A fermentação é um processo químico pelo qual carboidratos, como amido e glicose, são decompostos anaerobicamente. A fermentação traz muitos benefícios à saúde e é usada na produção de bebidas alcoólicas, pão, iogurte, chucrute, vinagre de maçã e kombuchá. Também é usado na indústria para gerar etanol como fonte de biocombustível.
Uma breve história da fermentação
Ao longo da história humana, diferentes culturas produziram bebidas fermentadas deixando grãos e frutas em recipientes tampados, sem entender por que a receita funcionou.
Só depois de Joseph Louis Gay-Lussac experimentar um método para manter o suco de uva não fermentado por muito tempo é que ele descobriu que o fermento era indispensável para a fermentação alcoólica. Foi Pasteur, porém, quem demonstrou que a levedura é responsável pela transformação da glicose em etanol nas bebidas fermentadas. Ele também descobriu microorganismos que fazem o leite azedar, o que mais tarde foi descoberto ser a ação de bactérias na fermentação do ácido láctico.
Definição de Fermentação
A fermentação é um processo metabólico em que a atividade de microrganismos provoca uma mudança desejável em um alimento ou bebida. Por exemplo, na produção de bebidas alcoólicas ou produtos lácteos ácidos. Nesse processo químico, moléculas como a glicose são decompostas em condições anaeróbicas.
A palavra “fermento” deriva da palavra latina “fervere”, que significa ferver. A ciência da fermentação é conhecida como zimologia, do grego para “o funcionamento da fermentação”, e é um estudo do processo bioquímico da fermentação e suas aplicações.
A fermentação ocorre sob condições anaeróbicas (ausência de oxigênio), com a ação de microrganismos (leveduras, bactérias e bolores) que extraem energia do processo.
Algumas espécies de fermento, como Saccharomyces cerevisiae, prefere a fermentação à respiração aeróbia, mesmo quando o oxigênio é abundante, desde que haja um suprimento adequado de açúcar. A fermentação não se limita à levedura, mas também pode ser realizada nos músculos, nos quais os músculos catalisam a conversão da glicose em lactato.
Visão Bioquímica
Glicolise, que é a via metabólica que converte a glicose em piruvato, é a primeira etapa da fermentação. Durante o processo de glicólise, uma molécula de glicose, um açúcar de seis carbonos, se divide em duas moléculas de piruvato. Esta reação exotérmica libera energia para a fosforilação de ADP em ATP e conversão de NAD + em NADH.
Na presença de oxigênio, o piruvato pode então ser oxidado por meio do ciclo do ácido tricarboxílico, um processo conhecido como respiração aeróbia. Por outro lado, o piruvato pode ser reduzido a álcool, ácido lático ou outros produtos na ausência de oxigênio, no processo de fermentação.
Tipos de fermentação
Existem muitos tipos de fermentação, que se distinguem principalmente pelos produtos finais. Dois dos tipos mais importantes e comumente usados são etanol / fermentação alcoólica e fermentação de ácido lático.
Fermentação de etanol é utilizado na produção de bebidas alcoólicas. Fermentação de ácido láctico é usado para dar sabor ou preservar laticínios e vegetais. A fermentação do ácido láctico também ocorre nas células musculares sob intensa atividade. Nesse caso, os músculos consomem energia (ATP) mais rápido do que o oxigênio pode ser fornecido, resultando em um ambiente anaeróbico e, portanto, em acúmulo de ácido lático e músculos doloridos.
Existem outros tipos de fermentação, como fermentação de ácido acético, fermentação de acetona-butanol-etanol e fermentação de ácido misto.
Fermentação de etanol
A fermentação do etanol é definida como o processo biológico que transforma açúcar (glicose, frutose e sacarose) em etanol, dióxido de carbono e energia.
Após a etapa inicial de glicólise que converte uma molécula de glicose em duas moléculas de piruvato, o piruvato moléculas ainda se dividem em duas moléculas de acetaldeído e duas de dióxido de carbono, uma etapa catalisada pelo piruvato descarboxilase. A álcool desidrogenase facilita a conversão das duas moléculas de acetaldeído em duas moléculas de etanol, utilizando a energia e o hidrogênio do NADH.
