Fermentação | |
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A fermentação é um metabolismo que transforma compostos orgânicos e pode formar ácidos, álcoois e gases. Na indústria, o termo também abrange cultivos microbianos, como os usados na produção de penicilina. | |
| Classe metabólica | Catabolismo anaeróbio |
| Transferência de elétrons | Em geral, compostos orgânicos atuam como doadores e aceptores |
| Produto energético | ATP |
| Produtos finais comuns | Lactato, acetato, etanol, CO2, succinato, H2, propionato e butirato |
| Vias conhecidas | Alcoólica, láctica, butírica, propiônica e outras |
| Usos humanos | Alimentos e bebidas, biocombustíveis, enzimas e bioprodutos |
Fermentação é um tipo de metabolismo anaeróbio que conserva parte da energia química dos substratos na forma de ATP e forma produtos finais com diferentes estados de oxidação. Na definição bioquímica usada neste artigo, compostos orgânicos costumam atuar como doadores e aceptores de elétrons, embora existam exceções. Glicólise anaeróbia é uma expressão relacionada, usada sobretudo em fisiologia para a produção rápida de ATP pela glicólise acompanhada da formação de lactato. A produção de lactato aumenta quando o fluxo glicolítico cresce e não significa, por si só, ausência de oxigênio.
Seres humanos usam fermentação para produzir e conservar alimentos há cerca de 13 mil anos. Alimentos fermentados podem adquirir sabor e textura próprios, durar mais tempo e, em alguns casos, são estudados por possíveis efeitos sobre a saúde. No trato gastrointestinal de humanos e ruminantes, produtos da fermentação microbiana, entre eles ácidos graxos de cadeia curta, podem ser absorvidos e usados no metabolismo do hospedeiro. Processos industriais também usam fermentação, em sentido bioquímico ou industrial mais amplo, para fabricar alimentos, combustíveis e outras substâncias.
Em um levantamento de 8350 procariotos, foram registrados 55 produtos finais de fermentação em 289 combinações distintas. A fermentação também ocorre em eucariotos, entre eles leveduras e células animais.
Foram propostas diferentes definições para fermentação. Uma definição recente e simples é "catabolismo no qual compostos orgânicos são, ao mesmo tempo, doadores e aceptores de elétrons". Ela separa a fermentação da respiração aeróbia, em que o oxigênio atua como aceptor terminal, e da respiração anaeróbia, que usa aceptores externos diferentes do oxigênio. A formulação não abrange todas as fermentações. Na fermentação do propionato, por exemplo, H2 pode doar elétrons, e na segunda etapa da fermentação do butirato, CO2 pode recebê-los. Por isso, a definição costuma ser usada admitindo também prótons como doadores e CO2 como aceptor.

Fermentação industrial é um uso mais amplo da palavra para processos biológicos de fabricação em grande escala. Essa acepção se refere ao processo produtivo e não aos detalhes do metabolismo.
Em alimentos e na indústria, a palavra "fermentação" também pode designar transformações químicas feitas por organismos em recipientes controlados, mesmo quando o processo não corresponde à definição bioquímica estrita. Um exemplo tradicional desse uso mais amplo é a chamada fermentação acética.
Na fabricação de vinagre, bactérias da família Acetobacteraceae oxidam etanol a ácido acético:
O processo é tradicionalmente chamado de "fermentação acética" ou "fermentação oxidativa", mas essas bactérias são aeróbias obrigatórias e usam oxigênio em seu metabolismo oxidativo. Por isso, essa transformação não se enquadra na definição bioquímica estrita de fermentação usada neste artigo.


Como outras reações bioquímicas, a fermentação depende de enzimas e transforma substratos por sequências de reações. Açúcares são substratos comuns, mas microrganismos também fermentam aminoácidos e outros compostos orgânicos. Intermediários como o piruvato conectam muitas dessas rotas à formação de ATP e aos produtos finais.

Na fermentação de carboidratos, o carbono pode seguir pela glicólise ou por rotas que passam pela via das pentoses-fosfato. O piruvato é um ponto de ramificação de muitas vias fermentativas, mas não de todas. Cofatores de oxirredução, entre eles o NAD e a ferredoxina, transportam elétrons entre reações. Quando a fermentação acompanha a glicólise, a regeneração de NAD+ a partir de NADH permite que as reações glicolíticas continuem.

