Microrganismos na Industria de Bebidas, Notas de estudo de Engenharia Ambiental

Baixe Microrganismos na Industria de Bebidas e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Ambiental, somente na Docsity! 3 1 INTRODUÇÃO Quando um suco de fruta fica estagnado, ocorre a fermentação e, e por meio de uma série de reações bioquímicas, álcool e outras substancias químicas são produzidas a partir do açúcar existente na fruta. Por esta razão, Pasteur estava ansioso para refutar a teoria da geração espontânea: existia a convicção de que os produtos da fermentação do suco de frutas eram resultado da presença de microrganismos, e não que a fermentação produzia microrganismos, como alguns acreditavam. Muitas civilizações antigas produziam bebidas que, atualmente sabemos, são produtos de fermentação microbiana. Frutas e cereais eram empregados na fabricação das mais variadas bebidas alcoólicas, como o vinho e a cerveja, e, posteriormente, destilando certos fermentados obtém-se as chamadas bebidas destiladas, como o uísque, vodka, saque e cachaça. A produção de vinho existe há muito tempo; já na Grécia antiga acreditava-se que o vinho fora inventado por Dionísio, o deus da fertilidade, do drama e do vinho na mitologia grega. Uma cerveja derivada do arroz na China, chamada kiu , tem sua origem por volta de 2300 a.C. O saquê é uma bebida japonesa produzida pela fermentação microbiana de arroz moído. Durante centenas de anos, o povo dos países balcânicos tem consumido produtos de leite fermentado. Tribos da Ásia Central apreciam koumiss, uma bebida alcoólica feita de leite de égua ou camela. Os antropologistas e historiadores não conhecem nenhuma sociedade que não utilize a fermentação para produzir bebidas. Nos tempos remotos, os povos aperfeiçoaram seus produtos fermentados por tentativa e erro, sem compreenderem, no entanto, que a qualidade do produto dependia do fornecimento de um tipo especial de microrganismo. 4 2 FERMENTAÇÃO A fermentação é um processo de obtenção de energia utilizado por algumas bactérias, fungos 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. A fermentação realiza-se em duas fases: a) 1º Fase: Glicólise Nesta fase, uma molécula de glicose C6H12O6, composta por 6 carbonos é desdobrada em duas moléculas de ácido pirúvico, composto por 3 carbonos C3H4O3. Para desencadear a reação são necessários 2ATP (Adenosina trifosfato), após a glicose é oxidada e duas moléculas NAD+ ficam reduzidas em NADH (algum hidrogénio sai da glicose para as moléculas transportadoras NAD+ existentes no citosol). Durante o processo são também sintetizadas 4 moléculas de ATP a partir de 4ADP + 4P, ficando com rendimento de 2ATP (4ATP-2ATP(gastos para desencadear a reacção)). C6H12O6 + 2ATP → 2C3H4O3 + 2NADH + 4ATP cada molécula NADH possui um H2 b) 2º Fase: Fermentação Após a Glicólise o ácido pirúvico é reduzido ao combinar-se com os hidrogénios transportados pelo NADH originando-se ácido láctico C3H6O3. 7 Mesmo a própria levedura não consegue sobreviver em um meio com mais de 25% álcool (a maioria das cepas naturais interrompe o crescimento a 12% etanol em solução). Esta propriedade de eliminar microorganismos indesejáveis foi muito usada na antiguidade: na Europa, muitas fontes de água eram contaminadas, e o vinho e cerveja não possuiam os microorganismos patogênicos. Ocorre produção de etanol, e durante o processo há liberação de CO2. Essa liberação é responsável pelo crescimento de massas de bolo e de pão que possuem fermento (organismo fermentadores). A fermentação também é responsável pela fabricação de bebidas alcólicas. 2.3 Fermentação Acética O termo vinagre, deriva do latim vinum acre, via empréstimo do catalão vinagre, que, também como em português, quer dizer vinho agre ou azedo. O vinagre é um contaminante indesejável na fabricação de vinhos. É, entretanto, um composto bastante utilizado no preparo de alimentos. 