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As bactérias ácido láticas no contexto da biotecnologia

POR CAROLINA CARVALHO

E MARTHA BESSA

ILCT/EPAMIG

EM 05/01/2022

10 MIN DE LEITURA

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A biotecnologia pode ser definida como qualquer aplicação tecnológica que utilize organismos vivos, ou seus derivados, para fabricar ou modificar produtos, ou ainda desenvolver processos para uma utilização específica. É vista como a ciência que, a partir de organismos vivos, cria produtos para melhorar a forma em que se vive atualmente, usando para isso conhecimentos acadêmicos, experimentação e constante inovação (Astolfi Filho et al., 2014; BiotechTown, 2019).

De modo geral, a ideia de buscar e aplicar compostos orgânicos em microrganismos, plantas e animais que sejam úteis para a humanidade não é recente. As técnicas biotecnológicas iniciaram por volta de 6.000 a.C. a partir dos processos de fermentação para produção de bebidas alcoólicas, fabricação de pães, queijos, vinagres e iogurtes (BiotechTown, 2019).

Neste cenário biotecnológico, as Bactérias do Ácido Lático (BAL), também chamadas de Bactérias Láticas, se destacam em função da sua diversidade de aplicação na indústria de alimentos. Constituem um grupo de microrganismos que desperta grande interesse industrial,  já que alguns gêneros, reconhecidos como “status GRAS”— Generally Recognised As Safe, ou seja, são consideradas seguras pela da Food and Drug Administration (FDA), dos Estados Unidos — são empregadas na produção de fermentados, sejam como culturas starter ou adjuntas (Colombo et al., 2018; Cosentino et al., 2018; Motta & Gomes, 2015).

As bactérias ácido láticas demonstram capacidade de sintetizar compostos bioativos decorrentes do seu metabolismo primário e, ou secundário, a partir da fermentação de carboidratos produzindo substâncias como exopolissacarídeos e polímeros, compostos aromáticos, vitaminas e enzimas  (Cosentino et al., 2018; Ribeiro et al., 2014).

Várias cepas, como as do gênero Lactobacillus e Bifidobacterium, demonstram atividades probióticas importantes quando consumidos em quantidade e frequência adequada. Em adição, evidenciam aptidão à produção de uma variedade de substâncias antimicrobianas, como ácidos orgânicos, diacetil, peróxido de hidrogênio e bacteriocinas, cujo potencial bioprotetor tem demonstrado melhorar a segurança, controlar a fermentação, maturação e deterioração, e consequentemente, aumentar a vida útil do produto (Cosentino et al., 2018; Olvera-garcía, Serrano-maldonado, et al., 2015).

 

 

 

Bactérias Ácido Láticas

As BAL são encontradas em inúmeros ambientes na natureza, particularmente no leite. Presentes em diferentes ecossistemas, elas contribuem para manter o equilíbrio e funcionamento do mesmo, por meio de sua atividade biológica (Lopes, 2013).

De modo geral, constituem um grupo de bactérias Gram positivas, podem ocorrer na forma de cocos ou bacilos, em cadeia ou isoladamente, motilidade ausente, não formam esporos, não são patogênicas, anaeróbias facultativas, quimioheterotróficas, catalase negativa, não produzem indol e ácido sulfídrico, ácido-tolerantes, fastidiosas, estritamente fermentativas. O ácido lático é o principal produto final obtido durante a fermentação de carboidratos (Cosentino et al., 2018;  Garcia et al., 2010; Jay; Loessner; Golden, 2008; Motta & Gomes, 2015; Ribeiro et al., 2014).

Os principais gêneros que incluem essas bactérias são: Aerococcus, Bifidobacterium, Carnobacterium, Enterococcus, Lactobacillus, Lactococcus, LeuconostocOenococcus, Pediococcus, Streptococcus, Vagococcus e Weissella (Motta & Gomes, 2015; Olvera-garcía, Serrano-maldonado, et al., 2015; Souza, 2013)

A classificação de bactérias de ácido láctico em diferentes gêneros é baseado principalmente na morfologia; modo de fermentação de glicose; crescimento em diferentes temperaturas; configuração do lático ácido produzido e capacidade de crescer com alto teor de sal concentrações e tolerância ácida ou alcalina (Motta & Gomes, 2015).

