Protocooperação das bactérias láticas durante a fermentação do iogurte

Alimentos fermentados desempenham um papel de grande importância na dieta humana devido aos seus benefícios para a saúde. A fermentação é um dos métodos mais antigos e econômicos utilizados na preservação de alimentos. Dentre os alimentos lácteos fermentados, o iogurte está entre os mais populares, e seu consumo vem aumentando cada vez mais em todo o mundo.

Sua popularidade não se deve somente a seu apelo nutricional, mas também por suas propriedades sensoriais, como textura, aroma e sabor. O iogurte é caracterizado como um gel viscoso com um gosto ácido característico, sendo o sabor, um dos atributos de maior relevância na aceitabilidade pelos consumidores (SODINI et al., 2004).

De acordo com a Instrução Normativa n° 46 de outubro de 2007, do Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento (MAPA), “o iogurte se define como um produto lácteo fermentado a partir do cultivo das bactérias Streptococcus salivarius subsp. thermophilus e Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus. podendo ser acompanhados, de forma complementar, por outras bactérias ácido-lácticas” (BRASIL, 2007). A concentração final de Lactobacillus bulgaricus e Streptococcus thermophilus deve ser igual ou superior a 10⁷ UFC/g de iogurte até o prazo final de validade do produto (BRASIL, 2007).

As bactérias ácido láticas (BAL) compõem um grande grupo de microrganismos encontrados naturalmente em diversos alimentos (SETTANNI & MOSCHETTI, 2010). Durante a fermentação do leite para produção de iogurte, as BAL utilizam a lactose do leite como substrato, com consequente produção de ácido lático (Figura 1). A produção de ácido lático promove o abaixamento do pH do leite, que é desejável até o pH 4,6, correspondendo ao ponto isoelétrico (PI) das caseínas.

Desta forma, essa acidificação causa uma desestabilização das micelas de caseína, devido à solubilização do fosfato de cálcio coloidal e aproximação do PI das micelas de caseína com consequente agregação. Este processo é chamado de gelificação ou coagulação ácida, obtendo-se assim o iogurte (WALSTRA, WOUTERS & GEURTS, 2006).

Esse processo é extremamente instigante e o objetivo deste artigo é descrever detalhadamente como ocorre o crescimento em simbiose dessas bactérias durante a fermentação do leite para produção de iogurte.

Figura 1. Esquema simplificado da transformação do leite em iogurte.

Fonte: os autores.

 

 

Culturas iniciadoras

Como mencionado, as culturas do iogurte são compostas por Streptococcus thermophilus (cocos) e Lactobacillus bulgaricus (bacilos) (Figura 2), cujo crescimento ótimo é obtido a 42 °C.

 

Figura 2. Representação da forma de Lactobacillus bulgaricus e Streptococcus thermophilus.

Fonte: Dairy Processing Handbook, 1995.

 

 

Streptococcus thermophilus

Streptococcus thermophilus é uma bactéria esférica Gram-positiva, em forma de cocos (Figura 2). É uma bactéria termofílica, apresentando temperatura de crescimento ótimo a 37-45°C, termotolerante, resistindo temperaturas até 60ºC, sendo mais sensível a valores de pH abaixo de 5,0 (RAULT et al., 2009).

O principal papel dessa bactéria na produção de iogurte, está relacionado com uma rápida acidificação do leite devido à produção de ácido lático (URIOT et al., 2017).  É um microrganismo de baixo poder proteolítico, e alta produção de exopolissacarídeos, o que pode contribuir com um aumento da viscosidade do produto.

 

Lactobacillus bulgaricus

Lactobacillus bulgaricus é uma bactéria Gram positiva, em forma de bastonetes (Figura 2) unidos em cadeias longas que produz ácido lático a partir da lactose. Sua temperatura ótima de multiplicação é 45°C, entretanto para produção de iogurte, a temperatura compreendida entre 42 e 43°C é utilizada por ser mais próxima da temperatura ótima para S. thermophilus.

Apresenta menor sensibilidade ao pH, sendo mais resistente a valores próximos de 4,5 (CHANDAN & O’RELL, 2006). É um microrganismo altamente proteolítico, além disso, devido a formação de acetaldeído, contribui para acentuação do aroma e do sabor do produto.

 

Simbiose da fermentação

Normalmente, os iogurtes são produzidos a temperaturas em torno de 42°C, o que promove o crescimento ideal tanto de S. thermophilus quanto de L. bulgaricus.

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Durante o processo de fermentação do iogurte, S. thermophilus e L. bulgaricus mostram interações positivas, descritas na literatura como protocooperação (HOLS et al., 2005), que é uma relação simbiótica entre as duas espécies incluindo crescimento, acidificação, proteólise, produção de sabores e exopolissacarídeos, dentre outros compostos.

