A fermentação é um processo metabolicamente diversificado e fundamental para a produção de uma ampla variedade de produtos. Os processos fermentativos são essenciais em diversas industrias, incluindo a alimentícia, farmacêutica e de biocombustíveis.

A fermentação é um processo bioquímico, que ocorre por meio de uma série de reações enzimaticamente controladas, nas quais organismos vivos, como bactérias, fungos e leveduras, convertem substâncias orgânicas em compostos mais simples, produzindo energia em forma de ATP (trifosfato de adenosina) e subprodutos úteis.

Na indústria alimentícia, a fermentação é empregada na produção de pães, queijos, iogurtes, cervejas, vinhos, entre outros. Na indústria farmacêutica, sua utilização se estende à produção de antibióticos, vitaminas, aminoácidos e outros medicamentos. Já na indústria de biocombustíveis, a fermentação é crucial para a produção de etanol, etanol 2G, biodiesel e biogás, contribuindo para a busca por fontes de energia renovável e sustentável.

Os processos fermentativos têm sido utilizados ao longo da história da humanidade, com registros de sua aplicação na produção de alimentos e bebidas desde civilizações antigas. Inicialmente realizada de forma empírica, a fermentação evoluiu consideravelmente com o avanço cientifico, especialmente a partir do século XX. Hoje, é amplamente estudada e aplicada em diversas áreas, como química industrial, biomateriais, medicamentos, combustíveis e aditivos alimentares, graças a técnicas modernas de biotecnologia que permitem a produção eficiente e controlada de uma variedade de produtos.

Quais microrganismos estão envolvidos na fermentação?

Os microrganismos desempenham um papel fundamental nos processos fermentativos, contribuindo para a produção de uma grande variedade de produtos fermentados. Dentre os principais microrganismos utilizados nesses processos, destacam-se as bactérias e os fungos.

As bactérias são amplamente utilizadas em diversos processos fermentativos. Por exemplo, as bactérias do gênero Lactobacillus são capazes de fermentar açúcares produzindo ácidos orgânicos, como o ácido láctico, que contribui para a preservação de alimentos e a produção de produtos lácteos.

Outro exemplo é a bactéria do gênero Acetobacter, que são responsáveis pela fermentação acética, na qual convertem álcoois em ácidos orgânicos, como o ácido acético, essencial na produção de vinagre.

Além dos gêneros de bactérias mencionados, existem outras bactérias que participam da fermentação em diversos processos industriais e na produção de alimentos. Como por exemplo, as bactérias do gênero Clostridium, Gluconobacter, Oenococcus e Propionibacterium.

Os fungos, por sua vez, desempenham importantes funções na fermentação, incluindo a degradação de substratos complexos, como amidos e proteínas. Fungos do gênero Aspergillus, por exemplo, são utilizados na produção de enzimas, como a amilase e a pectinase, que são importantes na indústria de alimentos e bebidas, ou seja, contribuem para a quebra de amidos em açúcares fermentáveis e a produção de enzimas digestivas.

Outros fungos, como os do gênero Rhizopus, são utilizados na fermentação de alimentos, como tempeh. O Rhizopus converte os carboidratos da soja em ácido láctico, contribuindo para textura e sabor.

As leveduras, por sua vez, são um tipo especifico de fungo utilizada na fermentação alcoólica, convertendo açúcares em álcool etílico e dióxido de carbono. Além de influenciar o aroma, sabor e teor alcoólico dos produtos finais.

Leveduras do gênero Saccharomyces são uns dos fungos mais importantes nos processos de fermentação. Usadas na produção de produtos fermentados como cerveja, vinho e pão, são responsáveis pela fermentação alcoólica, convertem os açucares presentes em substratos. Além da fermentação alcoólica, algumas leveduras também são utilizadas na fermentação láctica, contribuindo para a produção de produtos lácteos como iogurtes e queijos.

Já os Penicillium são conhecidos pela sua importância na produção de antibióticos, como a penicilina. Esses fungos também são usados na produção de queijos do tipo Roquefort, Camembert e Gorgonzola.

Em resumo, bactérias e fungos desempenham papeis essenciais nos processos fermentativos, contribuindo para a produção de uma ampla variedade de alimentos e bebidas fermentadas. Sua capacidade de degradar substratos complexos, produzir enzimas e metabolitos úteis, e conferir sabores e texturas distintos torna-os componentes indispensáveis na indústria de alimentos e bebidas.

Tipos de fermentação

Os processos fermentativos ocorrem quando microrganismos atuam sobre um determinado substrato e gera alguma substância ou produto utilizável. Entre os tipos de fermentação, cada um com características distintas e conduzidos por microrganismos específicos, destacam-se as fermentações acéticas, alcoólicas e láticas.

Fermentação acética: as bactérias do ácido acético (BBA) oxidam o etanol, gerado pela fermentação alcoólica, transformando-o em ácido acético, principal composto do vinagre. Fatores como pH, temperatura, concentração alcoólica, oxigênio e matéria-prima influenciam na eficácia desse processo.

Fermentação alcoólica: ocorre a degradação anaeróbica de açúcares, principalmente glicose e frutose, transformando-os em álcool etílico (etanol) e dióxido de carbônico (CO2). As leveduras utilizam essa via metabólica para obter energia na forma de ATP, necessário para suas atividades fisiológicas, crescimento e reprodução.

