UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO CARLOS Centro de Ciências Agrárias campus Araras II CURSO DE MONITORAMENTO TEÓRICO E PRÁTICO DA FERMENTAÇÃO ETANÓLICA. UNESP - UFSCAR METABOLISMO DE CARBOIDRATOS PELAS LEVEDURAS Prof. Jorge José Corrêa Lopes UFSCar/DTAiSER/CCA campus de Araras/SP e-mail: jlopes@cca.ufscar.br
HISTÓRICO 4.000 A. C.: EGÍPICIOS FABRICAM BEBIDAS E PÃO. 1.680: VAN LEEUWENHOEK OBSERVA E DESCREVE A CÉLULA DE LEVEDURA. 1.815: GAY LUSSAC FORMULA A ESTEQUIOMETRIA DA FERMENTAÇÃO, COMPLEMENTANDO ESTUDOS DE LAVOISER. 1.818: ERXLEBEN RELACIONA A FERMENTAÇÃO COM AS LEVEDURAS. 1.836: GAGNIARD-LATOUR, SCHANN E KUTZING FORMULAM A TEORIA VITALÍSTICA DA FERMENTAÇÃO.
HISTÓRICO 1.863: PAUSTER DEMONSTRA A ORIGEM MICROBIOLÓGICA DA FERMENTAÇÃO E EXPLCA A NATUREZA ANAERÓBICA DO PROCESSO FERMENTATIVO. 1.897: BUCHNER PROMOVE FERMENTAÇÃO COM EXTRATO LIVRE DE CÉLULAS DE LEVEDURAS. 1.900 1940: NEUBERG, MEYERHOLF, WABURG, EMBDEN E PARNAS, ESTABELECEM A SEQUÊNCIA DE REAÇÕESDA FERMENTAÇÃO. 1.975: INÍCIO DO PROGRAMA NACIONAL DO ÁLCOOL (PROÁLCOOL).
CANA-DE-AÇÚCAR AÇÚCARES: SACAROSE GLICOSE + FRUTOSE (REDUTORES) FIBRA: CELULOSE 48% HEMICELULOSE 25% LIGNINA 12% MINERAIS FENÓIS E AMIDO
REDUTORES NÃO REDUTOR HOCH 2 O H H H HOCH 2 H O H H HOCH 2 O H HO OH H H OH OH HO OH H O H HO CH 2 OH GLICOSE H OH OH H SACAROSE HOCH 2 O H H H HO CH 2 OH OH H FRUTOSE
A MOLÉCULA DE AMIDO POLISSACARÍDEO FORMADO POR MOLÉCULAS DE DE D GLICOSE. É COMPOSTO POR AMILOSE CADEIA LINEAR (α 1-4) E AMILOPECTINA - CADEIA RAMIFICADA (α 1-6). AMILOSE REPRESENTA 20 30% DA MOLÉCULA DO AMIDO. AMILOPECTINA REPRESENTA 70 80% DA MOLÉCULA DO AMIDO.
A MOLÉCULA DE AMIDO AMILOSE: PESO MOLECULAR PODE CHEGAR ATÉ 500.000. AMILOSE: É HIDROLISADA ENZIMATICAMENTE PELA α AMILASE AO ACASO [LIGAÇÕES (α 1-4)] PRODUZINDO GLICOSE. AMILOPECTINA: PESO MOLECULAR ATÉ 1.000.000. AMILOPECTINA: HIDROLISADA ENZIMATICAMENTE PELA α 1-6 AMILOGLICOSIDASE.
ESTRUTURA DA MOLÉCULA DE AMIDO α (1-4) α (1-6) D - Glicose
COMPARAÇÃO ENTRE A MOLÉCULA DA AMILOPECTINA NO AMIDO
A MOLÉCULA DE CELULOSE POLISSACARÍDEO FORMADO POR MOLÉCULAS DE DE D GLICOSE. É COMPOSTA POR CADEIA LINEAR (β 1-4). FUNÇÃO: ESTRUTURAL.
FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA BIOMASSA GLICOSE TREALOSE 2 ATP FbP DHAP GAP NAD NADH GLICEROL 2 ATP PROTEÍNAS AMINOÁCIDOS PRODUTO: ETANOL SUB-PRODUTOS: GLICEROL, ÁCIDOS ORGÂNICOS E BIOMASSA PIRUVATO CO2 ÁCIDOS ORGÂNICOS ACETALDEÍDO NADH NAD ETANOL ACETATO CARBOIDRATOS DE RESERVA: TREALOSE E GLICOGÊNIO
(- 686 kcal/mole) CONDIÇÕES ANAERÓBIAS CONDIÇÕES AERÓBIAS GLICOSE GLICOSE PIRUVATO PIRUVATO 2 ETANOL + 2 CO 2 FERMENTAÇÃO (- 56 kcal/mole) 2 ETANOL + 2 CO 2 O 2 RESPIRAÇÃO
RENDIMENTO ENERGÉTICO EM ANAEROBIOSE E EM AEROBIOSE G C 6 H 12 O 6 ε útil ε dissipada (26 kcal/mol) ----------------------------------------------------------------------------------- 32 kcal/mol (6%) ANAEROBIOSE (FERMENTAÇÃO) 2 ATP (16 kcal/mol) (26 kcal/mol) 686 kcal/mol (55%) 2 C 2 H 5 O+ 2 C O 2 --------------------------------------------------------------- AEROBIOSE (RESPIRAÇÃO) 38 ATP (382 kcal/mol) 6 C O 2 + 6 H 2 O (304 kcal/mol) -----------------------------------------------------------------------------------
BALANÇO ENERGÉTICO DA FERMENTAÇÃO 100 g ART 380 Kcal (100 %) CALOR 17 Kcal (4,6 %) ATP 9 Kcal (2,4 %) 51,1 g ÁLCOOL + 354 Kcal (93 %) 48,9 g CO 2
BALANÇO DE MASSA - FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA PRODUTOS DA FERMENTAÇÃO % DO ART CONSUMIDO (86 A 92% DE REND.) ETANOL 43 47 GÁS CARBÔNICO 41 45 BIOMASSA 1 5 GLICEROL 2 9 AC. SUCCÍNICO 0,3 1,2 AC. ACÉTICO 0,1 0,7 ÓLEO FUSEL 0,2 0,6 BUTILENO GLICOL 0,2 0,6 BASSO, L. C.; 1998.
