FERMENTAÇÃO

O QUE É FERMENTAÇÃO?

A fermentação não deve ser confundida com a respiração anaeróbica (processo no qual algumas bactérias produzem energia anaerobicamente formando resíduos inorgânicos). Trata-se, na verdade, de um processo anaeróbio de transformação de uma substância em outra, produzida a partir de microorganismos, tais como bactérias e fungos, chamados nestes casos de fermentos.


A fermentação é um conjunto de reações químicas controladas enzimaticamente, em que uma molécula orgânica (geralmente a glicose) é degradada em compostos mais simples, libertando energia. 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 formadas nas celas dos organismos vivos. Uma enzima é um catalisador natural que provoca uma mudança química sem ser afetado por isto.


Hoje sabemos que os processos fermentativos resultam da atividade de microorganismos, como as leveduras ou fermentos (fungos) e certas bactérias. A levedura comum é um fungo composto de minúsculas células tipo vegetais similares às bactérias. Suas enzimas invertase e zimase quebram o açúcar em álcool e gás carbônico. Elas crescem o pão e transformam suco de uva em vinho. Bactérias azedam o leite produzindo ácidos láctico e buturico. Células do corpo humano produzem enzimas digestivas, como pepsina e renina que transformam comida em uma forma solúvel. Exemplo de fermentação é o processo de transformação dos açúcares das plantas em álcool, tal como ocorre no processo de fabricação da cerveja, cujo álcool etilico 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 (leveduras) consomem amido.
De um modo geral o termo fermentação também é usado na biotecnologia para definir processos aeróbios.



COMO PODE OCORRER A FERMENTAÇÃO?

Há dois tipo de fermentação:

• Fermentação aeróbica: ocorre na presença de oxigênio do ar, como por exemplo no ácido cítrico e na penicilina.


• Fermentação Anaeróbica: ocorre na ausência de oxigênio, como por exemplo na cerveja, no vinagre, no iorgute e até em cãimbras.

Reações de Fermentação

Pode-se considerar as reações da fermentação divididas em duas partes principais: a glicólise e a redução do ácido pirúvico.

1) A glicólise é o conjunto de reações iniciais da degradação da glicose, semelhantes em todos os tipos de fermentação e na respiração aeróbia. Tem início com a activação da glicose, que recebe dois grupos fosfato, fornecidos pelo ATP, que se transforma em ADP.
Por este processo de fosforilação a glicose transforma-se em frutose 1,6-difosfato (molécula com 6 carbonos e dois fosfatos) que será quebrada em duas moléculas de gliceraldeído 3-fosfato (molécula com 3 carbonos e um fosfato), pois é altamente instável.
A energia desta quebra permite a ligação de um outro grupo fosfato inorgânico a cada uma destas moléculas, que se tornam gliceraldeído 1,3-difosfato. Estes grupos fosfato, energéticos, são então transferidos para moléculas de ADP, transformando-as em ATP. O gliceraldeído transforma-se, por sua vez, em ácido pirúvico.

Sabe-se que a glicólise ocorre em praticamente todos os seres vivos, mesmo que complementada com outras reações, o que parece confirmar que deverá ter sido o primeiro fenômeno eficiente de produção de energia em células.

2) A segunda parte da fermentação consiste na redução do ácido pirúvico resultante da glicólise. Cada molécula de ácido pirúvico é reduzida pelo hidrogénio que é libertado pelo NADH2 produzido na glicólise, originando, conforme o tipo de organismo fermentativo, ácido láctico, ácido acético ou álcool etílico e dióxido de carbono.
Assim, o rendimento energético líquido deste processo fermentativo é de apenas 2 moléculas de ATP por cada molécula de glicose degradada (recordemos que para activar a glicose foram investidos 2 ATP e que no final se produzem 4 ATP). Este processo é, portanto, muito pouco eficiente, pois apenas 4% da energia contida na molécula de glicose é disponibilizada para o organismo.
A fermentação não utiliza oxigênio e decorre no citoplasma das células, sendo cada etapa catalisada com a ajuda de uma enzima diferente.

A Fermentação na História

Os produtos de fermentação foram usados desde a Antigüidade. 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. Queijo, que envolve a fermentação de leite ou creme, é outra comida muito antiga. Há registros que comprovam o uso de alimentos fermentados pelos sumérios, egípcios antigos, assírios e babilônios. Foram encontradas descrições chinesas do ano 1000 a.C. sobre miso feito com molho de soja.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. Os índios da America Central tratavam feridas infetadas com fungos.

