Nas últimas décadas, várias estratégias têm sido desenvolvidas para o aproveitamento da vasta quantidade de resíduos lignocelulósicos gerados, anualmente, pelas atividades agrícolas e florestais e pelas indústrias processadoras de alimentos (BUSWELL et al., 1998).
A FES pode ser definida como uma técnica de crescimento de microrganismos, sobre e no interior de partículas porosas úmidas (suporte ou matriz sólida) onde o conteúdo de líquido contido nesta matriz sólida deve ser mantido num nível correspondente à atividade de água, assegurando conveniente crescimento e metabolismo das células, mas que não exceda a capacidade máxima de retenção de água na matriz (SAUCEDO-CASTANEDA, 1991; KOLICHESKI, 1995; BRAMORSKI, 1997).
A FES tem sido utilizada pelo homem há muitos séculos, muito antes do entendimento dos processos bioquímicos e microbiológicos presentes na produção de alimentos e queijos embolorados NIGAN & SINGH, (1994). Nos últimos anos, este processo tem atraído grande atenção por parte dos pesquisadores devido a muitas vantagens apresentadas sobre a tradicional fermentação submersa (FSm),
tais como: tecnologia simples, baixa possibilidade de contaminação, baixo conteúdo de água e baixo investimento de capital (NOPHARATANA, 1998).
A principal diferença entre FSm e FES é que, na primeira, o substrato é completamente dissolvido e homogêneo enquanto, na segunda, empregam-se substratos insolúveis, com pouco líquido no meio de crescimento.
Segundo os autores MAIORANO, (1990); MENEZES & HENNIES, (1994); NIGAN & SINGH, (1994); KOLICHESKI, (1995); BRAMORSKI, (1997); LU et. al., (1998), algumas vantagens da FES sobre a FSm são listadas a seguir:
• O meio é geralmente simples, consistindo de produtos agrícolas não refinados que podem conter todos os nutrientes necessários para o crescimento do microrganismo. Isto significa que o pré–tratamento pode ser simplesmente, um cozimento com água para umidificar ou dilatar o substrato, ou a quebra do substrato na superfície para aumentar a acessibilidade aos nutrientes internos ou a moagem de grandes blocos de substrato para partículas menores.
• Tratamento de efluentes e disposição de resíduos é geralmente simples ou minimizados. Geralmente todo o produto é utilizado, principalmente, se é intencionado o uso como suplementação alimentar de animais.
• O custo de esterilização é reduzido, pois se aquece menos água.
• O espaço ocupado pelo equipamento de fermentação é pequeno, considerando-se o rendimento do produto. Utiliza-se menor quantidade de água e o substrato é concentrado.
• Como a maioria das bactérias requer altos níveis de mistura líquida, a FES exclui, ou reduz, sensivelmente, o problema da contaminação bacteriana. • O meio é facilmente aerado, desde que haja espaço entre as partículas do
• O resíduo remanescente possui um volume reduzido e este resíduo não apresenta condições para o desenvolvimento de patógenos.
• Geralmente, o único componente necessário a ser adicionado ao meio é água, embora, ocasionalmente, outros nutrientes como fonte de nitrogênio ou minerais possam ser adicionados.
• Torna-se possível à obtenção de esporos que são impossíveis de se obter em cultura submersa.
• Menor custo dos equipamentos • Exige menor demanda de energia
Uma distinta vantagem da FES, quando comparada à fermentação submersa, de acordo com RAMANA et al., (1993), está na produção de enzimas fúngicas. Isto é observado em termos de produtividade enzimática e recuperação do produto.
Os mesmos autores citados acima apontam algumas desvantagens da FES, a saber:
• Os tipos de microrganismos que podem ser usados são limitados, em função das condições do processo, tais como: baixa concentração de água livre. Os mais utilizados são fungos e algumas leveduras.
• Em operações de grande escala, o calor gerado pelo metabolismo microbiano deve ser removido, o que se torna mais difícil na FES que no processo submerso.
• A transferência de oxigênio entre as partículas do meio pode se tornar um problema, quando se utiliza granulometria do substrato muito elevado.
• Medidas de pH, O2, CO2 e cálculo de rendimento de produto são mais
• Controle de temperatura é crítico e, muitas vezes, é necessário controlar a composição da atmosfera no que diz respeito a O2, CO2 e outros metabólitos
voláteis.
• Contrariamente a simplicidade de operação da FES, a heterogeneidade da mistura dificulta o controle de crescimento microbiano e de variáveis como agitação, aeração e concentração de nutrientes e produtos.
De acordo com MITCHELL & LONSANE, (1992) a aplicação comercial da FES pode ser dividida em dois tipos:
1ª) aplicações sócio-econômicas tais como a compostagem de resíduos, valorização de produtos lignocelulósicos e fibras alimentares;
2ª) aplicações economicamente lucrativas, tais como, a produção de enzimas, ácidos orgânicos e alimentos fermentados.
ZADRAZIL & BRUNNERT (1982) e KEREM et al., (1992), comentam que as pesquisas para viabilizar processos para a utilização de resíduos de natureza lignocelulósica têm se voltado para fermentações em estado sólido, conduzidas por fungos, pelo fato deste processo requerer menos energia que um processo de fermentação submersa, tornando-o uma aplicação de interesse sob o ponto de vista econômico.
Citando os mesmos autores acima, a característica própria da FES é sua habilidade em proporcionar um ambiente seleto a baixas umidades para um organismo micelial que produz uma variedade de enzimas extracelulares e poder crescer em altas concentrações de nutrientes perto da superfície sólida. Estes organismos incluem um grande número de fungos filamentosos e poucas bactérias. Os fungos, de acordo com SMITS et al. (1998), são preferencialmente empregados em fermentação sólida.
O longo “corpo tubular” da hifa dos fungos cresce junto à partícula sólida, usando a fina camada líquida da superfície como fonte de umidade e nutrientes, penetrando nas fendas e no interior do substrato com especial anexação para chegar aos nutrientes mais distantes. O alongamento das extremidades das hifas do fungo produz enzimas ativas para converter o polímero natural em açúcares metabolizáveis. Estas enzimas produzidas durante a FES são de interesse para muitas indústrias agrícolas e alimentícias quando obtidas em grandes quantidades e a um custo reduzido (NOKES et al., 1997).
Fungos pertencentes a sub-classe Basidiomycetes têm sido bastante utilizados na biodegradação dos resíduos agroindustriais e são conhecidos pela capacidade de degradar materiais lignocelulósicos, pela síntese de enzimas hidrolíticas e ligninolíticas que atuam sobre diferentes substratos ricos em celulose, hemicelulose e lignina (DURRANT, 2002).