RELATÓRIO DE AULA PRATICA: Fermentação Alcoólica

1. Introdução

Produtos de fermentação são usados desde a Antiguidade. Há registros que comprovam o uso de alimentos fermentados pelos sumérios, egípcios antigos, assírios e babilônios. A produção de bebidas alcoólicas pela fermentação de grãos de cereais já era conhecida antes do ano 6.000 a.C. (VILLEN, 2009).

Atribui-se a Bechner, no século XVII, a afirmação de que somente os líquidos açucarados são capazes de entrar em fermentação alcoólica. Ao contrário do que pensavam alguns pesquisadores que o antecederam, para Bechner o álcool se formava durante o processo de fermentação, julgando erradamente, no entanto, a necessidade de ar para causar o fenômeno que ele considerava semelhante à combustão. Os primeiros estudos envolvendo o mecanismo da fermentação alcoólica relacionavam apenas à formação dos produtos inicial e final. Foi Black que primeiro postulou, no século XVIII, que o álcool etílico e gás carbônico eram os únicos produtos formados do açúcar durante a fermentação alcoólica (MENEZES, 1980).

Entretanto, o primeiro a efetuar um estudo quantitativo da fermentação alcoólica foi provavelmente Lavoisier, em 1789. Coube a Pasteur, a partir de 1857, a explicação clara sobre a natureza da fermentação alcoólica, atribuindo-a a seres vivos, as leveduras, como agentes causais. Segundo ele, 100 partes de sacarose proporcionam 105,4 partes de açúcar invertido, que, por sua vez, produzem 51,1 partes de etanol, 49,4 partes de gás carbônico, 3,2 partes de glicerol, 0,7 parte de ácido succínico e uma parte de outras substâncias. As pesquisas subsequentes no desvendamento das reações intermediárias receberam novo ímpeto com a constatação por Büchner, em 1897, que extratos livres de células de levedura possuíam a capacidade de provocar, a fermentação alcoólica (MENEZES, 1980).

Fatores que Afetam a Fermentação Alcoólica

Diversos fatores físicos (temperatura, pressão osmótica), químicos (pH, oxigenação, nutrientes minerais e orgânicos, inibidores) e microbiológicos (espécie, linhagem e concentração da levedura, contaminação bacteriana), afetam o rendimento da fermentação e a eficiência da conversão de açúcar em etanol (LIMA, BASSO e AMORIM, 2001).

Durante a fermentação, a levedura pode estar exposta a vários fatores estressantes. Dentre esses fatores, os mais frequentemente mencionados são os altos teores alcoólicos, a temperatura elevada, a acidez do meio (inclusive no tratamento ácido), a presença de sulfito, a contaminação bacteriana e, mais raramente documentada, a contaminação com leveduras não Saccharomyces (BASSO, 1991; BASSO, 2004).

Segundo Menezes (1980), a faixa de temperatura recomendada está entre 25 e 36°C. Temperaturas inferiores ao limite retardam a fermentação e temperaturas superiores ocasionam a evaporação do álcool e favorecem o aparecimento de contaminações. A temperatura adequada deve ser mantida na fermentação por meio de dispositivos para o resfriamento de dornas. À medida que a temperatura aumenta, a contaminação bacteriana é favorecida e a levedura fica mais sensível à toxidez do etanol. As linhagens industriais de S. cerevisiae são normalmente resistentes a alta temperatura, mas este fator interfere na viabilidade celular quando em sinergia com a presença de etanol ou meio com baixo pH (SILVA FILHO et al., 2005). As leveduras são mesófilas. A faixa de temperatura ideal para a fermentação é um aspecto bastante divergente entre os técnicos. Um ponto considerado é que temperatura acima de 35ºC favorece a multiplicação de bactérias, reduz a viabilidade do fermento e aumenta a acidez. Amorim (2005) afirma que a temperatura poderá chegar aos 35ºC se conseguir manter a contaminação entre 5.106 a 1.107 bactérias/mL. Nesta temperatura a levedura multiplica menos e aumenta o rendimento.

O pH correto para favorecer a levedura e inibir o desenvolvimento de muitos tipos de bactérias está entre 4,0 e 5,0 (MENEZES, 1980). Nos mostos industriais, os valores de pH geralmente se encontram na faixa de 4,5 a 5,5. No processo com reutilização da levedura, é realizado tratamento com ácido sulfúrico em pH de 2,0 a 3,2, durante uma a duas horas, visando à redução da carga microbiana. Desta forma, a fermentação alcoólica se inicia com valores de pH baixos, finalizando com valores de 3,5 a 4,0 (LIMA, BASSO e AMORIM, 2001).

1.2 Bioquímica da Fermentação Alcoólica

A fermentação alcoólica é a ação de leveduras sobre açúcares fermentescíveis contidos em uma solução. É um processo biológico no qual a energia fornecida por reações de oxidação parcial pode ser utilizada para o crescimento de leveduras e a oxidação parcial anaeróbia da hexose na produção de álcool e CO2 (LIMA e MARCONDES, 2002).

A transformação da sacarose em etanol e CO2 envolve 12 reações em sequência ordenada, cada qual catalisada por uma enzima específica, conforme apresentado na Figura 2.1. Tal aparato enzimático encontra-se confinado no citoplasma celular, sendo, portanto, nessa região da célula que a fermentação alcoólica se processa (LIMA, BASSO e AMORIM, 2001).

Os carboidratos considerados substratos para a fermentação tanto podem ser endógenos (constituintes da levedura, como o glicogênio e trealose) como exógenos (sacarose, glicose, frutose e outros), estes últimos fornecidos à levedura (LIMA, BASSO e AMORIM, 2001).

A principal rota metabólica envolvida na fermentação etanólica é a glicólise, na qual uma molécula de glicose é metabolizada e duas moléculas de piruvato são produzidas. Sob condições anaeróbias, o piruvato é convertido etanol com desprendimento de CO2. Teoricamente, o rendimento é 0,511 para etanol e 0,489 para CO2 em base mássica, utilizando como substrato uma hexose. Dois ATPs produzidos na glicólise são usados na condução da biossíntese das leveduras, que envolve diversas biorreações que requerem energia. Portanto, a produção de etanol está fortemente relacionada com o crescimento das leveduras, o que significa que leveduras devem ser produzidas como subproduto. Sem o consumo contínuo de ATP pelo crescimento celular, o metabolismo glicolítico seria interrompido imediatamente, em razão do acúmulo intracelular de ATP, que inibe a fosfofrutoquinase, uma das mais importantes enzimas reguladoras da glicólise (BAI, ANDERSON e MOO-YOUNG, 2008).

O objetivo principal da levedura, ao metabolizar anaerobiamente o açúcar, é gerar uma forma de energia (ATP, adenosina trifosfato) que será empregada na realização de diversas funções fisiológicas (absorção, excreção e outras) e biossínteses necessárias à manutenção