Capítulo 11 - Cons. pela fermentação

Prof. ª Cecília Dantas Vicente

CAPÍTULO 11

– CONSERVAÇÃO DOS ALIMENTOS PELA

FERMENTAÇÃO

11.1) Introdução

A fermentação é um processo que utiliza o crescimento controlado de microrganismos selecionados, capazes de modificar sua textura, sabor e aroma, como também suas propriedades nutricionais.

FERMENTAÇÃO = PROCESSO BIOQUÍMICO

ENZIMAS

M.O. + MATERIAL NUTRITIVO

_⇒

RESPIRAÇÃO ANAERÓBIA

_⇒

ALIMENTOS E BEBIDAS.

 Produtos fermentados:

- vinhos (bebidas fermentadas e fermentos destilados) - leites fermentados

- molhos a base de soja

- produtos cárneos como salame e piperoni

Prof. ª Cecília Dantas Vicente 11.2. Papel dos m. o. na fermentação dos alimentos

Antigüidade >> sem fundamento teórico como pó fermentado, do vinho ou das fermentações utilizadas para conservar os alimentos pelo acúmulo de ácido lático ( coalhada, queijo, chucrute, ensilagem ).

1830 – desenvolvimento do microscópio com adequado poder de resolução, Schwann, Carniard-Latour e Kutzing, individualmente, concluíram que o sedimento formado por glóbulos microscópicos que se acumulara na fermentação alcóolica consistia de minúsculas plantas em crescimento, cujas atividades metabólicas eram responsáveis pela fermentação. Os mais importantes químicos da época, todavia, consideravam a fermentação como um processo químico devido a uma estabilidade auto-renovável do suco de uva, iniciada pela sua exposição ao ar. O sedimento amorfo seria análogo aos freqüentes precipitados cristalinos de ácido tartárico.

Liebig, pai da bioquímica, defendeu este ponto de vista com tal veemência que as excelentes experimentações de Schwann, sobre a natureza da fermentação ficaram praticamente esquecidas durante duas décadas.

11.2.1. As contribuições de Pasteur

A autoridade de Liebig foi eventualmente refutada por uma personalidade igualmente marcante: Louis Pasteur, numa cruzada que procurava, simultaneamente, encontrar a verdade e confundir os inimigos. Este ardor, assim como a sua habilidade experimental, fizeram com que Pasteur, no século dezenove, fosse segundo Dubos “não só o braço mas também a voz e finalmente o símbolo da ciência triunfante”.

Formado em química, Louis Pasteur interessou-se pelas fermentações ao descobrir a isomeria óptica como propriedade de certos produtos da fermentação ( álcool iso-amílico, ácido tartárico ). Uma combinação de estudos químicos e biológicos o levou a reconhecer a especificidade de diferentes agentes da fermentação. Em 1857, na sua primeira publicação sobre o assunto, mostrou que diferentes tipos de microrganismos eram responsáveis por tipos diversos de fermentações: esferas de tamanho variável (agora identificados como leveduras) na fermentação alcoólica, bastonetes menores ( lactobacilos ) na fermentação láctica.

Ao estabelecer a natureza das fermentações, Pasteur iniciou o estudo do metabolismo bacteriano, adquirindo com isso profunda

Prof. ª Cecília Dantas Vicente compreensão de muitos de seus problemas, provando assim que organismos vivos são responsáveis pelas fermentações.

Pasteur mostrou que a vida é possível sem ar. Reconheceu a existência tanto de organismos anaeróbios estritos, como de facultativos que podem crescer com ou sem ar; mostrou que a fermentação produz muito menos crescimento que a respiração, por unidade consumida. 11.2.2. Cultura Seletiva

Princípio da cultura seletiva: muitos m.o. são oblíquos e os que eventualmente predominam em uma cultura mista é o que melhor se adapta ao meio ambiente

Exemplo: altas concentrações de açúcares e baixo teor de proteína, isto é, baixa capacidade tamponante do suco de uvas, resulta numa determinada condição, que atualmente é reconhecida como pH baixo, que favorece a proliferação de leveduras acidúricas, resultando numa fermentação alcoólica, enquanto que a neutralização do ácido pela grande quantidade de proteína do leite favorece a proliferação de bactérias de crescimento mais rápido, mas algo ácido sensíveis, que produzem a fermentação láctica.

11.3. Controle das fermentações em alimentos

Em condições favoráveis ao crescimento microbiano, o alimento pode ser alterado em um curto espaço de tempo. O controle dessas condições evitará o desenvolvimento microbiano, quando este for considerado indesejável.

