Seminário - Fermentação acética, propiônica e do acido cítrico

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE JUIZ DE FORA – CAMPUS GOVERNADOR VALADARES
DEPARTAMENTO DE FARMÁCIA
TECNOLOGIA DE ALIMENTOS
FERMENTAÇÃO ACÉTICA E FERMENTAÇÃO PROPIÔNICA
ANDRESSA PASCHOALIM
ARTHUR BORBOREMA
IANN LUCAS LAGO
LETICIA MORAIS
LUIZA AUAD
THAYS VALENTIM
PROFª MSc ROBERTA
GOVERNADOR VALADARES
2019
SUMÁRIO
1.	INTRODUÇÃO	3
2.	OBJETIVO	3
3.	FERMENTAÇÃO ACÉTICA	3
4.	FERMENTAÇÃO PROPIÔNICA	5
5.	FERMENTAÇÃO DO ÁCIDO CÍTRICO	7
6.	CONSIDERAÇÕES FINAIS	11
7.	REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS	11
	
	
1. INTRODUÇÃO
A fermentação consiste no processo de utilização de micro-organismos para a transformação de determinada matéria orgânica através da catálise de enzimas. Para o processo de fermentação, utiliza-se de micro-organismos como leveduras e bactérias, os chamados agentes de fermentação, além da concentração adequada de substrato, umidade, temperatura e outros parâmetros, para a devida ocorrência da reação bioquímica.
O consumo de alimentos advindos da fermentação ocorre há muito séculos. Há registros da utilização de alimentos fermentados desde 5000 a.C., com a produção de vinhos, queijos e outros derivados do leite e, assim, seu consumo passou a ser popular. Porém, só no século XIX ficou entendido como funcionava o processo de fermentação, pelo cientista Louis Pasteur. Ele começou a estudar alguns problemas com a produção do vinho e da cerveja e, então, descobriu que uma levedura produzia um bom vinho enquanto que a outra o tornava azedo , da mesma forma que percebeu que a fermentação alcoólica estava sempre associada ao crescimento de leveduras e com isso, concluiu que a fermentação é um mecanismo utilizado pelos seres vivos para produzir energia na ausência de oxigênio. Mas, foi em 1897 que descobriram que a fermentação consistia em uma série de reações e que poderia acontecer fora da célula viva e só em 1930 que cientistas elucidaram todas as etapas da fermentação. 
Hoje, a fermentação pode ser aplicada industrialmente em setores farmacêuticos, alimentícios, têxtil, no tratamento de resíduos e até mesmo na área hospitalar. E é na indústria alimentícia que ocorrem processos como fermentação propiônica, utilizada na fabricação de queijo; fermentação acética para a produção de vinagre e a fermentação do ácido cítrico para o preparo da manteiga, entre outros. 
2. OBJETIVO
O objetivo desse trabalho é abordar sobre fermentação propiônica, fermentação acética e fermentação do ácido cítrico. 
3. FERMENTAÇÃO ACÉTICA
A fermentação, segundo TORTORA, et al. Pode ser definida de diversas maneiras, porém ele define como: Processo que libera energia a partir de açúcares ou outras moléculas orgânicas, como aminoácidos, ácidos orgânicos, purinas e pirimidinas e além disso não requer oxigênio, mas podem ocorrer na presença dele em alguns casos. Não requer a utilização do ciclo de Krebs ou de uma cadeia de transporte de elétrons. Utiliza uma molécula orgânica como aceptor final de elétrons e além disso produz somente uma pequena quantidade de ATP, devido grande parte da energia original na glicose permanecer nas ligações químicas do produto orgânico final, como o ácido acético(TORTORA,2012).
No momento da fermentação, os elétrons são transferidos das coenzimas reduzidas para o ácido pirúvico ou seus derivados. Esses aceptores finais de elétrons são reduzidos a produtos finais. Uma função essencial da segunda etapa da fermentação é a garantia de um fornecimento constante de energia em NAD+ e NADP+ para a glicólise poder continuar, além de que na fermentação ATP só é gerado na glicólise (TORTORA,2012).
Na fermentação acética, o produto que vem desse processo, de uso comercial e que utilizamos no dia-dia é o vinagre, é utilizado álcool como matéria prima e o microorganismo envolvido nesse processo é o Acetobacter (TORTORA,2012).
