Tuberosas Livro 4 Cap6

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CULTURAS DE TUBEROSAS AMILÁCEAS LATINO AMERICANAS
Tabela 6.1: Composição média da manipueira em carbono.
Variáveis Concentração
Açúcares totais (g/L) 58,18
Açúcares redutores (g/L) 37,96
Frutose 14,90
Glicose 22,34
Maltose 0,72
Açúcares não-redutores (g/L) 20,22
Dextrinas 1,52
Sacarose 18,70
Entre as alternativas que estão sendo estudadas para a valorização da mani-
pueira, encontra-se a investigação do uso deste resíduo como substrato para o
cultivo de Geotrichum fragrans. Esse microrganismo foi isolado da manipueira
e portanto resistente ao cianeto. A literatura relata ser o Geotrichum fragrans
produtor de aroma de frutas em decorrência da geração de compostos voláteis,
aroma esse detectado nas indústrias de processamento de mandioca.
A produção de compostos de aroma por microrganismos vem ganhando im-
pulso muito grande nos últimos anos devido ao fato de que os aromas naturais
extraídos de plantas ou de determinados alimentos tem um custo muito elevado
de produção. Aliado a esse fato, o consumidor moderno tem dado preferência a
alimentos sem aditivos químicos sintéticos, o que tende a diminuir o custo dos
aromas artificiais
Assim a biotecnologia surge como ferramenta importante no desenvolvimento
de processo de produção de aromas naturais biotecnológicos, os bioaromas.
6.2. PRODUÇÃO DE COMPOSTOS DE AROMA POR MICRORGANISMOS
6.2.1. ASPECTOS GERAIS
Os microrganismos apresentam função na produção de compostos de aroma
em uma grande variedade de alimentos.
Considerando tal propriedade, os microrganismos podem contribuir com pro-
dução de compostos de aroma na fermentação de determinados alimentos e be-
bidas ou também podem, através da fermentação, gerar compostos específicos
CAPÍTULO 6
COMPOSTOS DE AROMA POR GEOTRICHUM FRAGRANS
CULTIVADO EM MANIPUEIRA
Simone Damasceno 1
Marney Pascoli Cereda 2
Gláucia Maria Pastore 3
Joaquim Gilberto Oliveira 4
6.1. INTRODUÇÃO
Na industrialização da mandioca são gerados diversos resíduos, tais como
casca, farelo e manipueira, que é a fração líquida. Tal atividade causa sérios
problemas ambientais, por gerar resíduos poluentes em quantidades significati-
vas, o que tem incentivado o desenvolvimento de inúmeras pesquisas voltadas à
redução da poluição ambiental, bem como à valorização econômica desses resí-
duos.
A manipueira, apesar de altamente poluente, pode ser considerado um resí-
duo não esgotado, o que o torna passível de ser empregado como matéria-prima
em outras atividades.
Quanto à composição, a manipueira caracteriza-se por sua elevada carga or-
gânica e presença de cianeto (CN-) resultante da hidrólise dos glicosídios ciano-
gênicos presentes na mandioca, que durante o processamento são carreados para
o líquido residual. Na Tabela 6.1 são apresentados dados da composição média
da manipueira em carbono.
1 Engenheira Agrônoma, Professora UNIOESTE, Marechal Cândido Rondon – PR. e-mail:
2Gerente ONG Raízes – Botucatu – SP e-mail: cereda@raizes-ong.org.br
3 Professora FEA/UNICAMP – Campinas – SP e-mail: glaupast@fea.unicamp.br
4 Pesquisador FEA/UNICAMP - Campinas - SP e-mail: joaquim@fea.unicamp.br
simoned@unioeste.br
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De acordo com Janssen et al. (1992) os microrganismos são promissores na
produção de compostos de aroma complexos ou simples, podendo ser capazes
de sintetisar aromas a partir da fermentação de materiais simples (açúcares e
aminoácidos) ou da conversão de substratos específicos através do processo
denominado bioconversão.
Microrganismos do gênero Geotrichum são muitas vezes citados na literatu-
ra como agentes produtores de aromas, referidos normalmente pelas caracterís-
ticas de aromas frutais produzidos (Welsh, 1994).
Compostos de aroma são resultantes principalmente do metabolismo secun-
dário tanto em plantas quanto em microrganismos (Heath & Reineccius, 1986).
Os metabólitos secundários são substâncias que não são necessárias à síntese
celular, sendo normalmente acumuladas em pequenas somas devido aos meca-
nismos de regulação. Entre tais metabólitos encontram-se os alcoóis, aldeídos,
cetonas, terpenos e lactonas. Os ésteres são também exemplos de metabólitos
secundários produzidos, muitas vezes, para remover ácidos e alcoóis do meio,
evitando a acumulação de tais produtos que poderiam ser tóxicos ao microrga-
nismo (Scharpf et al. 1986).
