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UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALAGOAS INSTITUTO DE QUÍMICA E BIOTECNOLOGIA RELATÓRIO DE AULA PRÁTICA PRÁTICA 06 – FERMENTAÇÃO ALCOOLICA Disciplina: Laboratório de Bioquímica Prof.ª Dra. Sonia Salgueiro Machado Aluno: José Jorge Araújo E Silva Maceió, 14 de março de 2019 OBJETIVOS Desenvolver experimentalmente e acompanhar um processo de fermentação alcoólica, utilizando como matéria prima a glicose e o caldo de cana e como microorganismo fermentador uma levedura comercial. Além disso, determinar a concentração de produto obtido no processo. INTRODUÇÃO Os processos de fermentação já eram utilizados pelo homem há cerca de dez mil anos. Muitas bebidas eram fabricadas pelos antigos egípcios, germanos e israelitas. Embora as bebidas alcoólicas sejam diferenciadas por suas propriedades, tais como suas matérias primas e diferentes teores alcoólicos, todas elas têm uma origem básica comum, isto é, todas derivam de um processo bioquímico denominado fermentação alcoólica. A fermentação alcoólica é um tipo de reação química realizada pela ação de microorganismos (leveduras) sobre os açúcares, produzindo etanol e gás carbônico. O microorganismo do fermento, denominado Saccharomyces cerevisiae, é responsável pela produção das enzimas fundamentais para o processo de fermentação alcoólica. A intensidade da reação de fermentação depende do tipo de glicídio utilizado, o que faz com que bebidas diferentes, produzidas pela fermentação de matérias-primas específicas, apresentam diferentes teores alcoólicos, como por exemplo, a cerveja (3 a 5%) e o vinho (10 a 15%). A produção de alguns tipos de bebidas alcoólicas envolve um processo de destilação após o de fermentação, resultando em um aumento no teor alcoólico. São exemplos de bebidas destiladas a cachaça (45%) e o uísque (40 a 75%). Praticamente todos os organismos vivos podem utilizar a glicose para produção da energia necessária para seus processos metabólicos. Neste processo, chamado glicólise, a glicose e alguns outros açúcares são transformados em outras substâncias, com liberação de energia. O que determina quais substâncias serão produzidas depende do tipo de microorganismos e o meio onde vivem. As leveduras de cervejaria e padaria e em todos os outros organismos que promovem a fermentação alcoólica, incluindo algumas plantas, fermentam a glicose em etanol e CO2, de forma que, neste processo, toda massa de glicose está contida nos produtos e não é utilizada outra substância como "matéria prima" (como oxigênio, nitrato, íons férricos, etc). REVISÃO DA LITERATURA O processo de glicólise, comum as fermentações, produz ácido pirúvico, que no meio celular encontra-se ionizado na forma de piruvato e um intermediário reduzido, o NADH. Como a quantidade de NADH é limitada e ele é necessário na sua forma oxidada (NAD+) na glicólise e, consequentemente, na continuação do processo de produção de energia, o NADH tem que ser oxidado. A forma como ele será oxidado caracteriza o tipo de fermentação, e quase sempre utiliza o outro subproduto da glicólise: o piruvato ou seus derivados. Na fermentação alcoólica, o piruvato sofre descarboxilação (perda de um átomo de carbono, na forma de CO2), pela ação de uma enzima (piruvato descarboxilase), formando aldeído acético. Este aldeído sofre redução, oxidando o NADH para NAD+ e formando o etanol, processos intermediados pela enzima álcool desidrogenase. O CO2 produzido na descarboxilação do piruvato pelas leveduras é o responsável pela carbonatação característica do champagne (vinho) e da cerveja, assim como pelo crescimento da massa do pão e do bolo. O álcool desidrogenase está presente em muitos organismos que metabolizam o álcool, incluindo o homem. No fígado humano ela catalisa a oxidação do etanol, quer ele seja ingerido quer ele seja produzido por