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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.11.2013.tde-16122013-150236
Document
Author
Full name
Stefania Vital
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Piracicaba, 2013
Supervisor
Committee
Basso, Luiz Carlos (President)
Alcarde, André Ricardo
Lopes, Mario Lucio
Title in Portuguese
Relações tróficas entre Saccharomyces cerevisiae e Lactobacillus sp. nas condições da fermentação alcoólica industrial
Keywords in Portuguese
Fermentação alcoólica
Lactobacillus
Metabólitos
Saccharomyces cerevisiae
Abstract in Portuguese
Historicamente o Brasil tem marcado importante presença no setor sucroalcoleiro devido a fatos como o Programa Nacional do Álcool (Pró-álcool) e mais recentemente a tecnologia dos carros flex. Esses fatos somados aos problemas da utilização de uma matriz energética não renovável, cara e muito poluente como o petróleo, trazem a importância de aperfeiçoar a atividade no país. No entanto, diversos fatores afetam a fermentação e reduzem o rendimento fermentativo, como a entrada de contaminantes no processo e a pemanência deles, através de problemas como a qualidade da matéria prima e práticas como o processo de "Melle-Boinot, respectivamente. Estudos anteriores revelam que grande parte desses contaminantes são do grupo chamado de bactérias láticas e que essas apresentam duas maneiras distintas de metabolizar os açúcares (homofermentativas e heterofermentativa), sendo que o tipo presente influencia em outros fatores importantes como a produção de glicerol por parte das leveduras. Além disso, acredita-se que as heterofermentativas sejam favorecidas pelas condições impostas na dorna fermentativa. Nesse contexto, o presente trabalho objetiva fazer um levantamento do tipo metabólico predominante das bactérias láticas contaminantes de destilarias brasileiras, além de entender melhor as relações existentes entre esses microrganismos e as leveduras. Para isso, foram isoladas 221 bactérias de destilarias e testadas quanto ao tipo metabólico. Adicionalmente, 2 bactérias foram escolhidas (I8 e I9), identificadas e testadas em ensaios de fermentação em conjunto com as leveduras PE-2 e Mauri, sob condições que simulam o processo industrial. Foram testados cinco tratamentos (PE-2; PE-2+I8; PE-2+I9; Mauri; Mauri+I8 e Mauri+I9), com 3 repetições cada e um total de 5 reciclos fermentativos. Ao final de cada reciclo fermentativo, amostras foram retiradas para análises químicas e microbiológicas. Os resultados revelam que, embora as hetero sejam mais agressivas e predominem em relação às homo quando simulamos o processo industrial dentro do laboratório, diferentemente do que se pensava, não ocorre essa predominância dentro da destilaria, já que 51,3% dos isolados eram homo e 48,69% eram hetero. Além disso os resultados também mostraram que todas as bactérias homo identificadas pertenciam à espécie Lactobacillus plantarum, enquanto as hetero à espécie L. fermentum, o que de acordo com dados anteriores da literatura sugerem que possa haver uma divisão de tipos metabólicos por espécie. Ao analisarmos os metabólitos de ambos os microrganismos vemos que houve menor produção de glicerol por parte das leveduras quando elas estavam em cultivo conjunto com as bactérias homofermentativas, mesmo em comparação com o controle (sem contaminação) o que pode ser explicado pelo fato de ter havido produção de succinato exclusivamente nos tratamentos com a I8 (homo). Ou seja, como as bactérias homo produzem quantidades muito superiores de ácido lático se compararmos com as heterofermentativas, as leveduras foram estimuladas a excretarem mais ácido succínico, desviando o metabolismo da produção massiva de glicerol.
Title in English
Trophic relations between Saccharomyces cerevisiae and Lactobacillus sp. in industrial alcoholic fermentation conditions
Keywords in English
Alcoholic fermentation
Lactobacillus
Metabolites
Saccharomyces cerevisiae
Abstract in English
Brazil has been historically very present in ethanol industry because some facts as National Alcohol Program ("Pro-Alcohol") and more recently the flex fuel car technology. These facts, added to the problems of using petroleum that is a non-renewable energy source, very expensive and polluting, bring the importance of improving brazilian activity. However, several factors affect the fermentation and reduce alcoholic yields, as the entry of contaminants into the process and their permanency because, for example, the quality of raw materials and everyday practices as "Melle-Boinot" process, respectively. Previous studies have shown that many of these contaminants are called lactic acid bacteria, which have two distinct ways to metabolize sugars (homofermentative and heterofermentative), and the type present could influence important factors such as glycerol production by yeasts. Additionally, it is believed that the hetero bacteria are favored by the fermentative industrial conditions. In this context, this work aims to survey the predominant metabolic type of lactic acid bacteria contaminants in brazilian distilleries, and understand the relationship between this microorganisms and yeasts. For that, we isolated 221 bacteria from distilleries and tested their metabolic type. In addition, two strains were chosen (I8 and I9), identified and tested with PE- 2 and Mauri yeasts under industrial process simulating conditions. By this mean, we have 6 treatments (PE-2; PE-2+I8; PE-2+I9; Mauri; Mauri+I8 and Mauri+I9) with 3 replicates each one and a total of 5 cell recycling fermentation. At the end of each recycle, samples were taken for chemical and microbiological analysis. The results showed that, although the heterofermentative are more aggressive and dominant in relation to homo when we simulate the industrial process in the laboratory, unlike previously thought, we can not find this predominance in distilleries, since 51,3% of the isolates were homo and 48,69% were hetero. In addition, the results also showed that all the homo bacteria identify was a Lactobacillus plantarum, while all the hetero identify was a L. fermentum, which according to previous literature, suggests that should exist a division of metabolic types by species. When analyzing the metabolites of both microorganisms we see that there was less glycerol production by the yeast when they were growing together with homofermentative bacteria, even in comparison with the control (without contamination) which might be explained by the fact that there was only succinate production in treatments with homo (I8). In other words, homofermentative bacteria produce much higher amounts of lactic acid when compared with hetero, so yeast cells were stimulated to excrete more succinic acid and take the metabolism away from glycerol mass production.
 
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Publishing Date
2014-01-06
 
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