6.2.2. PERSPECTIVAS DA PRODUÇÃO DE COMPOSTOS DE AROMA POR MI-
CRORGANISMOS
Embora sejam encontradas inúmeras publicações sobre a produção de aro-
mas por microrganismos, o cenário atual demonstra que essa área está ainda
incipiente, fato este que é demonstrado pelo pequeno número de processos insta-
lados a nível comercial (Janssens et al., 1992; Feron et al., 1996; Krings &
Berger, 1998).
Scharpf et al. (1986) cita alguns dos fatores que contribuem para que as
pesquisas em produção de aromas por microrganismos se resumam, principal-
mente, no conhecimento das vias metabólicas envolvidas. Tais fatores são re-
presentados por dificuldades técnicas inerentes aos processos de produção, que
são: baixa produtividade, toxicidade do produto, tempo de fermentação, recu-
peração do produto e mistura de compostos.
No entanto, em decorrência do aumento da demanda dos consumidores por
produtos e ingredientes com a designação “natural”, a literatura indica que a
importância comercial da produção biotecnológica de aromas tende a crescer se
tornando representativa num futuro bem próximo (Lugay, 1986; Scharpf et al.
de aroma que têm a possibilidade de serem extraídos e então utilizados posteri-
ormente (Gatifield, 1988).
De acordo com Krings & Berger (1998) aproximadamente 80% dos aromas
e fragrâncias usados no mercado são produzidos sinteticamente.
Embora o mercado de aromas esteja atualmente dominado por aromas artifi-
ciais, nos últimos anos tem se observado uma tendência à utilização de aromas
naturais (Janssen et al. 1992; Feron et al. 1996; Krings & Berger, 1998). Segun-
do Armstrong & Brown (1994) a demanda entre as indústrias de alimentos por
aromas naturais tem aumentado de 5 a 10% para 75 a 80 %. Tal tendência é
atribuída principalmente à conscientização dos consumidores no âmbito de saú-
de e nutrição os quais tem evitado os alimentos com aromas artificiais e estimu-
lado o desenvolvimento de produtos naturais (Lugay, 1986).
De acordo com Tyrrell (1995), atualmente as fontes de aromas naturais po-
dem ser classificadas em 3 categorias: a) materiais que são formados durante o
metabolismo natural de animais e plantas, que podem ser usados na forma sêca
ou extraídos e refinados; b) compostos de aroma formados durante a ação de
enzimas e microrganismos; c) compostos de aroma básicos formados durante o
processamento térmico de ingredientes naturais.
Por muito tempo as plantas foram as únicas fontes de compostos de aroma,
sendo estes isolados normalmente dos vários tipos de óleos essenciais. Embora
sensorialmente ativos tais compostos estão muitas vezes disponíveis em quanti-
dades ínfimas ou numa forma ligada que dificulta sua obtenção, resultando em
preços elevados, que normalmente caracterizam os aromas naturais (Janssen et
al. 1992).
A síntese química de aromas embora, aparentemente, apresente vantagens,
possui também inúmeros obstáculos. Muitas vezes a síntese de alguns compos-
tos envolve vários passos que implicam em custos de produção acentuados. Um
outro problema desta via é que produz misturas racêmicas, resultando em com-
postos de aroma com propriedades inadequadas. O isolamento do isômero opti-
camente ativo pode ser caro ou tecnicamente impossível (Armstrong & Brown,
1994).
A preferência dos consumidores por alimentos com aromas naturais e as
desvantagens inerentes a cada uma das fontes de aroma já citadas levaram nas
útimas décadas ao desenvolvimento de pesquisas sobre a produção alternativa
de aromas por biotecnologia. A produçãobiotecnológica de aromas pode com-
preender o uso de células de plantas, cultura de tecidos, microrganismos e enzi-
mas na síntese de tais produtos (Janssen et al., 1992).
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Figura 6.2
Produção de biomassa e teor de açúcares redutores residuais
da manipueira durante o cultivo de Geotrichum fragrans
Pela Figura 6.1 observa-se que o microrganismo consumiu quase todo açú-
car redutor antes de 12 h de cultivo. Durante este período a curva de açúcares
totais seguiu a mesma tendência, mas após 12 h de cultivo a curva praticamente
se estabilizou, demonstrando que o consumo de açúcares é paralisado no mo-
mento em que há o esgotamento do meio em açúcares redutores assimiláveis
pelo microrganismo.
A Figura 6.2 mostra que o final da fase de aumento da biomassa coincide
com a paralisação do consumo dos açúcares redutores do meio, evidenciando
ainda mais que o microrganismo só consome esses açúcares da manipueira.
