BRPI0616688A2 - processo de fabricação de um produto alimentar ou biotecnológico usando uma regulação do potencial redox - Google Patents
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Abstract
PROCESSO DE FABRICAçãO DE UM PRODUTO ALIMENTAR OU BIOTECNOLóGICO USANDO UMA REGULAçãO DO POTENCIAL REDOX. Um processo de fabricação de um produto alimentar ou bioteenológico, usando uma ou várias etapas, uma ou várias etapas que usam um meio, uma ou várias etapas que usam em um meio uma etapa de fermentação, no curso do qual se procede, durando pelo menos uma das etapas do processo uma operação de controle do potencial redox do meio da etapa considerada, e que se caracteriza pela efetuação da condução do processo como segue: - regula-se a um nível predeterminado de referência o potencial redox do meio da etapa cujo potencial redox é controlado através da adição controlada de um gás de tratamento no meio considerado, e - autoriza-se a passagem para a etapa seguinte da etapa considerada no processo quando o valor de referência for atingido, de forma a realizar pelo menos uma das referidas etapas do processo em condição redutora e pelo menos uma das referidas etapas do processo em condição oxidante.
Description
PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE UM PRODUTO ALIMENTAR OUBIOTECNOLÓGICO USANDO UMA REGULAÇÃO DO POTENCIAL REDOX
A presente invenção refere-se ao domínio dos processosde fabricação de produtos alimentares e biotecnológicos,usando uma ou vários etapas de fermentação.
Os processos mostrados são muito variados e podem serdivididos em duas grandes famílias:
- os processos de fabricação de produtos fermentadosalimentares, tal como os produtos fermentados de leite(iogurtes, queijos brancos etc...), as bebidas fermentadas(cervejas, vinho etc...),
- os processos de fabricação de biomassa (fermentoslácticos, leveduras etc..) e de metabólitos (ingredientesalimentares, moléculas de interesse, tais como as enzimas,aminoácidos, medicamentos, etanol. . . etc. . . . ).
A invenção se propõe a novas condições operacionaisque permitem segundo o caso considerado melhorarespecialmente as propriedades dos produtos assimfabricados, e especialmente as suas propriedadesmicrobiológicas, sensoriais, físico-químicas etc..., ou osrendimentos, as purezas etc....
Como veremos abaixo em mais detalhes, a presenteinvenção propõe um novo método de condução de taisprocessos pelo controle e pela regulação do potencial redoxdo meio considerado a um nível dado de potencial redox(nível de redox definido em cada caso de maneira a ter umefeito desejado ótimo), em um ou vários pontos chave doprocesso, aqui por adições controlada de um ou vários gasesou misturas gasosas adaptadas.
Pode-se obter as medidas do potencial redox em um meioatravés de qualquer meio disponível, tal como, por exemplo,as sondas redox que permitem fazer medidas diretas econtínuas em meios líquidos ou semi-líquidos, ou ainda porvia indireta pelas medidas de teor de gases dissolvidos,por exemplo, de hidrogênio dissolvido no meio.
o acompanhamento e a regulação do potencial redox emcertas etapas chave do processo permitem, por exemplo,realizar etapas ou fases do processo em condições redutorasestáveis ou de alternar durante o processo das etapas emcondições redutoras com etapas em condições oxidantes.
Uma condição é considerada oxidante ou redutora emrelação ao potencial redox do meio antes do ajuste pelosgases. Assim uma condição será dita redutora quando opotencial de oxi-redução será inferior ao valor inicial antes seu ajuste e sua regulação (que potencial atingi sejanegativo ou não) . Inversamente, uma condição será ditaoxidante quando o potencial de oxi-redução será superior aovalor inicial antes de seu ajuste e sua regulação (quepotencial atinja seja positivo ou não).
Recordará-se que as óxido-reduções sejam as etapasessenciais nas reações de anabolismo e do catabolismocelular, pelas quais o sentido das trocas é determinadopelo potencial de óxido-redução (a seguir Eh) . O Eh é umparâmetro de estado das fermentações; sua variação altera oambiente físico-químico dos microorganismos. As atividadesmetabólicas e a fisiologia dos microorganismos sãodeterminadas pelo pH intracelular (pHj.n) que vaicondicionar a atividade das enzimas e a acessibilidade decertos substratos e co-fatores nas reações do metabolismo.o pHin é função do pH extracelular (pHex) e a aptidão domicroorganismo em manter uma certa homeostase celular. Adiferença entre o pHin e o pHex vai igualmente alterar ovalor da força proto-motora ΔμΗ+, que é implicadoespecialmente nas trocas da célula microbiana com oexterior. Os parâmetros Eh e pHin são intimamente ligados;assim a energia reencontrada nos compostos à elevadopotencial como adenosina trifosfato (ATP) e ganha pelocatabolismo dos substratos poderá ser utilizada pela célulapara manter sua pHin (e assim seu ΔρΗ) graças as membranasATPases.
