Tema 4 – Produção de Alimentos e Sustentabilidade

Microrganismos e indústria alimentar:

Fermentação:

Processo anaeróbio realizado por certas espécies de bactérias e leveduras,

durante o qual moléculas orgânicas são utilizadas na produção de ATP. Os

produtos finais da fermentação dependem da molécula orgânica que é

produzida a partir do ácido pirúvico.

Etapas da fermentação:

1. Glicólise: A glicose é oxidada e formam-se duas moléculas de ácido

pirúvico. O agente oxidante é o NAD+ que é transformado em NADH.

Formam-se duas moléculas de ATP.

2. Redução do ácido pirúvico: o ácido pirúvico ou moléculas orgânicas que

se formam a partir dele são aceptores de electrões de NADH, o que

permite regnerar NAD+, que pode ser usado novamente na glicólise.

Fermentação alcoólica – Realizada por leveduras – ácido pirúvico é

convertido em CO2 e etanol:

1. Pão: Levedura Sacharomices cerevisiae é o fermento de padeiro. O

amido é hidrolisado em açúcares simples e posteriormente transformado

em CO2 (produto desejado que faz crescer a massa e dá textura porosa) e

etanol (evaporado).

2. Vinho: Levedura Sacharomices cerevisiae existe nas cascas das uvas. O

vinho ferve e o CO2 é libertado e aumenta a concentração de etanol

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(produto desejado). O etanol torna-se tóxico para as leveduras quando

atinge cerca de 12% e a fermentação termina.

3. Cerveja: Levedura Sacharomices cerevisiae e malte.Leveduras convertem

os cereais em CO2 e ácido acético.

Fermentação láctica – Realizada por bactérias– ácido pirúvico é directamente

convertido em ácido láctico

1. Queijo – diferentes tipos de bactérias produzem diferentes tipos de

queijos. O aumento da acidez provoca a coagulação do leite.

2. Iogurte: cultura mista

3. Outros produtos lácticos fermentados

Fermentação acética – é na verdade uma oxidação realizada por bactérias

1. Vinagre: pode ser de vinho, cereais ou fruta. Dá-se a fermentação do

açúcar a etanol. O etanol é oxidado a ácido acético.

Actividade enzimática:

As enzimas são biocatalizadores que intervêm no mecanismo celular:

1. aumentam a velocidade das reacções químicas, porque diminuem a sua

energia de activação

2. não são consumidas nas reacções químicas que catalizam

3. são moléculas proteicas, com conformação tridimensional

4. Algumas necessitam de elementos não proteicos para a sua acção

catalítica (cofactores que podem ser iões ou moléculas orgânicas –

coenzimas - unem-se à apoenzima e formam a holoenzima)

5. A sua actividade é influenciada pelo pH, a temperatura, concetração do

substrato e a presença de outras substâncias (inibidores irreversíveis,

reversíveis competitivos ou reversíveis não competitivos)

Vias metabólicas:

Vias metabólicas são sequências ordenadas de reacções químicas catalisadas

por enzimas, nas quais o produto de uma reacção química funciona como

substrato da outra, até à obtenção do produto final. O conjunto de enzimas que

catalisa uma via metabólica é o complexo multienzimático ou cadeia

enzimática.

Frequentemente é o produto final de uma via metabólica que quando se

acumula em excesso inibe a primeira enzima por ligação ao centro alostérico.

Uma via metabólica é controlada por retroalimentação negativa, o que permite

à célula poupar recursos.

Conservação, melhoramento e produção de novos alimentos:

A água no alimento constitui um dos factores que mais influencia a actividade

microbiana, pois todos os microrganismos requerem humidade para o seu

desenvolvimento.

Se as condições favoráveis se estabelecerem para todos, as bactérias têm um

crescimento mais rápido, seguindo-se as leveduras e depois fungos. É frequente

um organismo criar condições para que actue o outro, mecanismo chamado de

metabiose.

Processos de conservação de alimentos:

1. Remoção de microorganismos por:

a. Lavagem – frutos e vegetais

b. Filtração esterilizante – sumos de fruta, cerveja, vinho e água

2. Calor:

a. Pasteurização – com temperaturas inferiores a 100ºC, não destrói

esporos, nem células mais resistentes. Leites, iogurtes, natas,

queijos frescos, sumos de fruta

b. Tratamento UHT – aquecimento a 130çC. Destrói os

microrganismos. Leite.

c. Esterilização (enlatados) – destrói microrganismos e enzimas.