A fabricação de vinagre ocasiona um meio de utilização de matéria-prima inaproveitável dos estabelecimentos industriais de frutas e principalmente de propriedades rurais, que de outra forma, não poderiam competir no mercado. Vinagres de frutas são considerados superiores em qualidades sensoriais e nutritivas, quando em comparação a outros tipos de vinagres, possuindo características como sabor e aroma próprios. Com relação ao aspecto nutricional, têm vitaminas, ácidos orgânicos, proteínas e aminoácidos provenientes do fruto e da fermentação alcoólica (BORTOLINI,2001).
O vinagre é usado no mundo inteiro como condimento e conservante de alimentos. Além disso é considerado um complemento indispensável à alimentação humana, devido ação nutritiva e biorregulatória. É feito por dois processos bioquímicos diferentes, ambos resultantes da ação de microrganismos: a fermentação alcoólica, devido ação de leveduras sobre matérias-primas açucaradas e amiláceas e a fermentação acética, pela ação de bactérias aeróbias do gênero Acetobacter (BORTOLINI,2001).
4. FERMENTAÇÃO PROPIÔNICA
Durante as fermentações de alimentos, há o controle da ação dos microrganismos afim de se alterar a textura dos alimentos, produzir sabores e aromas, bem como preservar os alimentos pela produção de ácidos orgânicos, como o ácido propiônico, etanol ou por inibição de patógenos transmitidos por alimentos (FELLOWS, 2019).
A fermentação propiônica produz olhos, ou buracos, característicos e sabor de nozes podendo ocorrer espontaneamente ou por meio de uma cultura de bactérias do gênero Propionibacterium selecionadas. Queijos como Comte e Beaufort são exemplos clássicos da fermentação espontânea, onde há formação de olhos irregulares devido a grande diversidade da flora propionibacteriana. Ainda, neste caso, o numero de olhos e a presença de rachaduras ou fendas são bem comuns (FRÖHLICH-WYDER & BACHMANN, 2004). 
A seleção da cultura de propionibactérias permite formação ocular regular, devido ao controle da fermentação com acido propiônico. Exemplo desta fermentação controlada é a que ocorre em queijos suíços, os quais apresentam olhos redondos e regulares, tendo tamanhos moderados a grandes (FRÖHLICH-WYDER & BACHMANN, 2004). 
Propionibacterium são bactérias gram-positivas anaeróbias que realizam a fermentação a partir do ácido lático. Os produtos desta fermentação serão: ácido propiônico, ácido acético e dióxido de carbono. Ainda vale ressaltar que a espécie mais utilizada é a P. freudenreichii.
	A fermentação propiônica se inicia após 30 dias após o início da produção, ocorrendo entre 20ºC a 24ºC por aproximadamente sete semanas. Após este período continua-se o processo, entretanto de forma mais lenta entre 10ºC a 13ºC. Em queijos prontos para consumo, é estimado que estejam presentes CFU/g de bactérias propionicas. Tais bactérias tem ótimo crescimento em pH entre 6 e 7 (FRÖHLICH-WYDER & BACHMANN, 2004).
Diante do deslumbre diante da atuação das bactérias, vários pesquisadores pesquisaram acerca da fermentação propiônica. Dentre estes, destaca-se Fitz que foi o responsável por formular equações que explicam tal fermentação, em que a partir de ácido lático ou ácido málico são produzidos o ácido propiônico (SHERMAN & SHAW, 1923):
Onde: 
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Na bactéria, a rota metabólica ocorre conforme figura a seguir:
Figura 1: Rota bioquímica para formação de ácido propiônico. Fonte: MADIGAN et al, 2015.
Quanto ao processo de fabricação dos queijos que passam pela fermentação propiônica, o mesmo ocorre em duas principais etapas, consideradas fermentação primária com a formação da coalhada e fermentação secundaria com a ação das propionibactérias, como pode ser observado no fluxograma a seguir:
Figura 2: Fluxograma do processo da produção.
5. FERMENTAÇÃO DO ÁCIDO CÍTRICO
O ácido cítrico é apresentado na forma de cristais translúcidos brancos, com sabor ácido e inodoro. Sua fórmula estrutural é apresentada na figura 1. É um composto presente em todas as células vivas que necessitam de compostos de carbono e está relacionado principalmente aos frutos cítricos, mas se encontra em alguns frutos não cítricos também. 
Figura 3. Estrutura do ácido cítrico. (PRADO,2002)
Há três maneiras diferentes para obtenção do ácido cítrico,sendo elas: extração de frutas cítricas, síntese ou fermentação. A fermentação é a técnica mais empregada visto que possui baixo consumo de energia, operações simples e menor custo e a mesma pode ser dividida em três fases: preparação e inoculação do substrato, fermentação e recuperação do produto. O principal microrganismo responsável pela fermentação é o fungo filamentoso Aspergillus nuger, os quais possuem enzimas capazes de hidrolisar o amido e converter a glicose em ácidos orgânicos.