De acordo com Urbach e al em 1995 ("Contribution oflactic acid bactéria to flavour compound formation in dairyproducts", International Dairy Journal 5: 877-903), asbactérias lácticas são largamente implicadas na fabricaçãodos aromatizantes dós produtos de leite fermentados; elasconvertem a lactose em ácido láctico; isto leva a produçãode diacetila e acetaldeído que são os principaisaromatizantes dos leites fermentados e dos queijos frescos.
0 Eh é um parâmetro ambiental que vai poder condicionar asatividades metabólicas dos microorganismos e especialmentesua capacidade de sintetizar moléculas de aromatizantes. Emespecial, foi mostrado para o ementai e o chedar, que osqueijos de boa qualidade tinham um baixo potencial de oxi-redução.
0 Eh é um parâmetro f ísico-químico que, pela suanatureza, age sobre todos os meios, desde que estescontenham pelo menos uma molécula que possa passar de umestado oxidado à reduzido e vice-versa. É por isso que oseu efeito é perceptível sobre todas as funções celulares.
A sua ação foi mostrada sobre diferentes tipos de cepasbacterianas, à título ilustrativo:
- A adição de redutores químicos nos meios de culturapermitiu alterar significativamente o crescimento e osfluxos metabólicos em Corynebacterium glutamicum,Clostridium acetobutylicum, Sporidiobolus ruinenii eEscherichia coli;
Um Eh redutor fixado pelos gases permitiu alterar osfluxos metabólicos em Saccharomyces cerevisiae com umaumento da razão glicerol/etanol e a acumulação dosaçúcares de reserva com aumento da sobrevivência dasleveduras durante a conservação.
Em meio industrial, o Eh indiretamente é verificadoatravés do oxigênio cujo efeito inibitor sobre as bactériaslácticas é bem identificado. Este efeito deve-se à suaincapacidade de sintetizar citocromos e as enzimas donúcleo heme.
Sabe-se, além disso, que é também possível agindosobre o Eh de alterar a sobrevivência dos fermentosprobióticos, os fluxos metabólicos, a produção e/ou aestabilidade das moléculas de aromatizantes. O conjuntodestes resultados foi obtido após uma modificação do Ehpelos microorganismos próprios, moléculas óxido-redutoras,ou por tratamento térmico.
No domínio da utilização de misturas gasosas nos meiosde fermentação de bactérias lácticas pode-se citarigualmente os trabalhos de Henriksen e al publicados emLetters in Applied Microbiology em 2000 (vol. 30 p415-418)que se interessaram pelo crescimento de bactérias lácticas,e mostraram que quando as culturas eram varridas pornitrogênio o crescimento era fortemente retardado, enquantoque a adição de quantidades ínfimas de CO2 neste caso faziare-iniciar o crescimento sob forma exponencial.
A presente invenção refere-se então a um processo defabricação de um produto alimentar ou biotecnológico,usando um ou várias etapas, uma ou várias das etapas queusam um meio, uma ou várias das etapas que usam um meiosendo uma etapa de fermentação, ao curso do processo,durando pelo menos uma das etapas do processo a umaoperação de controle do potencial redox do meio da etapaconsiderada, e que se caracteriza por efetuar a condução doprocesso da seguinte maneira:
- regula-se, a um nível predeterminado de referência,o potencial redox do meio da etapa cujo potencial redox écontrolado através de adições controladas de um gás detratamento no meio considerado, e
- autorizar-se a passagem à etapa seguinte da etapaconsiderada no processo quando o valor de referência foratingido,
de forma a realizar pelo menos uma das referidasetapas do processo em condição redutora e pelo menos umadas referidas etapas do processo em condição oxidante.
Será discutido indiferentemente no que segue de etapasou de fases que constituem o processo, ou ainda fases queconstituem uma etapa do processo.
O processo de acordo com a invenção poderá, alémdisso, adotar uma ou várias das características técnicasseguintes:
- o processo é um processo de fabricação de um produtolácteo fermentado, e a regulação do potencial redoxacontece em várias das etapas de forma a seqüênciar asfases de oxidação e de redução da seguinte maneira:
- efetua-se uma regulação do potencial redox deforma a instaurar condições redutoras em um ou váriospontos do processo situados a montante da fase depasteurização;
- efetua-se uma regulação do potencial redox deforma a instaurar condições oxidantes em um ou váriospontos do processo situados à jusante da pasteurização.