Vegetais, cogumelos, frutos, peixe

3. Frio

a. Refrigeração – reduz crescimento. Fiambre, carne, peixe, queijos

frescos

b. Congelação – inibe o crescimento dos microrganismos, mas

continuam a ocorrer reacções de autólise no alimento. Peixe,

marisco, carne, alimentos pré-cozinhados

4. Redução de água

a. Secagem ao sol

b. Evaporação – água parcialmente removida por fervura. Sumos

concentrados, leite.

c. Desidratação – remoção da maior parte da água por evaporação.

Vegetais, ovos, frutos.

d. Liofilização – sublimação de água. Sopas de pacote, café.

5. Efeitos osmóticos

a. Salga

b. Adição de açúcar

6. Modificação da atmosfera

a. Embalagem no vácuo

b. Conservação em embalagem de atmosfera modificada

7. Irradiação

a. Lâmpadas UV – batatas, cebolas, frutos secos, especiarias

8. Acidez

a. Fermentação

b. Conserva em vinagre

9. Fumagem e aditivos alimentares

Aditivos alimentares:

Dose diária admissível em mg/kg peso corporal, é a dose diária que pode ser

ingerida durante toda a vida e que não tem riscos, face aos conhecimentos

actuais.

a. Aditivos com acção conservante

a. Conservantes – inibem ou reduzem a actividade dos organismos e

as reacções de autólise do próprio alimento

b. Antioxidantes – retardam a oxidação, previnem o aparecimento

de ranço e o escurecimento da fruta

b. Aditivos com função sensorial

a. Corantes

b. Intensificadores de sabor

c. Espessantes – melhoram a consistência

d. Aromatizantes

c. Aditivos que facilitam operações industriais e de fabrico

a. Estabilizadores e emulsionantes – permitem a manutenção do

estado físico dos alimentos e facilitam a mistura de ingredientes.

Melhoramento e produção de novos alimentos:

A Biotecnologia aplicada à indústria alimentar permite melhorar e produzir

novos alimentos através das seguintes acções:

1. Optimização das condições em que ocorrem as fermentações:

Seleccionam-se estirpes de organismos fermentativos e criam-se

condições como a temperatura, o pH e a composição atmosférica, que

tornam possível obter produtos fermentados de melhor qualidade, em

maior quantidade e variedade.

2. Utilização de microrganismos para a produção de substâncias usadas

na modificação de alimentos ou como aditivos alimentares:

A cultura de microrganismos em fermentadores para produzir aditivos

alimentares, as enzimas microbianas utilizadas no processamento e

transformação de alimentos, a imobilização de enzimas que facilita o

isolamento dos produtos e utilizar as enzimas em melhor controlo.

3. Produção de alimentos transgénicos:

Arroz com maior valor nutritivo, tomate que não amolece enquanto

amadurece. São alimentos que ajudam a controlar a fome no mundo, mas

são alvo de polémica em termos de efeitos no equilíbrio dos ecossistemas

e na saúde humana.

Exploração das capacidades da biosfera:

Consequências da Monocultura:

1. Produção de alimentos em grande quantidade

2. Desflorestação

3. Degradação do solo e desertificação

4. Falta de biodiversidade aumenta doenças e pragas

5. Excesso de adubos polui o solo e a água

6. Volumes de água utilizados muito elevados

7. Consumo de grandes quantidades de energia fóssil

Reprodução Selectiva:

Selecção artificial para obter variedades de animais e plantas com características

vantajosas. Exemplo: sémen de macho com características vantajosas pode ser

usado para inseminar artificialmente muitas fêmeas. Permite obter produtos

com melhor qualidade, melhora as capacidades de reprodução, origina

descendentes mais resistentes a pragas e doenças. Mas é um processo lento, só

permite combinar indivíduos da mesma espécie, as variedades obtidas ficam

mais susceptíveis a doenças ou pragas.

Propagação vegetativa:

Obtenção de clones de plantas com características desejadas, por reprodução

assexuada. As plantas possuem uma grande capacidade de regeneração porque

as células vegetais sofrem desdiferenciação e manifestam totipotência com

facilidade. É feita por propagação por estaca, mergulhia, enxertia.

Cultura de Tecidos e Micropropagação vegetal:

É uma extensão dos métodos tradicionais de propagação vegetativa.

A clonagem de plantas com características desejáveis é feita numa cultura in

vitro de tecidos vegetais em meio adequado e condições assépticas e na

presença de reguladores de crescimento que induzem a manifestação de

totipotência das células.

Um pequeno fragmento de planta, o explante, é colocado num meio que

favorece a desdiferenciação e a formação de tecido caloso.