Durante a fermentação, parte da energia liberada no catabolismo é conservada em ATP. A fosforilação ao nível do substrato é um mecanismo comum. Em algumas fermentações procarióticas, reações que geram gradientes de íons através da membrana também permitem a síntese de ATP por ATP sintase.
O rendimento não tem um valor único. As fermentações alcoólica e homoláctica clássicas associadas à glicólise rendem 2 ATP líquidos por glicose, enquanto a via heteroláctica clássica que forma etanol rende 1 ATP por glicose. Outras fermentações conservam energia por combinações diferentes de fosforilação ao nível do substrato e mecanismos dependentes de membrana.
Principais vias metabólicas em um mapa topológico. Clique em qualquer texto (nome da via ou de metabólitos) para aceder ao artigo correspondente. Linhas simples: vias comuns à maioria das formas de vida. Linhas duplas: vias não presentes em humanos (ocorrem, por exemplo, em plantas, fungos, procariotas). |
As fermentações podem ser classificadas pelos substratos consumidos, pelos produtos formados e pelas rotas usadas para equilibrar elétrons. A tabela resume exemplos representativos, sem esgotar a diversidade conhecida.
| Via | Substratos representativos | Produtos representativos | Organismos ou grupos em que ocorre |
|---|---|---|---|
| Fermentação alcoólica | Glicose e outros açúcares | Etanol e CO2 | Leveduras e alguns outros microrganismos |
| Fermentação homoláctica | Glicose | Lactato | Bactérias ácido-láticas e células animais em determinadas condições |
| Fermentação heteroláctica | Glicose | Lactato, etanol ou acetato e CO2 | Bactérias lácticas heterofermentativas |
| Fermentação ácido-mista | Açúcares | Misturas de ácidos orgânicos, etanol e gases | Bactérias entéricas |
| Fermentação butírica | Carboidratos | Butirato, acetato, CO2 e H2 | Clostrídios e outros anaeróbios |
| Fermentação propiônica | Açúcares ou lactato, conforme a via | Propionato e outros ácidos orgânicos | Diferentes bactérias anaeróbias |
| Fermentação de Stickland | Pares de aminoácidos | Ácidos orgânicos, amônio e outros produtos | Principalmente clostrídios |

Leveduras como Saccharomyces cerevisiae convertem açúcares rapidamente em etanol e CO2 em condições anaeróbias e, quando há muito açúcar disponível, também podem fermentar na presença de oxigênio. Na reação global da fermentação alcoólica de uma hexose, uma molécula de glicose dá origem a duas moléculas de etanol e duas de dióxido de carbono. Na massa de pão, o CO2 produzido pela levedura fica retido na estrutura da massa e aumenta seu volume. Entre vertebrados, a carpa-cruciana e o peixe-dourado conseguem converter lactato em etanol durante anoxia prolongada, adaptação que não ocorre na carpa-comum.
Na S. cerevisiae, a glicólise converte glicose em piruvato e produz ATP e NADH. A piruvato descarboxilase converte o piruvato em acetaldeído e CO2. A álcool desidrogenase reduz o acetaldeído a etanol e oxida NADH a NAD+, devolvendo à glicólise o cofator oxidado.

Na fermentação homoláctica, o piruvato formado pela glicólise recebe elétrons do NADH e é reduzido a lactato, regenerando NAD+. A conversão de uma molécula de glicose em duas de lactato está associada a um ganho líquido de 2 ATP pela glicólise.
Em músculos de animais, a produção de lactato aumenta quando o fluxo glicolítico cresce durante exercício intenso. Em mamíferos, o lactato pode circular até o fígado e participar do ciclo de Cori, além de ser oxidado por outros tecidos como combustível. A ideia de que o lactato é apenas um resíduo da falta de oxigênio ou a causa direta da dor muscular não corresponde à fisiologia descrita em revisões modernas. Bactérias ácido-lácticas podem realizar fermentação homoláctica, com predomínio de lactato, ou fermentação heteroláctica. Nesta última, parte do carbono segue a via da fosfocetolase e origina lactato, CO2 e etanol, ou acetato em certas condições.
Na produção de iogurte e de outros laticínios fermentados, bactérias lácticas metabolizam açúcares do leite e acidificam o produto. Quando a lactose é utilizada, sua hidrólise fornece glicose e galactose, que entram nas rotas metabólicas da célula.
Na fermentação homoláctica, a maior parte do carbono da glicose termina em lactato. Na fermentação heteroláctica clássica, a via da fosfocetolase reparte o carbono entre lactato, CO2 e etanol. Em certas condições, acetato pode substituir parte do etanol entre os produtos finais. A heterofermentação é uma rota própria de degradação do açúcar, e não uma conversão posterior do lactato.