- o processo é um processo de fabricação de um produtolácteo fermentado, e a regulação do potencial redoxacontece em várias das etapas de forma a seqüênciar asfases de oxidação e de redução da seguinte maneira:
- efetua-se uma regulação do potencial redox deforma a instaurar condições oxidantes em um ou váriospontos do processo situados à montante da fase depasteurização;
- efetua-se uma regulação do potencial redox deforma a instaurar condições redutoras em um ou váriospontos do processo situados à jusante da pasteurização.
- o produto lácteo fermentado é um iogurte.
- a referida condução do processo é realizada de modoque, para pelo menos uma das referidas etapas defermentação, as adições controle de um gás de tratamentopermiti alternar as fases da fermentação consideradas emcondição redutora com as fases da fermentação consideradasem condição oxidante.
- o processo é um processo de fabricação de cerveja, ea referida condução do processo permite que a regulação dopotencial redox durante a fermentação aconteça em doistempos: em um primeiro tempo, a fermentação acontece emcondição oxidante regulada e na presença de oxigênio, parafavorecer o crescimento da levedura e o seu bom estadofisiológico, e em um segundo tempo, o potencial redox édiminuído a um valor ótimo para permitir melhorar osparâmetros de fermentação, bem como os critériossensoriais.
o processo é um processo de fermentação emfermentador que visa a fabricação de biomassa e/ou demetabólitos, e a referida condução do processo permiteregular o potencial redox do meio em diferentes valoressucessivos em função das diferentes fases da fermentação deforma a realizar uma primeira fase em condições oxidantes afim de favorecer o crescimento da cepa microbiana porcondições oxidantes, e após a obtenção de um teor máximo embiomassa de transferir o fermentador em condições redutorasa fim de iniciar ou intensificar a produção de um ou váriosmetabólitos procurados.
o processo é um processo de fermentação emfermentador que visa a fabricação de biomassa e/ou demetabólitos, e a referida condução do processo permiteregular o potencial redox do meio em diferentes valoressucessivos em função das diferentes fases da fermentação,de forma a realizar uma primeira fase devolvidaligeiramente redutora que é favorável ao crescimento decertos microorganismos e, por conseguinte a produção de umabiomassa importante, seguida por uma fase mais redutora quevai permitir favorecer a produção de compostos dearomatizantes desejados.
o processo é um processo de fermentação emfermentador que visa a fabricação de biomassa e/ou demetabólitos, e a referida condução do processo permitealterar e controlar o potencial redox do meio. em um valordiferente para a fermentação a fim de adaptar o metabolismoou a fisiologia dos microorganismos para prepará-los a umaetapa posterior.
o processo é um processo de fermentação emfermentador que visa a fabricação de biomassa e/ou demetabólitos, e a referida condução do processo permitealterar o nível de potencial redox após a produção de ummetabólito desejado para favorecer a excreção do metabólitoconsiderado no meio de recuperação.
o processo é um processo de fermentação emfermentador que visa a fabricação de biomassa e/ou demetabólitos, e a referida condução do processo permitealterar o nível de potencial redox após a produção de umprecursor de uma molécula de interesse para favorecer umareação química que permite a obtenção da molécula deinteresse procurada.
- o processo é um processo de fermentação emfermentador que visa a fabricação de biomassa e/ou demetabólitos, e que subseqüentemente à fermentação sãorealizados:
- as etapas de centrifugação, e/ou de filtração e/ouultrafiltração que visa recuperar a biomassa produzida, ou
- etapas de purificação sobre o meio de fermentaçãopara separar e concentrar os metabólitos,
e a referida condução do processo permite alterar onível de potencial redox após a separação do meio quecontém a molécula de interesse da biomassa (célulasmicrobianas) para favorecer a separação seletiva damolécula de interesse dos outros compostos do meioprivilegiando por exemplo, a fixação sobre uma resina sejasob a forma reduzida seja sob forma oxidada da molécula deinteresse e a sua eluição por uma solução adaptada.
Por conseguinte, propõe-se controlar o potencial redoxem lugares chave no processo, através de todo meiodisponível como, por exemplo, as sondas redox. Estecontrole permite ajustar o potencial redox e dominar aadição de gases no meio, determinando com precisão omomento em que é possível parar o processo de modificaçãodo redox.
É possível encarar um sistema de regulação automáticodo potencial redox do meio, dado que se sabe, por exemplo,que certos microorganismos, pela sua atividade, alteram opotencial redox de um meio. Assim é permitido guardar umredox estável durante um dado período de uma fermentação.
