O objetivo desta aula é abordar o tema 'Fermentação alcoólica', fazendo um experimento simples de obtenção de etanol a partir de sacarose (açúcar de cozinha). Serão utilizados materiais de uso cotidiano dos alunos como açúcar, fermento de padaria, água de cal.

 Dentro deste tema e ao desenvolver essa aula podem ser estudados conceitos como micro-organismo, enzimas, catalisador, reações químicas.

Para o melhor entendimento desta aula, é importante que o aluno tenha ideia do que é uma reação química.

Introdução

O Brasil emprega o etanol como biocombustível desde o fim da década de 70, após os chamados “choque do petróleo”, mas o interesse mundial mais recente por esta alternativa se deve principalmente à comprovação do aquecimento global e à necessidade de reduzir-se a emissão de novas quantidades de carbono na atmosfera. O maior benefício do uso de biocombustíveis recai na formação de um ciclo de carbono no qual a mesma quantidade de carbono lançada na atmosfera após a queima do combustível é capturada pelas áreas cultivadas e empregado pelas plantas para seu próprio crescimento. No Brasil, o etanol é obtido através do processo de fermentação da cana-de-açúcar. Fermentação é o nome dado ao processo de degradação anaeróbica de glicose ou outro açúcar para obtenção de energia. Esse processo é realizado por organismos anaeróbicos, que não utilizam oxigênio molecular e podem crescer na ausência deste (como algumas bactérias e fungos), e também por certos tecidos animais (como o músculo esquelético). Dependendo das reações químicas envolvidas no processo e dos produtos obtidos a fermentação pode ser classificada em láctica, acética e alcoólica e o processo tem sido utilizado para produção de pães, iogurtes, bebidas e biocombustível (etanol). A obtenção de álcool a partir de cana-de-açúcar é um exemplo da aplicação de fermentação alcoólica. Neste processo, o micro organismo geralmente utilizado é a levedura Saccharomyces cerevisae, que produz enzimas necessárias para que o processo de fermentação ocorra. As enzimas são moléculas que aumentam a velocidade das reações químicas, por este motivo, as enzimas são denominadas catalisadores biológicos. O etanol pode ser produzido a partir de qualquer fonte de carboidrato fermentável pela levedura: sucos de frutas, milho, beterrabas, batatas, cevada, aveia, centeio, arroz, sorgo, sendo necessário hidrolisar as moléculas maiores de carboidratos complexos em açúcares simples fermentáveis. A obtenção de açúcares simples pode ser feita por enzimas da própria levedura ou ainda pelo tratamento térmico do material acidificado. No caso da cana de açúcar, que apresenta alto conteúdo do açúcar sacarose, este é hidrolisado produzindo glicose e frutose pela enzima invertase (também chamada de sacarase) sintetizada pela S. cerevisae, como mostrado na seguinte equação química:

                                      _invertase

C₁₂H₁₂O₁₁ + H₂O ---------------- C6H12O₆ + C₆H₁₂O₆

(sacarose)                                        (glicose)          (frutose)

Observação: As moléculas de glicose e frutose apresentam a mesma fórmula molecular, porém elas possuem estruturas químicas diferentes (são isômeros).

Em uma etapa seguinte, a zimase, outra enzima sintetizada pela S. cerevisae, catalisa a reação de transformação da glicose e frutose (C₆H₁₂O₆ ) em etanol (C₂H₅OH) e gás carbônico (CO₂), como representada na equação química:

                                           _zimase

C₆H₁₂O₆ + C₆H₁₂O₆ ------------ 4C₂H₅OH + 4CO₂

 (glicose)  (frutose)                        (etanol)    (gás carbônico)