O ácido cítrico é formado pelo ciclo de Krebs, onde a glicose é disponibilizada após hidrólise enzimática de diversas substâncias. No primeiro momento haverá quebra da glicose gerando piruvato e Acetil-CoA, no segundo momento, a partir do piruvato ocorrerá formação de oxaloacetato e com consequente acúmulo do ácido cítrico produzido então por oxaloacetato e Acetil-CoA. O ciclo bioquímico está representado na figura 4.
Figura 4. Esquema Geral da Biossíntese do ácido cítrico a partir da glicose. (PRADO,2002)
Em escala industrial a fermentação cítrica pode ocorrer por processo submerso, processo de superfície e processo em estado sólido, sendo que o processo submerso é destinado a produção em grande escala.
Na fermentação submersa, o processo pode ser contínuo, semicontinuo ou em batelada, utilizando um fermentador clássico com aeração e agitação ou em um reator de torre tipo coluna borbulhante. O preparo do meio inclui o pré-tratamento com adição de nutrientes e esterilização, o pH deve ser ajustado de 2,5- 3 e a temperatura para 28 a 35 °C. O processo ocorrerá após 10 a 12 dias, sendo que o segundo e o terceiro dia correspondem ao período de crescimento vegetativo e formação do micélio. 
Na fermentação por processo de superfície há menor gasto de energia e é utilizada para pequenas e médias indústrias. No procedimento, a matéria prima é diluída para obtenção de 14-15% de açúcar e o pH é ajustado para 5,0-5,5. Após resfriamento, o meio preparado é transferido para bandejas e a inoculação é realizada diretamente com suspensão de esporos, os quais, irão se desenvolver formando uma película de micélios. A temperatura é mantida a 30°C por um período de 8 a 12 dias.
O procedimento em estado sólido ocorre com o cultivo de fungos na superfície com uma base constituída de material sólido com umidade em torno de 70%. Após a esterilização, o pH é ajustado para 4,5-6,0 e o material é inoculado e transferido para o biorreator. São incubados a temperatura de 28-30°C demorando de 4 a 6 dias para finalização da fermentação.
A fermentação do ácido cítrico afetada principalmente pela composição do meio e pelos parâmetros de processos como fonte de carbono, fonte de nitrogênio, fonte de fosforo, elementos traços, álcoois inferiores e outras substâncias. Além disso, outros fatores como pH, temperatura, umidade e aeração também apresentam influência significativa na fermentação.
Em relação a fonte de carbono, a concentração inicial de glicose pode afetar a morfologia e produção dos microrganismos, sendo assim, sua concentração ótima é em trono de 10 a 14%. A fonte de nitrogênio interfere na fermentação pois é fornecida na forma de uréia, a qual controla as variações de pH e o aumento deste nitrogênio eleva o crescimento do fungo, mas reduz a quantidade de ácido cítrico produzida.
A fonte de fósforo alterará a fermentação do ácido cítrico visto que o mesmo é essencial para o crescimento e metabolismo do fungo A niger. As baixas concentrações de fosfato favorecem a produção de ácido cítrico, no entanto, o excesso aumenta o crescimento do fungo e também a concentração de açúcar ácido, reduzindo a fixação de . O aumento da produção de ácido cítrico pode ser ocasionado também por adição de álcoois inferiores pois os mesmos neutralizam o efeito negativo dos metais.
Fatores como pH e temperatura variam em relação ao alimento em que se está produzindo o ácido cítrico. Há grande variedade de microrganismos produtos de ácido cítrico, sendo eles fungos ou bactérias como Arthrobacter parqffinens, Bacülus hchemformis, Corynebactenum ssp, Aspergillm mger, A aculeatus, A carbonanus, A awamon, A foetidus, A fonsecaeus, A phoemcis, A wentn, A clavatus, Pemcjllium janthinellum, P luteum, P. citnnum, Mucor pinformis, Citromyces pfeffenanus, Paecilomyces divaricatum, Tnchoderma vinde, etc , e leveduras como Candida tropicahs, C oleophila, C guilhermondn, C citroformans, Hansenula anamola e Yarrowia lipolytica. 
O principal microrganismo capaz de produzir ácido cítrico é o Aspergillus que é caracterizado como um fungo filamentoso, onipresente com mais de 185 espécies. Suas colônias apresentam coloração branca, amarela, amarelo-esverdeada, amarronzada ou verde e sua taxa de crescimento é alta. Em relação a espécie mais significativa para fermentação, o Aspergillus niger, apresenta colônias brancas a amarelo pálido com milhares de esporos.
