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Fermentação Faculdade de Farmácia Departamento de Bromatologia Tecnologia de Alimentos Profª. Josiane Roberto Domingues 1 Definição 2 Participação de micro-organismos selecionados que transformam componentes do alimento. “Fermentação é o processo bioquímico em que os micro-organismos retiram do meio em que vivem o material nutritivo que necessitam, produzindo substâncias das quais se utiliza na indústria” José Evangelista Classificação Quanto ao produto de fermentação, pode ser dividida em: Fermentação Lática Fermentação Acética Fermentação Alcoólica Fermentação Propiônica Fermentação Butírica 3 Controle das Fermentações pH Fonte de energia Disponibilidade de oxigênio Temperatura Cloreto de sódio 4 Fermentação Lática 5 Bactérias láticas Cocos e bacilos Gram (+), fisiologicamente uniformes, que só utilizam o substrato de modo fermentativo, formando ácido lático. São aerotolerantes (microaerófilos) Habitat: leite e produtos lácteos, plantas intactas, intestino e mucosas do homem e animais. Famílias Lactobacillaceae, Streptococcaceae, Bacillaceae, Bifidobacteriaceae 6 Bactérias láticas Bactérias láticas homofermentativas Açúcar ácido lático (90%) 7 C 6 H 12 O 6 H 3 C - C - COOH O 2 NAD 2 NADH 2 glicose ácido pirúvico lactato desidrogenase H 3 C - C - COOH ácido lático OH Microrganismos homoláticos 8 Lactobacillus termofílicos Lactobacillus mesofílicos L. bulgaricus L. casei spp. casei L. lactis L. casei spp.alactosus L. leichmannii L. casei spp. pseudoplantarum L. delbruekii L. casei spp. rhamnosus L. helveticus L. casei spp. fusiformis L. acidophilus L. plantarum Bactérias láticas heterofermentativas Atividade fermentativa gera cerca de 50% de ácido lático, 30% de etanol ou ácido acético e 17% de CO2. 9 10 C HC - OH HO - CH HC - OH HC - OH H 2 C - O - P OH NAD NADH2 C HC - OH HO - CH HC - OH HC - OH H 2 C - O - P OOH HC - OH HC - OH H 2 C - O - P H 2 C - OH C O HC - OH H 2 C - O - P H 2 C - OH C O HO - CH Pi TPP C - OP O CH 3 ADP ATP COOH CH 3 2 NAD 2NADH2 CH 3 H 2 C - OH ácido acético etanol C HC - OH H 2 C - O - P OH Pi + 2 ADP 2 ATP C O CH 3 COOH CH 3 COOH HC - OH NAD NADH 2 4 + ácido 6-fosfo- glucônico glicose-6-fosfato ribulose 5-fosfato xilulose 5-fosfato 1 2 3 acetilfosfato gliceraldeído 3-fosfato ácido pirúvico ácido lático 1 = Glicose 6-fosfato desidrogenase 2 = 6-Fosfogluconato desidrogenase 3 = Epimerase 4 = Pentose fosfocetolase Microrganismos heteroláticos 11 Lactobacillus Streptococcus Leuconostoc Pediococcus L. fermentum S. thermophilus L. cremoris P. acidilactici L. cellobiosus S. faecium L. mesenteroides L. brevis S. lactis L. dextranicum L. hilgardii S. cremoris L. lactis L. vermiformis L. reuteri Efeitos adicionais das bactérias láticas Produção de antibióticos Streptococcus lactis nisina Lactobacillus brevis lactobrevina Efeitos terapêuticos e probióticos Eliminação de microrganismos patogênicos Efeito do ácido lático na digestão Proteção das paredes intestinais Produção de anticarcinogênicos 12 13 PROBIÓTICOS Lactobacillus acidophilus Lactobacillus casei shirota Lactobacillus casei variedade rhamnosus Lactobacillus casei variedade defensis Lactobacillus paracasei Lactococcus lactis Bifidobacterium bifidum