2. UN.4 – Produção de Alimentos e Sustentabilidade
Como produzir maior quantidade de alimentos
para resolver os problemas de alimentação?
Situação Problemática
Qual é a
importância dos
microrganismos na
industria
alimentar?
Que fatores
condicionam a
atividade metabólica
dos microrganismos?
Qual é a importância
de conhecer o modo
de atuação das
enzimas?
Que aplicações
biotecnológicas têm
sido desenvolvidas na
produção de
alimentos?
Qual é o contributo
da indústria na
produção,
processamento e
conservação?
Quais são os efeitos
da produção
intensiva de
alimentos?
Essencial para
compreender
Capítulo 1.1.
Fermentação e
atividade
enzimática
Capítulo 1.2.
Conservação,
melhoramento e
produção de
novos alimentos
Quais são os
impactos do uso de
hormonas e
reguladores de
crescimento?
Quais são os
impactos da
produção de OGM?
Em que medida as
novas variedades de
alimento podem ser
a solução?
Capítulo 2.1.
Cultivo de
plantas e criação
de animais
Qual a importância de
recorrer a métodos
naturais no controlo de
pragas?
Que medidas
implementar no
controlo de pragas para
diminuir os impactos
ambientais e aumentar
a produção? Capítulo 2.2.
Controlo de
pragas
3. Produção de Alimentos e
Sustentabilidade
A população mundial duplicou, aproximadamente, quatro vezes nos últimos 500 anos.
Admite-se que no ano 2050 essa população estará perto dos 9000 milhões de
indivíduos.
Um aumento na população significa um aumento na procura de alimento.
Durante muitos anos o Homem reinou na natureza; retirou dos ecossistemas naturais
o alimento de que necessitava, sem perturbar o equilíbrio do planeta.
Nos últimos 50 anos do século XX, tudo mudou, pois verificou-se um grande
aumento na população, consequentemente uma elevada sobre-exploração dos
recursos naturais, um aumento da poluição e uma redução imensa do
número de espécies.
4. Com os conhecimentos adquiridos
no domínio da genética e das
biotecnologias, o Homem pode
reinventar a natureza,
perturbando e alterando o equilíbrio
dos ecossistemas naturais.
Estamos em plena revolução
biotecnológica, com vista a acabar
com a fome. Considera-se que, num
prazo muito curto, cerca de 25% dos
alimentos comercializados serão
produtos transgénicos.
Produção de Alimentos e
Sustentabilidade
“O planeta será incapaz de responder hoje à incessante procura
de alimento provocada pelo crescimento exponencial da
Humanidade e correrá o risco de entrar de novo numa época
de grandes fomes?”
5. Produção de Alimentos e
Sustentabilidade
“A atual produção mundial de
alimentos é superior à capacidade
de consumo dos seres humanos.
Assim, podemos constatar que a
fome não resulta de uma baixa
produtividade ou de pouca
produção de alimentos no mundo.
A questão, entretanto, é a seguinte:
como os 860 milhões de seres
humanos que passam fome podem
ter acesso aos alimentos?
“In http://www.espacoacademico.com.br/090/90andrioli.htm”
•1/8 da população
mundial não tem
alimentos suficientes
para comer.
•146 milhões de
crianças entre os 3 e
os 6 anos têm peso
abaixo da média.
•A cada minuto
morrem 12 crianças
com fome.
6. Microrganismos e alimentos
Até meados do século XIX o Homem obteve alimentos e
bebidas sem conhecimento do papel dos
microrganismos no seu fabrico.
Desconheciam-se as causas das fermentações que
permitiam a produção de pão, de vinho, de queijo, etc.
7. Foi Louis Pasteur o primeiro cientista que pôs em evidência a
atividade de microrganismos na alteração dos alimentos.
Este cientista demonstrou que:
• a produção de vinho é devida a uma
fermentação, produzida por leveduras.
• o azedar do vinho e da cerveja (que
ameaçava a indústria francesa) era
causado por bactérias que
contaminavam as bebidas alcoólicas,
convertendo o álcool em ácido
acético;
• o azedar do leite podia ser evitado pelo
simples processo de aquecimento para
destruir as bactérias responsáveis.
Microrganismos e alimentos
Conhecer microrganismos é, pois, indispensável para
uma utilização com sucesso das suas potencialidades.
9. O que são microrganismos?
• Podem existir sob a forma acelular, como os
vírus;
• Podem existir sob a forma celular na totalidade
do seu ciclo de vida, como as bactérias;
• Apresentam geralmente pequenas dimensões,
podendo produzir pequenas estruturas
pluricelulares a olho nu, como por exemplo
certos fungos, mas apresentando um baixo
grau de diferenciação;
• Possuem uma capacidade de se reproduzirem
muito rapidamente;
• Apresentam diversidade metabólica e
nutricional.
Tais características conferem-lhes uma contribuição importante na
produção de alimentos e consequentemente na biotecnologia microbiana.
Para distinguir microrganismos dos restantes seres vivos
consideram-se as seguintes características essenciais:
10. Microrganismos e alimentos
A presença de
microrganismos nos
alimentos é muito frequente,
dada a sua origem vegetal ou
animal.
A sua diversidade metabólica e
nutricional, aliada à sua
capacidade de reprodução,
produzindo compostos de
grande utilidade, confere-lhes
grande destaque na produção
alimentar.
11. A interação entre microrganismos e os alimentos
tem como consequências:
Produção de certos alimentos com
características específicas, como resultado do
processos de fermentação.
A deterioração dos alimentos, que se tornam
impróprios para o consumo humano, como
resultado da utilização dos nutrientes para o
crescimento dos próprios microrganismos.
