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Microrganismos e Fermentação
                     Isabel Lopes
Como é possível?
• 1/8 da população mundial    “A actual produção mundial de
  não tem alimentos           alimentos é superior à capacidade de
  suficientes para comer.     consumo dos seres humanos. Assim,
                              podemos constatar que a fome não
                              resulta de uma baixa produtividade ou
• 146 milhões de crianças
                              de pouca produção de alimentos no
  entre os 3 e os 6 anos
                              mundo. A questão, entretanto, é a
  têm peso abaixo da média.
                              seguinte: como os 860 milhões de
                              seres humanos que passam fome
• A cada minuto morrem 12
                              podem ter acesso aos alimentos? “
  crianças com fome.
                                             In http://www.espacoacademico.com.br/090/90andrioli.htm



       IL 2010
Aumento da produção mundial
   • Revolução Verde ( década de 60 séc. XX)
          – Plano baseado em inovações técnicas

          – Agricultura de elevada produção (países
            industrializados)

                         Consequências

  • Diminuição das espécies utilizadas (homogeneidade
  devida à selecção das estirpes genéticas mais produtivas) 
  diminuição da resistência
  • Excesso de uso de fertilizantes e pesticidas (7200
  produtos químicos introduzidos)  Poluição solos, água e ar

IL 2010
Organismos Geneticamente Modificados

   • Revolução Biotecnológica (revolução dos
          genes)
          – 30% dos produtos comercializados são OGM

          – Leque de opções variado

          – Grande quantidade de alimentos


                          Problema?


          Repartição de recursos de
                   forma equilibrada
IL 2010
Microbiologia e Indústria Alimentar


           Tradições com história…

          7000 a.C.: Babilónia antiga – fabrico de cerveja




IL 2010
Microbiologia e Indústria Alimentar


          3500 a.C. : Assírios – arte de
     fabricar vinhos.
          3000 a.C. Sumérios – produção
     de manteiga, técnicas de salga.
          1000 a.C. Romanos – uso de
     gelo para conservação, produção
     de queijos e vinhos e defumação
     de carne.
                                           Fábrica romana de salga




            … Não havia conhecimento da existência e
            intervenção de microrganismos

IL 2010
A evidência da acção dos microrganismos




   … foi Louis Pasteur que no século XIX, evidenciou a
   actividade dos microrganismos na alteração de alimentos…
   … a fermentação não era um processo apenas químico, as
   leveduras e bactérias estavam envolvidas!
IL 2010
Importância da acção dos microrganismos



                            Ambiente




          Decomposição                      Doenças
          e conservação

                          Microrganismos



                                       Biotecnologia
                  Engenharia
                   genética



IL 2010
Interacção microrganismos – alimentos
                     Consequências

    • Produção de certos alimentos
    com características específicas,
    como resultado de processos de
    fermentação;


  • Deterioração dos alimentos, que se
  tornam      impróprios   para   consumo
  humano, como resultado da utilização
  dos nutrientes para o crescimento dos
  próprios microrganismos.


IL 2010
Fermentação e actividade enzimática


                             Microrganismos




                    Fungos                    Bactérias


                                                Queijo
          Bolores            Leveduras
                                               Iogurte


        Tratamento            Pão
      alguns queijos    Bebidas alcoólicas


IL 2010
Fermentação

          …processo anaeróbio em que ocorre a
          produção de ATP, a partir de compostos
          orgânicos, numa série de reacções redox,
          que    não        envolvem     uma       cadeia
          transportadora de electrões.
          A   fermentação     envolve   menores    ganhos
          energéticos   -    apenas     se     formam    2
          moléculas de ATP por molécula de glicose,
          enquanto   que     na   respiração   aeróbia   se
          formam 36 ATP.