Fatores importantes para controle das fermentações:

- pH - temperatura

- fonte de energia - teor de sal

- disponibilidade de oxigênio 11.3.1. Valor de pH

A maioria dos alimentos têm pH menor 7,0, ou seja, são ácidos. -pH

- frutas 3 – 4,5

- hortaliças 4,6 – 6,5

- leite 6,4

Prof. ª Cecília Dantas Vicente Nas fermentações de alimentos, as mais importantes são as alcoólicas e oxidantes

↓

Produtos ácidos ↓

As fermentações são controladas pela acidez do substrato 11.3.2. Fonte de energia

Os nutrientes que primeiro são atacados pelos m.o. são:

1) CARBOIDRATO – 1o açúcares de menor P.M., por isso, faz-se necessária adição de enzimas sacarolíticas. O leite é facilmente fermentado porque a lactose é um áçucar simples.

11.3.3. Disponibilidade de Oxigênio

Na presença de oxigênio, as leveduras se multiplicam com bastante rapidez, enquanto que quando se limita a quantidade de 02 as

células começam a atividade fermentativa, com produção de álcool. Os bolores são totalmente aeróbicos, portanto, seu controle é feito com a retirada de O2.

11.3.4. Temperatura

- LEVEDURAS ( 26 a 32o C ) – produção de álcool

- BACTÉRIAS ACÉTICAS 34 a 36o C ) – produção de ac. acético - BACTÉRIAS LÁTICAS ( 45o C ) – produção de ac. lático

11.3.5. Cloreto de Sódio ( sal- NaCl ) - diminui a atividade de água

- favorece o crescimento de bactérias halófilas

- bactérias láticas se desenvolvem em concentrações relativamente altas de sal, produzem o ácido lático que também é anti-séptico para os m.o. responsáveis pela deterioração dos alimentos

Prof. ª Cecília Dantas Vicente - Algumas fermentações láticas – picles, chucrutes e azeitonas, o sal e o ácido acético são responsáveis pela estabilidade da conserva.

11.4. Utilização da fermentação na produção de alimentos

→ substâncias resultantes dos processos fermentativos:

- álcoois – bebidas alcóolicas (fermentadas e fermento destiladas)

- ácidos – iogurtes, queijos, vegetais fermentados como picles, chucrute e azeitona.

FERMENTAÇÕES:

- Bactérias – produzem ácido acético, lático, butírico, propiônico e glucônico.

- Bolores – produzem manitol, ácido citríco, glucônico, lático e fumárico.

- Leveduras – produzem álcool e glicerina PROCESSO DE FERMENTAÇÃO:

- Aumentam a vida de prateleira dos alimentos

- Conferem sabor, aroma, textura superior a matéria-prima original

M.O. NA FERMENTAÇÃO

Homofermentativos - Capaz de fermentar o substrato, dando como produto final praticamente um único produto.

Heterofermentativos - Capaz de fermentar o substrato, dando mais de um produto final.

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Prof. ª Cecília Dantas Vicente Fluxograma processo fermentativo

1 Preparo do Inóculo

Chama-se inóculo, pé-de-cuba ou pé-de-fermentação um volume de suspensão de microrganismo de concentração adequada capaz de garantir, em condições econômicas, a fermentação de um dado volume de mosto. Para que se obtenha um inóculo com capacidade produtiva elevada, deve-se dar condições para que o microrganismo desejado seja propagado, que incluem desde sua manutenção até a propagação propriamente dita. (SCHMIDELL, 2001, p. 194)

O preparo do inóculo consiste de uma série de passos que visam obter uma população microbiana elevada, ativa e adaptada às condições do processo, a ser adicionada ao meio do fermentador principal, para iniciar a fermentação. Pode-se partir de culturas puras estocadas em laboratório e aumentar gradativamente o volume da suspensão microbiana, através de transferências sucessivas pata frascos cada vez maiores. Outras vezes, os microorganismos utilizados numa batelada são recuperados por centrifugação ou filtração, tratados para a eliminação de contaminantes, e reutilizados na batelada seguinte. A opção pela forma de preparo o inóculo depende de cada processo. Se um microorganismo é muito suscetível a mutações ou alterações de comportamento, ou ainda, se o nível de contaminação por agentes externos da planta industrial for muito elevado, a reutilização do cultivo deve ser evitada. (BARROS, 2002, p.58 - 59)

O volume de inóculo introduzido no fermentador de produção está comumente ao redor de 10% de sua capacidade útil. No entanto, pode variar de 0,5 a 50%. (SCHMIDELL, 2001, p. 195)