A verdadeira causa de fermentação, porém, não era compreendida até o século XIX. O cientista francês Louis Pasteur, enquanto estudava problemas dos cervejeiros e vinicultores da França, descobriu que um tipo de levedura produz vinho bom, mas um segundo tipo torna-o azedo. Esta descoberta conduziu à teoria da origem de doenças de Pasteur. Estudos realizados por Pasteur permitiram verificar que a fermentação alcoólica estava sempre associada ao crescimento de leveduras, mas que se estas fossem expostas a quantidades importantes de oxigênio produziriam (em vez de álcool e dióxido de carbono) água e dióxido de carbono. Destas observações, Pasteur concluiu que a fermentação é o mecanismo utilizado pelos seres vivos para produzir energia na ausência de oxigénio.

Já em 1897, o químico alemão Buchner demonstrou que a fermentação era apenas uma sequência de reacções químicas, podendo ocorrer fora de células vivas. Foi este estudo que revelou as enzimas e permitiu a compreensão do metabolismo celular em toda a sua globalidade.Em 1930 os bioquímicos alemães Embden e Meyerhof descobriram a totalidade das etapas deste processo, pelo que essa sequência também é conhecida por cadeia de Embden-Meyerhof.

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.

Fermentação Lática

Consiste na oxidação anaeróbica, parcial de hidratos de carbono, com a produção final de ácido lático além de várias outras substâncias orgânicas. É processo microbiano de grande importância utilizado pelo homem na produção de laticínios, na produção de picles e chucrute, e na conservação de forragens. Por outro lado, é responsável pela deterioração de vários produtos agrícolas.As bactérias utilizadas industrialmente são as anaeróbias e microaerófilas, para a produção de ácido acético, lático, glucônico, propiônico e outros, ou para a produção de alimentos (já citados). Os fungos também são usados na produção de ácidos por via fermentativa.





Lactobacillus

Os principais ácidos são: cítrico, glucônico, fumárico, lático, gálico, ácidos graxos e outros. São provenientes da degradação anaeróbica de glicídeos por oxidação incompleta. As bactérias envolvidas nos processos para obtenção de ácidos são principalmente as do gênero Acetobacter e Lactobacillus. As bactérias podem formar inúmeros ácidos diferentes. São, no entanto, de maior interesse econômico algumas das bactérias produtoras de ácido lático, ácido acético e de ácido propiônico.

Fermentação Cítrica

O ácido cítrico, largamente utilizados nas industrias de alimento, refrigerantes, medicamentos, tintas e outras, eram anteriormente extraído de frutos cítricos. Atualmente, é obtido por oxidação parcial aeróbica de hidratos de carbono (sacarose, principalmente) por ação de certos fungos, entre os quais Aspergillus niger, A. wentii, Mucor spp. etc.

Aspergillus niger

Fermentação Butírica

Fermentação butírica é a reação química realizada por bactérias anaeróbias, através da 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, 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.

Clostridium butyricum

Fermentação Alcoólica

É o processo através do qual certos açúcares, principalmente a Sacarose, Glicose e Frutose são transformados em Álcool Etílico (ou Etanol).

Para que isto ocorra, entretanto, torna-se necessária a ação de um "pool enzimático" para o desdobramento destes açúcares em álcool. Estas enzimas são fornecidas por microorganismos, as leveduras (ou fermento).

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.

ácido acético

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.

Fungos

Fungos, juntamente com as bactérias heterotróficas, são os principais decompositores da biosfera, quebrando os produtos orgânicos e reciclando carbono, nitrogênio e outros compostos do solo e do ar. São organismos não fotossintetizantes que crescem rapidamente e, caracteristicamente, formam filamentos chamados hifas, as quais podem ser septadas ou asseptadas. Na maioria dos fungos as hifas são grandemente ramificadas, formando um micélio, que é responsável por todas as funções vegetativas do organismo. Fungos parasitas geralmente têm hifa especializada (haustório) por intermédio da qual extraem carbono orgânico das células vivas de outros organismos.

