Qual é o papel dos micro-organismos na fermentação?

PREPARAÇÃO DO AMBIENTE:

Esta atividade se desenvolverá na sala de aula, como também no laboratório de informática educativa (LIE) e no laboratório de química da escola. Parte da formalização da atividade será desenvolvida via ferramenta pedagógica, no caso, a rede social. Serão utilizados computadores com acesso à internet, projetor data show, câmera digital ou celular com câmera fotográfica, caderno para anotações, caneta/lápis, além do material necessário para o procedimento experimental listado na respectiva seção. O professor deverá acordar com a turma a participação de todos no decorrer da atividade.

1.1  Introdução

Inicialmente, o professor deverá mostrar (uma a uma) as quatro imagens abaixo para os discentes:

Figura 1: Imagem da bactéria Lactobacillus, que vive na boca e no intestino humano.

Fonte: http://www.institut-rosell-lallemand.com/page.php?idPage=33&idLangue=2 (acessado em 04/11/12).

Figura 2: Imagem do fungo Saccharomyces cerevisiae usado na produção de pão, cerveja e etanol (álcool).

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Fonte: http://harpiacervejaria.blogspot.com.br/2011/06/historia-da-levedura-saccharomyces.html (acessado em 04/11/12).

Figura 3: Imagem do fungo Kloeckera apiculata, usado na primeira fase da produção de vinhos.

Fonte: http://www.practicalwinery.com/sepoct09/microbes2.htm (acessado em 04/11/12).

Figura 4: Imagem do fungo Aspergillus oryzae, que é amplamente usado nos países asiáticos na produção de alimentos, por exemplo, a bebida típica saquê (fermentação do arroz).

Fonte: http://harpiacervejaria.blogspot.com.br/2011/06/historia-da-levedura-saccharomyces.html (acessado em 04/11/12).

Então, o professor deverá perguntar aos alunos se eles conseguem identificar o que apresenta cada imagem. Ao extrair o maior número de informações da turma, o docente deverá esclarecer aos alunos sobre o que se trata cada imagem escrevendo os nomes destes microorganismos na lousa, o reino ao qual pertencem e onde são utilizados.

Em seguida, o docente perguntará aos alunos as seguintes questões:

- Vocês já tinham ouvido falar sobre o uso desses pequenos seres na produção de alimentos? Em quais alimentos?

- Vocês conseguem imaginar como seria a vida na Terra se estes micro-organismos não existissem?

- Vocês sabem como eles participam no processo de produção dos alimentos citados anteriormente?

Após esse momento introdutório, o professor deverá convidar a turma a conhecer mais sobre estes micro-organismos e o “trabalho” que eles realizam.

 

1.1  Pesquisando, descobrindo, testando (...)

Com os alunos distribuídos nos computadores do LIE, o professor solicitará que os alunos realizem duas tarefas:

A) Visitar os dois sites listados abaixo, fazendo anotações sobre o que acharam interessante ou mesmo o que era desconhecido. Deve-se esclarecer aos alunos que as anotações que eles registrarão serão partilhadas na rede social posteriormente. Os sites são:

- Temos mais bactérias do que células em nosso organismo

http://www.passeiweb.com/saiba_mais/voce_sabia/celulas_x_bacterias

- A História da Levedura (Saccharomyces cerevisiae)

http://harpiacervejaria.blogspot.com.br/2011/06/historia-da-levedura-saccharomyces.html

B) Assistir ao vídeo Pequenas Criaturas Invadem a Indústria disponível no link http://www.youtube.com/watch?v=pMDMMuKop-w (acessado em 04/12/12). Este vídeo, que tem sua interface mostrada na figura 5, pertence a uma coleção de aulas de Ciências do Novo Telecurso e fala sobre as leveduras. Embora seja do ensino fundamental, o docente deverá esclarecer que o assunto abordado no vídeo está ligado ao procedimento experimental que será realizado em seguida.

Figura 5: Interface do vídeo Pequenas Criaturas Invadem a Indústria.

Fonte: http://www.youtube.com/watch?v=pMDMMuKop-w

Quando todos os alunos completarem a realização das duas tarefas, o professor solicitará aos alunos que se preparem para irem para o laboratório de química solicitando que estes levem cadernos e canetas para anotações, além de chamar a atenção dos discentes aos procedimentos de segurança.

- Orientações sobre o experimento:

Para utilizar os microrganismos nos processos alimentícios, é importante conhecê-los, saber manuseá-los e cultivá-los. Sendo assim, este procedimento experimental esclarece os fatores que afetam o crescimento destes organismos e que são relevantes para a sua aplicação artesanal (caseira) ou industrial.