Bifidobacterium animallis (incluindo a subespécie B. lactis) Bifidobacterium longum Enterococcus faecium Alegação “O (indicar a espécie do microrganismo) (probiótico) contribui para o equilíbrio da flora intestinal. Seu consumo deve estar associado a uma dieta equilibrada e hábitos de vida saudáveis”. Requisitos específicos A quantidade mínima viável para os probióticos deve estar situada na faixa de 108 a 109 Unidades Formadoras de Colônias (UFC) na recomendação diária do produto pronto para o consumo, conforme indicação do fabricante. Valores menores podem ser aceitos, desde que a empresa comprove sua eficácia. Fonte: Alegações de propriedade funcional aprovadas (ANVISA) Produtos alimentícios obtidos por fermentação lática Leites fermentados Queijos e outros derivados de leite Produtos derivados de carne Produtos vegetais em conserva 14 Hortaliças fermentadas Picles Chucrutes Azeitonas 15 Picles Matéria-prima para picles Pepino, cebola, couve-flor, cenoura, pimentão, alcachofra, tomate, beterraba, nabo, brócolis, vagem. 16 Picles No decorrer da fermentação, são encontrados três grupos de microrganismos: Bactérias láticas Leuconostoc mesenteroides, Lactobacillus brevis, Pediococcus cerevisiae e Lactobacillus plantarum Enterobactérias Leveduras Brettanomyces, Candida, Cryptococcus, Debariomyces, Endomycopsis, Hansenula 17 Picles Leuconostoc mesenteroides Heterofermentativa (produz ácido lático, ácido acético, álcool etílico e CO2) Bactéria iniciadora da fermentação em salmoura ou salga seca 18 Picles Parâmetros mantidos sob controle % NaCl seleção dos microrganismos fermentativos Ausência de ar evitar leveduras oxidativas Temperatura 18o - 20oC 19 Picles Fluxograma de produção 20 COLHEITA TRANSPORTE LIMPEZA SELEÇÃO DESCASCAMENTO E CORTE BRANQUEAMENTO* FERMENTAÇÃO EM SALMOURA COM 10% NaCl ELEVAÇÃO DA CONCENTRAÇÃO DA SALMOURA PARA 15% NaCl (ESTOCAGEM) 4 SEMANAS 1 - 1,2% DE ÁCIDO LÁTICO DESSALGA ENVASE E ADIÇÃO DE LÍQUIDO DE COBERTURA PASTEURIZAÇÃO E RESFRIAMENTO Chucrute Fluxograma de produção 21 COLHEITA TRANSPORTE SELEÇÃO RETIRADA DAS FOLHAS EXTERNAS CORTE EM TIRAS FINAS SALGA SECA E PRENSAGEM (2,5% DE NaCl) FERMENTAÇÃO (2 SEMANAS) ACONDICIONAMENTO PASTEURIZAÇÃO E RESFRIAMENTO Azeitonas Fluxograma de produção 22 COLHEITA CLASSIFICAÇÃO LIMPEZA LIXIVIAÇÃO LAVAGEM FERMENTAÇÃO ACONDICIONAMENTO EM SALMOURA 5% NaCl ADIÇÃO DE GLICOSE (2%) ACONDICIONAMENTO PASTEURIZAÇÃO E RESFRIAMENTO ATINGE-SE 0,7 - 1,0% DE ÁCIDO LÁTICO (pH 3,5 - 3,8) Leites fermentados Produtos resultantes da fermentação do leite por fermentos lácticos próprios (Instrução Normativa nº 46, de 23/10/2007, MAPA). Iogurte, leite fermentado, leite acidófilo, kefir, coalhada e kumis. Iogurte Fermentação realizada com cultivos protosimbióticos de Streptococcus salivarius subsp. thermophilus e Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus. 23 Leites fermentados 24 Leite acidófilo ou acidofilado Lactobacillus acidophilus Leite Fermentado ou Cultivado Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus casei, Bifidobacterium sp, Streptococus salivarius subsp thermophilus e/ou outras bactérias acido lácticas Kefir Lactobacillus kefir, espécies dos gêneros Leuconostoc, Lactococcus e Acetobacter. Os grãos de Kefir são constituídos