Os fungos, em sua maioria terrestres, reproduzem-se por meio de esporos, os quais usualmente têm dispersão pelo vento. Células móveis não são formadas em nenhum estágio de seu ciclo de vida. O glicogênio é o polissacarídeo primário de reserva. A membrana celular dos fungos é formada na maioria dos casos, por quitina, e nalguns outros, por celulose.

A maioria dos fungos é saprófita , isto é, eles vivem na matéria orgânica em decomposição. A obtenção de alimento efetua-se por absorção através das paredes das células, pelo que os elementos nutritivos devem estar em forma de solução. O micélio segrega umas enzimas especiais que atuam sobre as substâncias, liquefazendo-as. Noutras situações, o micélio emite uns órgãos chamados haustórios, que penetram no tecido dos organismos hospedeiros absorvendo o alimento.

Muitos fungos são economicamente importantes para o homem como destruidores de alimentos estocados e outros materiais orgânicos. O reino também inclui as leveduras, Penicillium e outros produtores de antibióticos, fermentadores de queijos e cogumelos comestíveis.

Os fungos inferiores, em especial as leveduras, multiplicam-se por gemulação . A multiplicação vegetativa a partir de partes do micélio, é muito vulgar nestes organismos, que se reproduzem por esporos e sexuadamente. Os fungos são um vasto grupo que compreende quase um terço dos organismos existentes na terra e a sua importância para os ecossistemas terrestres é muito grande. Em conjunto com as bactérias e os protozoários, os fungos, em especial os microscópicos, decompõem a matéria orgânica do solo contribuindo para o aumento da sua fertilidade.

Eles mofam pães, estragam sapatos e tingem paredes com manchas verdes. Ao mesmo tempo fontes de remédios — sobretudo antibióticos — e provocadores de doenças, também são mundialmente consumidos na forma de pratos nobres, como as raríssimas e caras trufas e o champignon. Pioneiros entre as formas de vida na Terra, são tão diversos entre si e diferentes de todos os outros seres do planeta que, depois de muita controvérsia sobre sua classificação, acabaram considerados um reino à parte na natureza. Os fungos, que crescem tanto em organismos vivos como nos mortos, começam a ser cobiçados para ajudar empresas brasileiras no controle de qualidade de produtos industrializados.

Bactérias

São seres unicelulares pertencentes à classe dos esquizomícetos, de estrutura muito simples e núcleo difuso, que se reproduzem por cissiparidade. As bactérias têm importante papel na natureza, não só pela variedade de espécies, como também pela reprodução rápida e diversidade de fenômenos em que tomam parte. Devido à sua rápida multiplicação e ação bioquímica, as bactérias constituem um grupo de importância capital para o equilíbrio da natureza. São células procarióticas(anucleadas) que se destinguem do vírus por conterem, como as células eucarióticas(nucleadas) os ácidos desoxirribonucléico e ribonucléico, assim como pelo fato de poderem reproduzir-se independentemente do organismo que parasitam.

Distinguem-se das células eucariontes por não possuírem membrana que separa núcleo e citoplasma(membrana nuclear), nem aparelho respiratório organizado(mitocôndrias).Muitas bactérias apresentam formas resistentes denominadas esporos, que lhes permitem sobreviver por determinado tempo em condições adversas: temperaturas, ambientes secos, etc. A bactéria é constituída por citoplasma com núcleo difuso, limitada por uma menbrana cuja camada externa contém mucilagem e cera.Apesar do tamanho minúsculo, as bactérias podem ser vistas em microscópios ópticos.

Certas bactérias são móveis, graças a prolongamentos muito delgados chamados "cílios"; as não ciliadas são imóveis. No entanto, é principalmente a forma que diferencia umas das outras: podem ser esféricas(cocos), cilíndricas(bastonetes ou bacilos), espiraladas(espirilos) ou recurvadas(vibriões). Os cocos podem ser isolados(micrococos) ou agrupados de dois em dois(diplococos) ou em cubos(sárcinas), em cadeia(estréptococos), em cachos(estafilococos).

Algumas bactérias necessitam de oxigênio(aeróbias), outras não suportam o oxigênio livre(anaeróbias) e muitas podem adaptar-se à presença ou ausência desse gás(anaeróbias mistas ou facultativas). A maioria das bactérias são parasitas ou saprófitas. Algumas são autotróficas.
Sua riqueza enzimática lhes confere intensa atividade bioquímica: degradação de substâncias orgânicas, produção de gases, pigmentos e toxinas(exotoxinas e endotoxinas), depósitos de ferro ou enxofre. Sua proliferação só se é possível em certos limites de temperatura; as bactérias do solo desenvolvem-se à temperatura ambiente, as bactérias patogênicas entre 37 e 40º C.