2 Matérias-primas, preparo do meio e esterilização

Para a realização da fermentação, é necessário que seja preparado um meio, ou mosto, que favoreça tanto o crescimento microbiano quanto a formação do produto. (BARROS, 2002, p. 60)

Como já se sabe, cada microorganismo possui condições ótimas de crescimento tais como: temperatura, pH, nível de oxigênio dissolvido, entre outras. O meio de cultivo, por sua vez, tem influência marcante nesse processo. Em microbiologia, é chamado de meio de cultura. Aqui, na área de fermentações industriais, é chamado de mosto ou meio de fermentação. Este, deve possuir nutrientes classificados nos seguintes grupos: a) fontes dos elementos “principais” – C, H, O e N; b) fonte dos elementos “secundários” – P, K, S, Mg; c) vitaminas e hormônios; d) fontes de “traços” de elementos, ou seja, requerimentos de elementos em quantidades mínimas para o crescimento microbiano (por exemplo, Ca, Mn, Fe,

Prof. ª Cecília Dantas Vicente Co, Cu, Zn). (SCHMIDELL, 2001, p. 196)

Na formação de um meio de fermentação (mosto) deve-se levar em conta a necessidade desses nutrientes, lembrando que o meio, além de propiciar o desenvolvimento microbiano, deve favorecer a formação do produto que se deseja. (SCHMIDELL, 2001, p. 197)

Alguns dos substratos e/ou matérias-primas, possíveis para utilização em cultivos microbianos, são: açúcares, melaços, soro de leite, celulose, amido, resíduos como liquor sulfítico e água de maceração de milho, metanol, etanol, alcanos, óleos e gorduras, etc. (SCHMIDELL, 2001, p. 198)

Características desejáveis de meios de cultivo para aplicação industrial

(SCHMIDELL, 2001, p. 15 - 16)

Algumas características gerais, que devem ser consideradas, são: - ser o mais barato possível;

- atender às necessidades nutricionais do microorganismo;

- auxiliar no controle do processo, como é o caso de ser ligeiramente tamponado, o que evita variações drásticas de pH, ou evitar uma excessiva formação de espuma;

- não provocar problemas na recuperação do produto;

- os componentes devem permitir algum tempo de armazenamento, a fim de estarem disponíveis todo o tempo;

- ter composição razoavelmente fixa;

- não causar dificuldades no tratamento final do efluente.

Após a sua preparação, o meio pode ser esterilizado, a fim de eliminar microorganismos contaminantes e evitar a queda do rendimento do processo, dentre outros problemas. A esterilização é, em geral, feita por tratamento térmico. (BARROS, 2002, p. 60)

Prof. ª Cecília Dantas Vicente 3 Recuperação e purificação de produtos

A recuperação e a purificação dos produtos presentes no biorreator fazem parte dos chamados tratamentos finais em processos biotecnológicos. Em geral, essa é a etapa mais complexa e onerosa de um processo fermentativo. (BARROS, 2002, p. 61)

Na recuperação e purificação de produtos são usadas muitas técnicas comuns nos processos químicos, dependendo das características de cada produto e do meio em que ele está contido. É preciso, primeiramente, separar as células e outros materiais sólidos do meio, através de métodos físicos como a sedimentação, a filtração e a centrifugação. Em seguida, dependendo se o produto é intracelular ou extracelular, são usados, para o primeiro caso, métodos de ruptura de células, para liberação do produto, e feito o enriquecimento, usando diferentes técnicas como, por exemplo, no caso da fermentação alcoólica, a destilação. (BARROS, 2002, p. 61)

11.5. Fermentação alcoólica

açúcar ou → 2 álcool + 1 CO2 monossacarídeo leveduras + enzimas

→ Saccharomyces cerevisiae – usada na elaboração de vinho

→ S. carlsbergensis e S. uvarum – usada na produção de cerveja

→ Fermento-destiladas – usada na elaboração de aguardentes, rum, uísque, conhaque, tequila, gim etc.

As leveduras não fermentam açúcares complexos, para isto os açúcares devem ser decompostos à açúcares menores para depois se iniciar o processo de fermentação.

Esta fase chama-se sacarificação.

→ A sacarificação pode ser de origem química – ácido clorídrico ou sulfúrico

Prof. ª Cecília Dantas Vicente → sacarificação fúngica – Amilomyces rouxii, Aspergillus oryzae e Mucor delemar.

Condições ótimas:pH = 4,5 e T = 28o C 1.6. Fermentação acética

Produção de vinagre pela oxidação do álcool por bactérias acéticas, como Acinetobacter e Gluconobacter.

