Fermentação Butírica

Vantagens:
 Controle de oferta de substratos as células:
 Permite alta concentração de substratos indutores;
 Impede o efeito de repressão catabólica (presença de
alta concentração de substrato inibe a síntese de
compostos de interesse – ocorre muito com enzimas e
antibióticos);
 Mantém baixa concentração de substratos inibitórios
para formação de produto (ácido cítrico)
 Permite obtenção de alta concentração celular;
Desvantagens:


Maior risco de contaminação
Maior necessidade de controle do processo (adição
nutrientes)
Contínuo

Outra maneira de se operar biorreatores;

Tanto alimentação de meio nutriente, quanto a retirada de
produto (meio fermentado) são realizados de forma contínua;

Agente biológico converte substrato em condições
estacionárias predeterminadas para seu melhor desempenho;

Podem acontecer com ou sem recirculação de células;

Sistema aberto;

Volume mantido fixo ou constante;

Indutores e repressores podem ser indentificados a partir do
aumento ou da diminuição transiente do rendimento, em
função de uma adição de tais moléculas;

Vantagens:
Inexistência de tempos improdutivos – menor perda de tempo útil;
Menores gastos de mãos de obra;
Maior uniformidade no produto;
Condições ambientais constantes – possibilita o estudo de
influências sobre os bioprecessos;
 Maior produtividade volumétrica;





Desvantagens:
 Maior risco de contaminação (tempo muito longo em sistemas
abertos);
 Dificuldade de utilização de substratos complexos de composições
variáveis;
 Surgimento de mutantes ou variantes genéticos menos produtivas;
- São mais utilizados em bancadas para desenvolvimento de
processos;
- Não são muito usados industrialmente;
- Usados no tratamento de resíduos – não há preocupação com
contaminação.
Tipos de Fermentação

Fermentação Alcoólica

Fermentação Butírica

Fermentação Acética

Fermentação Lática
Fermentação Alcoólica

Via catabólica
Glicose  etanol + CO2





Piruvato sofre descarboxilação (irreversível);
Catalisada pela piruvato descarboxilase;
Tiamina pirofosfato (TPP) – estabilidade entre as cargas
negativas;
Acetaldeído é reduzido a etanol;
Reação final:
Glicose + 2ADP + 2 Pi  2 etanol + 2 CO2 + 2 ATP + 2 H2O

Importância: NADH oxidado em NAD+





O CO2 produzido na descarboxilação do piruvato - responsável
pela carbonatação do champagne, vinho e da cerveja e
crescimento da massa do pão e do bolo;
Processo de fabricação da cerveja (malte) é obtido através da
cevada germinada;
Mesmo princípio ocorre na fabricação da massa de pães e
bolos;
A álcool desidrogenase - cataliza a oxidação do etanol com
redução do NAD+ para NADH;
leveduras que destacam-se como produtoras do etanol:
Saccharomyces, Schizosaccharamyes, Pichia;
Saccharomyces
Schizosaccharamyes
Pichia

critérios tecnológicos:



rendimento;
produtividade - rápida conversão de açucar em álcool, com
baixa produção de coomponentes secundários;
Saccharomyces cerevisiae:
 largo espectro de utilização: pães, bebidas alcoólicas,
etanol;
 levedura seca - matéria-prima para a fabricação de ração
animal ou suplemento vitamínico;

Zymomonas mobilis:
habilidades fermentativas em condições comparáveis exibidas
pelas leveduras;

rendimento;
 tolerância a
[glicose];
 habilidade de crescer em total anaerobiose.


Leveduras selvagens:
 estranhas ao processo de fermentação alcóolica,
podendo ser da mesma espécie ou não;
 contaminação;
 queda no rendimento e na produtividade;
 Queda na qualidade do produto final;
 + frequentemente encontrados:
Candida
Torula
Pichia
Bretanomyces
Kloeckera
Hansenula

Bactérias contaminantes da fermentação
alcoólica provêm do solo que acompanha a matériaprima,da água industrial, do ar e dos equipamentos de
processo;

Os incovenientes são os mesmos citados para as
leveduras;

Ocorrência de fermentações secundárias como lática,
acética, butírica;

As medidas profiláticas são baeadas no controle de
qualidade.
Produção de etanol:


é o solvente mais comum;
matéria-prima de maior uso no laboratório e na indústria
química.
Saccharomyces cerevisae;
 crescimento vigoroso e uma elevada tolerância ao etanol 
grande rendimento final;
 etanol é inibidor em altas concentrações (tolerância das
leveduras)
 crescimento cessa a 5% de etanol (v/v)
 taxa de produção zero em 6 a 10% de etanol (v/v);
Glicose --- enzimas da levedura --- 2 etanol + 2 CO2

sacarose, sucos de frutas, milho, melaço, beterrabas, batatas,
malte, cevada, aveia, centeio, arroz sorgo;