O tecido caloso é muito heterogéneo e formado por uma massa de células em

proliferação.

As células do tecido caloso podem ser induzida por:

1. Embriogénese somática – produção de estruturas semelhantes a

embriões a partir de células somáticas.

2. Organogénese – formação de estruturas caulinares ou radiculares a

partir do tecido caloso.

Cultura de Protoplastos:

Os protoplastos são células vegetais cujas paredes celulares foram removidas

por processos mecânicos ou enzimáticos.

São aplicados em:

• Cultivados in vitro e regenerar plantas completas

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• Utilizados na transformação genética de plantas, já que a ausência de

parede celular torna mais fácil a introdução de DNA estranho

• Utilizados na obtenção de plantas híbridas por fusão em cultura

Criação e clonagem de animais:

Conseguida através de fertilização in vitro com transferência de embriões. As

primeiras células que originam do zigoto são totipotentes e podem ser

separadas e cultivadas em meio de cultura apropriado, sendo cada uma um

embrião que é implantado no útero de uma fêmea.

Origina uma perda de variabilidade genética, com menor adaptação da espécie

às alterações do meio ambiente.

• Problemas para a saúde humana:

o Uso de antibióticos, de hormonas farinhas de origem animal

(BSE).

Organismos transgénicos:

Através da tecnologia do DNA recombinante é possível manipular o genoma de

plantas e animais.

Controlo de Pragas:

Uma praga é a abundância de indivíduos de uma espécie indesejável. As pragas

disseminam doenças, competem pelo alimento, invadem os campos de cultura,

etc.

Um agente biocida ou pesticida é um produto químico utilizado no controlo de

pragas. Herbicidas, fungicidas, insecticidas.

Espectro de acção de um pesticida: quantidade de espécies para as quais é

tóxico.

Persistência de um pesticida: intervalo de tempo que permanece activo.

A utilização de pesticidas leva a :

• Desenvolvimento de variedades resistentes ( o desenvolvimento destas

variedades é tão mais rápido quanto mais curto for o ciclo reprodutor)

• Desequilíbrios nos ecossistemas por causa de afectar outros organismos,

por vezes predadores naturais das pragas

• Origina bioacumulação em tecidos ou órgãos numa concentração mais

elevada do que seria de esperar

• Origina bioampliação por aumentar a concentração do pesticida de nível

trófico para nível trófico, ao longo das cadeias alimentares

Métodos alternativos no controlo de pragas:

1. Práticas de cultura alternativas:

a. Rotação de culturas

b. Plantação de sebes em redor das culturas, criando habitats para os

inimigos naturais das pragas

c. Cultivo de espécies em locais onde não existem pragas

d. Ajuste dos ciclos de cultura de forma a fazer coincidir a altura de

maior produção com a fase do ciclo de vida da praga em que é

menos activa

e. Culturas marginais, que desviam as pragas

2. Controlo Biológico: Regulação das populações de pragas pelos seus

inimigos naturais – é complexo e demorado, pode entrar em descontrolo

e originar pragas

3. Esterilização de insectos: esterilizam-se machos que depois se misturam

na praga, não havendo descendência. É lento, dispendioso, tem de ser

aplicado continuamente.

4. Ferormonas: Substâncias produzidas pelos animais em época de

acasalamento são colocadas em armadilhas. Tem acção específica, é

dispendioso, demorado.

5. Hormonas de mudas e juvenis: Controlam o desenvolvimento e a

reprodução dos insectos em várias fases, se se aplicarem hormonas

sintéticas que interfiram com estas impede-se o ciclo de vida do insecto

6. Biopesticidas: Alguns microrganismos produzem toxinas específicas e

biodegradáveis que podem ser usadas como pesticidas biológicos. É o

caso da bactéria do solo Bacillus thuringienses que produzem toxinas Bt.

7. Engenharia genética: Tecnologia do DNA recombinante pode ser usada

para introduzir genes nas plantas que codificam a produção de toxinas

ou substâncias com acção pesticida. Apesar de aumentar a

produtividade das culturas e reduzir o impacto ambiental do uso de

pesticidas, introduz desequilíbrios nos ecossistemas.

8. Luta integrada: Não tem como objectivo a erradicação das pragas, mas a

sua redução e manutenção em níveis aceitáveis, através de programas de

controlo integrado de pragas, que reconhecem e a avaliam o sistema

ecológico, as pragas que existem, os inimigos naturais e associam

diferentes métodos para aumentar a produtividade das culturas

reduzindo os riscos ambientais.