microorganismos intestinais, com a concomitante redução do NAD+ para NADH. O álcool produzido pelas picadas é também um meio de defesa contra outros microorganismos. Mesmo a própria levedura não consegue sobreviver em um meio com mais de 25% álcool (a maioria das cepas naturais interrompe o crescimento a 12% etanol em solução). Esta propriedade de eliminar microorganismos indesejáveis foi muito usada na antiguidade: na Europa, muitas fontes de água eram contaminadas, e o vinho e cerveja não possuíam os microorganismos patogênicos. Ocorre produção de etanol, e durante o processo há liberação de CO2. Essa liberação é responsável pelo crescimento de massas de bolo e de pão que possuem fermento (organismos fermentadores). A obtenção de açúcares simples pode ser feita por enzimas da própria levedura ou ainda pelo tratamento térmico do material acidificado. No caso da cana de açúcar, que apresenta alto conteúdo do açúcar sacarose, este é hidrolisado produzindo glicose e frutose pela enzima invertase (também chamada de sacarase) sintetizada pela S. cerevisae, como mostrado na seguinte equação química: Observação: As moléculas de glicose e frutose apresentam a mesma fórmula molecular, porém elas possuem estruturas químicas diferentes (são isômeros). Em uma etapa seguinte, a zimase, outra enzima sintetizada pela S. cerevisae, catalisa a reação de transformação da glicose e frutose (C6H12O6) em etanol (C2H5OH) e gás carbônico (CO2), como representada na equação química: A sacarose é dextrogira e a resultante de glicose e a frutose são levogira. A destilação do líquido é o resultado da fermentação, denominado mosto ou vinho, obtendo assim o álcool bruto com em média de 90% de álcool e também um resíduo que recebe o nome de vinhaça, que serve de alimento para o gado. O gás carbônico obtido no processo indica o início da reação de fermentação e expulsa o oxigênio do ar presente, inicialmente, no interior do sistema, evitando dessa maneira a formação de ácido acético, o que daria à bebida um gosto ruim. O borbulhamento do gás na solução de Ca(OH)2 provoca a formação de um precipitado branco de carbonato de cálcio, CaCO3. CO2(g) + Ca(OH)2(aq) → CaCO3(s) + H2O(l) Visão Geral da Glicólise (via glicolítica) Fase Preparatória Fase de Pagamento MATERIAIS UTILIZADOS Béquer de 250 ml Bastão de vidro Pacote de levedura liofilizada (fermento de panificação) Água destilada Glicose Balões de festa Garrafa de água mineral vazia de 500 ml Glicose Reativo DNS Pipetas de 2 ml Cubetas Banho-maria Espectrofotômetro Tubos de vidro com tampa PROCEDIMENTO Primeira Parte Fermentação da Glicose Foi adicionado em um béquer 30g de glicose e 400ml de água mineral; Após solubilização da glicose, foi levado a ao banho maria para aquecimento prévio a 44°C; Foi adicionado 7,5g de levedura de panificação (fermento), em seguida foi homogeneizado; Em seguida foi transferido esta suspensão para 02 garrafas pet de 500ml de água mineral vazia com 200ml cada; Foi colocado um balão vazio e previamente tarado na boca de cada garrafa; Observou-se o balão inflando com o CO2 produzido durante a degradação da glicose; Escolheu-se uma das garrafas para ser retirado uma amostra de 3 ml a cada intervalo de 10 min por tempo de 30min, começando do tempo de 0min, a cada troca de balão foi pesado para ver a massa de CO2 produzido; Das amostras retiradas foi filtrado e diluído (1:10) par se ler posteriormente em espectrofotômetro. Segunda parte Quantificação de glicose Das amostras retiradas, filtradas e diluídas (1:10) na primeira parte, retiramos 1mL de cada diluição e transferimos para um tubo com tampa; Adicionamos 1mL de reagente DNS em cada tubo; Agitamos e levamos a aquecimento à 100°C em banho-maria durante 5 min; Foi resfriado e acrescentado13mL de água destilada em cada tubo, foi tampado e homogeneizado totalizando 15mL; Procedemos a leitura da absorbância em