Material celulósico (madeira e resíduos da fabricação da
pasta de papel) – hidrolisados enzimas celulolíticas –
importância econômica.
Culturas mistas de Clostridium thermocellum e C.
thermosaccharolyticum podem ser usadas;
H2O

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 (garapa) - alto teor
de sacarose, cuja fórmula é: C12H22O11
2. Produção de melaço: garapa é
aquecida para se obter o melaço solução de 40% (aproximadamente), em
massa, de sacarose;
3. Fermentação do melaço: acrescenta fermento
biológico, como Saccharomyces cerevisiae ao melaço –
transforma sacarose em etanol (mosto fermentado 12% de seu volume total em etanol);
4. Destilação do mosto fermentado: destilação
fracionada  solução de 96% de etanol e 4% de
água (etanol 96° GL)
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:
o CO2 – produção de bebidas como refrigerante;
o Sobras sólidas – alimentação animal e produto a ser
consumido em caldeiras para geração de calor.
Descarga e alimentação do bagaço na caldeira
Sobras utilizadas como adubo
Bebidas destiladas:
Cachaça
 produzida como o álcool;
 a coluna de destilação fracionada não precisa ser tão eficiente,
60% de H2O - teor alcoólico aprox. 40º GL;
 Vodca: a partir de cereais;
 Uísque: a partir de cevada;
 Uísque bourbon: a partir de milho.

Bebidas Fermentadas:
Vinho
 uva sofre fermentação;
 líquido é filtrado e colocado em barris e garrafas;
 sabor e o aroma de um vinho dependem muito do tipo de uva
 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






Carboidratos são parcialmente oxidados, liberando energia
e compostos orgânicos, (ácido lático) sem aceptor de
elétrons externo;
bactérias ácido-lácticas – produção/conservação de
produtos alimentares;
fibras musculares em situações de intensa atividade física
(sem O2 para respiração);
classificada em dois tipos:
Homolática e Heteroláctica
Gram (+)  Carnobacterium, Enterococcus, Lactococcus,
Lactobacillus, Lactosphaera, Leuconostoc, Oenococcus,
Pediococcus, Streptococcus, Tetragenococcus, Vagococcus
e Weissella.

Streptococcus thermophilus é o
microorganismo mais importante em
alimento


Rhizopus oryzae – apresenta produção
comparável às bactérias homofermentativas
quando em meio glicose;
Uso preferível - tempo gasto na fermentação
é menor e a separação do produto, mais
simples.

A fermentação láctica, tal como a alcoólica,
realiza-se em duas fases:
1ª fase: glicólise
2º Fase: Fermentação
láctica
Equação: Glicose + 2ADP + 2 Pi → 2 lactato + 2 ATP + 2 H2O + 2 H+
Fermentação homoláctica:
 ácido láctico é o único produto;
 bactérias homolácticas podem extrair 2x mais energia;
 O comportamento homofermentativo é observado no
metabolismo da glicose;
 O caráter homofermentativo variável - alteração das
condições de crescimento (concentração de glicose, pH e
limitação de nutrientes);
 Pediococcus, Streptococcus, Lactococcus, Vagococcus e
alguns Lactobacillus - formação de acidez em laticínios.
Fermentação heteroláctica:




produção da mesma quantidade de lactato, dióxido de
carbono e etanol a partir de hexoses;
As bactérias heterolácticas + importantes na produção
de componentes de aroma e sabor (acetilaldeído e o
diacetil);
Os heterofermentadores são Leuconostoc, Oenococcus,
Carnobacterium, Lactosphaera, Weissela e
alguns
Lactobacillus.
Diacetil a partir do citrato – Odor (ex: manteiga)

Aplicação industrial:
 Grande utilização na indústria alimentar;
 Muitos
alimentos devem sua produção e suas
características
às
atividades
fermentativas
dos
microrganismos;
 Alimentos mais estáveis;
 Alimentos fermentados possuem aroma e sabor
característicos que resultam direta ou indiretamente
dos organismos fermentadores
Fermentação acética

Consiste na oxidação parcial, aeróbica, do
álcool etílico, com produção de ácido acético;

produção de vinagre comum e do ácido acético industrial;

deterioração de bebidas de baixo teor alcoólico e na de
certos alimentos;

Acetobacter ou Gluconobacter, pertencentes a família
Pseudomonaceae.  ácido acético e CO2

As bactérias acéticas constituem um grupo de maior
interesse econômico - produção do vinagre e alterações
que provocam nos alimentos e bebidas;

Bactéria ideal:
 resiste à elevada concentração de álcool e de ácido acético;
 pouca exigência nutritiva;
 elevada velocidade de transformação do álcool em ácido
acético;
 bom rendimento de transformação (sem hiperoxidar o ácido
acético);