Considerando o consumo de nitrogênio, na Figura 6.3 é apresentada a curva
obtida no cultivo de Geotrichum fragrans em manipueira.
1986; Farbood, 1991; Hadar & Dosoretz, 1991; Janssens et al. 1992; Krings &
Berger, 1998). Por esta razão Gatifield (1995) comenta que os preços mais altos
cobrados para os aromas naturais muitas vezes são compensados pelos benefíci-
os resultantes do marketing.
6.3. CULTIVO DE GEOTRICHUM FRAGRANS EM MANIPUEIRA
Nos ensaios de cultivo de Geotrichum fragrans em manipueira adotou-se
cultivo aeróbio em batelada no agitador regulado nas seguintes condições:
temperatura: 24 ± 1oC
rotação: 150 rpm em movimento circular
volume de meio: erlenmeyer de 500 ml contendo 100 ml de meio
O microrganismo apresentou capacidade em consumir somente os açúcares
redutores do substrato, deixando os açúcares não-redutores no meio (Figuras
6.1 e 6.2).
Figura 6.1
Concentração de açúcares residuais na manipueira durante cultivo
de Geotrichum fragrans
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Pela Figura 6.4 pode-se observar que a redução da DQO pelo Geotrichum
fragrans pode chegar a 40% em cerca de 12 horas, a qual do ponto de vista da
redução da poluição ambiental é considerada baixa. Tal taxa de eficiência de-
corre da característica inerente ao microrganismo de só consumir açúcares re-
dutores, deixando no meio os demais açúcares e metabólitos que contribuem
para a DQO remanescente do processo de fermentação. Maiores taxas de redu-
ção poderiam ser possíveis talvez pela hidrólise dos açúcares não-redutores con-
vertendo-os em açúcares redutores, metabolizáveis pelo Geotrichum fragrans.
O cultivo do Geotrichum fragrans para redução da carga orgânica da mani-
pueira talvez se justificaria se estivesse associado a uma outra aplicação, tal
como produção de compostos de aroma.
6.4. COMPOSTOS DE AROMA PRODUZIDOS POR GEOTRICHUM FRAGRANS
EM MANIPUEIRA
Os compostos de aroma produzidos por Geotrichum fragrans em manipuei-
ra são apresentados na Tabela 6.2.
TABELA 6.2
Compostos de aroma produzidos por Geotrichum fragrans em manipueira
Composto Natureza
Acetato de etila Éster
1-butanol Álcool
Propionato de etila Éster
3-metil 1-butanol (álcool isoamílico) Álcool
2-metil 1-butanol Álcool
Ácido 2-metil propanóico Ácido
2-metil propionato de etila (isobutirato de etila) Éster
1-3 butanodiol Álcool
Feniletanol Álcool
Os compostos voláteis identificados como produzidos por Geotrichum fra-
grans em manipueira (acetato de etila, 1-butanol, propionato de etila, 3-metil 1-
butanol, 2-metil 1-butanol, 2-metil propionato de etila, ácido 2-metil propanói-
co, 1-3 butanodiol e feniletanol) confirmam as informações da literatura que
indicam o Geotrichum como um gênero produtor, principalmente, de compos-
Figura 6.3
Concentração de nitrogênio total residual na manipueira durante o cultivo
de Geotrichum fragrans
A curva de consumo de nitrogênio total demonstra que o consumo máximo
esteve próximo de 41%, indicando com isso que, nas condições do ensaio, o
microrganismo não chegou a exaurir o nitrogênio da manipueira. Dessa maneira
o cultivo de Geotrichum fragrans em manipueira dispensa a complementação
do resíduo com nitrogênio, que é uma vantagem tendo em vista os custos das
fontes de nitrogênio.
Na Figura 6.4 apresentam-se os resultados referentes à redução da carga or-
gânica (DQO) da manipueira pelo cultivo com Geotrichum fragrans.
Figura 6.4
Relação entre DQO e produção de biomassa de Geotrichum fragrans
em manipueira
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Variações nas concentrações das fontes de carbono adicionadas na mani-
pueira foram testadas, utilizando-se 30, 60 e 90 g/L de complementação. As
curvas de produção dos compostos voláteis apresentaram respostas diferentes
aos aumentos da concentração de carbono, indicando que estudos de otimização
da produção devem ser específicos para cada composto. Além disso estudos da
utilização de precursores dos compostos também deveriam ser realizados para
avaliar o efeito sobre a quantidade produzida e assim contribuir para a viabiliza-
ção econômica desta alternativa.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ARMSTRONG, D.W.; BROWN, L.A. Aliphatic, aromatic and lactone compounds. In:
GABELMAN, A. Bioprocess production of flavor, fragrance and color ingredientes. New
York: John Wiley, 1994. p.41-94.
