melaço fermentos biológicos, como a Saccharomyces, que é um tipo de levedura que faz com que a sacarose se transforme em etanol. A ação de enzimas é que realiza esse trabalho. Após esse processo, se obtém o mosto fermentado, que já contém até 12% de seu volume total em etanol.  

4. Destilação do mosto fermentado: Aqui o produto, no caso o mosto, vai passar pelo processo de destilação fracionada e vai dar origem a uma solução cuja composição será: 96% de etanol e 4% de água. Existe uma denominação que é dada em graus, é o chamado teor alcoólico de uma bebida. No caso do etanol é de 96° GL (Gay-Lussac).

5. Desnaturalização: é misturado com alguma impureza, como por exemplo a gasolina (2-5%), para evitar o consumo humano;

6. Co-produção: utilização das sobras para outros usos:

CO2 – produção de bebidas como refrigerante;
Sobras sólidas – alimentação animal e produto a ser consumido em caldeiras para geração de calor.

 Cachaça é produzida como o álcool, com a única diferença de que a coluna de destilação fracionada usada não precisa ser tão eficiente, podendo deixar passar mais água (em geral 60%, pois a pinga tem teor alcoólico por volta de 40º GL). Dizemos que a pinga é uma bebida alcoólica destilada.

Outros exemplos são:    

Vodca: a partir de cereais.  
Uísque: a partir de cevada.  
Uísque bourbon: a partir de milho.

Já o vinho é uma bebida não-destilada. O suco de uva sofre fermentação, após o que o líquido (que não possui odor desagradável) é filtrado e colocado em barris e garrafas. Pelo fato de não sofrer destilação, o sabor e o aroma de um vinho dependem muito do tipo de uva utilizada, pois as substâncias responsáveis pelo aroma e sabor da uva estarão presentes também no vinho, uma vez que não são separadas por destilação. Já o sabor da pinga não é tão sensível à variedade de cana usada.

Outros exemplos de bebidas fermentadas não-destiladas são:   

Cerveja: a partir da cevada;  
Champanhe: a partir da uva.

Obs.1: As bebidas não-destiladas apresentam teor alcoólica inferior ao das destiladas. Isso ocorre porque, quando o teor alcoólico chega a cerca de 15ºGL, os microorganismos morrem e a fermentação pára. Na destilação, como o álcool é mais volátil que a água, o teor alcoólico aumenta.  

Obs.2: No processo de produção do champanhe, parte da fermentação ocorre dentro da garrafa, produzindo o gás carbônico, que é liberado quando abrimos. 

Fermentação Lática

Fermentação láctica é o processo metabólico no qual carboidratos e compostos relacionados são parcialmente oxidados, resultando em liberação de energia e compostos orgânicos, principalmente ácido láctico, sem qualquer aceptor de elétrons externo. É realizado por um grupo de microrganismos denominado de bactérias ácido-lácticas, as quais têm importante papel na produção/conservação de produtos alimentares, ou pelas fibras musculares em situações de intensa atividade física, nas quais não há suprimento de oxigênio suficiente para que ocorra a respiração celular, ocorrendo acúmulo de ácido láctico na região, o que provoca dores, cansaço e câimbras.

Pode ser classificada em dois tipos, de acordo com a quantidade de produtos orgânicos formados: homolática e heteroláctica.

Microrganismos fermentadores

O grupo das bactérias ácido-lácticas é composto por 12 gêneros de bactérias gram-positivas: Carnobacterium, Enterococcus, Lactococcus, Lactobacillus, Lactosphaera, Leuconostoc, Oenococcus, Pediococcus, Streptococcus, Tetragenococcus, Vagococcus e Weissella. Todos os membros desse grupo apresentam a mesma característica de produzir ácido láctico a partir de hexoses. Streptococcus thermophilus é o microrganismo mais importante em alimento. Algas e fungos (leveduras e ficomicetos) são também capazes de sintetizar ácido lático. Produção comparável à das bactérias homofermentativas é obtida pelo fungo Rhizopus oryzae em meio de glicose. Sua utilização é preferível à das bactérias homofermentativas, porque o tempo gasto na fermentação é menor e a separação do produto, mais simples.

Fases

A fermentação láctica, tal como a alcoólica, realiza-se em duas fases:

1º Fase Glicólise

A equação global final para a glicólise é:

Glicose + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi 2 Piruvato + 2 NADH + 2H+ + 2ATP + 2 H2O

2º Fase: Fermentação láctica

Após a glicólise, a redução do piruvato é catalisada pela enzima lactato-desidrogenase. O equilíbrio global dessa reação favorece fortemente a formação de lactato. Microrganismos fermentadores regeneram continuamente o NAD+ pela transferência dos elétrons do NADH para formar um produto final reduzido, como o são o lactato e o etanol.