Pode ser igualmente possível, de acordo com o processoconsiderado, alternar das fases de condições redutoras eoxidantes de forma a privilegiar os momentos definidos noprocesso instaurado de reações bioquímicas e/ou biológicasque pelo seu encadeamento permite a obtenção de um produtode características definidas. Assim a título ilustrativo,pode ser interessante conduzir uma fermentação com umaprimeira fase dita ligeiramente redutora por adição denitrogênio (eliminado uma parte do oxigênio dissolvido) queé favorável ao crescimento de certos microorganismos e, porconseguinte a produção de uma biomassa importante, seguidapor uma fase mais redutora (por exemplo, através de umamistura que contém hidrogênio) que vai permitir, porexemplo, favorecer a produção de compostos de aromatizantesdesejados como, por exemplo, o acetaldeído produzido pelasbactérias lácticas.
Como se compreendeu com a leitura que precede, o gásde tratamento deverá ser escolhido em função do processoconsiderado, a etapa considerada, as condições redox que sedeseja atingir, e poderá-se, por conseguinte considerar autilização de um gás neutro, tal como o nitrogênio, oargônio, o hélio, ou o dióxido de carbono, ou ainda um gásoxidante como o oxigênio ou o ar, ou ainda um gás redutorcomo o hidrogênio, ou ainda uma mistura de tais gases.
Outras características e vantagens surgirão dadescrição seguinte, dada unicamente a título de exemplo efeita especialmente em referência à figura 1 anexada queilustra um exemplo de aplicação da invenção no caso de umainstalação de fabricação de iogurtes ou outros produtos deleite fermentados.
Reconhece sobre a figura 1 os elementos e etapasseguintes:
- uma preparação de leite que compreende em geral asadições de componentes, tais como matérias gordas ouproteínas ou ainda aromatizantes para fixar a composição;
- uma etapa de aquecimento;
- uma etapa de pasteurização (tratamento térmico);
- uma homogeneização (que pode acontecer antes ou apósda pasteurização) ;
- resfriamento até a temperatura a qual acontecerá ainoculação;
- a inoculação com as cepas desejadas;
- de acordo com o tipo de iogurte ou produto lácteofermentado considerado: uma fermentação em tanque seguidade um ajuste antes de envasamento (ex: iogurtes ditos"misturados"), ou a distribuição prévia da misturainoculada em embalagens onde se efetuará a fermentação (ex:iogurtes ditos "firmes" ou "secos");
um resfriamento dos produtos antes do seuarmazenamento.
Pode-se encarar como efetuar - uma regulação dopotencial redox aos seguintes pontos da cadeia:
i) no leite de partida antes de normalização,
j) na mistura láctea resultante da adição dosingredientes adicionais no leite;
k) antes ou após a etapa de homogeneização da referidamistura láctea;
l) antes ou após a etapa de pasteurização da misturaláctea;
m) antes ou após a etapa de inoculação da misturaláctea com uma ou várias cepas de bactérias lácticas;
n) antes do acondicionamento do produto na embalagemfinal.
Em conformidade com a invenção, neste caso dwfabricação de iogurtes ou de produtos de leite fermentadospode-se encarar o seqüenciamento das fases de oxidação e deredução. Na verdade, sem estar em algum momento vinculadopela explicação que segue, pode-se pensar que os valoresredutores poderão favoravelmente agir sobre a conformaçãodas proteínas, especialmente as proteínas séricas, ricas emmoléculas com enxofre. O potencial redox permite agir sobreo estado destas moléculas que se encontram seja sob a formade grupamentos tiol, seja sob a forma de pontes dedissulfetos, e desempenham um papel crucial na formação darede protéica após desnaturação das proteínas durante aetapa de pasteurização. A utilização de condições redutorasà montante da fase de pasteurização permitirá, porconseguinte acoplar este efeito ao efeito do calor sobre asproteínas o que terá por conseqüência realizar géisprotéicos de estrutura estável que serão especialmentefavoráveis a uma limitação dos fenômenos de sinerese nosiogurtes. A jusante da pasteurização, será então vantajosorestabelecer valores redox menos redutoras (ou iguais aosvalores habituais do leite) que permitirão as bactériasinoculadas de desenvolver-se normalmente sem influenciar oseu metabolismo e assim sem conseqüência organoléptica.
Pode igualmente ser vantajoso ajustar um valor alvo dopotencial redox durante da fermentação para influenciar demaneira voluntária o metabolismo dos fermentos lácticos, eassim, por exemplo, orientar a produção de aromatizantespara os compostos desejados.
