Fermentação: Processo e Importância

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Fermentação
Biologia
4o bimestre – Aula 06
Ensino Médio
1a
SÉRIE
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Fermentação.
Analisar os principais tipos de fermentação;
Identificar a importância ecológica e econômica da fermentação.
Conteúdo
Objetivos
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A reportagem relata que, no sítio arqueológico de Çatalhöyük, considerada a primeira cidade da história e localizada na Turquia, foram encontrados, ao redor de um forno em ruínas, trigo, cevada, sementes de ervilha e um resíduo redondo e esponjoso que, após análise, descobriu tratar-se de um pão cru fermentado. O alimento foi datado de 6.600 a.C.
Para começar
Saiu na mídia
Imagem do pão fermentado mais antigo do mundo, coletado em Catalhöyük.
Reprodução - PUIU, 2024. Disponível em: https://www.zmescience.com/science/archaeology/world-oldest-bread/. Acesso em: 8 ago. 2024.
Com base em tudo que você aprendeu sobre fungos até o momento e considerando o termo destacado, o que você sabe sobre fermentação?
Fonte: ORIE; TUYSUZ, 2024.
VIREM E CONVERSEM
5 MINUTOS
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O nome da cidade pronuncia-se CHA-TAL–RUI-UC.
O tema desta aula será fermentação, então, para tal, trazemos para os estudantes um dos produtos mais conhecidos produzidos por meio deste processo metabólico: o pão. Existe um registro mais antigo de produção de pão, que data de 14 mil anos, porém, não é fermentado, fazendo assim esta notícia ser relevante, pois mostra que há mais de 8 milênios, os seres humanos vem se utilizando de microrganismos para produção de alimento.
Peça que os alunos leiam a chamada e o texto do slide. Peça que observem o pão, que foi recoberto por uma camada fina de argila proveniente do próprio sítio arqueológico e que ajudou na preservação do material orgânico.
Faça a pergunta disparadora para os alunos. Permita que conversem entre si para tentar encontrar a resposta. Ajude-os a lembrar a importância dos fungos para as atividades humanas, incluindo o próprio uso da fermentação. A inferência que pode ser feita sobre a notícia é que ela evidencia o uso de microrganismos na produção de alimento datando de mais de 8 milênios.
Link para a notícia: https://www.cnnbrasil.com.br/tecnologia/pao-mais-antigo-do-mundo-com-8-600-anos-e-descoberto-na-turquia. 
O verbo fermentar tem origem na palavra em latim fervere, que significa “ferver”, devido ao aparecimento de bolhas em substâncias de maneira muito similar há quando ocorre a ebulição. 
Na fermentação, porém, não há o uso de uma fonte de calor nem há ebulição; o surgimento de bolhas nas substâncias ocorre devido à ação de microrganismos, que absorvem nutrientes e geram, como resíduo, gás carbônico (CO2), que flui através das bolhas.
A fermentação
Fotografia de produtos fermentados evidenciando bolhas de gás carbônico.
© Getty Images 
Foco no conteúdo
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Apresente aos alunos etimologia (origem do nome) da palavra “fermentar”.
Chame a atenção dos estudantes para a imagem, que contém uma massa de pão crua, fermentando (dentro do vidro) e o pão pronto, assado. Faça-os perceber as bolhas de ar na massa e no pão. Faça-os refletir: será que a massa e o pão teriam o mesmo volume se as bolhas não estivesse aí?
Como foi possível verificar por meio da notícia no início da aula, os seres humanos fazem uso de processos fermentativos há muito tempo, em especial para produção de alimentos e bebidas.
Apesar desse uso ser muito antigo, datando de mais de 10 mil anos, como eles funcionam só veio a ser descoberto muito tempo depois, com o surgimento do microscópio, que possibilitou identificar microrganismos.
Um uso muito antigo
Fotografia de hieróglifos egípcios mostrando pessoas carregando oferendas. Entre elas, temos pão e cerveja, produtos obtidos por processos de fermentação.
© Getty Images 
Foco no conteúdo
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Os hieróglifos da imagem datam de 2510 a.C. e retratam a entrega de oferendas para um governante falecido. Nestas oferendas, há frutas, pão e cerveja. Os antigos egípcios já conheciam muito bem o uso da fermentação para produção de alimentos.
A descoberta do mecanismo de funcionamento da fermentação se inicia no século XVII, quando foram observadas células de leveduras e bactérias em alimentos como pão e vinho.
Mais tarde, ainda no século XIX, Louis Pasteur, um cientista francês, consegue mostrar que a fermentação ocorre devido à participação de organismos vivos microscópicos, porém, não consegue explicar como.