O passo a passo deste experimento está baseado no procedimento “Experiments in Food Science Series, Microbiology in Food Systems, Activity #1, WhatAffectsYeastGrowth? – Institute of Food Technologists” disponível no link: http://www.ift.org/Knowledge-Center/Learn-About-Food-Science/K12-Outreach/Food-Science-Experiments/~/media/Knowledge%20Center/Learn%20Food%20Science/Microbiology%20Experiments/TeacherGuideYeast.ashx (acessado em 28 de novembro de 2012).

Este experimento pode ser realizado com a turma organizada de três maneiras, ficando a critério do professor:

- Com os alunos divididos em grupos, onde cada um destes reproduzirá os quatro testes (maneira mais longa);
- Dividindo a turma em quatro grupos, onde cada grupo realizará um teste e depois compartilhará seus resultados com os colegas (maneira recomendada);
- Dividindo a turma em grupos de três ou quatro integrantes. Desta maneira, algumas equipes farão testes repetidos e compararão os resultados com as equipes que fizeram o mesmo teste. Também deverá haver compartilhamento de informação com os grupos que realizarem testes diferentes. Neste caso, será necessária maior quantidade de material

Procedimento experimental para crescimento do fermento (levedura)

Este experimento testa como quatro fatores afetam o crescimento da levedura, a saber: pH, temperatura, disponibilidade de água e tipo de nutriente. Conhecendo a influência destes fatores sobre a atividade do fermento, é possível controlá-los no processo de fermentação para que este seja mais eficaz. Os discentes irão observar a influência destes fatores analisando a presença de um dos produtos finais do processo de fermentação, o dióxido de carbono, o qual terá a explicação de sua formação mais detalhada na atividade 2.

A levedura (fermento biológico) é feita com o fungo unicelular Saccharomyces cerevisa que necessita de carboidrato, como o açúcar, e o amido para prosperar.

Material:

Óculos de proteção;

Frascos tipo Balão de Erlenmeyer de 125 mL;

Balões de tamanho número 7;

Açúcar de mesa (sacarose);

Frutose, lactose e glicose (vendidos em lojas que fornecem materiais especializados para ciências ou loja de comidas especiais);

Papel de pH;

Pincel marcador permanente;

Fita adesiva;

Pacote grande ou pacotinhos de 10g de fermento ativo seco instantâneo;

Vinagre;

Amônia;

Relógio ou cronômetro;

Sistema para manter o banho térmico (entre 40 e 80 ºC);

Balança;

Cilindros graduados de 100 mL (opcional – ver roteiro);

Lã ou fita;

Régua;

Contra-gotas;

Termômetros.

Procedimento experimental

I - Teste da temperatura

Marcar os frascos com as letras de A a D com o pincel permanente. Adicionar 80 mL de água (pH neutro) a cada frasco e os colocar nas seguintes condições:

A – em banho térmico no gelo;

B – deixar em temperatura ambiente;

C – em banho térmico a 40 ºC;

D – em banho térmico a 80 ºC.

Dissolver 5 g de sacarose em cada frasco. Adicionar 4 g do fermento e agite. Colocar um balão na boca de cada frasco e selar com fita adesiva. Certificar-se de que não há vazamento do ar. Agitar periodicamente as soluções fazendo movimentos circulares com os frascos.

Observação: Fazer movimentos suaves.

II - Teste da quantidade de água disponível

Marcar os frascos com as letras de E a H. Adicionar 80 mL de água a 40 ºC (pH neutro) em cada frasco e dissolver as seguintes quantidades de sacarose em cada um:

E – 0 g (ou seja, apenas água);

F – 5 g;

G – 30 g;

H – 50 g.

Adicionar 4 g do fermento em cada solução e agitar. Colocar um balão na boca de cada frasco e selar com fita adesiva. Certificar-se de que não há vazamento do ar. Agitar periodicamente as soluções fazendo movimentos circulares com os frascos.

Observação: Fazer movimentos suaves.

III - Teste do pH

Marcar os frascos com as letras I a L. Adicionar 80 mL de água (pH neutro) em cada frasco e adicione vinagre ou amônia para ajustar o pH como especificado abaixo. Para isto utilizar o conta-gotas. Usar o papel de pH para verificar o valor do pH.

I – adicionar vinagre e ajustar em pH 3;

J - adicionar vinagre e ajustar em pH 5;

K - adicionar vinagre ou amônia e ajustar em pH 7;

L - adicionar amônia e ajustar em pH 10.

Adicionar 5 g de sacarose em cada frasco e aquecer as soluções até 40 ºC.   Adicionar 4 g do fermento em cada solução e agitar. Colocar um balão na boca de cada frasco e selar com fita adesiva. Certificar-se de que não há vazamento do ar. Agitar periodicamente as soluções fazendo movimentos circulares com os frascos.