Reação de síntese do ácido lático na fermentação

Rendimento

O rendimento em ATP da glicólise sob condições anaeróbicas (2 ATP por molécula de glicose), como é o caso da fermentação, é muito menor que o obtido na oxidação completa da glicose até CO2 e H2O sob condições aeróbicas (30 ou 32 ATP por molécula de glicose). Portanto, para produzir a mesma quantidade de ATP, é necessário consumir perto de 18 vezes mais glicose em condições anaeróbicas do que nas condições aeróbicas.

Equação Geral

O processo geral da glicólise anaeróbica pode ser representado como:

Glicose + 2ADP + 2 Pi 2 lactato + 2 ATP + 2 H2O + 2 H+

Com a redução de duas moléculas de piruvato a duas de lactato, são regeneradas duas moléculas de NAD+.

O processo global é equilibrado e pode continuar indefinidamente: uma molécula de glicose é convertida em duas de lactato, com a geração de duas moléculas de ATP e, ainda, NAD+ e NADH são continuamente interconvertidos sem nenhum ganho ou perda global na quantidade de cada um deles.

Tipos de fermentação

A classificação da fermentação láctica é feita com base nos produtos finais do metabolismo da glicose:

Fermentação homoláctica: processo no qual o ácido láctico é o único produto da fermentação da glicose. As bactérias homolácticas podem extrair duas vezes mais energia de uma quantidade definida de glicose do que as heterolácticas. O comportamento homofermentativo é observado quando a glicose é metabolizada, mas não necessariamente quando as pentoses o são, já que algumas bactérias homolácticas produzem ácidos acético e láctico quando utilizam pentoses. O caráter homofermentativo de algumas linhagens pode ser mudado pela alteração das condições de crescimento, tais como concentração de glicose, pH e limitação de nutrientes. Todos os membros dos gêneros Pediococcus, Streptococcus, Lactococcus e Vagococcus são homofermentadores, assim como alguns Lactobacillus, e são muito importantes para a formação de acidez em laticínios.

Fermentação heteroláctica: processo no qual ocorre produção da mesma quantidade de lactato, dióxido de carbono e etanol a partir de hexoses. As bactérias heterolácticas são mais importantes do que as homolácticas na produção de componentes de aroma e sabor, tais como o acetilaldeído e o diacetil. Os heterofermentadores são Leuconostoc, Oenococcus, Weissela, Carnobacterium, Lactosphaera e alguns Lactobacillus. O processo de formação de diacetil a partir de citrato na indústria de alimentos é fundamental para a formação de odor, p. exemplo na fabricação de manteiga.

Aplicação industrial da fermentação láctica

Alguns alimentos podem se deteriorar pelo crescimento e ação de bactérias ácido-lácticas. No entanto, a importância deste grupo de microrganismos consiste em sua grande utilização na indústria alimentar. Muitos alimentos devem sua produção e suas características às atividades fermentativas dos microrganismos em questão. Queijos maturados, conservas, chucrute e lingüiças fermentadas são alimentos que possuem uma vida de prateleira consideravelmente maior que a matéria-prima da qual eles foram feitos. Além de serem mais estáveis, todos os alimentos fermentados possuem aroma e sabor característicos que resultam direta ou indiretamente dos organismos fermentadores. Em alguns casos, o conteúdo de vitaminas dos alimentos cresce juntamente com o aumento da digestibilidade da sua matéria-prima. Nenhum outro grupo ou categoria de alimentos é tão importante ou tem sido tão relacionado ao bem estar nutricional em todo o mundo quanto os produtos fermentados.          

Fermentação acética   

Desde a Antigüidade a humanidade sabe fabricar  vinagre; basta deixar o vinho azedar. Nessa reação, o etanol reage com o O2 transformando-se em ácido acético. 

O vinagre é azedo, pois se trata da solução aquosa de um ácido. Assim, para evitar que um vinho se estrague, devemos impedir a entrada de oxigênio na garrafa, o que é feito deixando-a na posição horizontal. Se determinarmos os números de oxidação dos átomos presentes nas substâncias envolvidas na reação de fermentação acética, veremos que um dos carbonos e o oxigênio sofreram alterações.   

Podemos dizer que o O2 atuou como agente oxidante, pois causou a oxidação do álcool. Muitos outros agentes oxidantes seriam capazes de executar essa oxidação, como, por exemplo, o permanganato de potássio em meio ácido ou o dicromato de potássio em meio ácido. 

Introdução 

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. A fermentação acética é realizada por um conjunto de bactérias do gênero Acetobacter ou Gluconobacter, pertencentes a família Pseudomonaceae e produz ácido acético e CO2. 

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. 

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 vinagre, formando um véu conhecido como “mãe do vinagre”. Esse véu pode ser mais ou menos espesso de acordo com o tipo de bactéria.