 
Descobrindo a fermentação
Fotografia feita com microscópio de luz mostrando células de leveduras.
Reprodução - PILARBINI/WIKIMEDIA COMMONS, 2017. Disponível em: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Saccharomyces_cerevisiae_100x_phase-contrast_microscopy.jpg. Acesso em: 8 ago. 2024.
Foco no conteúdo
Fonte: REECE, J.B., 2015. 
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Chame a atenção dos estudantes para a imagem. Peça que observem as células e sua quantidade. Pergunte se imaginam quantas vezes estas células estão aumentadas (100 vezes).
Conceituando fermentação do ponto de vista tecnológico
A fermentação, do ponto de vista tecnológico, é um processo em que atuam microrganismos controlados pelo ser humano, sobre substratos orgânicos ou matéria orgânica, produzindo substâncias de utilidade para a humanidade.
Os produtos da fermentação são de diferentes naturezas, podendo ser:
 
Alimentos modificados;
Bebidas alcóolicas;
Solventes;
Enzimas;
Vitaminas;
Antibióticos;
Hormônios.
Foco no conteúdo
Fotografia de equipamento usado para a produção de cerveja.
© Getty Images 
Fonte: REECE, J.B., 2015. 
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Pergunte aos estudantes o que eles imaginam ser o termo “tecnológico”. Aguarde as respostas. Tecnologia significa o uso de instrumentos e técnicas para executar tarefas (por exemplo, usar um garfo é tecnologia). Faça-os refletir: usar o processo de fermentação dos microrganismos é usar tecnologia? Sim.
Mostre a imagem. São fermentadores de inox para produção de cerveja. 
FERMENTAÇÃO ALCÓOLICA
Conceituando fermentação do ponto de vista bioquímico
FERMENTAÇÃO
LÁTICA ou LÁCTICA
FERMENTAÇÃO
ACÉTICA
Foco no conteúdo
É um processo metabólico no qual há obtenção de energia por meio do catabolismo (ou quebra) de compostos orgânicos sem a participação do gás oxigênio (O2) como aceptor final de elétrons.
A fermentação, para a bioquímica, significa a degradação anaeróbica (sem O2 ) da glicose (um açúcar) e de outros nutrientes para a obtenção de energia na forma de ATP, a adenosina trifosfato, a principal molécula transportadora de energia nos seres vivos.
Essa degradação resulta também em resíduos que caracterizarão o tipo de fermentação.
Assim, podemos classificar a fermentação em três diferentes tipos:
Fonte: REECE, J.B., 2015. 
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Apresente aos estudantes o que eles entendem por bioquímico. Permita que falem e discutam. Bioquímico refere-se as reações químicas pertinentes aos seres vivos.
Reforce com os estudantes o fato de que a fermentação é um processo majoritariamente anaeróbico, que não usa o gás oxigênio e que serve para a obtenção de energia.
Porém, esse processo vai além disso. Qual é a importância ecológica da fermentação?
Até o momento, compreendemos o processo fermentativo como possibilidade tecnológica. 
Auxilia na produção de alimentos.
É o mecanismo metabólico de obtenção de energia de alguns microrganismos.
Pause e responda
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Porém, esse processo vai além disso. Qual é a importância ecológica da fermentação?
Até o momento, compreendemos o processo fermentativo como possibilidade tecnológica. 
É o mecanismo metabólico de obtenção de energia de alguns microrganismos.
Auxilia na produção de alimentos.
Pause e responda
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Professor, é fundamental que os estudantes compreendam que o processo fermentativo faz parte do processo metabólico de alguns microrganismos, como forma de obtenção de energia. 
Esse tipo de fermentação é utilizada na preparação de cervejas e vinhos e para o crescimento de massas, como pães e bolos, mas também para produção de biocombustíveis como etanol e biodiesel.
Recebe este nome, pois produz como produto das reações químicas dos microrganismos o etanol(álcool) e o gás carbônico.
A fermentação alcóolica
Fotografia mostrando pão e vinho, produtos produzidos por meio da fermentação alcóolica.
© Getty Images  
Foco no conteúdo
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Essa reação química ocorre no interior das células dos microrganismos.
A fermentação alcoólica é um tipo de transformação química realizada pela ação de microrganismos (na ausência de gás oxigênio) sobre os açúcares, produzindo ATP (energia), etanol e gás carbônico.
O organismo mais conhecido nesse processo é a levedura Sacharomyces cerevisiae, que está presente no fermento biológico.
A fermentação alcóolica
Imagem obtida com microscópio eletrônico de Sacharomyces cerevisiae.