Álcool → Ácido Acético → CO2 + Água |

desejável ←→ indesejável 2 métodos para a produção de vinagre:

→ método rápido ( alemão )

Utilizado para a fabricação de vinagre de álcool, de qualidade

inferior ao de vinho, necessita de um teor mínimo de 6% de acidez, para ser consumido.

→ método lento ( Orleanês )

- utlizado na fabricação de vinagre de vinho, onde se utiliza a uva ou outras frutas como matéria-prima. O suco de frutas é submetido a fermentação alcoólica e depois a fermentação acética. Resulta em um produto de boa qualidade, para ser consumido, necessita de no

mínimo 4% de ácido acético.

PRODUÇÃO DO VINAGRE

FERMENTAÇÃO AÇÚCAR ( GLICOSE OU MONOSSACARÍDEO ) ALCOÓLICA → ↓

ETANOL ( 2 ÁLCOOL + 1 CO2 )

FERMENTAÇÃO SENSÍVEL ↓ Acetobacter aceti ACÉTICA →

ÁC. ACÉTICO + COMPOSTOS AROMÁTICOS MATURAÇÃO

DO → ↓ ← FENOL VINAGRE

ACETATO DE ETILA ( RESPONSÁVEL PELO BOUQUET DO VINAGRE )

Prof. ª Cecília Dantas Vicente O ácido acético pode ser utilizado como acidulante em diversos alimentos, na desinfecção de hortaliças e sanificação de carnes.

Isolado ou em conjunto com outros ácidos orgânicos, é capaz de eliminar a maioria das bactérias tanto patogênicas como deterioradoras, presentes nos alimentos.

Em hortaliças evita a contaminação por Vibrio cholerae.

O ácido acético pode ser utilizado como sanitizante em alimentos, uma vez que apresenta toxidade alta contra os m.o. e baixa contra os seres humanos.

A ação antimicrobiana desse ácido resulta de sua ação lipofítica, onde os íons hidrogênio penetram a membrana celular do m.o., acidificando o seu interior, inibindo assim o transporte de nutrientes. Essa atividade pode ser creditada à sua ação lipofítica.

O ácido acético pode inibir ou até mesmo eliminar o crescimento dos m.o. pela interferência na permeabilidade da célula microbiana, afetando o transporte de substâncias e a fosforilação oxidativa do sistema de transporte de elétrons.

11.7. Fermentação lática

→ aumenta a vida de prateleira dos alimentos

→ produção de: produtos de origem vegetal como picles, chucrutes e azeitonas e de origem animal como queijo, iogurte e salames são elaborados por meio da fermentação lática.

FERMENTAÇÃO DO LEITE Conc. Ácido lático = 0,7 a 1%

↓

Crescimento do Streptococcus liquefaciens, S. latis, S. cremoris são inibidos

↓

Crescem outras espécies mais tolerantes como: Lactobacillus casei e L. bulgaricus que suportam até 1,5 – 3,0% de ácido.

FERMENTAÇÃO DE PRODUTOS DE ORIGEM VEGETAL

Prof. ª Cecília Dantas Vicente → Lactobacillus têm maior poder acidificante que o Streptococcus → Dos quatro gêneros de bactérias láticas, os Streptococcus e os Pediococcus são homolátias e os Lactobacillus depende da espécie

Na maioria das fermentações, a flora natural do produto já é suficiente para provocar a redução do pH, o que evita o crescimento dos microrganismos indesejáveis, dando estabilidade ao substrato até que ocorra a fermentação.

Na fermentação de produtos pouco ácidos como o leite e a carne, realizada com o objetivo de aumentar a concentração de

microrganismos fermentadores, para reduzir o tempo de fermentação e inibir o crescimento de m.o. patogênicos e deterioradores, adiciona-se uma determinada quantidade de m.o. selecionados, com o objetivo de iniciar a fermentação. Essa cultura de m.o. é conhecida como “cultura starter”.

Na fermentação de produtos cárneos, tem sido adicionado glicose delta lactona ( GDL ) que acidifica gradualmente o substrato. Por agir como acidulante a GDL pode substituir bactérias láticas utilizadas para iniciar o processo de cura, porém os fabricantes têm utilizado com sucesso, a GDL e a “cultura starter”no mesmo processo fermentativo. 11.7.1 Produtos cárneos fermentados

→ Embutidos fermentados como: - salame

- piperoni

São elaborados a partir de uma mistura de carnes finamente moídas, especiarias, sais de cura ( nitrito e nitrato de sódio ), sal e açúcar.

