Universidade Federal de PelotasCentro de Desenvolvimento Tecnológico – CDTec

Graduação em BiotecnologiaDisciplina de BIOPROCESSOS

Profa. Dra. Patrícia S. Diaz

Fermentações Industriais

Fermentações Industriais

Após a obtenção do piruvato na glicólise, vários são os destinos deste, como a fermentação, obtenção de ácido lático ou sua completa oxidação na respiração.

Vias metabólicas fermentativas

Classificação das Fermentações de acordo com os produtos formados

As fermentações podem ser classificada em dois tipos, de acordo com a quantidade de produtos orgânicos formados, em:

Homofermentativa: origina um produto.Exemplo: Bactérias acido láticas, convertem glicose em acido lático.

Heterofermentativa: origina dois produtos ou mais.Exemplo: Bactérias acido láticas, convertem glicose em acido lático e etanol.Via metabólica: glicólise Via metabólica: pentose-fosfato

Resumo das principais características das fermentações típicas

Fermentação alcoólica

É um processo anaeróbio para produção de energia, que ocorre com degradação de carboidratos e formação de etanol e CO2 como compostos principais e, como subprodutos glicerol, ácidos pirúvico e succínico e alcoóis superiores.

A fermentação alcoólica é realizada por leveduras, principalmente do gênero Saccharomyces e bactérias como a Zymomonas mobilis.

As leveduras que destacam-se como produtoras do etanol:

Saccharomyces Schizosaccharamyes Pichia

Formação de etanol e CO2 A seqüência das reações inicia com a via glicolítica até a

formação do ácido pirúvico. A seguir ocorrem duas reações:

1 – Formação de acetaldeído: pela ação da descarboxilase pirúvica, o piruvato passa a gás carbônico e acetaldeído. A piruvato descarboxilase requer Mg2+ e tem uma coenzima firmemente ligada, a pirofosfato de tiamina (TPP), derivada da vitamina B1.

2 - Formação de etanol: através da ação da álcool desidrogenase, o acetaldeído é reduzido a etanol, com a NADH, derivado da atividade da gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase (reação 5 da glicólise), fornecendo o poder redutor.

Reação completa:

Formação de glicerol

Durante a fermentação alcoólica cerca de 5% do açúcar consumido pode ser convertido em glicerol a partir de um desvio da fosfodiidroxiacetona da glicólise, segundo a reação mostrada abaixo:

Formação de alcoóis superiores

Durante o processo de biossíntese de alguns aminoácidos como valina, treonina, leucina e isoleucina são produzidos cetoácidos intermediários. Ocorre descarboxilação e redução desses ácidos pela descarboxilase pirúvica e desidrogenase alcoólica com produção de alcoóis, conforme quadro abaixo:

Leucina alfacetoisocapróico Isoamílico

Valina alfacetoisovalérico Isobutílico

Isoleucina Alfaceto betametilvalérico Amílico ativo

Treonina alfacetobutírico n-propílico

Formação de ácido succínico

O ácido succínico é formado durante a fermentação alcoólica, através da fase oxidativa do ciclo de Krebs, conforme figura abaixo:

Fermentação lática

Os lactobacilos (bactérias presentes no leite) executam fermentação lática, em que o produto final é o ácido lático. Para isso, eles utilizam como ponto de partida, a lactose, que é desdobrado, por ação enzimática que ocorre fora das células bacterianas, em glicose e galactose. A seguir, os monossacarídeos entram nas células, onde ocorre a fermentação.

É o processo metabólico no qual carboidratos e composto relacionados são parcialmente oxidados, em meio anaeróbio, resultando em liberação de energia e compostos orgânicos, principalmente ácido lático, sem qualquer aceptor de elétrons externo.

Principais gêneros de bactérias láticas

Streptococcus thermophilus

Lactobacillus sp.

Fermentação Acética

As acetobactérias fazem fermentação acética, em que o produto final é o ácido acético. Elas provocam o azedamento do vinho e dos sucos de frutas, sendo responsáveis pela produção de vinagres.

Pela classificação atual, as bactérias acéticas pertencem aos gêneros Acetobacter e Gluconobacter. As principais espécies de bactérias acéticas são:

Gêneros Espécies

Acetobacter aceti

pasteurianus

xylinum

schützenbachii

Gluconobacter oxydans

Acetobacter aceti Gluconobacter oxydans

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.

As 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.

Fermentação acetona-butanólica

A literatura cita várias espécies de bactérias capazes de produzir butanol e acetona, mas para produções industriais é indicado o Clostridium acetobutylicum.

Cada empresa que produz esses solventes pode possuir uma cepa de bactéria diferente. A maioria dessas culturas são utilizadas em processos já patentiados (BEESCH, 1952).

As diferenças que as cepas de Clostridium podem apresentar podem ser com relação à proporção de solventes que produzem, como, por exemplo: C. beijeirinckii (C. butylicum) produz solventes na mesma proporção que C. acetobutylicum, mas ao invés de acetona produz isopropanol; C. aurantibutyricum produz tanto acetona quanto isopropanol junto com butanol; já C. tetanomorphum produz quantidades equimolares de butanol e etanol (JONES & WOODS, 1986).

Clostridium acetobutylicum 

Mecanismo de fermentação

A degradação da glicose se dá pela glicólise que é transformada em piruvato. Após as reações seguem o esquema abaixo:

Ciclo de Krebs

Para a operação do ciclo de Krebs a partir de piruvato há necessidade da reação inicial de ativação com a formação de acetil-coenzima A.