Reprodução - MOGANA DAS MURTEY; PATCHAMUTHU RAMASAMY/WIKIMEDIA COMMONS, 2016. Disponível em: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Saccharomyces_cerevisiae_SEM.jpg. Acesso em: 8 ago. 2024.
Foco no conteúdo
DESTAQUE
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Chame a atenção dos estudantes para a imagem da levedura. Peça que recordem a do começo da apresentação (slide 6) ou retorne ao slide. Explique a diferença entre as duas: a imagem do slide 6 é feita com microscópio de luz e aumento de 100x, enquanto a deste slide foi feita com microscopia eletrônica e aumentada mais de 200 mil vezes. Chame a atenção para a diferença de tamanho entre as imagens, pergunte em qual delas eles conseguem ver mais detalhes (na microscopia eletrônica).
Na imagem, cada célula oval é uma levedura e cada marquinha redonda nela é uma cicatriz de reprodução por brotamento.
Nossas células musculares estriadas, isto é, aquelas que comandamos voluntariamente, também fazem fermentação, apesar de sua principal fonte de energia ser a respiração aeróbia. 
Na respiração aeróbia a célula obtém energia através da glicose e do gás oxigênio e gera, como resíduo, gás carbônico e água. 
Porém, algumas vezes, devido à atividade física intensa, a demanda de gás oxigênio que chega a essas células musculares é insuficiente, fazendo com que a obtenção de energia seja feita por meio de outra via metabólica que não use gás oxigênio: a fermentação láctica ou lática.
 
Fermentação láctica ou lática
Imagem feita por meio de microscópio de luz mostrando células musculares estriadas, aumentadas 200 vezes e coloridas através de corantes histológicos.
Reprodução - COMMUNITY COLLEGE BIOSCIENCE/WIKIMEDIA COMMONS, 2024. Disponível em: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Skeletal_Muscle_Tissue.jpg. Acesso em: 8 ago. 2024.
Foco no conteúdo
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Ao apresentar a fermentação lática, haverá necessidade de comentar sobre o processo de respiração aeróbia, ou respiração celular. Reforce com os estudantes que a respiração aeróbia/celular não é a troca gasosa no pulmão, e sim um processo metabólico que ocorre dentro da célula. A troca gasosa que ocorre no pulmão serve para retirar o gás carbônico, resíduo da respiração, e inserir oxigênio no sangue para ser usado na respiração. Ajude os alunos a compreender a diferença entre estes processos.
Peça que os alunos observem a imagem. Ela se trata de músculos esqueléticos estriados, ou fibras musculares que nós controlamos (como músculos da perna, do braço, do diafragma, que são diferentes de músculos que não controlamos como do coração e dos órgãos internos). Explique que as cores das células foram obtidas com uso de corantes especiais. Explique que a cor rosa refere-se ao citoplasma e as manchas roxas são núcleos. Peça que observem as marquinhas dentro dos citoplasmas, que parecem escadinhas ou marca de pneus. Essas marcas são os filamentos dentro das células musculares, que contraem e relaxam dando movimento ao músculo. 
As células musculares consomem muito gás oxigênio e é a respiração celular que sustenta seu metabolismo, pois produz muito mais energia do que a respiração anaeróbia. 
A fermentação feita pela célula muscular também consome açúcares, porém, ao fim da reação química, gera ácido lático. 
O ácido lático, produzido pela fermentação das células musculares, acumula-se entre as fibras, causando desconforto. Essa sensação é a chamada fadiga muscular. 
Esse ácido acumulado nas fibras musculares é removido dos músculos, indo para o sangue e, no fígado, é metabolizado na presença de gás oxigênio.
Fermentação láctica ou lática
Esquema indicando a via do ácido lático produzido pela fermentação lática dentro de um músculo (rosa salmão), passando pelo sangue nos vasos sanguíneos (laranja) e chegando ao fígado (caramelo).
Reprodução - PATRÍCIAR/WIKIMEDIA COMMONS, 2006. Disponível em: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:CiclodeCori-pt.svg. Acesso em: 8 ago. 2024.
Foco no conteúdo
Fazer atividade física constantemente retarda e diminui o aparecimento da fadiga muscular.
FICA A DICA
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Pergunte aos alunos se eles já sentiram fadiga muscular. Descreva para eles que a fadiga pode ser sentida como dor ou peso no músculo ao fazer atividade física. Explique que, normalmente, a fadiga muscular aparece depois de um certo tempo se exercitando. 
