Fermentação e Biotecnologia - História

Transcrição

1 Fermentação e Biotecnologia - História Cristiani Miranda David Gossani e Walter Ruggeri Waldman

2 Fermentação e Biotecnologia - História Estes experimentos têm como objetivo abordar aspectos históricos da fermentação que acompanharam também a evolução do ser humano. Estes experimentos abordam um contexto que pode ser interpretado como tabu: a bebida alcoólica. Porém é parte integrante do cotidiano da nossa civilização e pode ser uma excelente oportunidade para abordar o assunto de maneira adequada e com a devida orientação de todos os males que a bebida alcoólica pode trazer. História da fermentação associada à cerveja Provavelmente a cerveja foi descoberta há AC pelos sumérios, que colhiam grãos silvestres e os armazenavam. Na época não havia como evitar que os grãos armazenados entrassem em contato com umidade e água e os sumérios perceberam que os grãos que permaneceram por algum tempo nessas condições se tornavam mais doces. Perceberam também que algumas pequenas poças com alguns grãos depois de algum tempo tinham um cheiro diferente e seu sabor tinha algum interesse que fez com que se tentasse repetir este fenômeno fora das condições de armazenamento. Os processos responsáveis por estes dois fenômenos, o grão adocicado e a formação de uma bebida diferente das então conhecidas, são o que chamamos hoje de maltagem e fermentação alcoólica. A maltagem ocorre devido à ação de enzimas que estão presentes nos grãos em geral, em especial na cevada, que ao entrar em contato com água são ativadas e convertem parte do amido do grão em açúcares mais simples, capazes de serem percebidos pelo nosso paladar. Esta quebra ocorre como parte dos processos de germinação e é ela que fornece energia aos demais processos iniciais de crescimento da planta. Os antigos utilizavam os grãos nas sopas, que era aquecida se jogando uma pedra dentro, que engrossava e virava um mingau. A fermentação ocorria preferencialmente, mas não exclusivamente, com os grãos maltados, devido aos açúcares simples resultados da quebra enzimática do amido dos grãos. O processo fermentativo podia ocorrer tanto com grãos maltados armazenados quanto com o mingau preparado com os grãos maltados que ficava parado por alguns dias. Após a fermentação, que acontecia pelo contato com leveduras selvagens, portanto não selecionadas, havia a conversão de açúcares maltados em álcool e CO 2. Essa era então uma forma primitiva da cerveja. Nutrição e potabilidade da cerveja Na pré-história a maior parte da cerveja era consumida com pouco tempo de fermentação. Nesse estágio a cerveja possui baixo teor alcoólico, se comparada com os padrões atuais, e grandes quantidades de levedura suspensa, que é rica em proteínas e vitaminas, principalmente do complexo B. As proteínas e vitaminas eram encontradas principalmente na carne, que havia ficado escassa devido o processo de transição da caça para agricultura, portanto a cerveja era necessária como substituta nutricional da carne. A utilização de água quente na produção da cerveja tornou-a muito mais segura de beber do que água, que era facilmente contaminada por microorganismos (coliforme fecal, escherichia coli) oriundos de resíduos humanos. Mesmo não possuindo noções de higiene eles desconfiavam das fontes de água pouco conhecidas dando preferência sempre que possível ao consumo de águas claras e correntes e longe de aglomeração humana. O consumo de cerveja em locais onde não eram encontradas essas fontes de água, era importante para a preservação da saúde dos indivíduos que a consumiam, porque ela não estava contaminada por microorganismos patogênicos. A cerveja era então uma fonte de líquidos nutritiva e mais segura para todos que a consumiam na época.