O ácido acético produzido por bactérias desse gênero é o composto principal do vinagre, condimento obtido a partir da fermentação alcoólica do mosto açucarado e subsequente “fermentação acética”.  

Considerações gerais sobre o processo 

Microorganismos:    

As bactérias acéticas utilizadas neste processo são aeróbias e alguns gêneros 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.   

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.   

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.   

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 A. 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. 

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 (superoxidação). 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 subdivididos em dois grupos: organismos capazes de utilizar sais de amônio como única fonte de nitrogênio e um outro grupo sem esta capacidade.  

A espécie representativa do gênero Acetobacter é o A. aceti, que é capaz de utilizar sais de amônio como única fonte de nitrogênio, juntamente com outras espécies: A. mobile, A. suboxidans, etc.   

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.   

Fatores de crescimento: As espécies do gênero Acetobacter tem algumas exigências nutricionais. Exigem algumas vitaminas do complexo B tais como tiamina, ácido pantotênico e nicotínico. E algumas espécies demonstram a necessidade de ácido p-aminobenzóico. As necessidades vitamínicas podem ser supridas com o uso de água de maceração de milho, extrato de leveduras, lisado de leveduras, malte ou extrato de malte.

Algumas espécies necessitam que sejam colocados no meio, aminoácidos como fontes de nitrogênio: A. oxydans e A. rancens necessitam de valina, cistina, histidina, alanina e isoleucina; A. melanogenus não tem essas mesmas necessidades.

Mecanismo de fermentação

Bioquimicamente, os Acetobacter realizam processos catabólicos e anabólicos por aerobiose e anaerobiose. É de interesse industrial, o catabolismo oxidante aeróbio de álcoois e açúcares, realizado por microrganismos, usado na produção de ácido acético ou de vinagre.  

O mecanismo de produção do ácido acético ocorre em duas etapas:    

1º) É formado o acetaldeído por oxidação;  
2º) O acetaldeído é convertido a ácido acético.  (75% do acetaldeído é convertido a ácido acético e os 25% restantes a etanol)

Produção do Vinagre:  

Para a produção do vinagre, são utilizados membros do gênero Acetobacter. Os Gluconobacter, apesar de produzirem ácido acético, o fazem de forma pouco eficiente e não são usados na produção de vinagre. A bactéria Acetobacter aceti utiliza o etanol, produzindo ácido acético, por isso é de grande interesse tecnológico. Outras espécies como o A. suboxydans, A. melanogenus, A. xylinum e A. rancens comportam de modo semelhante. desde que sejam adicionados ao meio, inicialmente, em pequenas quantidades, glicose, frutose, glicerol ou manitol.

Fermentação Butírica

Fermentação butírica é a reação química realizada por bactérias anaeróbias, através da qual se forma o ácido butírico. Este process o foi descoberto por Louis Pasteur em 1861.Se produz, a partir da lactose ou do ácido láctico, áci do 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 butírica:

É a transformação de matéria orgânica complexa, em ácido butírico.

O ácido butírico (produto final da fermentação butídrica) produz-se a partir da lactose ou do ácido láctico com a formação do ácido butírico e gás. É característica das bactérias do género Clostridium e caracteriza-se pelo surgimento de odores e sabores pútridos e desagradáveis. Ocorre quando a fermentação dos hidratos de carbono é feita na ausência de oxigénio

Microrganismos – Bactérias Produtoras de Ácido Butírico

São encontradas no solo, em plantas, no esterco e, por isso, são facilmente encontrados no leite. A silagem estocada em más condições é uma fonte importante de esporos. As principais espécies são Clostridium tyrobutyricum e Clostridium butyricum. Elas são anaeróbias, formadoras de esporos com uma temperatura ótima de crescimento de 37°C.

Esses microrganismos não crescem bem no leite que contém oxigênio, mas se desenvolvem no queijo onde condições anaeróbias prevalecem. As propriedades do queijo como substrato microbiano transformam-se durante os primeiros dias da fermentação láctica. No início, o açúcar (lactose) é o substrato principal, com o decorrer da fermentação o lactato transforma-se no principal elemento capaz de sustentar o crescimento microbiano. A lactose é fermentada a ácido láctico, o qual é neutralizado pelo cálcio e outros minerais, formando lactato de cálcio. Então, a fermentação butírica precoce (“estufamento precoce”) é devido à transformação da lactose por C. butyricum, enquanto que a fermentação tardia (“estufamento tardio”) é conseqüência da degradação do lactato causado por C. butyricum ou C. tyrobutyricum (que só fermenta lactato). Essas fermentações produzem grandes quantidades de dióxido de carbono, hidrogênio e ácido butírico. O queijo adquire uma textura rachada e um gosto rancificado e adocicado de ácido butírico.  