PRODUTOS DA FERMENTAÇÃO FONTE PASTEUR (1) (2) GLICEROL PRODUTO 95% 90-95% 85-92% ACOPLADO ETANOL 48.5 45-49 43-47 - CO 2 46.4 43-47 41-45 - GLICEROL 3.3 2-5 3-6 100 AC. SUCCÍNICO 0.6 0.5-1.5 0.3-1.5 55 AC. ACÉTICO - 0-1.4 0.1-0.5 15 BIOMASSA (MS) 1.2 0.7-1.7 1-3 30 ÓLEO FÚSEL - 0.0-0.6 - - BUTILENO GLICOL - 0.2-0.6 - - FONTE: AMORIM, H. V., 1996.
BALANÇO DE MASSA - FEMENTAÇÃO ALCOÓLICA TODOS OS PRODUTOS RESULTANTES DA FERMENTAÇÃO COMPETEM ENTRE SI PELA MESMA FONTE DE CARBONO (AÇÚCAR). EXISTE UMA RELAÇÃO ENTRE OS VÁRIOS PRODUTOS FORMADOS, SENDO QUE A CONCENTRAÇÃO DE ALGUNS, AFETA OS TEORES DOS DEMAIS.
FORMAÇÃO DO GLICEROL BIOMASSA OXIDAÇÃO ÁC. SUCCÍNICO ÁC. ACÉTICO GLICOSE (AÇÚCAR) NAD + NADH + H + NAD + REDUÇÃO GLICEROL O NADH + H + GERADO DEVE SER CONSUMIDO PARA MANTER O EQUILÍBRIO DE ÓXIDO-REDUÇÃO (REDOX) EM ANAEROBIOSE.
FORMAÇÃO DO GICEROL RELACIONADO AO ESTRESSE DA LEVEDURA ESTRESSE OSMÓTICO: CAUSADO POR ALTAS CONCENTRAÇÕES DE SUBSTRATO OU SAIS PRESENTES NO MOSTO. CONTAMINAÇÃO BACTERIANA. PRESENÇA DE SULFITO NO MOSTO.
CARBOIDRATOS DE RESERVA GLICOGÊNIO E TREALOSE: O... TREALOSE... GLICOGÊNIO GLICOSE
CARBOIDRATOS DE RESERVA TREALOSE: MANTÉM A INTEGRIDADE DAS MEMBRANAS E DAS PROTEÍNAS, CONFERINDO TOLERÂNCIA AOS DIVERSOS TIPOS DE ESTRESSE (TEMPERATURA, ETANOL, ACIDEZ). GLICOGÊNIO: RESERVA DE ENERGIA EM CONDIÇÕES DE LIMITAÇÃO DE AÇÚCAR. GLICOGÊNIO E TREALOSE: RESPONSÁVEIS PELA SOBREVIVÊNCIA DA LEVEDURA EM CONDIÇÕES ADVERSAS DO PROCESSO FERMENTATIVO.
MEMBRANA PLASMÁTICA TREALOSE FOSFOLIPÍDIOS PROTEÍNAS FOSFOLIPÍDIOS COM ÁCIDOS GRAXOS SATURADOS FOSFOLIPÍDIOS COM ÁCIDOS GRAXOS INSATURADOS
AÇÃO PROTETORA DA TREALOSE NA DESNATURAÇÃO DE PROTEÍNAS. CALOR SEM TREALOSE PROTEÍNA DESNATURADA CALOR COM TREALOSE
8 6 5 4ETANOL (%) 3 14 12 1 2 3 4 6 TEMPO (h) ETANOL TREALOSE GLICOGÊNIO 10 8 6 4 2 2 1 0 GLICOGÊNIO (%) TREALOSE/
MOBILIZAÇÃO DAS RESERVAS ENDÓGENAS DE CARBOIDRATOS (4% ETANOL, 40 0 C, ph 4,0). 10 100 8 80 RESERVAS 6 4 60 40 VIABILIDADE 2 20 0 0 4 8 12 16 20 24 28 0 32 HORAS TREALOSE GLICOGENIO VIABILIDADE
ÁCIDO SUCCÍNICO HOCH 2 O H H H HO OH H OH H OH (GLICOSE) H2C HC CH2 OH OH OH (GLICEROL) 10 H + + 10 e - COOH CH2 CH 2 COOH (ÁCIDO SUCCÍNICO) + CO 2
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO CARLOS Centro de Ciências Agrárias campus Araras OBRIGADO POR SUA ATENÇÃO E PACIÊNCIA Prof. Jorge José Corrêa Lopes UFSCar/DTAiSER/CCA campus de Araras/SP e-mail: jlopes@cca.ufscar.br