por leveduras fermentadoras de lactose (Kluyveromyces marxianus) e leveduras não fermentadoras de lactose (Saccharomyces omnisporus e Saccharomyces cerevisae e Saccharomyces exiguus), Lactobacillus casei, Bifidobaterium sp e Streptococcus salivarius subsp thermophilus. Produtos da fermentação lática Ácido lático, acetaldeído, acetona, acetoína, diacetil. Objetivos da fermentação lática Formação de gel por diminuição do pH Promover sabor ácido, consistência e aroma típicos 25 Aspectos do crescimento das bactérias láticas no iogurteS. thermophilus Heterolático L. bulgaricus Homolático 26 LACTOSE B-D-GALACTOSIDASE B-D-GALACTOSE B-D-GLICOSE Não é utilizada por estes microrganismos ÁCIDO PIRÚVICO ÁCIDO L (+) LÁTICO (Streptococcus) ÁCIDO D (-) LÁTICO (Lactobacillus) Associação entre S. thermophilus e L. bulgaricus 27 O ÁCIDO LÁTICO É O METABÓLITO MAIS ABUNDANTE E A SUA CONCENTRAÇÃO NO IOGURTE REGULA O DESENVOLVIMENTO DOS DOIS MICRORGANISMOS RESPONSÁVEIS PELO PROCESSO. Fotomicrografia mostrando o crescimento associado das bactérias no iogurte 28 Fluxograma de produção 29 Iogurte tradicional Iogurte batido 30 31 Queijos O diversos tipos de queijos variam em função de fonte do leite e microrganismo utilizado no processo Queijos de maturação predominante lática (Holandês, Port-Salut, Cheddar, Edam) Queijos de maturação propiônica (ocorre em queijos que possuem “olhaduras”) (Gruyère, Emental) Queijos de maturação por Penicillium, onde o fungo age externamente (Camembert) ou internamente (Gorgonzola e Roquefort) 32 Ação dos microrganismos na produção de queijos Na cuba de coagulação (pré-maturação) Na dessoragem (sinérese) Na maturação final (acidificação, proteólise, lipólise, formação de componentes do aroma) 33 Microrganismos usados como inóculo para alguns queijos 34 Tipo de queijo Tipo de microrganismo Camembert Streptococcus lactis, Streptococcus cremoris, Streptococcus diacetylactis, Penicillium camembert Cheddar S. lactis, S. cremoris, S. diacetylactis Edam S. lactis, S. cremoris, S. diacetylactis, Leuconostoc citrovorum Emmental Lactobacillus bulgaricus, Streptococcus thermophilus, Propionibacterium shermanii Gouda S. lactis, S. cremoris, S. diacetylactis, Leuconostoc citrovorum Romano S. lactis, S. cremoris, S. thermophilus Parmesão L. bulgaricus, Leuconostoc citrovorum, S. diacetylactis Provolone S. lactis, S. cremoris, S. thermophilus Streptococcus diacetylactis e Leuconostoc citrovorum Formação de olhaduras pequenas Propionibacterium shermanii Formação de olhaduras grandes 35 36 OPERAÇÕES GERAIS DA PRODUÇÃO DE QUEIJOS PADRONIZAÇÃO DO LEITE (PASTEURIZAÇÃO) INOCULAÇÃO E FERMENTAÇÃO LÁTICA ADIÇAO DE COALHO E CaCl2 ADIÇÃO DO CORANTE COAGULAÇÃO CORTE DO COÁGULO DESSORAGEM ENFORMAGEM E PRENSAGEM CURA OU MATURAÇÃO EMBALAGEM SALGA Coagulação Ácida Acidificação do leite Adição de culturas de microrganismos produtores de ácido lático (Fermentação lática) Coagulação Ácida Utilização da lactose Redução do pH Ponto isoelétrico : pH 4,6 Temperatura Coagulação Enzimática Ocorre devido a adição de enzimas com propriedade de coagular o complexo caseínico. Fase primária (Enzimática) Ataque da caseína (fração estabilizadora da micela) e liberação do caseinomacropeptídeo. Fase secundária (Coagulação) Associação das micelas modificadas. Coagulação Coagulação Enzimática - As enzimas coagulantes Ação da quimosina na coagulação enzimática do leite Hidrólise da ligação PHE105 - MET106 da -caseína Liberação de glicopeptídeo I – Proteólise da -caseína II – Coagulação A -caseína é a única fração a ser alterada até o início da coagulação pela quimosina (fase I) A fase II é independente da ação da enzima Coagulação Enzimática - As enzimas coagulantes Atividade dupla Específica sobre a caseína κ ou Proteólise geral Coalho animal (RENINA) Coalho de bezerro* (90-94% quimosina + 6-10% pepsina) Coalho bovino (10% quimosina + 90% pepsina) *Extrato coagulante proveniente do quarto estômago de ruminantes jovens. Coagulação Enzimática - As enzimas coagulantes Coalho microbiano Enzimas coagulantes produzidas por alguns microrganismos Rhizomucor miehei, Endothia parasitica, Rhizomucor pusillus Coalho vegetal Enzimas coagulantes presentes em alguns vegetais Papaína de Carica papaya, bromelina da Ananas sativa, látex da Ficus carica e outros Coagulação Enzimática - As enzimas coagulantes Quimosina recombinante Avanços na engenharia genética Clonagem de cópias de genes do estômago de bezerro em células de microrganismos Kluyveromyces lactis Escherichia coli Saccharomyces cerevisae Aspergillus niger DNA cromossômico Plasmídeo Célula bacteriana DNA de célula do abomasum de bezerro GORDURA (%) Extra gordo Duplo creme Mínimo 60 Gordo 45 – 59,9 Semi-gordo 25 – 44,9 Magro 10 – 24,9 Desnatados Até 10 Classificação dos queijos UMIDADE (%) Até 35,9 Queijo de baixa umidade Massa dura 36 – 45,9 Queijo de média umidade Massa semidura 46 – 54,9 Queijo de alta umidade Massa branda ou macio Mínimo 55 Queijo de muito alta umidade Massa branda ou mole Portaria nº 146, de 07/03/1996, MAPA Fermentação alcoólica 50 Biossíntese do etanol 51 O CH 2 OH HO OH OH OH 2 CH 3 -CO-COOH 2CH3 - CO-COOH.TPP 2 CO 2 2 CH 3 -C O H .TPP TPP 2 CH 3 -C O H 2 CH 2 H 5 OH NADH + H+ NAD+ ROTA EMP ÁCIDO PIRÚVICO PIRUVATO ATIVADO PIRUVATO DESCARBOXILASE ACETALDEÍDO ATIVADO TIAMINA PIROFOSFATO Produtos alimentícios Pães Bebidas alcoólicas Cacau e café (remoção de mucilagem presente ao redor do grão) Produtos de soja (molho de soja) 52 Pão Saccharomyces cerevisiae Etapas: mistura, fermentação, assamento A fermentação não tem efeito de conservação – Produção de CO2 Retenção de CO2 quando a estrutura do glúten é fixada pelo calor > 74°C Conservação = redução da atividade de água + tratamento térmico (cocção) 53 Mistura A mistura é a primeira fase do processamento do pão e outros produtos de panificação, e tem como objetivo a mistura de todos os ingredientes da formulação e o amassamento até um ponto considerado ideal. 54 Fermentação A fermentação é uma etapa de descanso da massa, após os impactos mecânicos da etapa anterior. Seus objetivos são: a produção de gás (CO2), o desenvolvimento do glúten e a produção de sabor e aroma do pão. 55 Formação do glúten 56 Assamento Transformação das características da massa pela ação do calor - Desnaturação proteica, gelatinização do amido, inativação enzimática, produção de cor e aroma (caramelização e reação de Maillard). 