3 Cerveja medicinal A cerveja, além de ser fonte nutritiva e segura, era também matéria-prima para confecção de medicamentos, e foi utilizada para este fim pelos egípcios e mesopotâmicos. No Egito a cerveja foi muito utilizada como sedativo moderado. Ela foi a base para a produção de diversos medicamentos feitos com ervas e especiarias, devido à presença de etanol, uma molécula apolar, que seria capaz de extrair ativos com caráter apolar que não são extraídos pela água quente, na época um dos métodos de fazer remédios, como o chá. O registro mais antigo que durou até os dias de hoje sobre a utilização do álcool na medicina é uma tabuleta de escrita cuneiforme da cidade suméria, Nippur, tem cerca de 2100 a.c. Essa tabuleta contém uma lista de receitas médicas que utilizam a cerveja como principal ingrediente. Todos os experimentos foram desenvolvidos com sementes de trigo integral, adquiridas no comércio, e não com grãos de cevada, pois em Campos dos Goytacazes, cidade onde se localiza a UENF, não foi encontrada cevada em grãos para venda. MALTAGEM Para a maltagem do grão é necessário deixar o grão em condições de umidade para permitir o início da germinação e, com isso, a transformação dos carboidratos em açúcares de mais fácil acesso para a levedura. Porém estas condições de umidade permitem também o aparecimento de fungos que podem alterar o sabor da cerveja. Para evitar isto, colocam-se os grãos para germinar na presença de cal, uma prática de uso também na indústria da cerveja. Este experimento tem como objetivo identificar qual a concentração de cal ideal para o controle de fungos na maltagem do grão, sem que haja declínio no processo germinativo, com materiais de baixo custo e com o mínimo de aparato de laboratório. Neste experimento podem ser abordados, principalmente, conceitos relacionados à concentração, diluição, basicidade e processos enzimáticos. Para o experimento foram utilizados trigo integral, água, cal de construção, papel absorvente, papel de filtrar café, funil e potes com tampa. Primeiro foi feita uma solução saturada de cal convencional, utilizada em obras. Essa solução foi deixada em repouso, para que a parte não dissolvida se decante. Em seguida filtrou-se a solução até se obter uma solução cristalina. Esta filtração pode ser feita com dois papéis de filtrar café, um dentro do outro. Um arranjo que também pode ser feito é com papel higiênico ou com algodão, porém a filtragem deve ser repetida algumas vezes para que se consiga uma solução sem material em suspensão. Separou-se 80 ml do filtrado, que será chamado de solução original (SO). Retirou-se 40ml da solução original (OS) e diluiu-se a 50%. Separou-se a metade do volume para o experimento e a outra metade usou-se para nova diluição a 50%, repetiu-se mais duas vezes este procedimento, resultando em uma solução saturada, uma solução a 50%, a 25% e a 12,5% da concentração inicial. Na impossibilidade de medir volumes, é possível fazer as diluições utilizando um frasco de vidro de paredes retas e uma régua. Para diluir uma solução a 50% da concentração original, basta medir a altura do líquido dentro do frasco de paredes aproximadamente retas. A retirada de metade da altura do líquido e a adição de igual altura de água seria uma diluição a 50%. A retirada de 1/4 do volume da solução original e a adição de igual volume de água seria uma diluição a 75%. Após o preparo das soluções, coloca-se um papel de filtro dobrado três vezes no fundo de cada um de cinco potes. Pode-se também utilizar algodão ou papel absorvente. Coloca-se 40ml de água no pote 1, 40ml da solução saturada no pote 2, 40ml da solução saturada diluída a 50% no pote 3, 40ml da solução saturada diluída a 25% no pote 4 e 40ml da solução saturada diluída a 12,5% no pote 5. No caso de não haver como se medir os volumes, o volume de líquido a ser colocado em cada planta deve ser o suficiente para chegar até a metade da altura do papel de filtro. É importante que as sementes estejam úmidas, porém sem estar encharcadas. Colocam-se então as sementes de trigo integral em cada pote e espera-se a germinação. As sementes de trigo integral podem ser substituídas por sementes de milho, de arroz integral ou de cevada. Após dois dias das sementes úmidas, os grãos já devem ter iniciado o processo de germinação e a germinação das sementes pode ser avaliada. Resultados obtidos com sementes de trigo integral mostraram

4 que a germinação com água teve a presença de leveduras selvagens, que interferiram no processo de germinação. A germinação com solução saturada de cal não teve a presença de leveduras, que foram inibidas pelo alto valor de ph, que também inibiu a germinação. A germinação com solução diluída a 50% da solução saturada apresentou os melhores resultados, com germinação de todas as sementes e sem a presença de leveduras. As soluções diluídas a 25% e a 12,5% da solução saturada apresentaram formação de leveduras e interferência na germinação das sementes. Os resultados podem variar de acordo com o tipo de semente e do ambiente em que se faz o experimento, devido à diversidade de leveduras presentes no ar. Figura 1: Resultados de germinação com solução saturada de cal (esquerda), com solução diluída a 50% da solução saturada (centro) e germinação com água (direita). FERMENTAÇÃO O experimento de fermentação com grão de trigo maltado preparado a partir do experimento anterior serve para exemplificar aos alunos o conceito de fermentação e relacionados à quebra enzimática do amido do grão. Para demonstrar a diferença da maltagem, basta lavar bem o grão maltado e seco e mastigar um grão. O sabor levemente adocicado é a constatação da transformação do amido em açúcares simples. Este experimento tem como contextualização histórica a evolução das condições de preparação da cerveja, uma vez que foi necessária observação para perceber que o grão germinado era mais doce e fazia o preparo da cerveja mais rápido. Foram usados 30g de trigo maltado triturado, preparado com as condições desenvolvidas no primeiro experimento descrito, 20g de fermento de padaria e 200 ml de água. Colocou-se a água, o fermento e os grãos maltados triturados em um kitassato, tampando-o em seguida com um filme plástico fixado com um elástico e uma bexiga na saída lateral. A vidraria kitassato pode ser substituída por uma garrafa de plástico PET com uma bexiga presa no bocal. Observou-se a formação quase imediata de pequenas bolhas, evidenciado sinais de fermentação. Após 30 minutos, a bexiga apresenta preenchimento significativo da bexiga, um estufamento do filme plástico usado para vedar o kitassato e espuma na parte superior da suspensão (Figura 2). Figura 2: Sistema de fermentação de grãos maltados.

