Fermentação

Alguns seres vivos obtêm energia por meio da oxidação incompleta da glicose sem usar oxigênio. Nesse processo, chamado de fermentação, a quebra da glicose (glicólise) termina com a produção de apenas dois ATPs. A fermentação é um processo de transformação de uma substância em outra, produzida a partir de microorganismos, tais como fungos, bactérias, ou até o próprio corpo, chamados nestes casos de fermentos. Um exemplo de fermentação é o processo de transformação dos açúcares das plantas em álcool, tal como ocorre no processo de fabricação da cerveja, cujos etanol e CO₂ (gás carbônico) são produzidos a partir do consumo de açúcares presentes no malte, obtido através da cevada germinada.
Este é o mesmo processo usado no preparo da massa do pão (ou bolo), onde os fermentos das leveduras ou fungos consomem o açúcar obtido do amido da massa do pão, liberando CO₂ (gás carbônico), que aumenta o volume da massa.
Algumas indústrias se utilizam desse processo na produção de alguns produtos, como:
1. Iogurte, produzido pela fermentação láctica, onde as bactérias, denominadas de lactobacilos, produzem ácido lático;
2. Pão e cerveja, produzidos pela fermentação alcoólica, onde a fermentação é realizada por fungos (anaeróbicos facultativos), que produzem no final álcool;
3. Vinagre, produzido pela fermentação acética, que consiste numa reação química, onde ocorre a oxidação parcial do álcool etílico, obtendo o ácido acético. As bactérias que realizam esse processo são as acetobactérias; etc.
Outro exemplo de fermentação é a que ocorre nos músculos, dár-se-á quando da atividade física intensa e na ausência de oxigênio, com a formação de lactato (ácido láctico).
A fermentação é um processo de obtenção de energia utilizado por algumas bactérias e outros organismos. Ele ocorre com a quebra da glicose (ou outros substratos como o amido) em piruvato, que depois é transformado em algum outro produto, como o álcool etílico e lactato, definindo fermentação alcoólica e láctica (a fermentação também pode ser butírica, oxálica, acética, etc.). Este tipo de obtenção de energia não necessita do oxigênio como aceptor final de elétrons, por isso é chamado de respiração anaeróbica. Porém, ele é 18 vezes menos eficiente em termos de energia, gerando apenas 2 ATPs por molécula de glicose. Mesmo organismos mais derivados, como os mamíferos, são capazes de realizar fermentação láctea em condições anaeróbias locais (falta de gordura nos músculos, por exemplo) para manter o metabolismo por curtos períodos. Antigamente, só usava-se bactérias para a fermentação de bolos e pães. Hoje existem "fermentos artificiais" ou "químicos". Este "fermento químico" incha a massa porque libera CO₂ com o aumento da temperatura, sendo este composto por principalmente bicarbonato de sódio e um ácido fraco, como hidrogeno fosfato de sódio.

Fermentação láctica

Origem: Wikipédia, a enciclopédia livre.

Fermentação láctica é o processo metabólico no qual carboidratos e compostos relacionados são parcialmente oxidados, resultando em liberação de energia e compostos orgânicos, principalmente ácido láctico, sem qualquer aceptor de elétrons externo. É realizado por um grupo de microrganismos denominado de bactérias ácido-lácticas, as quais têm importante papel na produção/conservação de produtos alimentares. Pode ser classificada em dois tipos, de acordo com a quantidade de produtos orgânicos formados: homolática e heteroláctica.

Microrganismos fermentadores

O grupo das bactérias ácido-lácticas é composto por 12 gêneros de bactérias gram-positivas: Carnobacterium, Enterococcus, Lactococcus, Lactobacillus, Lactosphaera, Leuconostoc, Oenococcus, Pediococcus, Streptococcus, Tetragenococcus, Vagococcus e Weisella. Todos os membros desse grupo apresentam a mesma característica de produzir ácido láctico a partir de hexoses. Os Enterococcus e os Lactobacillus não pertencem mais ao gênero Streptococcus, o microrganismo deste último gênero mais importante em alimento é o S. thermophilus. O S. diacetilactis foi reclassificado como uma linhagem de Lactococcus subespécie lactis que utiliza citrato. Algas e fungos (leveduras e ficomicetos) são também capazes de sintetizar ácido láctico. Produção comparável à das bactérias homofermentativas é obtida pelo fungo Rhizopus oryzae em meio de glicose. Sua utilização é preferível à das bactérias homofermentativas, porque o tempo gasto na fermentação é menor e a separação do produto, mais simples.