Alterando para terminar o potencial redox do produtoterminado a um valor mais redutor que o da fermentação,poderá se estabilizar microbiologicamente o iogurte e assimmelhor preservá-lo do desenvolvimento eventual de certasleveduras ou mofos.
Pode-se mais particularmente desenvolver no queprecede os exemplos da fabricação de iogurtes mas pode-seigualmente evocar o caso da fabricação de bebidasfermentadas como a cerveja bem como o caso de produções deprodutos em fermentadores. É o que será feito abaixo.
Evocou-se então o caso da fabricação da cerveja.
Será mostrado abaixo o fato que no caso da fabricaçãoda cerveja, é interessante fazer de modo que a regulação dopotencial redox durante a fermentação aconteça em doistempos, em duas fases. Em um primeiro tempo, a fermentaçãoacontece vantajosamente em condição oxidante controlada ena presença de oxigênio, para favorecer o crescimento dalevedura e o seu bom estado fisiológico. Em um segundotempo, o potencial redox é diminuído a um valor ótimo parapermitir melhorar os parâmetros de fermentação, bem como oscritérios sensoriais (aromatizantes, consistência daespuma).
Recordem que o processo de cervejaria comportatipicamente duas etapas de fermentação:
- A fermentação principal: após ventilação do levedo,este é inoculado com um fermento do tipo Saccharomyces, quevai, por fermentação, transformar os açúcares fermentáveisem álcool e gás carbônico.
- A fermentação secundária ou "guarda": esta etapadesenvolve-se após a precedente baixando a temperatura domeio a uma temperatura próxima de 0°C durante uma duraçãoque varia de alguns dias a algumas semanas. A cerveja jovem
vai se saturar em dióxido de carbono, o que contribuiráfortemente para o seu caráter espumante. É também duranteesta fase de maturação que a cerveja se clarifica e que oseu sabor refina-se.
Os exemplos que seguem vão mostrar que é vantajosofermentar o levedo por momentos escolhidos em condiçãooxidante e por momentos escolhidos em condição redutora.
Exemplo 1: Seis testes de fermentação de levedo, detipo "Kirin", foram realizados utilizando um extrato demalte (este teste é conhecido do homem da técnica, é umteste preventivo, autônomo, i.e desconectado do processoglobal de fabricação da cerveja): 2 levedos de controle(potencial redox médio: 400mV), 2 levedos cujo potencialredox foi reduzido por uma bolha inicial em nitrogênio(potencial redox médio: 14 0mV), e 2 levedos cujo potencialredox foi reduzido por uma bolha inicial com uma mistura denitrogênio/hidrogênio (96/4) (potencial redox médio:415mV). Os levedos foram inoculados por um fermento secoativo em 11. IO6 células viáveis por ml. 0 objetivo eradeterminar a influência do potencial redox sobre odesempenho fermentativo da levedura, durante 8 dias à 8°C.
Os parâmetros seguintes foram seguidos:
- o decrescimento do extrato fermentável durante 8dias,
- a evolução da turvação do levedo em fermentação(crescimento da levedura) pela medida da densidade ótica dolevedo à 8OOnm durante 8 dias,
os parâmetros de fermentação: extrato aparente(extrato fermentável mais extrato não fermentável) dolevedo para a teste, atenuação aparente (percentagem deextrato fermentável utilizado pela levedura em relação aoextrato total do levedo), grau de atenuação (proporção doextrato fermentável utilizado pela levedura em relação aoextrato fermentável total).
Os resultados (mostrados a nível da tabela 1)mostraram que a baixa do potencial redox do levedo provocauma melhoria dos parâmetros de fermentação: diminuição doextrato aparente, aumento do grau de atenuação e aatenuação aparente, e aumento da densidade ótica. Estesresultados traduzem uma utilização mais importante deaçúcares fermentáveis e um crescimento mais importante dalevedura em condições mais redutoras.
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Tabela 1: Valores médios dos resultados dos testes defermentação
Exemplo 2: Seis testes micro-cervejeiros (micro-fabricação de cerveja) de 3 0 litros foram realizados daseguinte maneira: 2 levedos de controle aéreo (potencialredox médio: 2 91 mV) , 2 levedos cujo potencial redox foireduzido por uma bolha inicial em nitrogênio (potencialredox médio: 216mV), e 2 levedos cujo potencial redox foireduzido por uma bolha inicial com uma misturanitrogênio/hidrogênio (96/4) (potencial redox médio:-290mV). As cervejas assim obtidas foram analisadas. Emresumo, o potencial redox do levedo antes de aquecimento écontrolado, o resto da cadeia de fabricação é tradicional.