57 Cerveja Bebida obtida da fermentação alcoólica do mosto cervejeiro, oriundo do malte de cevada e água potável, por ação da levedura, com adição de lúpulo. O malte pode ser parcialmente substituído por outros cereais (trigo, aveia...). 58 Classificação Baixa fermentação Temperatura < 12°C Fermento no fundo da dorna Alta fermentação Temperatura > 20 °C Fermento na superfície da dorna Chope Baixa fermentação Não pasteurizado 59 Tipos de cerveja Ale Alta fermentação Graduação alcoólica > 5% Maior quantidade de lúpulo Pale, Brown, Mild, Bitter, Stout e Porter Lager Baixa fermentação Processo mais demorado Pilsen, Dortmunder, Viena, Munique e Bock 60 Matérias primas Água Malte: cevada parcialmente germinada e seca Maceração Germinação Secagem 61 Matérias primas Lúpulo Humulus lupulus Flores femininas não fecundadas: lupulina (sabor amargo – resinas, antocianinas, taninos) e óleos essenciais (aroma). 62 Matérias primas Leveduras Saccharomyces cerevisiae – Tipo Ale (levedura alta) Saccharomyces carlsbergensis ou S. uvarum – Tipo Lager (levedura baixa) 63 Etapas de produção 64 Fermentação 65Maturação Repouso prolongado da cerveja em baixa temperatura (0 a 3°C), contribuindo para a clarificação (precipitação das leveduras e proteínas) e desenvolvimento do sabor e aroma. Tempo médio de maturação de 7 dias, podendo chegar até 30 a 40 dias. 66 Etapas de produção Filtração Filtros de terra diatomácea ou celulose Carbonatação e envase Utilização de CO2 recuperado da fermentação Substituição do oxigênio (evita processos oxidativos) Pasteurização (estabilidade): 75°C/20s ou 60-65°C/20min. 67 Fermentação acética 68 69 As fermentação acética é uma reação química que consiste na oxidação parcial do álcool etílico, com produção de ácido acético. 70 CH 3 CH 2 OH O 2 1/2 H2O CH 3 CHO CH3CH(OH)2 H2O CH 3 COOH NADP+ NADPH + H+ ÁLCOOL DESIDROGENASE ALDEÍDO DESIDROGENASE HIDRATO DE ACETALDEÍDO Biossíntese do ácido acético Vinagre Alimento do grupo dos condimentos cuja acidez volátil mínima é de 40 g/L (4%) em ácido acético. É obtido de duas fermentações sucessivas: alcoólica e acética. 71 72 Considerações sobre as matérias primas Antes da produção, as matérias primas amiláceas (tubérculos e cereais), devem ser previamente hidrolisados Na fabricação do vinagre de álcool, a adição de nutrientes é indispensável O vinagre de frutas é o mais nutritivo (vitaminas, ácidos orgânicos...) 73 Produção de vinagre Fermentação alcoólica Saccharomyces cerevisiae Saccharomyces uvarum Fermentação acética Gênero Acetobacter A. aceti, A. xylinoides, A. orleanense, A. acetigenum, A. schuetzenbachii, A. curvum e A. rances 74 Produção de vinagre MOSTO DE FERMENTAÇÃO VINHO DE FRUTAS: NÃO NECESSITA DE CORREÇÕES SOLUÇÃO ALCOÓLICA: NECESSITA DE ADIÇÃO DE AÇÚCAR – 0,9 g/L (NH4)2HPO4 – 0,5 g/L MgSO4 – 0,1 g/L PANTOTENATO DE CÁLCIO – 0,001g/L 75 Fluxograma de produção 76 MATÉRIA-PRIMA (VINHO 10-13o GL OU SOL. ALCOÓLICA) NUTRIENTES (SOL. ALCOÓLICA) ACETIFICADOR TANQUE DE CLARIFICAÇÃO BENTONITE FILTRAÇÃO PASTEURIZAÇÃO ENVASE Vinagre balsâmico Produzido com o suco de uvas brancas trebbiano que passam primeiro por um cozimento a fim de criar um tipo de concentrado que depois é fermentado com um lento processo de envelhecimento que vai concentrar os sabores. 77 78 79
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