A fermentação é uma manifestação fisiológica da célula viva, podendo ser definida como desassimilação (catabolismo de matéria orgânica como carboidratos, gorduras e proteínas) através de reações acopladas, catalisadas por enzimas intra e extracelulares, acarretando formação de substâncias intermediárias dos produtos
finais da oxidação biológica total, ou então, derivado dessas substâncias (REGULY, 1996).
Os processos fermentativos podem ser utilizados em escala industrial, a partir de substratos baratos e disponíveis, dependendo da facilidade de recuperação ou obtenção do produto visado (REGULY, 1996).
Existem dois tipos básicos de fermentação para produção de enzimas e outros metabólitos: Fermentação Submersa (FSm) e Fermentação em Estado Sólido (FES). Na FES, o micro-organismo cresce em substratos sólidos umedecidos ou suportes inertes, e na FSm, os substratos são dissolvidos em meio líquido. Neste caso, o micro-organismo pode crescer entre os fragmentos do substrato (dentro da matriz do substrato) ou sobre a superfície do substrato, consumindo-o e secretando metabólitos, dentre os quais as enzimas. O material sólido é insolúvel e age como suporte físico e como fonte de nutrientes, muitas vezes constituído de um substrato sólido natural, como resíduos da agricultura, ou um suporte inerte (MITCHELL et al., 2006; PANDEY, 2003).
A FES pode ser definida como o processo que se refere à cultura de micro-organismos sobre ou dentro de partículas em matriz sólida (substrato ou material inerte), onde o conteúdo líquido (substrato ou meio umidificante) ligado a ela está a um nível de atividade de água que, por um lado, assegure o crescimento e metabolismo das células e, por outro lado, não exceda à máxima capacidade de ligação da água com a matriz sólida (DEL BIANCHI, MORAES e CAPALBO, 2001).
São algumas vantagens da FES: condições da cultura próximas às que se desenvolvem em meios naturais, simplicidade no preparo do meio de cultura, diminuição de contaminações, redução dos efluentes líquidos a tratar, resíduos sólidos mais estáveis após a fermentação, produção concentrada de metabólitos e a eliminação da formação de espuma. Por outro lado, as limitações da técnica ainda impedem sua ampla utilização industrial, como dificuldade de remoção de calor, tipos de substratos limitados e a dificuldade de se medir variáveis como pH, oxigênio dissolvido, quantidade de água e concentração do substrato no estado sólido (SOCCOL e VANDENBERGHE, 2003).
A FSm possibilita um maior controle do processo num menor período de tempo (5 a 7 dias), na eficiência, na transferência de O2, remoção do CO2 e em menor risco de contaminação. Isso confere vantagem ao processo na obtenção do
cultivo, assim como as β-glucanas, e podem ser isoladas e utilizadas com finalidade farmacêutica (CAMELINI et al., 2005 a).
O cultivo submerso pode ser empregada na sorção (adsorção e/ou absorção) de metais por micro-organismos. E isso tem despertado a atenção de pesquisadores pela capacidade de produção de biomassa microbiana em comparação com outros solventes inorgânicos e orgânicos, tornando-se mais rápido e barateando o processo (VOSS e THOMAS, 2001).
Camelini et al. (2005 b) salientaram que no cultivo sólido é mais difícil quantificar e separar a biomassa fúngica e o polissacarídeo específico de sua parede celular, sendo mais viável para obtenção de matéria-prima para a área de alimentos, pois não é necessária a separação dos produtos obtidos na fermentação para a formulação de nutracêuticos.
Algumas diferenças entre a fermentação submersa e a fermentação no estado-sólido estão apresentadas na TABELA 2.