Os resultados apresentados na tabela 2 mostram quealterar o potencial redox permite melhorar o comportamentoda espuma. Na verdade, mais o potencial redox é menor aespuma dura muito tempo.
Além disso, a análise sensorial (realizado sob a formade testes triangulares) mostra diferenças significativas(ao limiar de 5%) entre a cerveja de controle e a obtidaapós redução do potencial redox pela mistura N2/H2. Osdescritores citados (oxidado, forte acidez) sobre a cervejade controle denotam um certo estado de oxidação da cerveja,mais pronunciado que sobre a cerveja obtida com a misturaN2/H2.
Em contrapartida, nota-se uma ligeira tendência aaumento do teor de SO2 das cervejas procedentes dos levedoscom redução do potencial redox por N2 ou N2/H2. 0 teor deSO2 aumenta em geral em função do mau estado fisiológicodas leveduras. 0 aumento observado aqui se explicacertamente pela falta de ventilação da levedura.
As condições redutoras, por conseguinte melhoraram aqualidade sensorial da cerveja, sem, no entanto melhorar osparâmetros de fermentação da maneira descrita em exemplo 1.
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Tabela 2: Resultados de análise das cervejas (valoresmédios das 2 repetições para o teor de espuma, e valoresdas 2 repetições para o teor em SO2.
Mostrou-se bem por qual processo no caso da fabricaçãode cerveja, é interessante fazer de modo que a regulação dopotencial redox durante a fermentação aconteça em doistempos. Em um primeiro tempo, a fermentação acontece emcondição oxidante regulada e em presença de oxigênio, parafavorecer o crescimento da levedura e seu bom estadofisiológico. Em um segundo tempo, o potencial redox édiminuído a um valor ótimo para permitir melhorar osparâmetros de fermentação, assim como os critériossensoriais (aromas, teor da espuma).
Evocaremos agora abaixo o caso das produções emfermentadores.
De uma forma geral, as produções em fermentadoresrespondem a duas necessidades, de forma distinta ousimultânea: a produção de biomassa e/ou a produção demoléculas de interesse. Vários objetivos podem serprocurados:
- a produção de biomassa,
- a produção de biomassa acoplada a de moléculas deinteresse (metabólitos primátios),
- a produção de moléculas de interesse além daquelasproduzidas ao mesmo tempo que a biomassa, denominadasmetabólitos secundários,
- o encadeamento da produção de biomassa depois dasmoléculas de interesse.
Existe diferentes tipos de cultura:
- a cultura descontinuada ou batelada para aquele meiode cultura fornecido em uma única vez ao fim, sem que eletenha fornecimento ou extração de meio durante afermentação,
- a cultura semi-contínua ou "fed-batch", utilizadapor exemplo, para a produção de biomassa sensível ainibição pelo substrato, e pelo fornecimento contínuo ouperiódico de nutrientes ser acoplado ao crescimento, semqualquer prevalecimento contínuo do meio seja realizado,
- a cultura contínua, pelos microorganismos que sãomantidos em fase exponencial de crescimento pelofornecimento contínuo de um meio novo que equilibra aprevalência contínua do meio contendo as células emsuspensão.
Essas fermentações, quer sejam aeróbias ou anaeróbias,acontecem em fermentador ou bioreator, com ou sem agitação,em um meio que a composição é definida de modo a orientar afermentação para a produção desejada. Igualmente, osparâmetros de fermentação, tais como, o pH, a temperatura,a pressão de oxigênio dissolvido, a velocidade de agitação,etc. . . são geralmente reguladas aos valores ótimospredeterminados de maneira a maximizar a produçãoprocurada.
Diz-se que o potencial redox pode estar em evoluçãocontínua ao curso de uma fermentação por uma ou váriarazões seguintes:
- o crescimento de microorganismos,
- a produção de moléculas oxidantes ou redutoras pelosmicroorganismos,
- o fornecimento de meio de cultura novo no caso deculturas contínuas e semi-contínuas.
A presente invenção se propõe controlar em permanênciao potencial redox e de regular seu valor ótimo porutilização de adições controladas de gás. Esse valor ótimoé predeterminado experimentalmente de maneira a otimizar areação procurada a um certo momento da fermentação.
Vantajosamente, pode-se associar ou não a estaregulação um ajuste do potencial redox do meio de culturanovo fornecido no caso das culturas semi-contínuas econtínuas.
Segundo os apectos da invenção, regula-se o potencialredox do meio a diferentes valores sucessivos em função dediferentes períodos da fermentação, de modo a guiar osmesmos para orientar tal reação desejada.
