UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO CARLOSCentro de Ciências Agrárias – campus Araras

Prof. Jorge José Corrêa Lopes

UFSCar/DTAiSER/CCA – campus de Araras/SP

e-mail: jlopes@cca.ufscar.br

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 (%

)