TABELA 2 – COMPARAÇÃO DAS CARACTERÍSTICAS DA FERMENTAÇÃO NO ESTADO SÓLIDO E DA FERMENTAÇÃO SUBMERSA
Fermentação no Estado Sólido Fermentação Submersa
Meio de cultura não flui livremente Meio de cultura sempre flui livremente
Altura do meio limitada Altura do meio variável com o biorreator
Baixa capacidade de transferência de calor Fácil controle de temperatura Fácil aeração e grande área de contato
ar/substrato
Aeração requer elevado fluxo
Baixo consumo de energia Elevado consumo energético
Condições estáticas Boa homogeneização
Pequenos volumes e baixos custos de equipamentos
Grandes volumes e elevado custo tecnológico
Menor volume de resíduos líquidos Processos difusionais e de mistura são
facilitados devido ao caráter homogêneo do sistema
Menor possibilidade de contaminação, pela baixa umidade do sistema
A purificação das moléculas dos produtos obtidos é facilitada pela ausência ou baixa concentração de partículas do substrato
2.5 PRODUÇÃO DE BIOMASSA E A BIOACUMULAÇÃO DE NUTRIENTES
A produção de biomassa de A. brasiliensis é de grande interesse comercial, uma vez que esse micro-organismo pode ser utilizado em alimentos, tanto na forma micelial quanto como corpo de frutificação, o qual tem sido aplicado na culinária como um alimento nutracêutico e funcional (STIJVE et al., 2002).
A biomassa do A. brasiliensis tem um gosto levemente adocicado pela presença de aminoácidos como alanina e açúcares totais, que mascaram a presença do ácido aspártico e do glutâmico, responsáveis pelo gosto amargo (CHANG et al., 2001). Além da atrativa composição nutricional rica em minerais e vitaminas, possui também fibras que facilitam a digestão (TAKAKU, KIMURA e OKUDA, 2001). A ingestão por camundongos da biomassa produzida tanto em fermentação submersa quanto em estado sólido apresentou atividade antitumoral frente ao sarcoma 180 (DALLA SANTA et al., 2010).
O meio de cultivo utilizado na produção de micélio influi na composição centesimal do mesmo e também na atividade biológica de seus metabólitos. Adicionando zinco ao meio de cultivo, Zou (2005) observou um incremento na atividade antitumoral dos polissacarídeos produzidos por FSm. Sussumu e Kazuhiro (2010) abordaram sobre a produção de biomassa de leveduras com cobre e/ou zinco para o consumo humano (alimento) ou para estética (cosméticos), e relataram que as leveduras são capazes de acumular minerais com a utilização de meios sintéticos como substratos para a fermentação.
A bioacumulação caracteriza-se pelo uso da habilidade que células ou micro-organismos vivos têm de absorver metais de uma solução (KADUKOVÁ e VIRCÍKOVÁ, 2005). Isso pode ocorrer por meio da adsorção de espécies metálicas, valendo-se de mecanismos físico-químicos na superfície celular. Em células vivas, a atividade metabólica também pode influenciar esse processo por causa da mudança do pH, nutrientes orgânicos e inorgânicos e dos metabólitos produzidos. Além da sorção que acontece nas superfícies celulares, algumas espécies catiônicas podem ser acumuladas dentro das células, via sistemas de transporte de membrana, variando de acordo com a afinidade e com a especificidade. Uma vez dentro das células, as espécies metálicas podem ser ligadas, precipitadas, localizadas dentro
de estruturas ou organelas celulares, dependendo do elemento e do micro-organismo (ARAKAKI et al., 2011).
Rabinovich et al. (2007) estudaram o bioacúmulo de zinco e cobre em A. blazei Murril para obter combinações orgânicas de potencial utilidade como um suplemento alimentar. Para isso avaliaram a biodisponibilidade e acumulação desses minerais no micélio do micro-organismo que foi cultivado na presença desses metais.
O uso da biomassa de micro-organismos enriquecida com minerais é importante para atender as mais diversas áreas, como alimento humano e animal, cosmético, farmacêutico, entre outras (MANZONI, ROLLINI e BENEDETTI, 2010).