IL 2010
Fermentação




    Leveduras : Saccharomyces                   Bactérias : Lactobacillus


          Para a fermentação precisam de fonte de matéria
                    orgânica e temperatura ideal

          Conjunto de reacções que ocorre no citoplasma

          Glicólise: degradação da glicose em
          piruvato


          Redução do Piruvato: conduz á
          formação dos produtos da fermentação
IL 2010
Fermentação alcoólica

                               Glicose
                                  (6C)
             Glicólise

                          2 Ácido pirúvico ou
                               Piruvato
                                  (3C)
            Libertação
             de 2 CO2
                              2 Aldeído
                               acético
                                  (2C)

          Redução
                               2 Etanol
                              Ou Álcool
                               etílico
                                 (2C)



IL 2010
Fermentação láctica

                                                     Glicose
                                                       (6C)

                           Glicólise


                                          2 Ácido pirúvico ou Piruvato
                                                      (3C)

                 Redução
 *A presença
   de ácido                                     2 Ácido Láctico ou
láctico altera                                       Lactato*
o pH do meio                                           (3C)
(acidificando-
      o),
provocando a
 coagulação
   do leite
                 IL 2010
Falsa Fermentação


          A conversão do álcool
          etílico em ácido acético
          pelas bactérias
          Acetobacter aceti, é feita
          em condições aeróbias e
          envolve um processo de
          respiração (oxidação) e
          não de fermentação.

IL 2010
Ideias Chave
• Os   microrganismos    com    maior   importância   na   indústria
  alimentar pertencem ao grupo dos fungos e ao grupo das
  bactérias


• Entre os vários processos destacam-se as fermentações
  alcoólica e láctica e a “fermentação acética”


• Os microrganismos estão envolvidos na Vinificação, Panificação,
  Produção de Lacticínios, entre outros.



        IL 2010
Para saber um
pouco mais…
 IL 2010
Fermentação Alcoólica
                          Pão

    -     A   fermentação   é   realizada   pela   levedura
    Saccharomyces cerevisiae e a temperatura favorável
    é de 36ºC.
    - O amido da farinha é hidrolisado em açucares
    simples e posteriormente transformado em CO2 e
    etanol. O CO2 é o produto desejado, uma vez que faz
    crescer a massa, dando ao pão uma textura porosa.
    - A fermentação inicia-se com a adição das leveduras
    (fermento de padeiro) e termina quando o calor do
    forno as mata. O calor provoca a expansão do gás, a
    evaporação do álcool e dá estrutura ao pão.

IL 2010
Fermentação Alcoólica
                                Vinho

   - A fermentação do açúcar de uvas é realizada por leveduras,
   (principalmente Saccharomyces cerevisiae), que existem na casca das
   uvas.
   - As uvas são colhidas, esmagadas e tratadas com compostos de
   enxofre, que inibem o crescimento de microrganismos competidores
   das     leveduras.    As   uvas   esmagadas   formam   o   mosto,   que
   inicialmente é mexido para provocar a aerificação e o crescimento
   das leveduras; posteriormente, é deixado em repouso, o que cria
   condições anaeróbias favoráveis à fermentação.
   - O CO2 liberta-se para a atmosfera no decurso da fermentação (o
   vinho ferve) e a concentração de etanol, que é o produto desejado,
   vai aumentando. O etanol torna-se tóxico para as leveduras quando
   atinge uma concentração de cerca de 12% e a fermentação termina.


IL 2010
Fermentação Alcoólica
                                            Cerveja

                     - É fabricada com malte (grãos de cevada germinados e secos),
                     materiais ricos em amido (como arroz, milho ou sorgo), lúpulo,
                     água   e   leveduras   das      espécies   Saccharomyces   cerevisiae   ou

                     Saccharomyces carlsbergensis.

                     - Antes de iniciar a fermentação provoca-se a sacarificação
                     (produção de açucares simples a partir do amido) na mistura de
 Visita virtual
a uma fábrica        cereais. Durante a fermentação, as leveduras convertem os
  de cerveja         açucares em etanol e CO2 e pequenas quantidades de glicerol e
                     ácido acético. O CO2 é libertado e o álcool atinge uma
                     concentração de cerca de 3,8% do volume.
                     - Após a fermentação, a cerveja é armazenada durante alguns
                     meses, durante os quais ocorre a precipitação de leveduras,
                     proteínas e outras substâncias indesejáveis. Por fim, a cerveja é
                     carbonatada, clarificada, filtrada e engarrafada.
                  IL 2010
Fermentação Láctica
                              Queijo


          Vários   tipos   de   queijo   são    produzidos   por
          fermentação      levada   a    cabo   por   diferentes
          espécies de bactérias pertencentes aos géneros
          Propionibacterium, Lactobacillus, Streptococcus e
          Leuconostoc, em culturas puras ou mistas.
          As bactérias produzem ácido láctico e outras
          substâncias que contribuem para o aroma.
          O aumento da acidez provoca a coagulação das
          proteínas do leite.