Tais bactérias  desempenham um papel fundamental nos processos fermentativos industriais, em função de sua capacidade de produzir polímeros, compostos aromáticos, vitaminas, enzimas úteis, substâncias antimicrobianas como as bacteriocinas e os exopolissacarídeos; e algumas cepas exibem ainda atividade probiótica (Cosentino et al., 2018; Motta & Gomes, 2015; Olvera-garcía, Serrano-maldonado, et al., 2015).

Merecem ser destacados alguns exemplares deste grupo, em função de sua aplicação industrial. S. thermophilus e Lb. Delbrueckii subsp. Bulgaricus, usados, por exemplo, em iogurtes. Estes apresentam desenvolvimento associativo, uma vez que estirpe de Streptococcus acidifica o meio favorecendo o crescimento do Lactobacillus. Em troca, este fornece compostos que conferem sabor, como o acetaldeido, e realizam atividade proteolitica, que auxilia na manutenção da estirpe de Streptococcus no meio (Coelho, 2011; Lopes, 2013).

Leuconostoc é o gênero predominante de bactérias láticas em plantas, especialmente nas raízes, material vegetal em decomposição, em produtos vegetais fermentados como pepino, repolho e azeitona. É responsável por alterações no odor, cor de alimentos deteriorados. Algumas linhagens de Leuconostoc podem ser empregadas como culturas iniciadoras na fermentação de laticínios, e tem como característica produzir os compostos aromatizantes diacetil e acetoína a partir da degradação do citrato (Coelho, 2011; Lopes, 2013).

Lactococcus lactis subs. lactis e cremoris juntamente ao Leuconostoc mesenteroides subespécie cremoris são largamente empregados na indústria de laticínios, na produção de leites fermentados e queijos, como culturas iniciadoras mesofílicas. Lactococcus lactis, Streptococcus thermophilus, Bifidobacterium sp, Lactobacillus plantarum são capazes de sintetizar o folato, vitamina com propriedades antioxidantes. L. acidophilus é capaz de aumentar a concentração dessa vitamina em leites fermentados (Coelho, 2011; Lopes, 2013).

A principal função das bactérias láticas nos alimentos é promover a fermentação de carboidratos, especialmente da lactose, promovendo acidificação do meio. A produção de ácidos orgânicos, como o ácido lático e acético, decorrentes do processo fermentativo, diminui o pH do meio, o que dificulta o desenvolvimento de micro-organismos indesejáveis como, por exemplo os contaminantes. O ácido acético produzido pelo processo heterofermentativo atua como inibidor do crescimento de fungos e bactérias, já o ácido propiônico age preferencialmente contra fungos (Lopes, 2013)

Por esta razão o período de conservação dos produtos fermentados, em geral, apresenta-se maior em comparação àqueles em que a matéria-prima não passou pela fermentação lática (Lopes, 2013). Considera-se também que as BAL podem auxiliar na garantia de inocuidade alimentar. Muitos estudos mostram que BAL desempenham atividade inibitória considerável sobre microrganismos patogênicos e deteriorantes presentes nos alimentos (Cosentino et al., 2018).

 

 

Características fermentativas

Integrantes do grupo de BAL podem ser homofermentativas ou heterofermentativas, dependendo da concentração de ácido produzido, conforme ilustrado na tabela 1. Existem ainda estirpes homofermentativas obrigatórias e facultativas. A maioria dos lactobacilos produz apenas uma forma isomérica de ácido láctico. O isômero do ácido láctico a ser sintetizado é determinado pela  forma isomérica de lactato desidrogenase presente, uma vez que a desidrogenase láctica é estereoespecífica (Garcia et al., 2010)

As BAL que utilizam a via homofermentativa, a degradação da molécula de glicose resulta em dois lactatos e tem como único produto do processo, o ácido lático; já as heterofermentativas uma molécula de glicose é transformada em etanol e ácido láctico formam assim  outros produtos além do ácido láctico como, ácido acético, etanol, CO2 (Jay; Loessner; Golden, 2008).

A capacidade de fermentação das BAL varia de acordo com as espécies. A maioria produz entre 0,5% e 1,5% de ácido lático, mas existem cepas capazes de produzir mais de 3% (Souza, 2013).

 

Tabela 1. Exemplos de BAL e sua classificação quanto ao processo fermentativo.


Fonte: adaptado de Garcia; Arrázola; Durango (2010).

 

A fermentação realizada por esses microorganismos desempenha também um papel importante na geração de peptídeos e aminoácidos essenciais para crescimento bacteriano e a formação de metabólitos. O catabolismo dos aminoácidos tem implicação na formação do flavour e na segurança de produtos fermentados pois ocorre a síntese de aminas biogénicas  (Belgacem et al., 2010; Alegria et al., 2010).