A fermentação do ácido cítrico é de extrema importância para diversos alimentos, como a manteiga. A produção da manteiga depende da maturação da nata para aprimoramento da qualidade sensorial, que pode ser realizada com a utilização de um microrganismo, realizando assim a fermentação do ácido cítrico que é de extrema importância pois além de ser o precursor do aroma, é responsável por deixar o pH em torno de 5,2, que é o valor ideal. 
Após a maturação, é feita a lavagem da manteiga para eliminar os restos de leitelho. A lavagem é feita com água potável entre 2 a 4 °C eliminando assim os restos de lactose e outros substratos que contribuem para o crescimento de microrganismos. Na sequência, realiza-se a salga para aperfeiçoamento da palatabilidade do alimento e aumento da conservação do mesmo. A última etapa é a malaxagem que ocorre com o objetivo de deixar a manteiga com aspecto uniforme e cremosa. 
O processo de produção de manteiga está representado no fluxograma 1.
Fluxograma 1: Produção de manteiga
6. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Portanto, é visto que o processo de fermentação, tanto alcoólica, como acética, como propiônica e do ácido cítrico, discutidas anteriormente no trabalho, é essencial para produção industrial, sobretudo na indústria de alimentos, em alimentos como pão, vinagre, cerveja e vinhos, sendo assim, tendo como base a atuação do farmacêutico na indústria de alimentos é de suma importância o compreensão do processo e das técnicas de fermentação para confecção dos produtos a serem produzidos pela indústria, principalmente por esse profissional ser responsável técnico por esses processos de produção. Além disso, foi visto que é essencial o conhecimento das áreas de microbiologia e bioquímica para com o entendimento do processo fermentativo, demonstrando mais uma vez a capacidade do profissional farmacêutico de executar essas metodologias, visto que esse profissional tem conhecimento das áreas ditas anteriormente.
7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Aplicação Da Fermentação na Indústria. Disponível em: https://pt.scribd.com/document/333183573/Aplicacao-Da-Fermentacao-na-Industria. Acesso em: 11/11/2019. 
BORTOLINI, Fabiana; SANT’ANNA, Ernani Sebastião; TORRES, Regina Coeli. Fermentação alcoólica e acética de sucos de kiwsi( actinidia deliciosa); composição dos mostos e métodos de fermentação acética. Ciênc. Tecnol. Aliment. Vol.21 no.2 Campinas May/Aug. 2001.
FELLOWS, P.J. Tecnologia do processamento de alimentos: princípios e prática. Editora Artmed, Porto Alegre. 4ª ed. 2019.
FRÖHLICH-WYDER, M. T.; BACHMANN, H. P. Cheeses with propionic acid fermentation. Cheese: chemistry, physics and microbiology. 141 – XV. 2004.
GUEDES, Kaio Alencar Santiago. Produção de manteiga (quase) artesanal: o uso de aparatos tecnológicos e de conhecimento das ciências. Brasília, 2019.
GUGGISBERG, D. et al. Mechanism and control of the eye formation in cheese. International Dairy Journal, 47, 118-127. 2015.
MADIGAN, M. T. et al. Brock Biology of Microorganisms. 14ª ed. Pearson Education, 2015.
Microorganismos e Alimentos. Disponível em: https://analena12cmicro.blogs.sapo.pt/620.html. Acesso em: 11/11/2019
NEVES, L.C.M. Revisão Bibliográfica.Disponível em: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/9/9134/tde08102006175534/publico/RevisaoBibliografica.pdf. Acesso em: 11/11/2019. 
PRADO, Flávera Camargo. Desenvolvimento de bioprocesso em escala semi-piloto para produção de ácido cítrico por fermentação no estado sólido a partir do bagaço de mandioca. Curitiba, 19 de dezembro de 2002.
SHERMAN, J. M.; SHAW, R. H. The propionic acid fermentation of lactose. JBC. Abril de 1923. Disponível em: <https://pdfs.semanticscholar.org/a2b1/9e869f2e47f71081d52ac3445621cea1e5f6.pdf> Acesso em novembro de 2019.
TORTORA, GERARD J. FUNKE, BERDELL R. CASE, CHRISTINE L. MICROBIOLOGIA 10. ED. – PORTO ALEGRE: ARTMED,2012.
Fermentação primária
Bactérias dos gêneros Steptococcus e Lactobacillus fermentam lactose em lactato, observando-se a formação da coalhada.
Maturação | Fermentação secundária
Propionibacteriums se desenvolvem e utilizam lactato como fonte de energia.
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