IL 2010

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Microrganismos e Fermentação

  • 2. Como é possível? • 1/8 da população mundial “A actual produção mundial de não tem alimentos alimentos é superior à capacidade de suficientes para comer. consumo dos seres humanos. Assim, podemos constatar que a fome não resulta de uma baixa produtividade ou • 146 milhões de crianças de pouca produção de alimentos no entre os 3 e os 6 anos mundo. A questão, entretanto, é a têm peso abaixo da média. seguinte: como os 860 milhões de seres humanos que passam fome • A cada minuto morrem 12 podem ter acesso aos alimentos? “ crianças com fome. In http://www.espacoacademico.com.br/090/90andrioli.htm IL 2010
  • 3. Aumento da produção mundial • Revolução Verde ( década de 60 séc. XX) – Plano baseado em inovações técnicas – Agricultura de elevada produção (países industrializados) Consequências • Diminuição das espécies utilizadas (homogeneidade devida à selecção das estirpes genéticas mais produtivas)  diminuição da resistência • Excesso de uso de fertilizantes e pesticidas (7200 produtos químicos introduzidos)  Poluição solos, água e ar IL 2010
  • 4. Organismos Geneticamente Modificados • Revolução Biotecnológica (revolução dos genes) – 30% dos produtos comercializados são OGM – Leque de opções variado – Grande quantidade de alimentos Problema? Repartição de recursos de forma equilibrada IL 2010
  • 5. Microbiologia e Indústria Alimentar Tradições com história… 7000 a.C.: Babilónia antiga – fabrico de cerveja IL 2010
  • 6. Microbiologia e Indústria Alimentar 3500 a.C. : Assírios – arte de fabricar vinhos. 3000 a.C. Sumérios – produção de manteiga, técnicas de salga. 1000 a.C. Romanos – uso de gelo para conservação, produção de queijos e vinhos e defumação de carne. Fábrica romana de salga … Não havia conhecimento da existência e intervenção de microrganismos IL 2010
  • 7. A evidência da acção dos microrganismos … foi Louis Pasteur que no século XIX, evidenciou a actividade dos microrganismos na alteração de alimentos… … a fermentação não era um processo apenas químico, as leveduras e bactérias estavam envolvidas! IL 2010
  • 8. Importância da acção dos microrganismos Ambiente Decomposição Doenças e conservação Microrganismos Biotecnologia Engenharia genética IL 2010
  • 9. Interacção microrganismos – alimentos Consequências • Produção de certos alimentos com características específicas, como resultado de processos de fermentação; • Deterioração dos alimentos, que se tornam impróprios para consumo humano, como resultado da utilização dos nutrientes para o crescimento dos próprios microrganismos. IL 2010
  • 10. Fermentação e actividade enzimática Microrganismos Fungos Bactérias Queijo Bolores Leveduras Iogurte Tratamento Pão alguns queijos Bebidas alcoólicas IL 2010
  • 11. Fermentação …processo anaeróbio em que ocorre a produção de ATP, a partir de compostos orgânicos, numa série de reacções redox, que não envolvem uma cadeia transportadora de electrões. A fermentação envolve menores ganhos energéticos - apenas se formam 2 moléculas de ATP por molécula de glicose, enquanto que na respiração aeróbia se formam 36 ATP. IL 2010
  • 12. Fermentação Leveduras : Saccharomyces Bactérias : Lactobacillus Para a fermentação precisam de fonte de matéria orgânica e temperatura ideal Conjunto de reacções que ocorre no citoplasma Glicólise: degradação da glicose em piruvato Redução do Piruvato: conduz á formação dos produtos da fermentação IL 2010
