Dois Experimentos Relativamente Simples para Observar Alguns Fatos Ligados à Respiração de Microrganismos

 

Water Borzani e Renato Piplovic
(Escola de Engenharia Mauá do Instituto Mauá de Tecnologia
Estrada das Lágrimas 2035, 09580-900, São Caetano do Sul, SP,
Fax: (011) 7413131)

 

         Entre os processos fermentativos industriais, os aeróbios (aqueles cujos agentes são microrganismos que, para efetuarem as transformações desejadas, precisam de oxigênio) ocupam posição de indiscutível destaque. Muitos são os processos que, neste particular, poderiam ser lembrados, bastando citar: produção de fermento de panificação, vinagres, ácidos orgânicos, enzimas, antibióticos, vitaminas, esteróides, aminoácidos, vacinas, enriquecimento protéico de farinhas, farelos e resíduos agrícolas, lixiviação de minérios de baixo teor e tratamento biológico de águas residuárias.

         Esses microrganismos respiram, ou seja, consomem oxigênio, produzem gás carbônico e desprendem calor.

         Em cursos de graduação de Engenharia Química, muito raramente têm os alunos a oportunidade de observar os fatos apontados no parágrafo anterior. É possível, porém, constatar tais fatos por meio de dois experimentos bastante simples. A descrição destes experimentos e a apresentação de alguns resultados numéricos constituem o objetivo deste artigo.

Experimento No 1

Objetivo: observar o desprendimento de calor.

         Desagregar, manualmente, 230 a 270 g de fermento de panificação fresco, de modo a reduzi-lo a partículas com dimensões da ordem de alguns milímetros. Colocar esse material, sem comprimi-lo, em um béquer de 500 mL. Dois termômetros, um deles para medir a temperatura do material contido no béquer, e outro para medir a temperatura ambiente, são dispostos como indica a figura 1.

Fig. 1 Representação esquemática do sistema utilizado no “Experimento no 1”.   C: béquer de 500 mL. F: fermento  desagregado.  T: termômetro.

         A figura 2, representando os resultados obtidos em um ensaio realizado medindo-se as temperaturas a cada 30 minutos, mostra um rápido e acentuado aquecimento do material contido no béquer.

                       

Fig. 2 Variação da temperatura (T), em função do tempo (t), do material contido no béquer (curva 1) e do meio ambiente (curva 2), em um ensaio realizado como descrito no item “Experimento no 1”

         Se, em paralelo, em outro sistema como o da Figura 1, o fermento colocado no béquer for bem comprimido de modo a eliminar a maior parte do ar existente entre as partículas e, ao mesmo tempo, dificultar o acesso de ar às células de levedura, a temperatura do fermento praticamente não se altera.

Experimento No 2

Objetivo: observar o consumo de oxigênio e a produção de gás carbônico.

         O conjunto utilizado neste experimento, esquematicamente representado na Fig. 3, é colocado em estufa com temperatura controlada. Obviamente, tanto a composição do meio de cultura do tubo T (ver Fig. 3), quanto a temperatura da estufa, dependerão do microrganismo escolhido para o ensaio.

Fig. 3 Representação esquemática do sistema utilizado no “Experimento no2”. C: cilindro de vidro (100 mL) munido de rolha atravessada por um tubo. S: solução saturada de hidróxido de bário ( 20 mL). M: agitador  magnético.  B:  anel  de borracha para apoiar o tubo T. T: tubo com meio de cultura sólido e inoculado. F: tubo flexível de ligação. P: pipeta graduada de  25 mL. A: água  ( 100 mL)

         Em condições favoráveis, as células microbianas se reproduzem, consumindo oxigênio e produzindo gás carbônico. Este último, por ter densidade maior do que a do ar, alcança rapidamente a solução S (ver Fig. 3) e reage com o hidróxido de bário produzindo carbonato de bário que, por ser muito pouco solúvel em água, precipita. Conseqüentemente, a solução S, inicialmente límpida e incolor, torna-se turva e branca. Simultaneamente, o nível da água na pipeta P (ver Fig. 3) se eleva, o que permite medir, aproximadamente, o volume de oxigênio consumido.

         Se a solução S não for agitada, formar-se-á, no início do ensaio, uma película superficial de carbonato de bário, película esta que praticamente impedirá que o gás carbônico produzido reaja com o hidróxido de bário existente na solução. A Tabela 1 e a Figura 4 mostram os resultados obtidos em um ensaio realizado nas seguintes condições:

a)       microrganismo: Rhizopus oryzae;

b)      meio de cultura: batata-dextrose-agar;

c)      temperatura: 27 ± 1C;

d)      pressão atmosférica: 0,92 atm.

         A Fig. 4 mostra que no intervalo de tempo t = 15 h a t = 24 h, o aumento de V com o tempo foi praticamente linear, obedecendo à equação:

 

com coeficiente de correlação 0,998. Em outras palavras, parece ter havido, no intervalo de tempo considerado, consumo de oxigênio com velocidade praticamente constante e igual a 1,0 mL/h. Nas condições de temperatura (27C) e pressão (0,92 atm) em que o ensaio foi realizado, isso corresponde a 1,2 mg de oxigênio por hora, aproximadamente.

Tabela 1.  Resultados  obtidos  em  um  ensaio  realizado como descrito no item “Experimento n 2”.

t(h)

v(mL)

  V=25,0-v(mL)

0

25,0

0

15

22,0

3,0

16

21,1

3,9

17

20,0

5,0

18

18,8

6,2

20

16,5

8,5

21

15,5

9,5

22

14,8

10,2

23

13,9

11,1

24

12,8

12,2

39

 2,9

22,1

40

 2,2

22,8

41,5

 1,8

23,2

t = tempo de permanência na estufa

v = leitura na pipeta ( posição do menisco)

V=volume aproximado de oxigênio consumido

            

Fig. 4 Volume de oxigênio consumido (V), em função do tempo (t), em um ensaio realizado como descrito no item “Experimento n 2”.

         A Figura 4 mostra, ainda, que a partir de t = 39 h, o valor de V tendeu a um patamar, isto é, a velocidade de consumo de oxigênio tendeu a zero (em particular, quando t = 41,5 h, essa velocidade era da ordem de 0,12 mL/h). Ora, no instante t = 41,5 h, haviam sido consumidos 23,2 mL de oxigênio (ver Tabela 1). Por outro lado, considerando que o volume inicial de ar no sistema era de 120 mL, o volume inicial de oxigênio disponível era 25 mL (21% do volume de ar). Logo, no instante t = 41,5 h, quase todo o oxigênio (93%) tinha sido consumido. Isto explica o resultado obtido nas últimas horas do ensaio.