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. 8 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 9 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. Segundo a equação da reação oxidativa, o rendimento da transformação do álcool em ácido acético é o seguinte: CH3 - CH2OH + O2 → CH3 - COOH + H2O 1/2 O2 H2O H2O NADP + NADP + H+ CH3CH2OH CH3CHO CH3CH(OH)2 CH3COOH etanol álcool acetaldeído hidrato de aldeído ácido sidrogenase acetaldeído desidrogenase acético 46g de álcool → 60g de ácido acético 1g de álcool → 1,3g de ácido acético Na prática, para se determinar a quantidade de ácido acético de um vinagre a partir do vinho que lhe deu origem, estima-se que, para cada 1% v/v de álcool do vinho, forma-se 1% de ácido acético no vinagre. Por exemplo, um vinho de 10% de álcool originará um vinagre de 10% de ácido acético, no entanto esse rendimento é baixo para os acetificadores industriais. Outra maneira de calcular o rendimento em ácido acético é multiplicar o grau alcoólico do vinho por 1,043. Nesse caso, o vinho com 10% v/v de álcool daria origem a um vinagre de 10,43% de ácido acético. As principais perdas de ácido acético, no processo de acetificação, são devidas ao consumo elevado de álcool pelas bactérias, à evaporação natural dos constituintes voláteis (álcool, ácido acético) e a problemas industriais. 12 3 LEITES FERMENTADOS É todo produto que coagula e diminui o pH do leite, por fermentação láctea, por meio de microorganismos. Nos frascos encontrados no mercado existem variações de lactobacilos, como o Lactobacillus Casei e Bifidobacterium. Qualquer pessoa pode consumir estes alimentos depois da fase do desmame. Quanto maior a freqüência, melhor a manutenção da flora bacteriana e a ingestão de cálcio, pois o leite fermentado é fonte deste mineral. E, para quem costuma ter desconforto após ingerir leite, uma boa noticia é que nesses produtos a lactose já vem processada, ou seja, o individuo não precisa digeri-la no organismo, diminuindo assim os sintomas dessa intolerância. Alimentos fermentados à base de leite, tais como coalhada e iogurte, são importantes na dieta humana. As bactérias do ácido lático são as mais comumente como culturas iniciadoras na preparação desses alimentos. O processo de produção inicia-se com a adição de uma cultura iniciadora ativa no leite pasteurizado, seguida por incubação à temperatura adequada para o crescimento dos microrganismos da cultura iniciadora. O principal produto da fermentação é o ácido láctico, juntamente com quantidades menoirs de substâncias aromatizantes, tal como os compostos diacetil, aromatizante presente na manteirga. A tabela 1, mostra algumas características dos leites fermentados. Tabela 1 – Características dos leites fermentados. Produto fermentado Principais organismos reponsáveis pela fermentação Observações gerais Leitelho cultivado, nata azeda cultivada Uma mistura de estreptococos lácticos ( Steptococcus lactis ou Streptococcus cremoris) com bactérias responsáveis pelo aroma (Leuconostoc citrovorum ou Leuconostoc dextranicum) A função dos estreptococos é produzir ácido láctico, que dá o sabor ácido , e coagular o leite; a função dos Leuconostoc [e produzir substâncias voláteis e neutras que conferem odor característico desejável; a cultura iniciadora deve conter intenso crescimento bacteriano; a incubação é a 21º C. Leite búlgaro Lactobacillus bulgáricus Incubação do leite inoculado a 37º C, similar ao leitelho cultivado; diferindo por apresentar maior acidez e não ter 13 aroma Leite acidófilo Lactobacilulus acidóphilus O leite para a propagação do L. Acidóphilus assim como o volume de leite a ser fermentado são esterelizados, uma vez que este microrganismo é facilmente sobrepujado por bactérias contaminantes. Incubação a 37º C; a acidez deve atingir 0,6 a 0,7%. Iogurte Streptococcus acidóphilus e Lactobacillus bulgaricus Fabricação a