•••Modificado de https://www.khanacademy.org/science/biology/cellular-respiration-and-fermentation/variations-on-cellular-respiration/a/fermentation-and-anaerobic-respiration
Fermentação de ácido láctico
A fermentação do ácido láctico é outro tipo de fermentação e é descrita como o processo metabólico que transforma o açúcar no metabólito lactato e energia. É o único processo respiratório que não produz gás e ocorre em algumas bactérias (como lactobacilos) e células musculares.
Este tipo de fermentação converte as duas moléculas de piruvato da glicólise em duas moléculas de ácido láctico e regenera o NAD+ no processo, continuando o ciclo. Esta reação redox é catalisada pela desidrogenase do ácido láctico.
A bactéria do ácido láctico pode realizar a fermentação homolática, onde o ácido láctico é o produto principal, ou fermentação heterolática, onde algum lactato é posteriormente metabolizado em etanol, dióxido de carbono e outros subprodutos.
•••Modificado de https://www.khanacademy.org/science/biology/cellular-respiration-and-fermentation/variations-on-cellular-respiration/a/fermentation-and-anaerobic-respiration
Importância e benefícios da fermentação
Rico em probióticos, os alimentos fermentados contêm microorganismos que podem ajudar a manter um sistema intestinal saudável, para que possa extrair nutrientes dos alimentos com mais eficiência. Eles são benéficos para a saúde humana de várias maneiras.
Os probióticos, enzimas e ácido láctico em alimentos fermentados podem facilitar a ingestão de vitaminas e minerais pelo corpo. A fermentação aumenta as vitaminas B e C e melhora o ácido fólico, riboflavina, niacina, tiamina e biotina, tornando-os mais acessíveis para absorção.
A fermentação também pode neutralizar o ácido fítico, uma substância presente nos grãos, nozes, sementes e leguminosas que causa deficiências minerais. Os fitatos, a forma ionizada do ácido fítico, também tornam o amido, as proteínas e as gorduras menos digeríveis.
Os microrganismos, ou probióticos, nos alimentos fermentados podem ajudar a manter um intestino saudável na produção de antibióticos, agentes antivirais, antifúngicos e antitumorais, além de criar um ambiente ácido em que os patógenos não prosperam dentro.
Usos Diários de Fermentação
A fermentação é amplamente utilizada para a produção de bebidas alcoólicas, por exemplo, vinho a partir de sucos de frutas e cerveja de grãos. Batatas, ricas em amido, também podem ser fermentadas e destiladas para fazer gin e vodka.
A fermentação também é amplamente utilizada em fazendo pão. Quando açúcar, fermento, farinha e água são combinados para formar a massa, o fermento quebra o açúcar e libera dióxido de carbono, que faz o pão crescer. O pão especial, como a massa fermentada, usa fermento e lactobacilos. Esta combinação confere à massa uma textura elástica e um sabor ácido distinto.
A fermentação do ácido láctico é usada para dar sabor ou preservar produtos lácteos e vegetais, por exemplo iogurte, chucrute, pickles e kimchi.
A fermentação do ácido acético também pode ser usada para transformar amidos e açúcares de grãos e frutas em vinagre de sabor azedo e condimentos, incluindo vinagre de cidra de maçã e kombuchá.
Aplicação Industrial de Fermentação
A fermentação é usada na indústria para gerar etanol para a produção de biocombustíveis. É um recurso renovável atraente porque se origina de matérias-primas, incluindo grãos e culturas como milho, cana-de-açúcar, beterraba sacarina e mandioca. Também pode ser proveniente de árvores, gramíneas, resíduos agrícolas e florestais.
Nos Estados Unidos, maior produtor de etanol combustível, a principal matéria-prima do etanol combustível é o milho, por sua abundância e baixo preço. Aproximadamente 0,42 litro de etanol pode ser produzido a partir de um quilo de milho. O segundo maior produtor é o Brasil, e a maior parte de seu etanol combustível vem da cana-de-açúcar. A maioria dos carros no Brasil funciona com etanol puro ou uma mistura de gasolina e etanol.
A fermentação também é capaz de produzir gás hidrogênio, por exemplo em Clostridium pasteurianum, onde a glicose é convertida em butirato, acetato, dióxido de carbono e gás hidrogênio. Na fermentação de acetona-butanol-etanol, carboidratos como amido e glicose são quebrados por bactérias para produzir acetona, n-butanol e etanol. Este processo foi desenvolvido por Chaim Weizmann como método principal para a produção de acetona na Primeira Guerra Mundial.