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Membrana celular, acetaldeído, etanol e rendimento fermentativo

Pelo consenso geral atual, a membrana citoplasmática não tem nenhum controle sobre o fluxo de etanol para fora ou para dentro da célula, ou seja, a concentração de etanol intracelular é igual à concentração extracelular. Sendo isto verdade, temos um problema que até agora foi ignorado que é a fuga de carbono na forma de acetaldeído, já que a reação catalisada pela enzima álcool desidrogenase de acetaldeído para etanol é uma reação reversível e portanto, dependente de uma constante de equilíbrio.

Independentemente do valor desta constante de equilíbrio que é a relação da concentração de produto (etanol) e reagente (acetaldeído) no equilíbrio, uma parte de acetaldeído está presente no citoplasma das células e sua concentração é dependente da concentração de etanol intracelular.

Considerando que o fluxo de etanol e acetaldeído não sejam afetados pela membrana citoplasmática, quanto mais alta for a concentração de etanol no meio fermentativo, maior a concentração de etanol intracelular e portanto maior a concentração de acetaldeído no interior das células. Como foi considerado que o transporte do acetaldeido de dentro para fora das células não é afetado pela membrana citoplasmática, a concentração extracelular de acetaldeído sobe.

Quando se leva em conta as propriedades físico-química do acetaldeído (ponto de ebulição próximo de 20ºC), é de se esperar que a corrente gasosa que sai das dornas de fermentação arraste praticamente todo este composto presente no meio, não havendo acúmulo do mesmo.

O aumento de acetaldeído no meio em fermentação foi observado por mim em um experimento executado no final dos anos 80 em escala de bancada, onde meu objetivo era fechar o balanço de massa de uma fermentação contínua. Para tanto, utilizei água gelada no condensador de saída dos gases do fermentador, de forma a assegurar que somente material incondensável saísse do mesmo. Para avaliar os produtos obtidos durante a fermentação foram realizadas análises de cromatografia gasosa do meio em fermentação a cada 8 horas, assim como, analises microbiológica do fermento em processo. Após decorrido três dias de experimento, com sangria regular de células para controlar a concentração e idade das mesmas, foi observado o início de queda de viabilidade celular, que se acentuou muito nos dias seguintes, fazendo com que o experimento fosse encerrado após 6 dias de seu início. Análises dos resultados das análises cromatográficas mostraram que o único componente com variação positiva significativa no meio em fermentação foi o acetaldeído, cujo acumulo somente foi possível graças ao condensador de saída estar operando com água a 4ºC.

Na época, preocupado com o efeito danoso do acetaldeído sobre as células de levedura, varias medições foram realizadas em dornas industriais fechadas e água de lavagem de CO2 na saída das colunas de recuperação de etanol, buscando identificar possíveis pontos que pudessem levar a acumulo desta substância no meio em fermentação. Felizmente, não foi encontrado acetaldeído em concentrações significativas nestes materiais. Este fato mostrou que esta substância é facilmente eliminada do meio fermentativo mesmo em dornas fechadas e que a água utilizada nas colunas de recuperação de CO2 é incapaz de recuperar o acetaldeído arrastado.

Sendo assim, fica claro que uma boa parte do acetaldeído produzido é arrastado do meio fermentativo e a medição da quantidade exata desta substância produzida é difícil de ser determinada. No entanto, sabemos que existe a produção de acetaldeído e que ela está associada à concentração de etanol intracelular pela constante de equilíbrio, ou seja, quanto maior for a concentração de etanol no citoplasma, maior a concentração de acetaldeído. Estes fatos nos leva ao seguinte ponto: se existe perda de carbono na forma de acetaldeído e esta perda aumenta com a concentração de etanol no citoplasma das células que é igual a concentração extracelular, temos que em fermentação onde a concentração de etanol no meio é mais elevada o rendimento fermentativo é menor. Este fato somente deixa de ser verdade caso a membrana citoplasmática seja capaz de interferir no fluxo destes componentes para fora ou para dentro das células.

Para se chegar a um número confiável do tamanho desta perda, acreditando que as concentrações intra e extracelular destes produtos sejam iguais, é necessário obter mais informações sobre o valor da constante de equilíbrio desta reação. Muita informação sobre a álcool desidrogenase que transforma o etanol em acetaldeído nas células do fígado humano pode ser encontrada na literatura, no entanto, sobre a enzima que faz o trabalho inverso presente nas células de levedura estas informações são muito mais escassas.

Com base no exposto acima, temos um caminho de fuga de carbono muito pouco estudado e que deve ser levado em consideração, até mesmo para avaliar o melhor ponto de operação das unidades industriais.

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