Em geral, a partir da composição química das células são estabelecidas as necessidades nutricionais dos microrganismos. Porém a composição exata é de difícil detecção, assim os requisitos nutricionais são determinados com base em uma composição empírica de célula (CHERNICHARO, 1997). As células são compostas por grande quantidade de moléculas pequenas, como a água, íons inorgânicos e substâncias orgânicas (Tabela 5), porém, são constituídas principalmente por grandes moléculas como proteínas e ácidos nucléicos (MADIGAN et al., 2012).
A matéria sólida de uma célula microbiana é constituída por carbono, nitrogênio, fósforo e enxofre, além de oxigênio e hidrogênio que são derivados da água. Estes seis elementos representam cerca de 95% do peso seco celular. Mas sabe-se que vários outros elementos também são encontrados na composição da célula em pequenas frações, como o ferro, potássio, magnésio, cálcio, manganês, cobalto, cobre, molibdênio e zinco. Assim, os nutrientes disponíveis para o desenvolvimento celular podem ser divididos em duas classes: os macronutrientes que são aqueles requeridos em grandes quantidades pela célula, e os micronutrientes, necessários em quantidades extremamente baixas (STANIER et al, 1986 apud BRUCHA, 2007).
Tabela 5: Composição de uma célula bacteriana Macromolecula %Peso seco Proteína 55,0 Lipídio 9,1 Polissacarídeo 5,0 Lipopolissacarídeo 3,4 DNA 3,1 RNA 20,5
Fonte: MADIGAN et al. (2012)
Sabe-se que as condições ambientais e a composição do meio afetam significativamente a produção de hidrogênio por fermentação anaeróbia. Por exemplo, estudos indicam que o nitrogênio e ferro são os nutrientes essenciais mais importantes para a produção de bioprodutos a partir da fermentação sendo que concentrações baixas e altas desses nutrientes podem provocar baixo rendimento de produtos por causa de limitações de nutrientes, via desvio metabólico, redução da atividade biológica, efeitos inibidores de altas concentrações
38 de alguns nutrientes, variação na cultura bacteriana dominante e os produtos de fermentação. Portanto, a otimização das concentrações de nutrientes essenciais para diferentes substratos e culturas microbianas é uma questão importante na produção de bioprodutos por fermentação anaeróbia (OZTEKIN et al., 2008).
O extrato de levedura é composto de substâncias complexas com custo relativamente baixo, que fornecem proteínas, aminoácidos livres, minerais, vitaminas E e do complexo B, inclusive inositol (B7) – o complexo B tem uma função muito importante como anti estressante, sendo importante para a promoção natural do crescimento; para a obtenção de células e produção de biomoléculas em processos biotecnológicos (CHÁVEZ, 2008; ARAÚJO et al., 2009).
ARAÚJO et al. (2009) apontam que além de elevados teores proteicos a levedura apresenta como característica um bom balanceamento de aminoácidos, onde os níveis de lisina e metionina sobressaem em relação a outras fontes proteicas. As leveduras contêm mais de 10 vitaminas solúveis na água, pertencentes ao complexo B (principalmente tiamina, riboflavina, niacina e ácido pantatênico). Existe ainda uma quantidade razoável de ergosterol, o que a torna uma excelente fonte de vitamina D.
A composição química e o valor nutricional da levedura dependem do substrato utilizado, do tratamento da massa fluida, das concentrações de sais e do meio de cultura de onde provém a levedura, conforme Tabela 6 (ARAÚJO et al., 2009). Os métodos mecânicos de lise celular rompem a parede mais externa formada por glicoproteínas e expõem a parede mais interna composta pelos aminoácidos β – glucanos, o rompimento desta última barreira física é que libera o conteúdo intracelular da levedura (VICTRAL, 2015).
Tabela 6: Composição química da Levedura Saccharomyces cerevisiae
Fonte: BUTOLO, 1996 apud ARAÚJO et al., 2009.
Vale destacar, que se encontra na levedura o nitrogênio presente em proteínas e o ferro na porção de material mineral, nutrientes estes, essenciais para a produção de bioprodutos via
39 fermentação anaeróbia. Conforme apresenta a Tabela 7, alguns estudos fermentativos de glicerol residual têm investigado o uso combinado com soluções complementares de nutrientes a fim de maximizar as produções e rendimentos de possíveis bioprodutos.
Tabela 7: Produção e rendimento de hidrogênio, etanol e 1,3 PDO utilizando diferentes microrganismos para fermentação de glicerol residual na presença de diferentes meios de cultivo como fonte complementar de nutrientes.
NI: Não informado. Rendimento (mol produto / mol glicerol consumido)
Fonte: o autor
Wu et al. (2011)Chookaew et al. (2014); Metsoviti et al. (2012), Reungsang et al. (2013), Biebl et al. (1992)
Nota-se que independente do microrganismo experimentado e da concentração inicial de glicerol aplicada é habitual a utilização de um meio de cultivo básico, acrescido de soluções tamponantes enriquecidas com vitaminas e elementos traços, ou apenas extrato de leveduras - um potencial substituto para essas soluções por conter na maioria das vezes vitaminas e os elementos traços demandados.
COSTA et al. (2012) em seus estudos, encontraram uma gama de nutrientes para os extratos de leveduras analisados, reafirmando que os derivados de levedura são produtos ricos em minerais, macro e microelementos, além de vitaminas do complexo B e os altos teores de proteínas e fibras dietéticas, representadas pelos carboidratos.
Utilizada em usinas de fabricação de álcool, a levedura originada da fermentação de cana de açúcar a exemplo é, após o processo industrial, recuperada e seca para ser destinada à alimentação animal, porém sabe-se que altas inclusões de nutrientes nas rações podem causar distúrbios hepáticos e renais, prejudicando o desempenho produtivo dos mesmos. De tal modo, que grande parte das leveduras são descartadas como resíduo do processo, não somente dessa indústria, mas também as cervejeiras (KERDNA, 2016).
Produção Produção Produção mmol /
(mmol/L) (g/L) (g/L)
Klebsiella sp. 30 NI 0.11 6.6 0.44 5.9 0.24 Meio convencional Wu et al. (2011)
Klebsiella sp. 11.14 NI 0.26 NI 0.58 NI NI Solução tampão com elementos traços Chookaew et al. (2014)
Clostridium butyricum 20 NI NI NI NI 11.3 0.7 Solução de elementos traços, Fe e extrato de leveduras Metsoviti et al. (2012)
Klebsiella oxytoca 18.3 NI NI 4.6 0.6 3.8 0.25 Solução de elementos traços, Fe e extrato de leveduras Metsoviti et al. (2012)
Enterobacter aerogenes 20 NI NI 4.6 0.44 NI NI Solução de elementos traços, Fe e extrato de leveduras Metsoviti et al. (2012)
Enterobacter aerogenes 31.23 NI 0.12 5.5 0.83 NI NI Meio convencional com vitaminas Reungsang et al. (2013)
Clostridium butyricum 63 93 / 37.2 NI 0.08 NI 19 0.6 Meio convencional Biebl et al. (1992) Referencia Rendi mento Rendi mento Rendi mento Microorganismo Glicerol inicial (g/L)
Hidrogênio Etanol 1,3 PDO
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