Estresses Fermentativos

A fermentação alcoólica é um processo anaeróbico, realizado principalmente por leveduras em nível citoplasmático, com o objetivo de produzir energia para possibilitar a realização de suas atividades fisiológicas, além de seu crescimento e reprodução. A transformação do açúcar em etanol e gás carbônico se da através de reações sequenciais mediadas por enzimas, sendo denominada como via glicolítica. Essas enzimas glicolíticas podem sofrer intervenção de vários fatores (nutrientes, minerais, vitaminas, inibidores, pH, temperatura, entre outros) que influenciam na sua atividade, afetando assim, o desempenho do processo fermentativo (CECCATO-ANTONINI, 2008; PRETORIUS, 2000; QUEROL et al., 2003). As células de leveduras também são submetidas a diversas condições de estresse, sendo necessário o desenvolvimento de mecanismos moleculares de resistência a estas situações adversas. Qualquer fator do meio que possa vir a produzir um efeito adverso sobre o crescimento celular é considerado uma condição de estresse e a sobrevivência celular depende da sua capacidade em se adaptar rapidamente às mudanças que ocorrem no meio de cultivo (IVORRA; PEREZ-ORTIN; OLMO, 1999).

Estes estímulos podem ocorrer não só no ambiente do reator, mas também em ambientes naturais, podendo levara a mudanças estruturais e/ou alterações metabólicas nas leveduras, devido alterações na expressão de genes envolvidos na síntese de

compostos específicos (trealose e/ou proteína de choque térmico) que protegem o organismo (BANAT et al., 1998; FOLCH_MALLOL et al., 2004). Tanto os danos provocados pelo estresse quanto a resposta da levedura, dependem do tipo, do grau do estresse e da fase da levedura em seu ciclo de divisão celular no momento em que ocorre o estímulo. Para se defender destas situações desfavoráveis, a levedura responde rapidamente sintetizando moléculas que permitem aumentar o grau de reparo dos danos causados pelo estresse (BASSO et al., 2008; FOLCH-MALLOL et al., 2004).

A literatura indica o envolvimento da trealose e do ergosterol como agentes marcadores de estresse durante a fermentação alcoólica, sendo relatos de que a trealose está envolvida com o estresse etanólico e osmótico, enquanto que o ergosterol presente na membrana plasmática tem seu papel na tolerância ao etanol (QUEROL et al., 2003; ZHAO et al., 2009). Admite-se que a principal função da trealose seja a proteção das células durante o período de estresse e não como um carboidrato de reserva, isto devido a proteção exercida sobre os componentes do citosol quando a levedura encontra-se em condições desfavoráveis (MAHMUD et al., 2009; ROTH, 1970; THEVELIN, 1984; YEMM; WILLIS, 1954).

O glicerol é sintetizado como resposta a situações de estresse impostos as células durante o processo de fermentação, sendo dependente de vários fatores, como a linhagem selecionada, concentração do inóculo, concentração de bissulfito presente no mosto, concentração de açúcares, estresse osmótico, tipo de fonte de nitrogênio e sua concentração, pH, e aeração. O glicerol interno também contribui em condições anaeróbicas com a manutenção do balanço intracelular das células mantendo o balanço de oxirredução. Durante a formação do glicerol o excesso de NADH vindo da síntese de aminoácidos é convertido em NAD+, mas nos meios industriais esta fonte de nitrogênio é proveniente de peptídeos, aminoácidos livres e sais inorgânicos como sulfato de amônio (ALBERS et al., 1996).

1.2.2.1 Estresse osmótico

Segundo Basso, Basso e Rocha (2011) o estresse osmótico é frequentemente citado nos processos industriais, isto porque, na fermentação etanólica, as leveduras são expostas a concentrações elevadas de açúcar. Por outro lado, o estresse osmótico também pode ser causado por sais, que estão presentes em grandes quantidades no melaço de cana de açúcar, como elevados níveis de cálcio, potássio e magnésio.

O estresse osmótico se define como uma diminuição do potencial hídrico do ambiente no qual se está desenvolvendo um organismo, tendo como resposta imediata a saída de água intracelular, seguida de um processo adaptativo onde é necessário um tempo para que o equilíbrio osmótico entre as células seja atingido (FOLCH-MALLOL et al., 2004).

1.2.2.2 Estresse térmico

Segundo Rivera et al., (2006) pequenas mudanças de temperatura em um reator industrial afetam a cinética da fermentação, alterando a produtividade e a taxa de conversão de açúcar em etanol. A temperatura em um reator industrial normalmente varia de 33ºC (durante a noite) a 35ºC (no final do dia), isto em um sistema de fermentação com controle de temperatura.

A temperatura é umas das condições ambientais que mais afeta a levedura, durante a fermentação, alterando seu crescimento, metabolismo, capacidade fermentativa e a viabilidade celular. A temperatura ótima na fermentação alcoólica varia entre 26°C a 35ºC, podendo alcançar 38ºC dependo do clima regional. Com o aumento da temperatura nos reatores, tem-se um aumento na velocidade da fermentação, favorecendo os contaminantes bacterianos e consequentemente deixando as leveduras mais sensíveis ao álcool levando desta maneira, a formação de metabólitos secundários como o glicerol (LIMA; BASSO; AMORIN, 2001).

1.2.2.3 Estresse etanólico

Sob o ponto fisiológico o etanol inibe o crescimento e a viabilidade celular por atuar negativamente sobre os sistemas de transportes (incluindo permeases de aminoácidos), sobre a sinalização celular da glicose e a atividade de enzimas chaves da via glicolítica (ALEXANDRE; CHARPENTIER, 1998).

Segundo Basso, Basso e Rocha (2011) o efeito inibitório do etanol sobre as leveduras ainda não é bem compreendido, porém sabe-se que a toxidez do etanol atua na membrana citoplasmática das células de levedura, alterando o grau de polaridade da membrana, causando interrupção do crescimento em concentrações elevadas e, ainda, aumentando a fluidez dela (BASSO; BASSO; ROCHA, 2011; LLOYD et al., 1993; LYND et al., 1991). Além de afetar a composição da membrana, o etanol também

causa efeitos sobre a fermentação de leveduras, incluindo a inibição de crescimento e inativação enzimática, o que leva a uma diminuição da viabilidade celular (BASSO; BASSO; ROCHA, 2011).

1.3 LEVEDURAS