Explique aos estudantes que a prática de exercícios físicos constantemente acaba por “acostumar o músculo” a demanda de gás oxigênio na hora da prática. Com isso, há a diminuição e até desaparecimento da fadiga muscular depois de um tempo de treino (semanas, normalmente).
Algumas bactérias que fazem fermentação lática são utilizadas na fabricação de laticínios, como queijos e iogurtes. 
A produção dos diferentes tipos de queijos e de produtos à base de leite depende da quantidade de tempo em que essas bactérias atuarão sobre o leite e outras condições, como temperatura e umidade, que controlarão o crescimento desses microrganismos.
A fermentação lática e os laticínios
Fotografia mostrando diferentes produtos à base de leite que são produzidos por meio da fermentação lática.
© Getty Images  
Foco no conteúdo
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É importante comentar com os alunos que a variedade de produtos derivados do leite dependem de vários fatores, como composição do leite (quantidade de água e de gordura), da quantidade de microrganismos, da qualidade dos microrganismos, da umidade do local onde o queijo fermentará e até da temperatura onde haverá a fermentação.
Pergunte aos estudantes se já provaram diferentes produtos derivados do leite. Peça que descrevam a diferença na consistência e no gosto. Faça os refletir como estas diferenças podem estar associadas a atividade microbiológica.
Neste tipo de fermentação, há produção de etanol (álcool) que, em condições aeróbias, é transformado em ácido acético.
A fermentação acética é feita por bactérias acéticas, que são microrganismos de amplo interesse econômico, uma vez que podem ser usadas para produzir alguns alimentos, como o vinagre.
Para a produção desse líquido, basta pegar o resultado de uma fermentação acética e expô-la ao gás oxigênio. Com isso, as bactérias se proliferarão na porção superior do líquido e gerarão como resíduo o ácido acético.
Fermentação acética
Fotografia mostrando diferentes tipos de vinagres, todos produzidos por meio da fermentação acética.
Reprodução - RAINER ZENZ/WIKIMEDIA COMMONS, 2006. Disponível em: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Essig-1.jpg. Acesso em: 8 ago. 2024.
Foco no conteúdo
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Frise com os alunos que existem diferentes tipos de vinagre: vinagre de vinho, vinagre de álcool, vinagre de maçã, vinagre de champanhe etc. Essa diversidade refere-se aos diversos produtos que passam por fermentação alcóolica e que, depois, são expostos a um ambiente aeróbio.
Pergunte aos estudantes se eles já provaram diferentes tipos de vinagres e o que acharam.
(FUVEST, 2013) A lei 7678 de 1988 define que “vinho é a bebida obtida pela fermentação alcoólica do mosto simples de uva sã, fresca e madura”. Na produção de vinho, são utilizadas leveduras anaeróbicas facultativas. Os pequenos produtores adicionam essas leveduras ao mosto (uvas esmagadas, suco e cascas) com os tanques abertos, para que elas se reproduzam mais rapidamente. Posteriormente, os tanques são hermeticamente fechados. Nessas condições, pode-se afirmar, corretamente, que:o vinho se forma somente após o fechamento dos tanques, pois, na fase anterior, os produtos da ação das leveduras são a água e o gás carbônico. 
o vinho se forma somente quando os tanques voltam a ser abertos, após a fermentação se completar, para que as leveduras realizem respiração aeróbica. 
a fermentação só é possível se, antes, houver um processo de respiração aeróbica que forneça energia para as etapas posteriores, que são anaeróbicas. 
a fermentação ocorre principalmente durante a reprodução das leveduras, pois esses organismos necessitam de grande aporte de energia para sua multiplicação.
o vinho começa a ser formado já com os tanques abertos, pois o produto da ação das leveduras, nessa fase, é utilizado depois como substrato para a fermentação.
Na prática
B
C
D
E
A
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As leveduras, fungos unicelulares que são utilizadas no processo de produção do vinho, são organismos aeróbios e anaeróbios, isto é, sobrevivem tanto na presença quando na ausência de oxigênio. Porém, para que façam a fermentação, que é um processo anaeróbio, faz-se necessária a total ausência do gás oxigênio.
Caso os tanques com o mosto fiquem abertos, haverá presença de oxigênio e não ocorrerá fermentação (eliminando as alternativas B e E).
As leveduras podem se reproduzir tanto de forma sexuada quando assexuada e, independentemente do tipo de reprodução, não é durante essa fase que a fermentação é feita (eliminando a alternativa C).
Por fim, a fermentação é um processo metabólico independente da respiração aeróbica e funciona muito bem para organismos pequenos, pois, apesar de produzir menos energia, gera o suficiente para que os microrganismos consigam se manter vivos (eliminando a alternativa D).