Bactérias acéticas:
 necessitam do oxigênio do ar para realizarem a acetificação;
 multiplicam-se mais na parte superior do vinho (transformado
em vinagre);
 formando um véu conhecido como "mãe do vinagre“;
 Evitar que um vinho se estrague, deve-se impedir a entrada
de O2 na garrafa (posição horizontal).

alta tolerância à condições ácidas linhagens crescem em pH < 5;
maioria das

são úteis na bioconversão também do ácido propiônico
a partir do propanol, sorbose a partir de sorbitol, ácido
glucônico a partir da glicose;

Algumas têm 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 – forma permanecer na
superfície do líquido (O2 + disponível).

Acetobacter:




são bastonetes elipsoidais, retos ou ligeiramente curvos;
Jovens são Gram (-) e velhas são Gram variáveis;
Frutas e vegetais;
Acidificação bacteriana de sucos de frutas e bebidas
alcoólicas(cerveja e vinho), produção de vinagre e
fermentação de sementes de cacau.
 Fermentam vários açúcares, formando o ácido acético;
 As espécies capazes de oxidar o ácido acético, estão
subdivididos em dois grupos:
○ capazes de utilizar sais de amônio como única fonte de
nitrogênio
○ grupo s/ esta capacidade
 A. aceti é a + representativa; A. mobile, A. suboxidans;

Algumas espécies exigem algumas vitaminas do
complexo B (tiamina, ácido pantotênico e nicotínico);

Algumas demonstram necessidade de ácido paminobenzóico.

Aminoácidos como fontes de nitrogênio:
 A. oxydans e A. rancens – valina, cistina, histidina, alanina
e isoleucina;

Gluconobacter:
 bastonetes elipsoidais Gram (-) ou Gram (+) fracos
quando as células estão velhas;
 apresentam-se em pares ou em cadeias;
 oxidam a glicose em ácido glucônico;
 G. oxydans - alimentos, vegetais, frutas, fermento de
padaria, cerveja, vinho, cidra e vinagre.

Mecanismo de fermentação:

Acetobacter realizam processos catabólicos e anabólicos
por aerobiose e anaerobiose.
O mecanismo de produção do ácido acético ocorre em
duas etapas:
 É formado o acetaldeído por oxidação;
 O acetaldeído é convertido a ácido acético. (75% do
acetaldeído é convertido a ácido acético e os 25%
restantes a etanol)

H 2O
NAD
NADH2

Produção do Vinagre:
 Para a produção do vinagre, são utilizados membros do
gênero Acetobacter;
 Gluconobacter – produz ácido acético de forma pouco
eficiente e não são usados na produção de vinagre;
 Acetobacter aceti utiliza o etanol, produzindo ácido
acético – grande interesse tecnológico.
 A. suboxydans, A. melanogenus, A. xylinum e A.
rancens – comportam de modo semelhante se
adicionados ao meio, pequenas quantidades de
glicose, frutose, glicerol ou manitol.
Fermentação Butírica

a reação química realizada por bactérias anaeróbias, através
da qual se forma o ácido butírico;

Louis Pasteur em 1861;

Se produz, a partir da lactose ou do ácido láctico com
formação de ácido butírico e gás;


É característica das bactérias do gênero Clostridium ;
Surgimento
de
odores
pútridos
e
desagradáveis;
Bactérias Produtoras de Ácido Butírico:
solo, plantas, esterco (leite);
 Clostridium tyrobutyricum e Clostridium butyricum.
 Anaeróbias, formadoras de esporos, temperatura ótima de
37°C;
 não crescem bem no leite porque contêm O2 –queijo
(condições anaeróbias);

Clostridium butyricum

As propriedades do queijo como substrato microbiano
transformam-se durante os primeiros dias da fermentação láctica;
 Lactose é fermentada a ácido láctico – que é neutralizado pelo Ca
 lactato de cálcio;
 Fermentação butírica precoce ("estufamento precoce")
transformação da lactose por C. butyricum;
 Fermentação tardia ("estufamento tardio") - degradação do lactato
pelo C. butyricum ou C. tyrobutyricum (que só fermenta lactato);
 Há produção de grandes quantidades de CO2, H2 e ácido butírico.
 Queijo rancificado
 As formas esporuladas resistem a pasteurização e podem causar
grandes danos na produção de queijos;
 Nitrato de potássio no leite destinado a produção de queijo é
um método eficaz de controle (Carcinogênico);
 Cloreto de sódio - efeito inibitório sobre as bactérias butíricas;
 Os
esporos podem ser eliminados por centrifugação
(bactocentrifugação) e microfiltração.
OBRIGADA !!!!