FARBOOD, M.I. Micro-organisms as a novel of flavour compounds. Biochem. Soc. Trans.,
v.19, n.3, p.690-694, 1991.
FERON, G., BONNARME, P., DURAND, A. Prospects for the microbial production of food
flavours. Trends Food Sci. Technol., v.7, p. 285-293, 1996.
GATIFIELD, I.L. Production of flavor and aroma compounds by biotechnology. Food Technol.,
n.10, p.110-122, 1988.
GATIFIELD, I.L. Enzymatic and microbial generation of flavors. Perfum. Flavor., v.20, n.9/10,
p.5-14, 1995.
HADAR, Y.; DOSORETZ, C.G. Mushroomm mycelium as a potential source of food flavour.
Trends in Food Sci. Technol.. n.9, p.214-218, 1991.
HEATH, h.b.; reineccius, g. Biogenesis of flavor in fruits and vegetables. In: Flavor chemistry
and technology. New York: Van Nostrand Reinhold Company, 1986, p.43-70.
JANSSENS, L.; DE POOTER, H.L.; SCHAMP, N.M.; VANDAMME, E.J. Production of flavours
by microorganisms. Process Biochem., v.27, p.195-215, 1992.
KRINGS, U., BERGER, R.G. Biotechnological production of flavours and fragrances. Appl.
Microbiol. Biotechnol., Heidelberg; v.49, p.1-8, 1998.
LUGAY, J.C. Biogeneration of aromas. an industrial perspective. In: Parliment, T.H, Croteau, R.
(Ed.) Biogeneration of aromas. Washington: American Chemistry Society, 1986. p.11-17.
(Symposium Series. 317)
NURSTEN, H.E. Volatile compounds: the aroma of fruits. In: Hulme, a C. (Ed) The biochemistry
of fruits and their products. Londres: Food Science and Technology, 1970. p.239-267.
(Series of Monographs)
SCHARPF, L.G.; SEITZ, E.W.; MORRIS, J.A.; FARBOOD, M.I. Generation of flavor and odor
compounds through fermentation processes. In: Parliment, T.H.; Croteau, R. (Ed.)
tos pertencentes à classe dos ésteres, alcoóis e ácidos e produtor de aromas de
frutas (Janssens et al, 1992). Essa informação justifica o aroma de fruta madura
identificado em indústrias de processamento de mandioca.
Inúmeros dos compostos voláteis formados por Geotrichum fragrans em
manipueira já foram relatados em diversas frutas (Nursten, 1970), entre os quais
encontram-se:
banana: acetato de etila, 1-butanol, 2-metil 1-butanol
laranja: acetato de etila, 1-butanol, 3-metil 1-butanol e propionato de etila
maçã: acetato de etila, 1-butanol, 2-metil 1-butanol, propionato de etila e
2-metil propionato de etila
morango: acetato de etila, 1-butanol, 2-metil 1-butanol, propionato de etila e
2-metil propionato de etila.
Nos ensaios de produção de compostosde aroma avaliou-se o efeito da fonte
de carbono na quantidade e no perfil qualitativo dos compostos formados, utili-
zando-se frutose e glicose na complementação da manipueira (Tabela 6.3).
TABELA 6.3
Concentração de compostos de aroma produzidos por Geotrichum fragrans
em manipueira complementada com glicose e frutose
Composto
Tratamento
M+G
M+F
Acetato de etila (mg/L) 11,91 9,10
1-butanol (mg/L) 6,96 5,36
Propionato de etila (mg/L) 13,12 9,29
3-metil 1-butanol (mg/L) 89,54 85,74
2-metil 1-butanol (mg/L) 26,35 24,27
Feniletanol (mg/L) 19,08 17,67
M+G: manipueira+glicose (50 g/L)
M+F: manipueira+frutose (50 g/L)
Os resultados demonstraram que as fontes de carbono testadas praticamente
não afetaram a produção dos compostos voláteis identificados, indicando que a
complementação da manipueira pode ser realizada com glicose ou frutose. Cabe
salientar que quando cultivado em manipueira sem complementação de carbo-
no o microrganismo exalou o mesmo aroma, no entanto com pequena intensida-
de, justificando então o aumento de carbono para produzir compostos de aroma
em maiores concentrações.
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CULTURAS DE TUBEROSAS AMILÁCEAS LATINO AMERICANAS
Biogeneration of aromas. Washington: American Chemistry Society, 1986. p.323-346.
(Symposium Series, 317)
TYRRELL, M. Advances in natural flavors and materials. Perfum. & Flavor. v.20, n.1/2, p.13-
21, 1995.
WELSH, F.W. Overview of bioprocess flavor and fragrance production. In: GABELMAN, A.
Bioprocess production of flavor, fragrance and color ingredientes. New York: John Wiley,
1994. p.1-17.