A fermentação pode ser assim regulada em condiçãoredutora em um primeiro tempo após ser regulada em condiçãomais oxidante em um segundo tempo e inversamente:
pode-se, por exemplo, escolher favorecer ocrescimento da cepa microbiana por condições oxidantes edepois a obtenção de um teor máximo em biomassa transferidaa fermentação em condições mais redutoras a fim de iniciarou de intensificar a produção de um ou vários metabólitosprocurados. Diz-se, por exemplo, que Saccharomyces sedesenvolve melhor em condições oxidantes e produz maisglicerol em condições reduoras. Do mesmo modo diz-se que asculturas de Corynebacterium glutamicum produzem maisaminoácidos em condições redutoras ou que Sporidiobolusproduz mais dos compostos aromatizantes em meio redutor.
- é igualmente possível, regulando o potencial redoxdo meio a um valor diferente no fim da fermentação, deadaptar o metabolismo ou a fisiologia dos microorganismos
para prepará-los em uma etapa posterior. Pode ser assiminteressante, por exemplo, de produzir Saccharomyeeseereeisiae na presença de oxigênio e transferir o meio deprodução desta levedura a um nível redutor ótimo a fim deadaptar a sua utilização futura, como por exemplo, apanificação.
Pode-se assim conduzir a fermentação a 2 ou 3 valoresredox sucessivos, visando somente os mais necessários.Assim, pode-se visualizar a mudança do nível de regulaçãoapós a produção do metabólito desejado (por exemplo, aprodução de uma enzima parietal) antes de seu recolhimentoou separação do meio de cultura e assim para a fermentação,para favorecer a excreção do metabólito considerado em ummeio de recuperação. Essa mudança do potencial redox podeigualmente intervir após a produção de um precursor da molécula de interesse que em condição reduzida levará a umareação química permitindo a obtenção da molécula deinteresse em questão.
Diz-se que após a fermentação propriamente dita,vários processos podem ser aplicados. As etapas decentrifugação, filtração ou ultrafiltração permitemrecuperar a biomassa produzida. As etapas de purificaçãopodem ser realizadas sobre o meio de fermentação paraseparar e concentrar os metabólitos: centrifugação.,filtração, cromatografias, precipitação por adição de aisou solventes, etc...
A invenção propõe regular o redox para favorecer aseparação das moléculas de interesse. Por exemplo, aprodução e/ou excreção no meio de cultura acontece emcondição oxidante (ou redutora), e transfere-se em condiçãoredutora (respectivamente oxidante) para conduzir a etapade separação. Assim, por exemplo, uma molécula pode serretida em uma coluna de cromatografia fixando-se a umaresina em condição oxidante e ser em seguida liberada emuma solução de eluição redutora.
Se nos processos visados pela presente invenção,compreende uma ou várias etapas de fermentação, ainoculação do meio pode ser efetuada de maneira direta,pode-se igualmente visualizar de maneira indireta pelo fatoque se efetua previamente uma ou vária pré-culturassucessivas a fim de constituir a inoculação que servirápara inocular o meio de fermentação, e pode-se entãoigualmente visualizar de acordo com a presente invenção ofato de proceder um controle e uma regulação do potencialredox da pré-cultura através da adição controlada de um gásde tratamento de meio de pré-cultura considerado.
Claims (12)
1. Processo de fabricação de um produto alimentar oubiotecnológico, usando uma ou vários etapas, uma ou váriasdas etapas que usam um meio, uma ou várias as etapas queusam um meio em uma etapa de fermentação, no curso do qualse procede, durando pelo menos uma das etapas do processouma operação de controle do potencial redox do meio daetapa considerada, e caracterizado pelo fato de que seefetua a condução do processo da seguinte maneira:- regula-se a um nível predeterminado de referência opotencial redox do meio da etapa cujo potencial redox écontrolado através de adições controladas de um gás detratamento no meio considerado, e- autorizar-se a passagem para a etapa seguinte dareferida etapa considerada no processo quando o valor dereferência for atingido,de forma a realizar pelo menos uma das referidasetapas do processo em condição redutora e pelo menos umadas referidas etapas do processo em condição oxidante.
2. Processo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o processo é um processo defabricação de um produto lácteo fermentado, e que aregulação do potencial redox acontece em várias das etapasde forma a seqüênciar as fases de oxidação e redução daseguinte maneira:- efetua-se uma regulação do potencial redox de formaa instaurar condições redutoras em um ou vários pontos doprocesso situados à montante da fase de pasteurização;- efetua-se uma regulação do potencial redox de formaa instaurar condições oxidantes em um ou vários pontos doprocesso situados à jusante da pasteurização.