5 A fermentação ocorre rapidamente porque o processo de germinação, como descrito acima, torna os carboidratos disponíveis na forma de açúcares mais simples, como a sacarose, a glicose e a maltose. Uma alternativa interessante deste experimento é deixar fermentando em sistema fechado aproximadamente 50g de grãos integrais em água o suficiente para encobrir os grãos com sobra de aproximadamente dois centímetros. Após três semanas é possível sentir o odor característico de álcool neste sistema, proveniente de leveduras selvagens presentes no grão. EXTRAÇÃO DE ATIVOS Este experimento tem como contexto as forças de atração intermolecular e a extração de ativos de ervas para mostrar que a pequena quantidade de álcool formada na fermentação de grãos pode extrair substâncias que a água não extrairia. Este experimento tem como contextualização histórica a preparação de cervejas medicinais que eram preparadas pela adição de ervas e especiarias junto dos grãos que seriam fermentados. Este experimento é feito a partir de álcool de limpeza, comprado em supermercado. A partir de uma solução de álcool a 92,8%, prepara-se uma diluição a 5% (simulando cerveja), a 15% (simulando vinho) e a 40% de diluição (simulando aguardente de cana). Coloca-se a mesma massa de hortelã em iguais volumes de solução a 5%, 15% e 40% de álcool. Após 24 horas já se observa variação na coloração do líquido. Este resultado evidencia a diferença de poder de extração entre a água e bebidas com conteúdo alcoólico. Foram testadas outras ervas como salsinha e especiarias como cravo e canela e não foi observada diferença. Este experimento também apresenta flexibilidade, pois podem ser colocadas outras ervas ou especiarias para comparar com a água e com a hortelã. Figura 3: Extração de ativos da hortelã com solução a 5% de álcool no momento da mistura (superior à esquerda) e 24 horas depois (superior à direita) e com solução a 40% de álcool no momento da mistura (inferior à esquerda) e 24 horas depois (inferior à direita). CERVEJA AUXILIA LACTAÇÃO? Este tema costuma ser assunto de perguntas em aula e os professores correm o risco de fornecer respostas erradas devido à quantidade de informações desencontradas sobre o tema. Portanto está reproduzido abaixo texto de Walter Ruggeri Waldman sobre o tema. A amamentação humana carrega consigo uma série de mitos que podem ser inocentes ou não. Alguns tem inclusive fortes conseqüências sociais, como, por exemplo, os Bambara de Mali, que acreditam que o leite

6 materno venha do sangue da mulher e portanto cria-se laços especiais entre crianças que se amamentam da mesma mulher, ampliando a rede de parentescos e aumentando a possibilidade de amparo familiar. Em vários lugares é difundidas a idéia de que a cerveja escura aumentaria o fornecimento de leite materno para a amamentação. Esta hipótese nasceu provavelmente no ano de 1859, quando a cervejaria Tommyknocker Brewery lançou a cerveja, do tipo escura, Tommyknocker 1859, que possui feno-grego (Trigonella foenum-graecum) e outras ervas medicinais na sua composição. Estas ervas dariam à cerveja um caráter medicinal e entre os seus efeitos estaria o aumento da quantidade de leite formado na lactante. O feno-grego possui a propriedade de estimular a produção de suor e alguns cientistas acreditam, de modo ainda não conclusivo, que esta erva poderia estimular a produção de leite, pois as glândulas mamárias são glândulas sudoríparas modificadas. Mas, segundo estudo de 1991 do Subcomitê de Nutrição Durante a Amamentação, do instituto de medicina dos Estados Unidos (IOM, "não há evidência científica de que o consumo de bebidas alcoólicas tenha um impacto benéfico de qualquer aspecto na performance da amamentação". Ao contrário, o consumo de bebidas alcoólicas por parte das lactantes faz com que o teor de álcool no leite seja quase igual ao do sangue em intervalos médios de 60 minutos (Anderson PO. Alcohol and breastfeeding; J. Hum Lact; 1995; 11(4); ) pode provocar efeitos não desejados em bebês como menor tempo de sono após o consumo de leite com álcool (Mennella JA and Gerrish CJ. Effects of Exposure to Alcohol in Mother's Milk on Infant Sleep; Pediatrics; 1998; 101(5)) ou perda de habilidade de sucção do nenê (Anderson Po. Alcohol and breastfeeding; J. Hum Lact; 1995; 11(4); ). Outra informação importante é que o feno-grego não entra na composição de toda cerveja escura, ou seja, mesmo se comprovada a possível eficácia do feno-grego, seria mais adequado o consumo da erva e não da cerveja que contém álcool, comprovadamente danoso ao bebê. Portanto é mito a informação de que beber cerveja escura aumenta a produção de leite de lactantes. E é prática danosa à saúde do bebê!