partir do leite, no qual os sólidos são concentrados por evaporação da água e adição de sólidos de leite desnatado; o produto tem uma consistência cremosa. Kefir Streptococcus lactis, Lactobacillus bulgaricus e Leveduras fermentadoras de lactose. Uma fermentação láctica e e alcoólica mista; as bactérias produzem ácido (0,6 a 1,0% de ácido láctico) e as leveduras produzem álcool (0,5 a 1% de etenol); os microrganismos aglomeram-se para formar pequenos glânulos chamados grâos de kefir; nos Balcãs, a fermentação se faz em bolsas de couro de cabras; o processo de fermentação pode ser contínuo pela adição de leite fresco, à medida que o produto fermentado é removido. Pode também ser prparado com leite de vaca ou ovelha. Kumiss Similares aos encontrados nos grãos de kefir Produto de fermentação mista ácido-alcoólica fabricado com leite de égua em certas regioes da Rússia. 14 4. FUNGOS UNICELULARES O reino Fungi engloba uma grande variedade de organismos, cerca de 70.000 espécies, que habitam ambientes diversos e que apresentam uma grande variação de forma e tamanho. São eucariontes, aclorofi lados e heterótrofos, ou seja, não produzem seu próprio alimento, dependendo de fontes de matéria orgânica, viva ou morta, para a sua alimentação. Os fungos classificados como microorganismos são aqueles compostos apenas por uma única célula, e pertencem a duas classes: Deuteromycetes e Ascomycetes. Um exemplo de fungo unicelular é a levedura (Saccharomyces cerevisae). A levedura se reproduz rapidamente, através de processos assexuados. Para obter energia, a levedura realiza a fermentação e, por esse motivo, é uti lizada na fabricação de bebidas alcoólicas. Na fabricação de bebidas, as leveduras são utilizadas para fermentar diversos ingredientes e, através desse processo, liberar o álcool etílico. Na fabricação do vinho, as leveduras fermentam os açúcares presentes na uva; na produção de cerveja, fermentam a cevada, na fabricação de cachaça, fermentam a glicose presente no caldo de cana-de-açúcar. Produção de bebidas alcoólicas A produção dos diferentes tipos de bebida alcoólica varia de acordo com o substrato fermentado, com o tipo de levedura utilizada e com as diferentes técnicas de fabricação. Por exemplo, a fermentação da cevada produz cerveja, enquanto a fermentação da uva produz vinho. Depois da fermentação, certas bebidas passam por processos de destilação, o que aumenta sua concentração em álcool. Exemplos de bebidas destiladas são a aguardente, ou pinga, obtida a partir de fermentado de cana-de-açúcar, o uísque, obtido de fermentados de cereais como a cevada e o centeio, e o saquê, obtido a partir de fermentados de arroz. 17 6. CONCLUSÃO Conforme visto anteriormente, os microrganismos sempre fizeram parte da vida do homem, desde os tempos mais remotos, quando nem se conhecia e sabia da capacidade destes de nos ajudar a produzir insumos necessários para o nosso dia-a-dia, como também ajudar na preservação da nossa saúde. É importante salientar que todo microrganismo é perigoso se usado de forma e quantidades incorretas, pois se trata de um ser vivo, e como tal tem suas necessidades de sobrevivência e para suprir esta necessidade pode nos causar danos. Outro ponto a salientar, é o de que principalmente na produção industrial de produtos fermentados, o microrganismo útil para um processo pode ser maléfico para outro, assim o controle de qualidade nos processos produtivos é de primordial importancia. 18 REFERÊNCIAS PELCZAR JR, Michael J.; CHAN, E.C.S; KRIEG, Noel R. Microbiologia conceitos e aplicações. V.2. 2. ed. 517 p. Tradução Sueli Fumie Yamada. Pearson Education do Brasil. São Paulo, 1997. http://pt.wikipedia.org/wiki/Fermenta . acessado em 06 de out. de 2008. ______Terra, Universo de Vida - Biologia (Ano 1) - Porto Editora ______TORTORA, Gerard J; FUNKE, Berdell R; CASE, Christine L. Microbiologia. PARÁ: ArtMed, 2005.894p.