Os polissacarídeos sintetizados por essas bactérias conferem maior textura e consistência aos alimentos, como iogurtes e coalhadas; já os compostos aromáticos contribuem para o processo de maturação na fabricação de queijos e a intensificação do sabor. Além disso, aminoácidos livres, ácidos graxos e peptídeos, também são gerados, decorrentes das atividades lipolíticas, proteolíticas e glicolíticas das enzimas produzidas pelas bactérias láticas (Lopes, 2013; Olvera-garcía, Eduardo, et al., 2015; Smukowski & Ping, 2003).

A produção de substâncias antimicrobianas pelo processo fermentativo de algumas BAL também merece destaque. Algumas espécies possuem a capacidade de liberar bacteriocinas,  peptídeos antimicrobianos sintetizados nos ribossomos, que promovem a supressão de microrganismos associados a sabores desagradáveis em alimentos, patógenos e produtores de esporos. Além disso, são atuantes contra algumas espécies de bactérias: Clostridium botulinum, Staphylococcus aureus e Listeria monocytogenes (Muelas et al., 2018; Olvera-garcía, Serrano-maldonado, et al., 2015; Smukowski & Ping, 2003).

Além da ação contra bactérias, algumas espécies já vem sendo estudadas e aplicadas pela indústria de alimentos, especialmente de laticínios, para controle de fungos. Tal atividade antifúngica tem sido atribuída a ação sinérgica de vários compostos, por exemplo, orgânicos ácidos (ácidos acético, láctico e propiônico), peróxido  de hidrogênio, dipeptídeos cíclicos, compostos proteicos, e ácidos graxos.

Entre as BAL, várias cepas do gênero Lactobacillus, comumente utilizada na produção de queijos, demonstraram atividades antifúngicas específicas e, em função disso, já vem sendo incluídas em culturas protetoras comerciais disponíveis no mercado (Cosentino et al., 2018).

Em contrapartida, na literatura é citado que o número limitado de culturas protetoras em produtos lácteos fermentados podem ser relacionado à dificuldade em encontrar cepas que possuam propriedades importantes.

Não só é necessária a atividade antimicrobiana, mas também a capacidade de se desenvolver no alimento desejado sob condição de fabricação sem produzir qualquer prejuízo na funcionalidade da cultura inicial e sem prejudicar os atributos sensoriais dos produtos(Motta & Gomes, 2015).

Neste cenário, as BAL tem grande potencial para se tornar uma alternativa, especialmente naqueles alimentos em que busca-se rótulos limpos e o mínimo de ingredientes, o que justifica ainda mais a necessidade de pesquisas nesta área.

 

Considerações finais

Inúmeras pesquisas demonstram as potencialidades no uso de Bactérias Ácido Láticas em alimentos. O uso, tanto como culturas adjuntas, quanto como iniciadoras, juntamente ao conhecimento sobre a fermentação, permitem obter alimentos com as características organolépticas esperadas e representam uma ferramenta eficiente para padronizar o processo produtivo de melhoria da segurança e qualidade.

As bactérias do ácido láctico têm uma longa história nas tradições culturais humanas. Novas aplicações baseadas em uma melhor compreensão sobre seu potencial em biotecnologia, e especialmente do seu papel na promoção da saúde e combate a doenças estão surgindo. Isso justifica ainda mais o investimento em pesquisa e desenvolvimento de novos produtos e aplicações em alimentos, especialmente, nos produtos lácteos.

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Referências

Alegría, Ángel et al (2010). Bacteriocins produced by wild Lactococcus lactis strains isolated from traditional, starter-free cheeses made of raw milk. International journal of food microbiology, v. 143, n. 1-2, p. 61-66.

Astolfi Filho, S., Nuves-Silva, C. G., & Bigi, M. de F. M. A. (2014). Bioprospecção e biotecnologia. Parcerias Estratégica, 19(38), 45–80. https://seer.cgee.org.br/index.php/parcerias_estrategicas/article/view/732/672

Belgacem, Z. Ben, Abriouel, H., Omar, N. Ben, Lucas, R., Martínez-Canamero, M., Gálvez, A., & Manai, M. (2010). Antimicrobial activity, safety aspects, and some technological properties of bacteriocinogenic Enterococcus faecium from artisanal Tunisian fermented meat. Food Control, 21(4), 462–470. https://doi.org/10.1016/j.foodcont.2009.07.007

BiotechTown. (2019). Biotecnologia: descubra o que é e quais os seus usos. BiotechTown. https://biotechtown.com/blog/o-que-e-biotecnologia/

Coelho, L. F. (2011). Isolamento e Seleção de Micro-organismos e desenvolvimento de tecnologia para produção de ácido lático. Universidade Estadual Paulista “Júlio De Mesquita Filho” Instituto De Biociências – Rio Claro.

