FERMENTAÇÃO SÓLIDA PARA PRODUÇÃO DE ENZIMAS

INTRODUÇÃO

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. 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 América 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 reações 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.

FERMENTAÇÃO

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.

Há muito tempo o homem utiliza enzimas para catalisar uma série de reações. De acordo com Leadlay (1993), as enzimas já eram utilizadas diariamente na indústria para acompanhar reações químicas fora da célula, muito antes de se entender a natureza e função. O uso do malte da cevada para conversão do amido em açúcares e o uso similar de preparações fúngicas brutas em países orientais são exemplos de alguns usos antigos de enzimas. Entre as enzimas produzidas por técnicas biotecnológicas, aquelas com atividade amilolítica apresentam um papel importante na indústria de alimentos, pois a maioria dos processamentos industriais do amido envolve a hidrólise desse polímero, que passa então a ser convertido em xaropes de glicose, maltose, frutose, maltotetrose, dextrinas e ciclodextrinas. Cada tipo de xarope requer diferentes tipos de enzimas amilolíticas.

As enzimas microbianas também são aplicadas na indústria de alimentos, em sabão em pó e detergentes, na fabricação de papel e tecidos, em sínteses orgânicas, diagnósticos e outros. Apesar das enzimas industriais de origem microbiana serem produzidas, principalmente por fermentação submersa (FSm), a fermentação em estado sólido (FES) representa um método tradicional e favorável em alguns países. A fermentação no estado sólido é cada vez mais, considerada uma alternativa da fermentação submersa para a produção de enzimas para aplicações industriais e em aplicações agrobiotecnológicas, pois requerem baixa tecnologia e maior economia de processo quando comparada ao processo de fermentação submersa.

FERMENTAÇÃO EM ESTADO SÓLIDO (FES)

A FES consiste em uma técnica de crescimento de micro-organismos sobre e no interior de partículas porosas úmidas (suporte ou matriz sólida) na qual o conteúdo de líquido contido na matriz sólida deve ser mantido em valores de atividade de água que assegure o conveniente crescimento e metabolismo celular, mas que não exceda a capacidade máxima de retenção de água na matriz.

Na fermentação em estado sólido, os fungos representam os micro-organismos mais promissores, pela variedade de produtos de seu metabolismo e devido ao desenvolvimento das hifas que permite aos mesmos, maior penetração no substrato e nas regiões porosas entre partículas da matéria-prima, sendo a espécie de Aspergillus niger de grande destaque.

Nesse sentido, a FES se apresenta como uma tecnologia capaz de propor caminhos alternativos para os resíduos gerados, diminuindo possíveis problemas ambientais, bem como de agregar valor a essas matérias-primas, por meio da produção de substâncias de interesse econômico, como enzimas, hormônios, ácidos orgânicos, aromas, pigmentos e agentes de controle biológico de pragas, entre outros, e com isso contribuir para uma maior diversificação do agro-negócio nacional.

A FES é definida como o crescimento de micro-organismos em substratos sólidos umedecidos ou suportes inertes, na ausência (ou quase) de água livre. Neste caso, o micro-organismo pode crescer entre os fragmentos do substrato (dentro da matriz do substrato) ou sobre a superfície do substrato, consumindo o substrato e secretando metabólitos, dentre os quais as enzimas.

A tecnologia de FES não deve ser encarada como uma técnica que substitui a fermentação submersa. Na verdade, cada uma dessas técnicas possui suas potencialidades e particularidades. No entanto, existe o consenso da necessidade de investigação contínua dos fatores relacionados à FES para permitir que o pleno potencial desta tecnologia seja utilizado.

O material sólido utilizado em FES é geralmente fragmentado e de natureza granular ou fibrosa que permite a retenção de água por higroscopia ou capilaridade. A quantidade de água presente varia consideravelmente de acordo com o material utilizado. Os substratos amiláceos são geralmente fermentados entre 25 e 60% de umidade inicial, no entanto, os substratos celulósicos permitem trabalhar com teores de umidade mais elevados – 60 a 80% sem o aparecimento de água livre .

Uma das principais características da FES é a utilização de substratos com baixa atividade de água, na qual as condições de crescimento aproximam-se do habitat natural de fungos, o que facilita o crescimento destes