Esta atividade tem como objetivo mostrar o processo de fermentação alcoólica utilizando-se o açúcar caseiro como fonte de açúcar e fermento de pão (fermento biológico) como fonte de S. cerevisiae. A reação química pode ser observada através do borbulhamento do gás carbônico em um recipiente com água e também através do cheiro de etanol formado. Uma maneira simples de comprovar que a fermentação ocorreu é coletar o gás carbônico formado na fermentação em uma solução aquosa de hidróxido de cálcio: a reação química entre o o gás carbônico e o hidróxido de cálcio leva a formação de um precipitado branco (carbonato de cálcio):

CO₂ (g) + Ca(OH)₂ (aq) ----- CaCO₃ (s) + H₂O(l)

Materiais

1 frasco kitassato de 500 mL

1 tubo de ensaio grande

Açúcar (2 colheres de sopa)

Fermento de pão granulado ou em tabletes (1 colher de sobremesa ou 1/3 do tablete)

1 copo com água 

1 Rolha 

Mangueira de borracha 

1 tubo de vidro

1 copo (aproximadamente 200mL) de água de cal (solução saturada de Ca(OH)₂)

Procedimento

 a) Dissolver o açúcar no copo de água (aproximadamente 100ml) e adicionar o fermento biológico.

b) Monte um sistema constituído pelo kitassato conectado ao tubo de ensaio através da mangueira

 c) Ao tubo de ensaio, coloque água até aproximadamente 2/3 da sua capacidade. Durante a fermentação será formado gás carbônico, que, ao ser coletadop em água, formará bolhas.

Para a comprovação da fermentação (e identificação do gás produzido), substitua a água do tubo de ensaio por água de cal (solução saturada de hidróxido de cálcio).

 O sistema deve permanecer em repouso durante pelomenos 4h.

O experimento pode ser realizado em grupos ou como demonstração, depende dos recursos que se tenha. É sempre mais interessante para os alunos que eles possam montar o experimento e acompanhar bem de perto o seu desenvolvimento. Assim, este experimento pode ser realizado em pequenos grupos de alunos ou, se não for possível, pode ser feito como demonstração. Se realizado em grupos o professor deve estimular os alunos a comparar os experimentos. Após a realização da aula, o professor pode fazer grupos de discussão, montando grupos com alunos de diferentes grupos para que eles troquem impressões sobre o experimento.

Os materiais usados não representam riscos aos alunos, mas eles devem ser alertados para a possibilidade de acidentes com cortes, devido ao uso de materiais de vidro.

São diversos os materiais complementares que podem ser usados no desenvolvimento desta aula, devido ao fato do tema ser interdisciplinar e abordar questões químicas e biológicas.

1- Para um conhecimento mais aprofundado sobre os carboidratos (açúcares) recomendamos a leitura de uma artigo publicado na revista 'Química Nova na Escola', em 2008, que faz uma descrição sobre a estrutura, propriedades e função de carboidratos- Acessível no site: http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc29/03-CCD-2907.pdf

2- O professor pode aproveitar o tema da aula para discutir sobre  novas fontes de energia, um tema atual e de grande importância. O papel do etanol  e de outras fontes de biomassa e perspectivas do futuro de biomassa são discutidas no artigo 'Biomassa e energia', publicado na revista 'Química Nova' em 2009. Acessível no site: quimicanova.sbq.org.br/qn/qnol/2009/vol32n3/03-QN08645.pdf  

3-Se possível, o professor pode mostrar um vídeo que ilustra o processo industrial da cana-de-açúcar na produção de etanol. Este vídeo é muito interessante, e mostra o processo desde a colheita da cana-de-açúcar até a obtenção do etanol, dando explicações interessantes sobre o processo de fermentação. Acessível no site: http://www.youtube.com/watch?v=J9nxw7wtXME

O professor pode avaliar o aprendizado desta aula provocando discussões sobre o que foi observado durante o desenvolvimento do processo de fermentação: o que os alunos observaram? quais são os materiais que poderiam substituir o açúcar caseiro? como saber que ocorreu uma reação química?

Através de discussões o professor poderá avaliar se os conceitos envolvidos no processo de fermentação foram aprendidos.