As bactérias são os agentes das fermentações e das putrefações; transformam as substâncias orgânicas do solo em substâncias minerais e em gases, fixam os gases do ar e enriquecem o solo de nitrogênio, fornecendo, assim, aos vegetais uma parte dos alimentos inorgânicos de que necessitam, interferindo também na digestão intestinal de muitos animais superiores. Algumas são patogênicas para o homem e animais, atuando pelas toxinas e pela perturbação digestiva que acarretam.
Outras são comensais dos meios internos do homem e de animais, podendo até mesmo intervir em seu metabolismo: assim o bacilo amylobacter do tubo digestivo dos mamíferos permite que os herbívoros utilizem a celulose. Quanto às bactérias do solo, a maioria delas assegura a mineralização dos excrementos e dos cadáveres(nitrificação, por ex.), fechando assim os ciclos bioquímicos, enquanto algumas espécies(bacilos tetânicos, botúlico, perfringente, etc.) podem tornar-se patógenas. Reconhecidas em estado fóssil nos terrenos primários, as bactérias também têm contribuído para a formação de rochas combustíveis(carvão, petróleo).

FERMENTO - Ingrediente fundamental para o pão

Não é possível produzirmos um pão, na forma como estamos acostumados a consumi-lo, sem a utilização de fermento, pois é este elemento o responsável para que a massa fique leve e macia, diferente dos pães pesados e massudos (pães ázimos) fabricados pelos povos antigos, há milhares de anos atrás.
O conhecido "fermento biológico" nada mais é do que uma grande quantidade de células de Saccharomyces cerevisiae, um grupo de leveduras muito utilizado na fabricação de bebidas alcoólicas, pão, bolos, biscoitos, etc. Este grupo faz parte dos fungos, e engloba organismos unicelulares com nutrição heterotrófica por não possuírem pigmentos fotossintetizantes. De todos os seres vivos, os fungos são os que possuem a mais rica coleção de enzimas. Esta variedade de enzimas permite que eles "ataquem" praticamente qualquer tipo de material.

O fermento, ou as leveduras, atacam os açúcares da massa, transformando-os em dióxido de carbono (CO2). Durante o descanso da massa o gás formado dobra de volume, provocando o crescimento do pão.
É muito importante diferenciar-se o fermento biológico do fermento químico, utilizado para bolos e biscoitos.

Aplicações e Benefícios

• 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 Tanzânia, 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 Penicilina é um antibiótico que destrói muitas bactérias causadoras de doenças. É derivado de um mofo que cresce em uma mistura fermentativa de substâncias cuidadosamente selecionadas para este propósito. A Penicilina industrial e muitos outros antibióticos se tornaram uma área muito importante da indústria farmacêutica.

• A fermentação melhora a absorção de nutrientes importantes, especialmente ferro e zinco.

• A fermentação melhora o conteúdo protéico e adiciona vitaminas e minerais.

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

• 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.

• 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 seria necessárioum número muito alto de frutos para produzir a quantia de ácido cítrico atualmente feita pela fermentação de melado com o mofo Aspergillus niger.

• As leveduras e algumas bactérias fermentam açúcares, produzindo álcool etílico e gás carbônico, processo denominado fermentação alcoólica. O homem utiliza os dois produtos dessa fermentação: o álcool etílico, empregado há milênios na fabricação de bebidas alcoólicas e o gás carbônico, importante na fabricação do pão, um dos mais tradicionais alimentos da humanidade.

• Os lactobacilos (bactérias presentes no leite) executam a função láctica, em que o produto final é o ácido láctico. Para isso eles utilizam, como ponto de partida, a lactose, o açúcar do leite. O sabor azedo do leite fermentado se deve ao ácido láctico formado e eliminado pelos lactobacilos. O abaixamento do pH (aumento de acidez) causado pelo ácido láctico provoca a coagulação das proteínas do leite e a formação do coalho, usado na fabricação de queijos e iogurtes.

• As acetobactérias provocam o azedamento do vinho e dos sucos e frutas, sendo responsáveis pela produção do vinagre.