Microrganismos e alimentos
12. Indústria alimentar
Áreas de intervenção da indústria alimentar:
Utilização de microrganismos na produção
de certos alimentos, por fermentação.
Utilização de microrganismos como fonte
de enzimas para o processamento de
alimentos;
Desenvolvimento e aperfeiçoamento de
métodos de conservação de alimentos
que retardam a sua deterioração devido à
atividade de microrganismos ou outros
fatores;
Desenvolvimento de técnicas de
melhoramento de alimentos ou de
produção de novos alimentos.
13. Obtenção de energia
A obtenção de
energia pode
ocorrer em dois
meios diferentes
Anaerobiose
Aerobiose
O produto final da
glicólise (Piruvato)
posteriormente é
fermentado em
Lactato ou Etanol
O produto final da
glicólise (Piruvato) é
depois oxidado em
CO2 e H2O
17. Fermentação
“Numerosos organismos são capazes de
sobreviver e de se desenvolver na
ausência de O2, mobilizando a energia
dos nutrientes orgânicos por
fermentação. Esta é uma das vias que
os organismos possuem para degradar
os compostos orgânicos e utilizar
uma parte da energia armazenada
nas suas ligações químicas destas
moléculas orgânicas que entram na
constituição dos alimentos.”
18. Etapas da fermentação
Os processos fermentativos
envolvem conjuntos de reações
enzimáticas que ocorrem no
hialoplasma:
Glicólise – ocorre a degradação
da glicose em ácido pirúvico.
Redução do ácido pirúvico –
conduz à formação dos produtos
de fermentação.
19. Glicólise
Glycolysis tem a sua origem no Grego
em que glyk = Doce + Lysis = Dissolução
Na atualidade podemos definir a
Glicólise como a sequência de
reações que convertem a
Glicose em Piruvato, havendo
a produção de Energia sob a
forma de ATP
20. Etapas da Glicólise
2 açúcares de 3 C
1 açúcar de 6 C
A partir deste ponto
as reações são
duplicadas
2 moléculas de
Piruvato (3C)
Saldo
2 moléculas de ATP
2 moléculas de NADH
Glicose + NAD + 2ADP + 2Pi → 2Piruvato + 2NADH + 2H
+ 2ATP + 2H2O
22. Balanço da Glicólise
A glicose é oxidada e formam-se duas moléculas de ácido
pirúvico.
O agente oxidante é o NAD+ que é transformado em NADH.
O saldo energético é de duas moléculas de ATP.
25. Redução do ácido pirúvico
O ácido pirúvico, ou
moléculas orgânicas que
se formam a partir dele
são aceitadoras dos
electrões do NADH, o que
permite regenerar o NAD+.
O NAD+ pode, assim voltar a
ser utilizado na oxidação da
glicose.
Os produtos finais da
fermentação dependem da
molécula que é produzida a
partir do ácido pirúvico.
26. Fermentação alcoólica
É realizada por leveduras.
O ácido pirúvico é convertido em etanol e CO2 em duas etapas.
1. O ácido pirúvico é descarboxilado e forma-se acetaldeído.
2. O acetaldeído é reduzido pelo NADH a etanol.
27. Fermentação realizada pela levedura Saccharomyces
cerevisiae a temperatura favorável é de 36ºC.
O amido da farinha é hidrolisado em açúcares 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.
Fermentação alcoólica
Produção do Pão
29. Fermentação alcoólica
Produção de 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.
32. Fermentação alcoólica
Produção de Cerveja
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 açúcares simples a partir do amido) na mistura
de cereais. Durante a fermentação, as leveduras convertem
os 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.
36. Fermentação acética
Assim designada devido às características do
produto obtido.
Não é uma fermentação mas uma oxidação do
etanol a ácido acético.
37. Fermentação acética
Produção de vinagre
É tradicionalmente um subproduto da fabricação
do vinho e da cerveja mas qualquer produto com
fermentação alcoólica pode ser usado.
Possui 4 a 14% de ácido acético.
No seu fabrico adicionam-se leveduras para
conversão dos açúcares em etanol.
A seguir, juntam-se bactérias dos géneros
Acetobacter ou Glucanobacter para transformar
o álcool em ácido acético.
38. Fermentação láctica
O ácido pirúvico é diretamente reduzido a ácido láctico pelo
NADH.
Na fermentação homoláctica são produzidas grandes quantidades
de ácido láctico.
A fermentação heteroláctica leva à produção de outras substâncias
para além do ácido láctico, como CO2, etanol e ácido acético.
39. Fermentação láctica
Produção de iogurte
Fermentação do leite por bactérias que produzem ácido
láctico a partir da lactose.
Aquecimento prévio do leite, entre 86 a 93ºC para
destruição de contaminantes e degradação de
compostos (pasteurização).
Junção, após arrefecimento, de uma cultura mista de
Lactobacillus bulgaricus e Streptococus thermophilus
até atingir acidez de 3 a 5.
Essa acidez provoca a coagulação das proteínas do
leite.
41. Fermentação láctica
Produção de Queijos
Vários tipos de queijo são produzidos por fermentação
levada a cabo por diferentes espécies de bactérias
pertencentes aos géneros Propionibacteriu,
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.
A ação secundária de bactérias e fungos determina
sabor e aromas característicos, como por exemplo os
veios azuis produzidos pelo fungo Penicillium
roquefortil.
43. Fermentação e alimentos
A fermentação alcoólica, a
fermentação láctica e a fermentação
acética são utilizadas na
produção de alimentos.
Os microrganismos que as realizam
podem estar presentes em
quantidades suficientes na matéria-
prima (como as leveduras da casca
das uvas) ou podem ser
adicionados.
São influenciados pelas condições
ambientais, como temperatura,
pH e composição atmosférica.
