UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO CARLOSCentro de Ciências Agrárias – campus Araras
Prof. Jorge José Corrêa Lopes
UFSCar/DTAiSER/CCA – campus de Araras/SP
e-mail: [email protected]
METABOLISMO DE CARBOIDRATOS PELAS LEVEDURAS
HISTÓRICO4.000 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 ALEVEDURAS.
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
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.
α (1-4)
α (1-6)D - Glicose
ESTRUTURA DA MOLÉCULA DE AMIDO
COMPARAÇÃO ENTRE A MOLÉCULA DA AMILOPECTINA NO AMIDO E NO GLICOGÊNIO.
A MOLÉCULA DE CELULOSE
POLISSACARÍDEO FORMADO POR MOLÉCULAS DE DE D – GLICOSE.
É COMPOSTA POR CADEIA LINEAR (β 1-4).
FUNÇÃO: ESTRUTURAL.
FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA
FbP
2 ATP
DHAP GAPNAD
NADH
2 ATP
PIRUVATO
ACETALDEÍDO
CO2
NADHNAD
GLICOSE TREALOSE
GLICEROL
AMINOÁCIDOS
ÁCIDOS ORGÂNICOS
ETANOL ACETATO
PROTEÍNAS
BIOMASSA
• CARBOIDRATOS DE RESERVA: TREALOSE E GLICOGÊNIO
• PRODUTO: ETANOL
• SUB-PRODUTOS:GLICEROL, ÁCIDOS ORGÂNICOS E BIOMASSA
CONDIÇÕES ANAERÓBICAS
CONDIÇÕES AERÓBICAS
GLICOSE GLICOSE
PIRUVATO PIRUVATO
2 ETANOL +
2 CO2
FERMENTAÇÃO (- 56 kcal/mole)
2 ETANOL +
2 CO2
O2
RESPIRAÇÃO (- 686 kcal/mole)
RENDIMENTO ENERGÉTICO EM ANAEROBIOSE E EM AEROBIOSE
G C6 H12 O6 ε útil ε dissipada(26 kcal/mol)
42 kcal/mol(6%)
ANAEROBIOSE(FERMENTAÇÃO)2 C6 H5 O + 2 C O2
2 ATP(16 kcal/mol)
(26 kcal/mol)
686 kcal/mol(55%)
AEROBIOSE(RESPIRAÇÃO)6 C O2 + 6 H2 O
38 ATP(304 kcal/mol)
(382 kcal/mol)
-----------------------------------------------------------------------------------
-----------------------------------------------------------------------------------
---------------------------------------------------------------
380 Kcal (100 %)
9 Kcal (2,4 %)17,5 Kcal (4,6 %)
354 Kcal (93 %)
+
100 g ART
51,1 g ÁLCOOL
ATPCALOR
48,9 g CO2
BALANÇO ENERGÉTICO DA FERMENTAÇÃO
FONTEPRODUTO
PASTEUR95%
(1)90-95%
(2)85-92%
GLICEROLACOPLADO
ETANOL 48.5 45-49 43-47 -
CO2 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 - -
PRODUTOS DA FERMENTAÇÃO
FONTE: AMORIM, H. V., 1996.
BALANÇO DE MASSA - FEMENTAÇÃO ALCOÓLICA
OS PRODUTOS SECUNDÁRIOS DA FERMENTAÇÃO COMPETEM COM A FORMAÇÃO DE ETANOL.
ATÉ QUE PONTO PODEMOS AUMENTAR O RENDIMENTO EM ETANOL PELA DIMINUIÇÃO DOS PRODUTOS SECUNDÁRIOS?
GLICOSE (AÇÚCAR)
REDUÇÃO
OXIDAÇÃO
NAD+NADH+ H+
NAD+
GLICEROL
BIOMASSA
ÁC. SUCCÍNICO
ÁC. ACÉTICO
O NADH+ H+ GERADO DEVE SER CONSUMIDO PARA MANTER O EQUILÍBRIO DE ÓXIDO-REDUÇÃO (REDOX) EM ANAEROBIOSE.
FORMAÇÃO DO GLICEROL
FORMAÇÃO DO GICEROL
1 Kg DE BIOMASSA SECA 1 Kg DE GLICEROL
• ACOPLADO AO CRESCIMENTO CELULAR
• ACOPLADO A FORMAÇÃO DOS ÁC. ORGÂNICOS
1 Kg DE ÁC. SUCCÍNICO 4 Kg DE GLICEROL
1 Kg DE ÁC. ACÉTICO 3 Kg DE GLICEROL
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.
ETA NO L TREA LO SE G LICO G ÊNIO
TEM PO (h)
TREA
LOSE
/G
LIC
OG
ÊNIO
(%)
1 2 3 4 6
2
4
6
8
10
12
14
0
1
2
3
5
6
8
4
ETAN
OL (%
)
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