É de suma importância que exista um balanço adequado entre as contagens de S. thermophilus e L. bulgaricus, visto que a predominância de qualquer uma das espécies pode acarretar em defeitos para o produto final (REIS, 2013).

Normalmente, a fermentação do iogurte contém duas fases de crescimento exponencial separadas por uma fase de transição com menor crescimento (Figura 3).

Figura 3 . Representação esquemática das fases de crescimento de S. thermophilus (---) e L. bulgaricus (---) e os fatores mais importantes que determinam seus comportamentos de crescimento. AA: Aminoácidos; LCFA: Ácidos Graxos de Cadeia Longa.

Fonte: os autores.

 

No início da fermentação, a proporção numérica entre S. thermophilus e L. bulgaricus é normalmente de 1:1. A fase lag é caracterizada pela adaptação dos microrganismos ao meio e sua duração é dependente do tipo de cultura starter adicionada (líquida, congelada, liofilizada, etc.), da qualidade e composição da matéria-prima, tipo de leite (vaca, cabra, ovelha, búfala), etc.

Após adaptação dos microrganismos ao meio, a fase exponencial se inicia sendo caracterizada pelo crescimento de S. thermophilus e quase nenhum crescimento de L. bulgaricus é observado. O S. thermophilus é mais tolerante ao pH neutro e mais eficaz na absorção de aminoácidos (AA) e oligoelementos do que o L. bulgaricus.

Durante o crescimento do S. thermophilus, são produzidos diversos metabólicos como o ácido láctico, ácido fórmico e ácido fólico (Figura 3). Além disso, S. thermophilus consome oxigênio (O₂) e produz dióxido de carbono (CO₂), beneficiando o L. bulgaricus (MARKAKIOU et al., 2020). O ácido lático é produzido a partir da degradação da lactose (Figura 4).

 

Figura 4. Produção de ácido lático a partir da degradação da lactose.

 

Fonte: os autores.

 

Posteriormente, os AA tornam-se limitantes e a velocidade de crescimento de S. thermophilus diminui. Por outro lado, os metabólitos produzidos por S. thermophilus juntamente com o abaixamento do pH do leite até 5,0 estimulam o crescimento de L. bulgaricus (que é mais tolerante ao pH ácido) (SIEUWERTS, 2016).

A seguinte fase é chamada fase de transição, na qual a síntese da protease prtB extracelular é iniciada, devido ao crescimento de L. bulgaricus, que é o microrganismo que expressa o gene desta protease. Essa protease catalisa principalmente a hidrólise das caseínas hidrofóbicas em pequenos peptídeos, ou até aminoácidos livres por várias endopeptidases e aminopeptidases (SIEUWERTS, 2016; MARKAKIOU et al., 2020).

Esses peptídeos liberados estimulam novamente o crescimento exponencial de S. thermophilus em uma segunda fase exponencial, ao mesmo tempo em que suportam o crescimento exponencial de L. bulgaricus (SIEUWERTS, 2016).

Entretanto, nessa segunda fase, a taxa de crescimento de S. thermophilus é menor comparada com a taxa da primeira fase (SIEUWERTS et al, 2008). Durante essa segunda fase de crescimento exponencial, S. thermophilus atua hidrolisando a gordura do leite com a liberação de ácidos graxos de cadeia longa que beneficia o crescimento de L. bulgaricus que é mais resistente ao pH ácido de 4,5 (ASWAI, SHUKLA, PRIYADARSHI, 2012).

Em resumo, durante a fermentação, S. thermophilus e L. bulgaricus realizam três grandes conversões bioquímicas dos componentes do leite:

• (i) conversão de lactose em ácido lático (fermentação),
• (ii) hidrólise das caseínas em peptídeos e aminoácidos livres (proteólise) e
• (iii) hidrólise da gordura do leite em ácidos graxos livres (lipólise).

 

Essas reações levam à produção de vários metabólitos, resultando na diminuição do pH, formação de uma textura semi-sólida e um sabor característico de iogurte.

Embora S. thermophilus e L. bulgaricus sejam capazes de crescer individualmente no leite, a interação simbiótica é baseada na troca de vários metabólitos que fornecem efeitos estimulantes de crescimento mútuo e produção mais rápida de acidez.

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Por outro lado, embora a interação entre as duas espécies seja frequentemente positiva (protocooperação), a ausência de interação ou mesmo efeitos negativos podem ocorrer dependendo da combinação de cepas bacterianas, tipo e processo de aquecimento do leite e condições de fermentação. Portanto, o controle das variáveis do processo é fundamental para garantia da qualidade do produto final.

 

Conclusão

A fermentação do iogurte ocorre a partir da relação simbiótica entre Streptococcus thermophilus e Lactobacillus bulgaricus. Durante esse crescimento, diversos fenômenos acontecem, como acidificação, proteólise e lipólise, que resultam na produção de diversos compostos que irão afetar as características sensoriais do produto final com o desenvolvimento do aroma e sabor, bem como a formação do gel ácido.