Durante a fermentação alcoólica, os microrganismos fermentados além de utilizarem os açúcares e outros substratos convertendo-os a etanol, com liberação de CO2, podem ser responsáveis pela formação de alguns compostos secundários, muitos deles necessários para a incorporação de sabor a bebida, como glicerol, ésteres, aldeídos e ácidos. Esses compostos voláteis presentes nas bebidas alcoólicas fermentadas podem ser provenientes ainda de matéria prima e até mesmo sido formados durante o envelhecimento ao final da etapa de fermentação.

Fermentação lática: Nesse processo fermentativo, os carboidratos, como a glicose, são metabolizados por bactérias para produzir o ácido láctico. Esse tipo de fermentação é comum na indústria alimentícia, especialmente na produção de laticínios, como iogurte, queijo e kefir. Além disso, algumas cepas de bactérias lácticas são utilizadas na fermentação de vegetais para produção de alimentos fermentados.

Na indústria farmacêutica, a fermentação láctica é empregada na produção de ácido láctico, que é utilizado como conservante, acidulante e agente flavorizante em uma variedade de produtos farmacêuticos e cosméticos.

Outros tipos de fermentação: Existem outros tipos de fermentação, conduzidas por microrganismos específicos, resultando em uma variedade de produtos. Por exemplo a fermentação butírica, realizada por bactérias do gênero Clostridium, leva à produção de ácido butírico e outros compostos. Esse processo é encontrado na fermentação de matéria orgânica e pode ser produzido a partir da lactose ou ácido lático.

Outro exemplo é a fermentação propiônica, que é realizada por bactérias do gênero Propionibacterium. Nesse processo, são produzidos o ácido propiônico e o dióxido de carbono, essa fermentação é frequentemente utilizada na produção de queijos.

Tipos dos processos fermentativos

Existem diferentes tipos de processos fermentativos, cada um com suas próprias características e aplicações específicas. Os principais métodos incluem os processos descontínuos, contínuos e semicontínuos.

O processo descontinuo, conhecido também como batelada, é um dos métodos mais simples e comuns na fermentação. Nele, a fermentação ocorre em lotes, com todo o meio de cultura sendo adicionado de uma vez só no fermentador. Os microrganismos são inoculados, seguidos pela adição do meio de cultivo, e a fermentação é realizada sob condições ideais de pH, temperatura, agitação e aeração, até que os substratos sejam completamente consumidos ou que o produto atinja as especificações desejadas.

Após a conclusão da fermentação, o produto é removido do fermentador e o equipamento é limpo e preparado para o próximo lote. Esse processo é adequado para produções menores, onde a flexibilidade e a facilidade de operação são mais importantes do que a eficiência de produção em grande escala.

No processo contínuo, a fermentação ocorre de forma contínua, sem interrupções entre os ciclos de produção. O meio de cultura é continuamente adicionado ao fermentador, enquanto o produto fermentado é retirado ao mesmo tempo. Isso permite que a fermentação ocorra em um regime constante, mantendo condições ideais para o crescimento e atividade dos microrganismos.

O processo contínuo é frequentemente utilizado em produções em larga escala, onde a eficiência e a produtividade são prioridades. Ele oferece vantagens como maior rendimento, menor tempo de ciclo e menor consumo de energia em comparação com o processo descontínuo.

O processo semicontínuo combina elementos dos processos contínuos e descontínuos. Neste método, o meio de cultura é adicionado ao fermentador em lotes, como no processo descontínuo, mas o produto fermentado é removido de forma contínua ao longo do tempo.

Isso permite uma produção mais eficiente e estável em comparação com o processo descontínuo, enquanto ainda oferece alguma flexibilidade em relação ao processo contínuo. O processo semicontínuo é frequentemente usado em aplicações onde a demanda do produto é constante, mas não requer produção em larga escala.

Biorreatores e incubadoras refrigeradas com agitação

Nos processos fermentativos, diversos equipamentos são fundamentais para o controle e a realização adequada das reações bioquímicas. Entre os equipamentos mais comuns, a Tecnal possui os biorreatores e a incubadora refrigerada com agitação TE-426.

Os biorreatores são equipamentos projetados para proporcionar condições ideais de crescimento e atividade dos microrganismos durante a fermentação. Eles controlam variáveis como temperatura, pH, agitação e aeração, garantindo um ambiente favorável para o desenvolvimento dos microrganismos e a produção dos produtos desejados. Além disso, os biorreatores permitem o monitoramento e o ajuste dessas condições ao longo do processo, contribuindo para uma produção mais eficiente e controlada.

Já a incubadora refrigerada com agitação TE-426 é utilizada para o cultivo de microrganismos. Elas permitem o controle de temperatura, promovem a agitação do meio de cultura, o que garante homogeneidade e oxigenação adequada, ainda contam com um sistema de coleta de amostras e alívio de pressão

Considerações Finais

A fermentação pode ser empregada em diversas áreas, com aplicações que vão desde a produção de alimentos e bebidas até a fabricação de produtos farmacêuticos e biocombustíveis. A fermentação é capaz de transformar substratos simples em uma ampla variedade de produtos úteis e valiosos.

Cada tipo de fermentação apresenta características distintas e utilizam variedades de microrganismos e substratos. Os processos fermentativos também podem ocorrer em diferentes configurações, como a fermentação contínua, descontínua e semicontínua. Para aproveitar todo o potencial da fermentação, é necessário o desenvolvimento de pesquisas e uso de equipamentos tecnológicos que auxiliam esses processos.