A fermentação é um processo metabólico usando alguns organismos de energia e de nutrientes a partir de certos compostos orgânicos. Uma característica importante da fermentação é que é uma reação anaeróbica, o que significa que ocorre na ausência de oxigênio.
Muitos microrganismos usam a fermentação como mecanismo de produção de energia na forma de ATP. A energia é obtida através da degradação de moléculas orgânicas, como amido ou açúcar, através da fermentação.
Leveduras fermentam açúcares e os convertem em álcoois, enquanto bactérias convertem certos carboidratos em ácido lático. A fermentação também ocorre em frutas, fungos e músculos dos mamíferos.
Esse processo natural de fermentação tem sido amplamente utilizado pelo homem moderno para obter produtos de interesse, como cerveja, vinho, iogurte e queijos, entre outros. O estudo da fermentação é chamado cimologia.
Processo de fermentação
Como outros processos metabólicos de obtenção de energia, a fermentação começa com a glicólise . Essa reação metabólica é baseada na degradação das moléculas de glicose para obter importantes moléculas de energia. Durante esse processo, a glicose é degradada por oxidação e as moléculas de NADH e piruvato são geradas.
Nas reações aeróbicas (que usam oxigênio), o NADH e o piruvato participam de um mecanismo chamado fosforilação oxidativa, um processo realizado na membrana mitocondrial e altamente eficiente na produção de energia na forma de moléculas de ATP.
Por outro lado, a fermentação não leva a uma produção tão eficiente de energia, porque algumas moléculas, como o NADH, não conseguem liberar seus elétrons para se tornarem NAD + novamente, que é a forma oxidada da molécula e é necessária para ajudar a gerar mais Moléculas de ATP.
Consequentemente, ocorrem outras reações metabólicas que garantem que as moléculas de NADH doem seus elétrons para outra molécula orgânica, como a glicólise piruvato. Essa oxidação de NADH em NAD + permite que a glicólise continue trabalhando.
Tipos de fermentação
Fermentação alcoólica
Na fermentação alcoólica, as moléculas de NADH doam seus elétrons para outras moléculas derivadas do piruvato e, portanto, um álcool é produzido. O álcool produzido é especificamente etanol ou álcool etílico e é um processo que ocorre em duas etapas.
Na primeira etapa, um grupo carboxila de piruvato é liberado, que é liberado na forma de dióxido de carbono, deixando assim uma molécula de dois carbonos chamada alcetaldeído.
Na segunda etapa, o NADH passa seus elétrons para o acetaldeído produzido anteriormente, que produz etanol e regenera o NAD +, necessário para manter a glicólise e, consequentemente, o suprimento de piruvato.
A equação química líquida para a produção de etanol a partir de glicose é:
C6H12O6 (glicose) → 2 C2H5OH (etanol) + 2 CO2 (dióxido de carbono)
As leveduras realizam a fermentação alcoólica usada na produção de bebidas alcoólicas comuns, como cerveja e vinho, bem como na fabricação de pães.
É importante observar que o álcool é tóxico em grandes quantidades, tanto para leveduras quanto para humanos, que estabeleceu níveis de tolerância variando de aproximadamente 5 a 21%.
Fermentação láctica
Na fermentação do ácido lático, o NADH transfere seus elétrons diretamente para o piruvato, gerando uma molécula de lactato. As bactérias que produzem iogurte o fazem através da fermentação láctica, bem como das células vermelhas do sangue no corpo humano.
A seguinte equação descreve a produção de ácido lático a partir da glicose:
C6H12O6 (glicose) → 2 CH3CHOHCOOH (ácido láctico)
A produção de ácido lático também pode ocorrer a partir de lactose e água, conforme indicado na seguinte equação resumida:
C12H22O11 (lactose) + H2O (água) → 4 CH3CHOHCOOH (ácido lático)
A fermentação láctica também pode ocorrer nas células musculares, mas apenas sob certas condições; por exemplo, quando o exercício físico é muito intenso e há pouco suprimento de oxigênio.
O ácido lático produzido nos músculos é transportado pela corrente sanguínea para o fígado, onde é convertido novamente em piruvato para ser reutilizado em outras reações de produção de energia.
Microrganismos envolvidos na fermentação de alimentos
Os grupos mais comuns de microorganismos envolvidos na fermentação de alimentos são os seguintes:
Bactérias
As bactérias do ácido láctico dos gêneros Lactobacillus , Pediococcus , Streptococcus e Oenococcus , são as bactérias mais importantes nos alimentos fermentados, seguidas pelas espécies de Acetobacter , que oxidam o álcool no ácido acético.
A fermentação com ácido acético tem sido amplamente utilizada para produzir vinagres de frutas, incluindo vinagre de cidra. Um terceiro grupo de bactérias importantes na fermentação são as espécies de Bacillus subtilis , B. licheniformis e B. pumilus , que aumentam o pH do meio.
Bacillus subtilis é a espécie dominante na produção de moléculas que aumentam a alcalinidade do meio, como a amônia. Isso torna o ambiente inadequado para o crescimento de organismos em decomposição, o que ajuda a preservar os alimentos.
Fermentações alcalinas são mais comuns em alimentos ricos em proteínas, como soja e outras leguminosas, embora também tenham sido realizadas com sementes de plantas. Por exemplo, sementes de melancia e gergelim.
Leveduras
Como bactérias e fungos, leveduras podem ter efeitos benéficos e não benéficos na fermentação de alimentos. Algumas leveduras como Pichia estragam a comida, enquanto a Candida é usada para a produção de proteínas de interesse.
O fermento mais benéfico em termos de fermentações alimentares desejáveis é da família Saccharomyces . É a S. cerevisiae envolvida na produção de pão e álcool na fermentação do vinho. A variedade carlbergenisis da família Saccharomyces cerevisiae é a levedura envolvida na produção de cerveja.
A variedade ellipsoideus da família Saccharomyces cerevisiae é amplamente utilizada na produção de vinho. Por outro lado, Schizosaccharomyces pombe e S. boulderi são as leveduras dominantes na produção de bebidas fermentadas tradicionais, especialmente as derivadas de milho e milheto.
Verificou-se que a espécie Schizosaccharomyces pombe tem a capacidade de degradar o ácido málico em etanol e dióxido de carbono e tem sido usada com sucesso para reduzir a acidez em mostos de uvas e ameixas.
Moldes
Os bolores também são organismos importantes no processamento de alimentos, tanto na degradação quanto na conservação. Muitos bolores têm a capacidade de produzir enzimas de importância comercial, como a Aspergillus niger pectinase .
As espécies de Aspergillus estão envolvidas na produção de ácido cítrico a partir de remanescentes de polpa de maçã. As espécies de Aspergillus são frequentemente responsáveis por alterações indesejáveis nos alimentos que causam deterioração.
Por outro lado, as espécies de Penicillium estão associadas ao desenvolvimento do amadurecimento e sabor nos queijos, enquanto as espécies de Ceratocystis estão envolvidas na produção do sabor da fruta. Ao mesmo tempo, Penicillium é o agente causador da produção de toxinas como a patulina.
Referências
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