As formas esporuladas resistem a pasteurização e podem causar grandes danos na produção de queijos. A adição de nitrato de potássio no leite destinado a produção de queijo é um método eficaz de controle. Contudo, o uso desse conservante tem sido combatido em vários países pelo presumido risco de formação de carcinogênicos. Também, o sal de cozinha (cloreto de sódio) possui um importante efeito inibitório sobre as bactérias butíricas, mas é importante que o mesmo seja utilizado cedo, na formação do coágulo. Os esporos das bactérias butíricas podem ser eliminados por centrifugação (bactocentrifugação) e microfiltração.

Fermentação butírica: produto final – ácido butírico, álcool butírico e ácido B-hidroxibutírico: também realizam respiração aneróbica.

MECANISMO DA FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA

O termo fermentação vem do latim “fervere”, que significa ferver.

Foi Pasteur, há pouco mais de um século, quem demonstrou ser a fermentação alcoólica realizada por microorganismos na ausência de oxigênio. Atualmente, por fermentação alcoólica se entende um conjunto de reações bioquímicas provocadas por microorganismos chamados leveduras, que atacam fundamentalmente os açucares da uva (glicose e frutose), transformando-os principalmente em álcool etílico e gás carbônico. Na superfície da casca da uva, existe grande quantidade de deles. O bagaço da uva não é liso; sua epiderme é recoberta por uma matéria cerosa chamada previna, que retém os microorganismos. Na previna, junto às leveduras úteis se encontram diversos outros microorganismos, sendo alguns deles desfavoráveis do ponto de vista técnico, como é o caso da bactéria acética.

Atualmente a indústria enológica vai se direcionando casa vez mais para a utilização de fermento selecionado (leveduras selecionadas), no processo de vinificação.

As leveduras mais utilizadas no processo de fermentação alcóolica são espécies originarias do gênero Saccharomyces sendo uma das principais a Saccharomyces cerevisiae.

A fermentação alcóolica ocorre devido ao fato de que as células de levedo produzem a energia que lhes é necessária para sobreviver, através de dois fenômenos de degradação da matéria orgânica: a respiração que necessita do oxigênio do ar ou a fermentação que ocorre na ausência de oxigênio do ar.

A fermentação alcóolica corresponde a uma má utilização de energia. Assim, a levedura necessita transformar muito açúcar e álcool, para assegurar suas necessidades energéticas. Nessas condições a multiplicação da levedura é pequena; ao contrário, o rendimento da transformação do açúcar em álcool é grande, em relação ao peso da levedura. A composição exata do açúcar foi determinada por Gay-Lussac.

É ainda de sua autoria a equação que descreve a fermentação alcóolica:

C6H12O6 = 2 C2H5OH + 2 CO2

Glicose álcool etílico dióxido de carbono

Ou seja, em 180g de glicose, resulta em 92g de álcool etílico e 88g de CO2. Esta reação, apesar de representar a parte fundamental do processo não é, porém, completa, pois outras substâncias se formam além do álcool etílico e CO2.

A proporção de álcool contida em um vinho é medida em graus alcoólicos, segundo o princípio de Gay-Lussac. Assim, por exemplo, quando se diz que um vinho tem 11ºG.L. significa que este conta com 11% do seu volume em álcool, ou seja, que em 100 ml do vinho considerado, 11 ml são de álcool puro (anidro).

Fermentação Malolática

Muitos vinhos sofrem uma fermentação secundária após a primeira (alcoólica).

Essa fermentação é provocada por bactérias lácticas, ex.: Leuconostoc oinos, que transformam o ácido málico (dicarboxílico) em ácido láctico (monocarboxílico), de sabor mais aveludado e em CO2. Em varias regiões do mundo, por motivos de origem climática, freqüentemente são obtidos vinhos tintos com elevada acidez, que irão desta forma se beneficiar com essa segunda fermentação, que provoca uma redução na acidez (desacidificação biológica). Essa fermentação é normalmente desejável nos vinhos tintos; porém, nem sempre é para os brancos.

Fermentação Alcoólica – Equação

A levedura e outros miroorganismos 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 catalisa 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 são o etanol é:

Glicose + 2ADP + 2Pi ® 2 etanol + 2CO2 + 2ATP + 2 H2O

A piruvato descarboxilase está caracteristicamente presente nas leveduras de cervejaria e padaria e em todos os outros os 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 champanhe.

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 microrganismos 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 com beribéri, caracterizada por acúmulo de fluídos 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 a -cetácidos) e nos rearranjos químicos envolvendo a transferência de um grupo a;deído 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 depententes de TPP. Este carbânion facilmente adiciona-se a grupos carbonila e o anel tiazol é assim posicionado para agir como um “escoadouro de életrons”, que facilita fortemente as reações , como esta, de descarboxilação catalizada pelo piruvato descarboxialse.

Tiamina pirofosfato (TPP)

Fonte: study.com/br.geocities.com/www.virtual.epm.br