 Fases

A fermentação láctica, tal como a alcoólica, realiza-se em duas fases:

 1º Fase Glicólise

A glicólise ocorre em dois estágios. O primeiro trata-se de um estágio preparatório, em que a glicose é fosforilada e clivada para gerar 2 moléculas de triose fosfato. Este processo consome 2 ATP, como uma forma de investimento energético. No segundo estágio, 2 moléculas de triose fosfato são convertidas a piruvato, com a concomitante geração de 4 ATP. A glicólise, portanto, tem um rendimento de 2 ATP por glicose.
A equação global final para a glicólise é:
Glicose + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi → 2 Piruvato + 2 NADH + 2H+ + 2ATP + 2H₂O



2º Fase: Fermentação láctica Após a glicólise, a redução do piruvato é catalisada pela enzima lactato-desidrogenase. O equilíbrio global dessa reação favorece fortemente a formação de lactato. Microrganismos fermentadores regeneram continuamente o NAD+ pela transferência dos elétrons do NADH para formar um produto final reduzido, como o são o lactato e o etanol.

 Reação de síntese do ácido lático na fermentação

Glicólise:		+ 2 NAD+	+ 2 ADP + 2 Pi		2		+ 2 NADH + 2 H+ + 2 ATP + 2 H2O
	(glicose)					(ácido pirúvico)
Ácido Lático :	2		+ 2 NADH		2		+2 NAD+
		(ácido pirúvico)				(Ácido Lático)
Reação completa:		+ 2 ADP	+ 2 Pi		2		+ 2 ATP + 2 H+ + 2 H2O
	(glicose)					(Ácido lático)

Rendimento
O rendimento em ATP da glicólise sob condições anaeróbicas (2 ATP por molécula de glicose), como é o caso da fermentação, é muito menor que o obtido na oxidação completa da glicose até CO₂ e H₂O sob condições aeróbicas (30 ou 32 ATP por molécula de glicose). Portanto, para produzir a mesma quantidade de ATP, é necessário consumir perto de 18 vezes mais glicose em condições anaeróbicas do que nas condições aeróbicas. Em termos energéticos, a glicólise libera apenas uma pequena fração da energia total disponível na molécula da glicose. Quando a glicose é completamente oxidada a CO₂ e H₂O, a variação total de energia livre padrão é -2840 kJ/mol. A degradação da glicose na via glicolítica até duas moléculas de piruvato (∆G’0 = -146 kJ/mol) libera, portanto, apenas 5,2% da energia total que pode ser obtida da glicose pela oxidação completa [(146/2840)x100].

Equação Geral

O processo geral da glicólise anaeróbica pode ser representado como:
Glicose + 2ADP + 2 Pi → 2 lactato + 2 ATP + 2 H₂O + 2 H+
Com a redução de duas moléculas de piruvato a duas de lactato, são regeneradas duas moléculas de NAD+. O processo global é equilibrado e pode continuar indefinidamente: uma molécula de glicose é convertida em duas de lactato, com a geração de duas moléculas de ATP e, ainda, NAD+ e NADH são continuamente interconvertidos sem nenhum ganho ou perda global na quantidade de cada um deles.

Tipos de fermentação
A classificação da fermentação láctica é feita com base nos produtos finais do metabolismo da glicose:

• Fermentação homoláctica: processo no qual o ácido láctico é o único produto da fermentação da glicose. As bactérias homolácticas podem extrair duas vezes mais energia de uma quantidade definida de glicose do que as heterolácticas. O comportamento homofermentativo é observado quando a glicose é metabolizada, mas não necessariamente quando as pentoses o são, já que algumas bactérias homolácticas produzem ácidos acético e láctico quando utilizam pentoses. O caráter homofermentativo de algumas linhagens pode ser mudado pela alteração das condições de crescimento, tais como concentração de glicose, pH e limitação de nutrientes. Todos os membros dos gêneros Pediococcus, Streptococcus, Lactococcus e Vagococcus são homofermentadores, assim como alguns Lactobacillus, e são muito importantes para a formação de acidez em laticínios.

• Fermentação heteroláctica: processo no qual ocorre produção da mesma quantidade de lactato, dióxido de carbono e etanol a partir de hexoses. As bactérias heterolácticas são mais importantes do que as homolácticas na produção de componentes de aroma e sabor, tais como o acetilaldeído e o diacetil. Os heterofermentadores são Leuconostoc, Oenococcus, Weissela, Carnobacterium, Lactosphaera e alguns Lactobacillus. O processo de formação de diacetil a partir de citrato na indústria de alimentos é fundamental para a formação de odor, p. exemplo na fabricação de manteiga.