Observação: Fazer movimentos suaves.

IV - Teste do tipo de nutriente

Marcar os frascos com as letras de M a P. Adicionar 80 mL de água (pH neutro) a 40 ºC em cada frasco e dissolver 5 g dos seguintes açucares;

M – Frutose;

N – Glicose;

O – Sacarose;

P – lactose.

Adicionar 4 g do fermento em casa solução e agitar. Colocar um balão na boca de cada frasco e selar com fita adesiva. Certificar-se de que não há vazamento do ar. Agitar periodicamente as soluções fazendo movimentos circulares com os frascos.

Observação: Fazer movimentos suaves.

Observações experimentais

1. Após os primeiros 15 minutos, os discentes deverão anotar as observações iniciais na tabela 1 abaixo:

Tabela 1: Tabela para organizar a coleta dos dados experimentais.

Experimento/Frasco	Condições	Fermentação Observada  #	Gás Produzido*
Temperatura A	Sacarose + gelo
B	Sacarose + Temperatura ambiente
C	Sacarose + 40 ºC
D	Sacarose + 80 ºC
Quantidade de água E	40 ºC + 0 g sacarose
F	40 ºC + 5 g sacarose
G	40 ºC + 30 g sacarose
H	40 ºC + 50 g de sacarose
pH I	40 ºC + pH 3
J	40 ºC + pH 5
K	40 ºC + pH 7
L	40 ºC + pH 10
Tipo de nutrientes M	40 ºC + frutose
N	40 ºC + glicose
O	40 ºC + sacarose
P	40 ºC + lactose

* Circunferência do balão em cm ou o volume do gás produzido em cm3.

# Preencher com as palavras: muito, pouco ou nenhum.

Fonte: Produzida pelo autor.

Deverão, em seguida, ser feitas observações adicionais a cada 10 minutos e as observações finais (depois de 50 minutos). Estas observações devem incluir descrição do processo de fermentação, como turbidez da solução, produção de espuma e a medida do volume de gás produzido, que poderá ser registrado de duas formas:

a) Medindo a circunferência do balão:

Contornar, utilizando um pedaço de lã ou fita, a região mais larga do balão e, em seguida, medir o comprimento da lã ou fita com o auxílio de uma régua, como mostra a figura 6:

Figura 6: Processo para medir a circunferência do balão

Fonte: Criação do autor.

b) Medindo o volume de CO2 através de um cilindro calibrado:

Este modo torna o experimento mais sofisticado. Os discentes deverão adaptar a boca do frasco a um tubo de PVC ao invés do balão. Nesta configuração, mostrada na figura 7, o gás produzido se acumulará dentro do cilindro graduado de cabeça para baixo, empurrando a água para baixo. O aluno deverá ler o volume ocupado pelo gás na escala do cilindro. Observar que o frasco que contém a solução da levedura permanece em banho térmico.

Figura 7: Aparatos para a medida do volume de dióxido de carbono produzido na fermentação utilizando um cilindro graduado.

Fonte: Criação do autor

 

2. Os discentes deverão preparar gráficos em forma de barras com a circunferência do balão (ou volume de CO2 produzido) com as seguintes variáveis:

- Temperatura;

- Quantidade de água;

- pH;

- Tipo de açúcar.

Observações:

O docente deve estar ciente dos seguintes fatos:

1. A água dos banhos térmicos deverá ser aquecida previamente. Para manter a temperatura constante durante o experimento, uma vasilha com água mais quente deverá ser disponibilizada para a adição desta água nos banhos térmicos, quando necessário, para aumentar a temperatura;

2. Os frascos tendem a flutuar na água do banho térmico durante a incubação. Solicitar que os alunos, cuidadosamente, se revezem segurando os frascos;

3. Chamar a atenção dos alunos para o fato de não poder haver vazamento após adaptarem os balões aos frascos, pois a perda do gás produzido irá interferir na conclusão do experimento. Cuidado também ao remover os balões, pois poderá haver formação de espuma que subirá entrando nos balões. Esta espuma será expelida na remoção dos balões devido à diferença de pressão;

4. No teste da temperatura (I), o frasco C deverá mostrar a melhor produção de CO2, uma vez que 40 ºC é a temperatura ideal para crescer a levedura. Os frascos A, B e D apresentarão menos produção. Os alunos podem ficar confusos por não haver produção de espuma no frasco D, mas, mesmo assim, devem observar uma expansão do balão. Isso se deve ao fato do ar quente dentro do frasco causar uma pequena expansão no balão;

5. No teste da quantidade de água (II), o frasco H deverá apresentar pouco crescimento. A grande quantidade de açúcar nesta solução acaba se ligando as moléculas de água inibindo o crescimento do fermento. O frasco E é o controle, por isso, não deverá haver crescimento;

6. No teste do pH (III), deverá haver maior crescimento no frasco K pois o pH ideal para crescer a levedura é cerca de 7. Deveria apresentar pouco ou nenhum crescimento nos outros frascos.