3. Processo, de acordo cora a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que processo é um processo defabricação de um produto lácteo fermentado, e que aregulação do potencial redox acontece em várias das etapasde forma a seqüênciar as fases de oxidação e redução daseguinte maneira:- efetua-se uma regulação do potencial redox de formaa instaurar condições oxidantes em um ou vários pontos doprocesso situados à montante da fase de pasteurização;- efetua-se uma regulação do potencial redox de formaa instaurar condições redutoras em um ou vários pontos doprocesso situados à jusante da pasteurização.
4. Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que oproduto lácteo fermentado é um iogurte.
5. Processo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a referida condução doprocesso é realizada de modo que, para pelo menos uma dasreferidas etapas de fermentação, as adições controladas deum gás de tratamento permitam alternar as fases dafermentação consideradas em condição reduzida com as fasesda fermentação consideradas em condições oxidantes.
6. Processo, de acordo com a reivindicação 5,caracterizado pelo fato de que o processo é um processo defabricação de cerveja, e que a referida condução doprocesso permite que a regulação do potencial redox durantea fermentação aconteça em dois tempos: em um primeirotempo, a fermentação acontece em condição oxidante reguladae na presença de oxigênio, para favorecer o crescimento dalevedura e o seu bom estado fisiológico, e era um segundotempo, o potencial redox é diminuído a um valor ótimo parapermitir melhorar os parâmetros de fermentação, bem como oscritérios sensoriais.
7. Processo, de acordo com a reivindicação 5,caracterizado pelo fato de que o processo é um processo defermentação em fermentador que visa à fabricação debiomassa e/ou de metabólitos, e que a referida condução doprocesso permite regular o potencial redox do meio emdiferentes valores sucessivos em função das diferentesfases da fermentação de forma a realizar uma primeira faseem condições oxidantes a fim de favorecer o crescimento dacepa microbiana por condições oxidantes, e após a obtençãode um teor máximo em biomassa de transferir o fermentadorem condições redutoras a fim de iniciar ou intensificar aprodução de um ou vários metabólitos procurados.
8. Processo, de acordo com a reivindicação 5,caracterizado pelo fato de que o processo é um processo defermentação em fermentador que visa a fabricação debiomassa e/ou de metabólitos, e que a referida condução doprocesso permite regular o potencial redox do meio adiferentes valores sucessivos em função das diferentesfases da fermentação, de forma a realizar uma primeira fasedevolvida ligeiramente redutora que é favorável aocrescimento de certos microorganismos e, por conseguinte afabricação de uma biomassa importante, seguida por uma fasemais redutora que vai permitir o favorecimento da produçãode compostos de aromatizantes desejados.
9. Processo, de acordo com a reivindicação 5,caracterizado pelo fato de que o processo é um processo defermentação em fermentador que visa a fabricação debiomassa e/ou de metabólitos, e que a referida condução doprocesso permite alterar e regular o potencial redox domeio a um valor diferente para a fermentação a fim deadaptar o metabolismo ou a fisiologia dos microorganismospara o preparo de uma etapa posterior.
10. Processo, de acordo com a reivindicação 5,caracterizado pelo fato de que o processo é um processo defermentação em fermentador que visa a fabricação debiomassa e/ou de metabólitos, e que a referida condução doprocesso permite alterar o nível de potencial redox após aprodução de um metabólito desejado para favorecer aexcreção do metabólito considerado no meio de recuperação.
11. Processo, de acordo com a reivindicação 5,caracterizado pelo fato de que o processo é um processo defermentação em fermentador que visa a fabricação debiomassa e/ou de metabólitos, e que a referida condução doprocesso permite alterar o nível de potencial redox após aprodução de um precursor de uma molécula de interesse parafavorecer uma reação química que permite a obtenção damolécula de interesse procurada.
12. Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 5, 6, 7, 8, 9, 10 ou 11, caracterizado pelofato de que o processo é um processo de fermentação emfermentador que visa a fabricação de biomassa e/ou demetabólitos, e que subseqüentemente à fermentação sãorealizadas:- as etapas de centrifugação, e/ou de filtração e/ouultrafiltração que visa recuperar a biomassa produzida, ou- as etapas de purificação sobre o meio de fermentaçãopara separar e concentrar metabólitos,e que a referida condução do processo permite alteraro nível de potencial redox após a separação do meio quecontém a molécula de interesse da biomassa para favorecer aseparação seletiva da molécula de interesse dos outroscompostos do meio privilegiando por exemplo, a fixaçãosobre uma resina seja sob a forma reduzida seja sob formaoxidada da molécula de interesse e a sua eluição por umasolução adaptada.
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