  • 13. Fermentação alcoólica Glicose (6C) Glicólise 2 Ácido pirúvico ou Piruvato (3C) Libertação de 2 CO2 2 Aldeído acético (2C) Redução 2 Etanol Ou Álcool etílico (2C) IL 2010
  • 14. Fermentação láctica Glicose (6C) Glicólise 2 Ácido pirúvico ou Piruvato (3C) Redução *A presença de ácido 2 Ácido Láctico ou láctico altera Lactato* o pH do meio (3C) (acidificando- o), provocando a coagulação do leite IL 2010
  • 15. Falsa Fermentação A conversão do álcool etílico em ácido acético pelas bactérias Acetobacter aceti, é feita em condições aeróbias e envolve um processo de respiração (oxidação) e não de fermentação. IL 2010
  • 16. Ideias Chave • Os microrganismos com maior importância na indústria alimentar pertencem ao grupo dos fungos e ao grupo das bactérias • Entre os vários processos destacam-se as fermentações alcoólica e láctica e a “fermentação acética” • Os microrganismos estão envolvidos na Vinificação, Panificação, Produção de Lacticínios, entre outros. IL 2010
  • 17. Para saber um pouco mais… IL 2010
  • 18. Fermentação Alcoólica Pão - A fermentação é realizada pela levedura Saccharomyces cerevisiae e a temperatura favorável é de 36ºC. - O amido da farinha é hidrolisado em açucares simples e posteriormente transformado em CO2 e etanol. O CO2 é o produto desejado, uma vez que faz crescer a massa, dando ao pão uma textura porosa. - A fermentação inicia-se com a adição das leveduras (fermento de padeiro) e termina quando o calor do forno as mata. O calor provoca a expansão do gás, a evaporação do álcool e dá estrutura ao pão. IL 2010
  • 19. Fermentação Alcoólica Vinho - A fermentação do açúcar de uvas é realizada por leveduras, (principalmente Saccharomyces cerevisiae), que existem na casca das uvas. - As uvas são colhidas, esmagadas e tratadas com compostos de enxofre, que inibem o crescimento de microrganismos competidores das leveduras. As uvas esmagadas formam o mosto, que inicialmente é mexido para provocar a aerificação e o crescimento das leveduras; posteriormente, é deixado em repouso, o que cria condições anaeróbias favoráveis à fermentação. - O CO2 liberta-se para a atmosfera no decurso da fermentação (o vinho ferve) e a concentração de etanol, que é o produto desejado, vai aumentando. O etanol torna-se tóxico para as leveduras quando atinge uma concentração de cerca de 12% e a fermentação termina. IL 2010
  • 20. Fermentação Alcoólica Cerveja - É fabricada com malte (grãos de cevada germinados e secos), materiais ricos em amido (como arroz, milho ou sorgo), lúpulo, água e leveduras das espécies Saccharomyces cerevisiae ou Saccharomyces carlsbergensis. - Antes de iniciar a fermentação provoca-se a sacarificação (produção de açucares simples a partir do amido) na mistura de Visita virtual a uma fábrica cereais. Durante a fermentação, as leveduras convertem os de cerveja açucares em etanol e CO2 e pequenas quantidades de glicerol e ácido acético. O CO2 é libertado e o álcool atinge uma concentração de cerca de 3,8% do volume. - Após a fermentação, a cerveja é armazenada durante alguns meses, durante os quais ocorre a precipitação de leveduras, proteínas e outras substâncias indesejáveis. Por fim, a cerveja é carbonatada, clarificada, filtrada e engarrafada. IL 2010
  • 21. Fermentação Láctica Queijo Vários tipos de queijo são produzidos por fermentação levada a cabo por diferentes espécies de bactérias pertencentes aos géneros Propionibacterium, Lactobacillus, Streptococcus e Leuconostoc, em culturas puras ou mistas. As bactérias produzem ácido láctico e outras substâncias que contribuem para o aroma. O aumento da acidez provoca a coagulação das proteínas do leite. IL 2010