MOAGEM DA CARNE - a granulometria pode variar E de grossa a fina, conforme o TOUCINHO CRUS tipo de produto e posterior maturação

m.o. → ↓ T, acidez e

desejável umidade controlada ( bolores )

EMBUTIDO

Prof. ª Cecília Dantas Vicente ↓

FERMENTAÇÃO ↓

PRODUTO ESTÁVEL PELA

REDUÇÃO DA ATIVIDADE DE H2O E DE pH ↓ PASTEURIZADO 65 – 68O C / 4 A 8 HORAS ↓ SECAGEM E DEFUMAÇÃO ↓ ARMAZENAMENTO ( 4 A 7O C ) O produto torna-se estável porque: - nitritos e nitratos ( conservantes ) - sal ( conservante e ↓ ativ. H2O )

- defumação - pasteurização - desidratação

- ↓ temperatura no armazenamento 11.7.2. Produtos vegetais fermentados

→ pepinos, azeitonas e outros vegetais são submergidos em salmoura contendo de 2,5 a 6,0% de sal, para inibir bactérias

responsáveis pela putrefação

VEGETAIS ↓

SALMOURA grande quantidade de 2,5 A 6,0% SAL bactérias, bolores e

↓ leveduras Anaerobiose / 2 a 7 dias

1A FASE

N° BACTÉRIAS LÁTICAS CRESCE ↑ acidez E DECRESCE OUTROS M.O. ↓ pH

↓

Predominam: Enterobacter aerogenes, Escherichia intermedium, Bacillus macerans e B. mesentericus.

↓ 2a _FASE

Prof. ª Cecília Dantas Vicente PREDOMINAM GÊNERO: ↑ acidez

Leuconostoc e Lactobacillus ↓ pH ↓ 3a FASE PREDOMINAM: Lactobacillus plantarum, L. mesenteroideus, L. brevis

Fim: acidez total = 0,5 a 1,0% ac. Lático PICLES

→ O picles elaborado por fermentação descontroladas fornece no máximo 0,33% de ácido lático, para aumentar a acidez utiliza-se

bactérias láticas selecionadas como Lactobacillus plantarum.

→ Após a fermentação os pepinos são lavados e utilizados na fabricação de diferentes tipos de picles:

⇒ Picles azedo – adiciona-se vinagre com acidez entre 4 e 5%, depois do equilíbrio, deve ser mantido com acidez próxima de 3%.

⇒ Picles doce – adicionado de vinagre doce, que foi adicionado de açúcar.

⇒ Picles fermentados com aromatizantes – são preparados em salmoura diluída com endro e outras especiarias aromatizantes.

CHUCRUTES

→ fermentação lática completa de repolho devidamente cortado e adicionado de 2 a 3% de sal.

→ domínio inicial de Leuconostoc e na fase final domínio de Lactobacillus.

→ O teor de ácido acético no final varia de 1 a 2%.

AZEITONA

Prof. ª Cecília Dantas Vicente → a colheita é feita quando atinge o tamanho máximo de cada variedade.

→ antes da fermentação são tratados com 1 a 2% de hidróxido de sódio, com o objetivo de eliminar o sabor amargo produzido por um glicosídeo, conhecido como oleuropeina. Para eliminar o hidróxido são feitas várias lavagens.

→ os frutos são colocados em dornas com salmoura de 9%. Após o equilíbrio a concentração cairá para 3,5 a 4% e deverá ser corrigida para 6%.

→ pH inicial varia em torno de 6% ( função do Na OH residual ) e cairá para 3% no final da fermentação.

→ a flora microbiana está relacionada com a fase da fermentação, destacando-se Lactobacillus plantarum, L. brevis e Leuconostoc

mesenteroideus.

→ teor de ácido lático no final deve ser próximo de 1,5% → no final as azeitonas são embaladas para comercialização → Às vezes as azeitonas são pasteurizadas à 82o C e o objetivo é

aumentar a vida de prateleira.

11.7.3. Produtos fermentados derivados do leite → queijos, iogurte e creme de leite fermentado.

LACTOSE _{→ÁCIDO LÁTICO (FLOCOS - MICÉLIO CASEÍNA)}

IOGURTE

1) LEITE PASTEURIZADO (destrói contaminantes e desestabiliza a caseína K)

2) ADIÇÃO DE CULTURA MISTA DE BACTÉRIAS (inicialmente proliferam Streptococcus thermophilus→ ác. lático + acetil metil

carbinol, acético e fórmico

3) PREDOMINA Lactobacillus bulgaricus pH diminui e produz acetaldeído (bouquet e aroma)