7. No teste dos tipos de nutrientes (IV), o frasco M deverá ter a expansão mais rápida do balão, já que a frutose é um açúcar simples e por isso necessita de menos passos para a formação do álcool e CO2. Frascos N e O apresentarão os balões quase do mesmo tamanho, entretanto, pela glicose ser uma açúcar mais simples do que a sacarose, o balão do frasco N poderá expandir mais rápido. Não deveria haver expansão no frasco P, já que o tipo de micro-organismo aqui usado (levedura) não produz a enzima necessária para quebrar (hidrolisar) a lactose durante a fermentação.

Em razão das observações acima, sugere-se que o docente realize o experimento antes de apresentá-lo aos alunos. Talvez necessite adaptar a realidade da escola. O professor deverá solicitar ao grupo que repita o procedimento sempre que julgar necessário.

Após o experimento, o professor deverá propor aos alunos questionamentos como estes:

a) Que observações vocês fizeram no frasco antes de adicionar o fermento?

b) Quais frascos mostraram o maior crescimento da levedura, ou seja, maior produção de CO2?

c) Os componentes dentro dos frascos pareciam os mesmo no início e final do experimento?

d) Baseado no que você aprendeu sobre a “comida” das leveduras, você acha que esses micro-organismos cresceriam em gelatinas ou gordura?

e) Quais foram as condições mais favoráveis para o crescimento? E as mais desfavoráveis?

 

Os discentes deverão postar na rede social as suas conclusões e descobertas acerca do procedimento experimental. Ou até mesmo, apresentar alguma dúvida remanescente para ser esclarecida pela rede social com a ajuda dos colegas e do professor.

 

1.3 Discutindo e compartilhando no Facebook

Nesta finalização virtual, os alunos compartilharão suas principais observações e anotações feitas durante a visita aos sites na primeira tarefa solicitada pelo professor (tarefa A).

O professor deverá postar no facebook as duas imagens apresentadas nas figuras 8 e 9 e solicitar que os alunos compartilhem suas opiniões sobre os esquemas ilustrativos buscando estabelecer relações com o conteúdo abordado nesta atividade.

Figura 8: Esquema associando os micro-organismos a produção de alimento.

Fonte: http://www.slideshare.net/ilopes1969/microrganismos-e-fermentao#btnNext (acessado em 04/12/12).

Figura 9: Esquema que apresenta a importância do estudo sobre os micro-organismos em vários ramos de interesse. A fermentação se enquadra na biotecnologia. 

Fonte: http://www.slideshare.net/ilopes1969/microrganismos-e-fermentao#btnNext (acessado em 04/12/12).

 

O professor também poderá solicitar que os alunos visitem outros sites e comentem/discutam sobre o conteúdo destes na rede social. Seguem algumas sugestões de sites:

Descoberta dos Micro-organismos

http://bacteriasmicrobiologia.blogspot.com.br/2009/03/descoberta-dos-microrganismos.html

História das Bactérias

http://www.brasilescola.com/biologia/historia-das-bacterias.htm

Como funcionam os micro-organismos

https://www.cpt.com.br/cursos-gastronomia-segurancaalimentar/artigos/voce-sabe-o-que-sao-os-microrganismos

Flora láctea do iogurte

https://www.queijosnobrasil.com.br/portal/tudo-sobre-iogurte/176-flora-iogurte-lactobacilos

* Todos os sites tiveram acesso em 04/dezembro/2012. 

Tabela 2 – Cronograma Atividade 1

Atividade 1
Etapas	Desafios Propostos	Duração	Local
1ª Etapa	Introdução e realização das Tarefas A e B	1 hora/aula	LIE
2ª Etapa	Realização do experimento	Depende da escolha de organização da turma	Laboratório de química
3ª Etapa	Compartilhamento virtual - Facebook	3 dias	Extrassala

Fonte: Criação do autor.

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Esta atividade foi extraída da aula A fermentação e sua importância na produção de alimentos da professora Ana Talyta Cardoso Bezerra Soares e colaboradores - Fortaleza - CE, Universidade Federal do CE. Disponível no Portal do Professor/MEC. Acessado em 11/07/2013. Todas as informações contidas nela são de responsabilidade do autor.