Para que haja ausência de oxigênio ou oxigênio limitado que possa ser consumido até acabar e gerar um ambiente anaeróbico, faz-se necessário fechar os tanques, pois, com os tanques abertos, as leveduras fazem respiração aeróbia, estando correta a alternativa A. 
 
 
(FUVEST, 2013) Resolução
Na prática
UM PASSO DE CADA VEZ
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(FUVEST, 2013) A lei 7678 de 1988 define que “vinho é a bebida obtida pela fermentação alcoólica do mosto simples de uva sã, fresca e madura”. Na produção de vinho, são utilizadas leveduras anaeróbicas facultativas. Os pequenos produtores adicionam essas leveduras ao mosto (uvas esmagadas, suco e cascas) com os tanques abertos, para que elas se reproduzam mais rapidamente. Posteriormente, os tanques são hermeticamente fechados. Nessas condições, pode-se afirmar, corretamente, que:
o vinho se forma somente após o fechamento dos tanques, pois, na fase anterior, os produtos da ação das leveduras são a água e o gás carbônico. 
o vinho se forma somente quando os tanques voltam a ser abertos, após a fermentação se completar, para que as leveduras realizem respiração aeróbica. 
a fermentação só é possível se, antes, houver um processo de respiração aeróbica que forneça energia para as etapas posteriores, que são anaeróbicas. 
a fermentação ocorre principalmente durante a reprodução das leveduras, pois esses organismos necessitam de grande aporte de energia para sua multiplicação.
o vinho começa a ser formado já com os tanques abertos, pois o produto da ação das leveduras, nessa fase, é utilizado depois como substrato para a fermentação.
Na prática
Correção
B
C
D
E
A
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Vídeo resumindo os tipos de fermentação.
HELDER FURTADO #DEXTER#. Tipos de fermentação. Disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=aj3CFyMPa1M. Acesso em: 8 ago. 2024.
Foco no conteúdo
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Caso haja tempo, apresente aos estudantes este rápido vídeo contendo um resumo dos processos de fermentação e de respiração.
Se necessário, repita o vídeo. 
Chame a atenção dos alunos para a quantidade de ATP produzida por processo metabólico. Ajude-os a compreender que organismos maiores ou com metabolismos mais rápidos demandam grandes quantidades de energia. Pergunte para eles por que a maioria dos organismos que fazem fermentação são microrganismos. (Devido ao tamanho corporal e velocidade do metabolismo necessitam de menor energia do que uma célula animal ou vegetal, por exemplo, por isso conseguem sobreviver com menos ATP).
Para finalizar a aula de hoje, serão apresentadas quatro frases e você deverá dizer se são verdadeiras ou falsas. Caso de frases sejam falsas, justifique e corrija-as.
Vamos lá!
 Queijos e iogurtes são produzidos por meio da fermentação acética.
 A massa de pães e bolos cresce devido a bolhas de gás carbônico liberado pelas leveduras do fermento biológico, que faz a fermentação alcóolica.
 Somente bactérias fazem fermentação láctica.
 A fermentação acética é totalmente anaeróbica.
Verdadeiro ou falso
Encerramento
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Nesta atividade de fechamento, os alunos devem ler as frases e comentar se são verdadeiras ou falsas, corrigindo aquelas que forem falsas.
A atividade pode ser conduzida coletivamente ou ocorrer a formação de grupos.
Respostas:
Frase 1: Falsa, queijos e iogurtes são produzidos por fermentação lática. O vinagre é produzido pela fermentação acética.
Frase 2: Verdadeira.
Frase 3: Falsa, células musculares animais (as nossas, por exemplo) também fazem fermentação lática.
Frase 4: Falsa, a fermentação acética necessita da presença de oxigênio para ser finalizada. Neste tipo de fermentação há a processo anaeróbio, que refere-se a fermentação alcóolica, mas cujo resultado será exposto ao oxigênio para que haja a degradação do álcool etílico ou etanol em ácido acético, o vinagre.
ORIE, A.; TUYSUZ, G. Pão mais antigo do mundo com 8.600 anos é descoberto na Turquia. CNN Brasil, 9 mar. 2024. Disponível em: https://www.cnnbrasil.com.br/tecnologia/pao-mais-antigo-do-mundo-com-8-600-anos-e-descoberto-na-Turquia. Acesso em: 8 ago. 2024.  
REECE, J.B., et al. Biologia de Campbell. 10a Edição. Artmed Editora S.A., 2015. 
Identidade visual: imagens © Getty Images
Referências
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