Colombo, M., Castilho, N. P. A., Todorov, S. D., & Nero, L. A. (2018). Beneficial properties of lactic acid bacteria naturally present in dairy production. BMC Microbiology, 1–12. https://doi.org/10.1186/s12866-018-1356-8

Cosentino, S., Viale, S., Deplano, M., Fadda, M. E., & Pisano, M. B. (2018). Application of Autochthonous Lactobacillus Strains as Biopreservatives to Control Fungal Spoilage in Caciotta Cheese. Biomed Research, 2018. https://doi.org/https://doi.org/10.1155/2018/3915615

Garcia, C., Arrázola, G., & Durango, A. (2010). Produccion de Ácido Láctico por vía Tecnologica. Temas Agrarios, 15(2), 9–26. https://dialnet.unirioja.es/descarga/articulo/4149619.pdf

Jay, James M.; Loessner, Martin J.; Golden, David A (2008). Modern food microbiology. Springer Science & Business Media.

 Lopes, Â. R. (2013). Prospecção de bactérias láticas em matriz ambiental. Universidade Estadual Paulista “Júlio De Mesquita Filho” Instituto De Biociências – Rio Claro.

Motta, A. D. S., & Gomes, M. da S. M. (2015). Technological and Functional Properties of Lactic Acid Bacteria?: The Importance of these microorganisms for food. Rev. Inst. Latic. Cândido Tostes, 172–184. https://doi.org/10.14295/2238-6416.v70i3.403

Muelas, R., Martí de Olives, A., Romero, G., Díaz, J. R., Sayas-Barberá, M. E., & Sendra, E. (2018). Evaluation of individual lactic acid bacteria for the fermentation of goat milk: Quality parameters. Lwt, 98, 506–514. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2018.09.005

Olvera-garcía, M., Eduardo, C., Maricarmen, S., Conjunto, E., Alimentos, D. De, Química, F. De, Nacional, U., & México, A. De. (2015). Detección de Proteínas con Actividad Antibacteriana Producidas por Bacterias Ácido Lácticas. BioTecnología, 19(1), 25–43.

Olvera-garcía, M., Serrano-maldonado, C. E., & Quirasco, M. (2015). Detección de Proteínas con Actividad Antibacteriana Producidas por Bacterias Detección de Proteínas con Actividad Antibacteriana Producidas por Bacterias Ácido Lácticas. BioTecnologia, 19(July).

Ribeiro, S. C., Coelho, M. C., Todorov, S. D., Franco, B. D. G. M., Dapkevicius, M. L. E., & Silva, C. C. G. (2014). Technological properties of bacteriocin-producing lactic acid bacteria isolated from Pico cheese an artisanal cow ’ s milk cheese. Journal of Applied Microbiology, 116(March), 573–585. https://doi.org/10.1111/jam.12388

Smukowski, M., & Ping, Y. (2003). Cheese Defects in U . S Graded Cheeses. 15(3), 1–12.

Souza, A. B. (2013). Avaliação da Influencia Tecnológica da relação da soro-proteina/caseinas durante condiçoes simuladas de processamento térmico (Vol. 53, Issue 9) Universidade Federal de Juiz de Fora. https://doi.org/10.1017/CBO9781107415324.004

*Fonte da foto do artigo: Freepik

CAROLINA CARVALHO

Professora/ pesquisadora na EPAMIG/ Instituto de Laticínios Cândido Tostes. É Técnica em Laticínios pelo ILCT (2007), Graduada em Farmácia pela UFJF (2015) e Mestre em Ciência e Tecnologia do Leite e Derivados (UFJF/ EPAMIG-ILCT/ EMBRAPA) (2018).

MARTHA BESSA

Farmacêutica. Doutora em Ciências Biológicas (ênfase Genética e Biotecnologia). É professora na UniAcademia no curso de Tecnólogo em Gastronomia e pesquisadora do Laboratório de Produtos Naturais e Bioativos - LPNB/UFJF

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