espectrofotômetro em λ= 540 nm; Também foi feito um branco com água. Terceira parte Fermentação do caldo de cana Foi pesado 7,54g de levedura de panificação (fermento) e transferido para um erlenmeyer de 500mL contendo 200mL de caldo de cana; Em seguida foi tamponado a boca do erlenmeyer e colocado em banho-maria à 40°C para acelerar a fermentação; Após alguns minutos podemos observamos o aroma e visualmente o processo de fermentação ocorrendo. RESULTADOS CO2 produzido Neste teste podemos observar os valores correspondente para cada tubo preparado com suas respectivas misturas, no qual o objetivo é caracterizar em seguida com o teste do lugol a atuação da enzima amilase em diferentes valores de pH. Em mudanças muito bruscas de meios ácidos ou básicos é provável que a enzima sofra uma desnaturação, no entanto muitas enzimas toleram essas mudanças devido ao fato de serem ativadas em um intervalo de tempo muito pequeno, em outros casos há organismos vivos que regulam o pH através de tampões. A seguir na tabela abaixo podemos observar os valores de pH encontrados. TUBO AMOSTRA pH 1 HCl 0,1M + amido + saliva diluída 1:10 1,73 2 NaOH 0,1M + amido + saliva diluída 1:10 11,60 3 Água destilada + amido + saliva diluída 1:10 8,30 4 Água destilada + amido 8,25 5 Água destilada + solução de “maisena” + saliva diluída 1:10 7,45 6 Água destilada + solução de “maisena” 8,27 Teste do Lugol Os resultados obtidos nesse teste nos permitem caracterizar a presença de amido na solução através da reação com o iodo resultando em uma cor azul- violeta devido à formação de complexo iodo-amido, os tubos que apresentaram essa coloração a enzima amilase não atuou. A seguir na tabela abaixo podemos observar as colorações encontradas. TUBO AMOSTRA pH COLORAÇÃO 1 HCl 0,1M + amido + saliva diluída 1:10 1,73 Azul escuro 2 NaOH 0,1M + amido + saliva diluída 1:10 11,60 Azul violeta 3 Água destilada + amido + saliva diluída 1:10 8,30 Azul claro 4 Água destilada + amido 8,25 Incolor 5 Água destilada + solução de “maisena” + saliva diluída 1:10 7,45 Incolor 6 Água destilada + solução de “maisena” 8,27 Azul claro Teste do espectrofotométrico com DNS Foi escolhido 03 tubos dos que apresentaram ação enzimática, ou seja, que não apresentaram coloração azul escuro-violeta e seguimos com o teste para determinar a concentração de amido pelo método espectrofotométrico utilizando para isso a curva padrão já construída em experimentos anteriores. Na tabela a seguir podemos observar os valores de absorbâncias encontradas. TUBO AMOSTRA pH COLORAÇÃO Abs (λ=540nm) CONCENTRAÇÃO. (µM) 1 HCl 0,1M + amido + saliva diluída 1:10 1,73 Azul escuro - - 2 NaOH 0,1M + amido + saliva diluída 1:10 11,60 Azul violeta - - 3 Água destilada + amido + saliva diluída 1:10 8,30 Azul claro 0,029 1,502 4 Água destilada + amido 8,25 Incolor - - 5 Água destilada + solução de “maisena” + saliva diluída 1:10 7,45 Incolor 0,024 1,380 6 Água destilada + solução de “maisena” 8,27 Azul claro -0,058 -0,619 CURVA PADRÃO E EQUAÇÃO DA RETA UTILIZADA (y = 0,041x - 0,0326) CONCLUSÃO Podemos concluir através dos experimentos realizados que a atividade enzimática da amilase salivar requer um pH que favoreça a sua atuação, ou seja, um pH próximo de neutro, já em ambientes muito ácidos ou básicos a atividade enzimática é inviabilizada, dessa forma a amilase salivar não consegue hidrolisar o amido em unidades do dissacarídeo maltose. REFERÊNCIAS Fermentação alcoólica a partir de saccharomyces cerevisiae. Disponível em: < https://www.passeidireto.com/arquivo/29260696/relatorio-da-pratica-de- fermentacao>. Acesso em: 14/03/2019. Fermentação alcóolica. Disponível em: < https://www.ebah.com.br/content/ abaaaei5kag/fermentacao-alcoolica>. Acesso em 14/03/2019. Glicólise. Disponível em: < https://slideplayer.com.br/slide/6634506/>. Acesso em: 14/03/2019.
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