Aplicação industrial da fermentação láctica

Alguns alimentos podem se deteriorar pelo crescimento e ação de bactérias ácido-lácticas. No entanto, a importância deste grupo de microrganismos consiste em sua grande utilização na indústria alimentar. Muitos alimentos devem sua produção e suas características às atividades fermentativas dos microrganismos em questão. Queijos maturados, conservas, chucrute e lingüiças fermentadas são alimentos que possuem uma vida de prateleira consideravelmente maior que a matéria-prima da qual eles foram feitos. Além de serem mais estáveis, todos os alimentos fermentados possuem aroma e sabor característicos que resultam direta ou indiretamente dos organismos fermentadores. Em alguns casos, o conteúdo de vitaminas dos alimentos cresce juntamente com o aumento da digestibilidade da sua matéria-prima. Nenhum outro grupo ou categoria de alimentos é tão importante ou tem sido tão relacionado ao bem estar nutricional em todo o mundo quanto os produtos fermentados.

Fermentação alcoólica

A formação de dióxido de carbono é a causa do aumento de volume do pão

A Fermentação alcoólica é um processo biológico no qual açúcares como a glicose, frutose e sacarose são convertidos em energia celular com produção de etanol e dióxido de carbono como resíduos metabólicos. Como este processo pode ser realizado sem a presença de oxigênio é considerado um processo anaeróbico.
Praticamente todos os organismos vivos podem utilizar a glicose para produção da energia necessária para seus processos metabólicos. Neste processo, chamado glicólise, a glicose e alguns outros açúcares são transformados em outras substâncias, com liberação de energia. O que determina quais substâncias serão produzidas depende do tipo de microorganismos e o meio onde vivem. As leveduras de cervejaria e padaria e em todos os outros organismos que promovem a fermentação alcoólica, incluindo algumas plantas, fermentam a glicose em etanol e CO₂, de forma que, neste processo, toda massa de glicose está contida nos produtos e não é utilizada outra substância como "matéria prima" (como oxigênio, nitrato, íons ferricos, etc).
O processo de glicólise, comum as fermentações, produz ácido pirúvico, que no meio celular encontra-se ionizado na forma de piruvato e um intermediário reduzido, o NADH.
Como a quantidade de NADH é limitada e ele é necessário na sua forma oxidada (NAD+) na glicólise e, consequentemente, na continuação do processo de produção de energia, o NADH tem que ser oxidado. A forma como ele será oxidado caracteriza o tipo de fermentação, e quase sempre utiliza o outro subproduto da glicólise: o piruvato ou seus derivados.
Na fermentação alcoólica, o piruvato sofre descarboxilação (perda de um átomo de carbono, na forma de CO2), pela ação de uma enzima (piruvato descarboxilase), formando aldeído acético. Este aldeído sofre redução, oxidando o NADH para NAD+ e formando o etanol, processos intermediados pela enzima álcool desidrogenase.

Importância

O CO₂ produzido na descarboxilação do piruvato pelas leveduras é o responsável pela carbonatação caraterística do champagne (vinho) e da cerveja, assim como pelo crescimento da massa do pão e do bolo.
A álcool desidrogenase está presente em muitos organismos que metabolizam o álcool, incluindo o homem. No fígado humano ela cataliza a oxidação do etanol, quer ele seja ingerido quer ele seja produzido por microorganismos intestinais, com a concomitante redução do NAD+ para NADH.
O álcool produzido pelas picadas é também um meio de defesa contra outros microorganismos. Mesmo a própria levedura não consegue sobreviver em um meio com mais de 25% álcool (a maioria das cepas naturais interrompe o crescimento a 12% etanol em solução). Esta propriedade de eliminar microorganismos indesejáveis foi muito usada na antiguidade: na Europa, muitas fontes de água eram contaminadas, e o vinho e cerveja não possuiam os microorganismos patogênicos.
Ocorre produção de etanol, e durante o processo há liberação de CO₂. Essa liberação é responsável pelo crescimento de massas de bolo e de pão que possuem fermento (organismo fermentadores). A fermentação também é responsável pela fabricação de bebidas alcoólicas. A principal cidade produtora de alcool é Paracatu , no estado de Minas Gerais.
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