Desta forma, o balanço adequado entre as contagens dessas bactérias, as operações aplicadas no leite e controle do processo durante a fermentação são fundamentais para obtenção de um produto com as características desejadas do ponto de vista industrial.

 

Autores

Flaviana Coelho Pacheco (Graduanda em Engenharia de Alimentos e membro do Laboratório de Inovação no Processamento de Alimentos- LIPA/DTA/UFV).

Profa. Ana Flávia Coelho Pacheco (Mestre em Ciência e Tecnologia de Alimentos e membro do Laboratório de Inovação no Processamento de Alimentos- LIPA/DTA/UFV)

Profa. Dra. Érica Nascif Rufino Vieira (Professora do Departamento de Tecnologia de Alimentos da UFV e coordenadora do Laboratório de Inovação no Processamento de Alimentos - LIPA/DTA/UFV)

Prof. Dr. Bruno Ricardo de Castro Leite Júnior (Professor do Departamento de Tecnologia de Alimentos da UFV e coordenador do Laboratório de Inovação no Processamento de Alimentos - LIPA/DTA/UFV)

 

Agradecimentos

Os autores agradecem a CAPES - Código Financiamento 001; à Fundação de Amparo à Pesquisa de Minas Gerais (FAPEMIG) pelo financiamento do projeto APQ-00388-21; ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) pelo financiamento do projeto (429033/2018-4) e pela bolsa de produtividade à B.R.C. Leite Júnior (n°306514/2020-6).

 

Referências

ASWAI, P.; SHUKLA, A.; PRIYADARSHI, S. Yoghurt: preparation, characteristics and recent advancements. Cibtech Journal of Bio-Protocols, v. 1, n. 2, p.32-44, 2012.

BRASIL. MAPA – Ministério Agricultura, Pecuária e Abastecimento. Instrução normativa nº 46, de 23 de outubro de 2007. Regulamento Técnico de Identidade e Qualidade de Leite fermentados, Brasília, 2007.

CHANDAN, R.C.; O’RELL, K.R. Principles of yogurt processing. In: CHANDAN, R.C. Manufacturing yogurt and fermented milks. Oxford: Blackwell Publishing Ltd., p.211-236, 2006.

HOLS, P.; HANCY, F.; FONTAINE, L.; GROSSIORD, B.; PROZZI, D.; LEBLOND-BOURGET, N.; KLEEREBEZEM, M. New insights in the molecular biology and physiology of Streptococcus thermophilus revealed by comparative genomics FEMS. Microbiology Reviews, v. 29, ed. 3, p. 435-463, 2005.

MARKAKIOU, S.; GASPAR, P.; JOHANSEN, E.; ZEIDAN, A. A.; NEVES, A. R. Harnessing the metabolic potential of Streptococcus thermophilus for new biotechnological applications. Current Opinion in Biotechnology, v. 61, p. 142-152, 2020.

RAULT, A. et al. Fermentation pH influences the physiological-state dynamics of Lactobacillus bulgaricus CFL1 during pH-controlled culture. Applied and Environmental Microbiology, p. 4374-4381, 2009.

REIS, D. L. Qualidade e Inocuidade microbiológica dos derivados lácteos fermentados produzidos no Distrito Federal, Brasil. Dissertação (Mestrado em Saúde Animal na área de Higiene e Inspeção de Leite e derivados) - Universidade de Brasília / Faculdade de Agronomia e Medicina Veterinária, p.8-10, 2013.

SETTANNI, L.; MOSCHETTI, G. Non-starter lactic acid bacteria used to improve cheese quality and provide health benefits. Food Microbiology, v. 27, n.6, p. 691–697, 2010.

SODINI, I.; REMEUF, F.; HADDAD, S.; CORRIEU, G. The Relative Effect of Milk Base, Starter, and Process on Yogurt Texture: A Review. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, v. 44, p. 113–137, 2004.

SIEUWERTS, S. Microbial Interactions in the Yoghurt Consortium: Current Status and Product Implications. SOJ Microbiology & Infectious Diseases, v. 4, n. 2, p. 1-5, 2016.

SIEUWERTS, S.; BOK, F. A. M.; HUGENHOLTZ, J.; VLIEG, J. E. T. V. H. Unraveling Microbial Interactions in Food Fermentations: from Classical to Genomics Approaches. Applied and Environmental Microbiology, p. 4997–5007, 2008.

Tetra Pak. DAIRY PROCESSING HANDBOOK. CHAPTER 11 FERMENTED MILK PRODUCTS, Tetra Pak Processing Syste, 1995. Disponível em: https://dairyprocessinghandbook.tetrapak.com/chapter/fermented-milk-products.

*Fonte da foto do artigo: Freepik