O gás hidrogênio funciona como sumidouro de elétrons em muitas vias de crescimento anaeróbio. Prótons podem receber elétrons transportados por ferredoxina, NADH ou formiato, com participação de hidrogenases, formando H2. Microrganismos metanogênicos, acetogênicos e redutores de sulfato podem consumir esse hidrogênio. Ao manter baixa sua pressão parcial, esses consumidores favorecem reações fermentativas que seriam menos favoráveis se o H2 se acumulasse.

Na fermentação de Stickland, um aminoácido é oxidado enquanto outro recebe os elétrons. Clostrídios proteolíticos usam esse metabolismo para obter energia em ambientes nos quais carboidratos fermentáveis são escassos. Aminoácidos de cadeia ramificada podem atuar como doadores de elétrons, enquanto prolina e glicina estão entre os aceptores mais comuns. A fermentação de aminoácidos também participa de interações entre microrganismos no trato gastrointestinal e em outros ambientes anaeróbios.

Outros tipos de fermentação formam misturas de ácidos, 2,3-butanodiol, butirato, caproato ou combinações de acetona, butanol e etanol. Entre elas estão a fermentação ácido-mista, a fermentação 2,3-butanodiol, a fermentação butírica, a fermentação caproica e a fermentação acetona-butanol-etanol.
A chamada fermentação do glioxilato foi estudada em bactérias como Streptococcus allantoicus, nas quais o glioxilato participa de vias anaeróbias de conversão de carbono. Em Saccharomyces cerevisiae, experimentos com glicina marcada com carbono-13 encontraram uma via de catabolismo da glicina que produz glioxilato. Essa via esteve ativa em condições aeróbias e anaeróbias quando a glicina foi usada como fonte de nitrogênio.

Em um levantamento com 8350 procariotos, 2357, ou 28%, eram capazes de fermentação, valor resumido pelos autores como cerca de 30%. Análises filogenéticas encontram a fermentação com frequência em procariontes do filo Bacillota e com menor frequência em Actinomycetota. Microrganismos fermentadores são encontrados sobretudo em ambientes associados a hospedeiros, como o trato gastrointestinal, e também em sedimentos, alimentos e outros ambientes. Bactérias e arqueias produzem muitos compostos orgânicos por fermentação. Entre os produtos mais comuns estão lactato, acetato, etanol, dióxido de carbono (CO2), succinato, hidrogênio (H2), propionato e butirato.

Em humanos, a produção de lactato ocorre continuamente e aumenta quando o fluxo glicolítico cresce, como no exercício intenso. A concentração de lactato no sangue depende do balanço entre produção, transporte e consumo, e não deve ser interpretada isoladamente como prova de falta de oxigênio. O lactato circula entre tecidos e pode ser oxidado como combustível metabólico ou servir de precursor para a formação de glicose, processo discutido também na hipótese da lançadeira de lactato.

No cólon humano, a microbiota intestinal fermenta parte das fibras alimentares e de outros carboidratos que escapam da digestão no intestino delgado. Entre os produtos estão acetato, propionato e butirato, ácidos graxos de cadeia curta que podem ser absorvidos pelo hospedeiro e usados no metabolismo.

No rúmen dos ruminantes, consórcios microbianos fermentam carboidratos vegetais e formam principalmente acetato, propionato e butirato, que são absorvidos e usados pelo animal como fontes de energia. Hidrogênio e dióxido de carbono liberados por fermentadores podem ser consumidos por arqueias metanogênicas, que formam metano por metanogênese, uma via distinta da fermentação no sentido bioquímico estrito.
Em comunidades microbianas, um produto de fermentação de uma população pode servir de substrato para outra. Lactato, succinato, acetato, formiato e H2 participam dessas trocas de metabólitos, chamadas de cross-feeding. Consumidores de hidrogênio podem retirar H2 do meio e alterar as condições termodinâmicas para fermentadores vizinhos.

O uso de alimentos como substrato é uma das aplicações humanas mais antigas da fermentação, inclusive para conservação. Cereais, laticínios, arroz, mel, pão e cerveja podem passar por processos fermentativos. A fermentação de alimentos é explorada para conservação, sabor e textura. Em alimentos vegetais, ela também pode degradar fatores antinutricionais, como o fitato, e alterar a disponibilidade de minerais. O efeito depende da matéria-prima, da linhagem microbiana e das condições do processo.
Produtos de soja, entre eles o tempeh, passam por fermentações que alteram textura, aroma e composição do alimento.

Em alguns alimentos fermentados, poucas linhagens dominam o processo. Em outros, bactérias, leveduras e fungos formam comunidades nas quais metabólitos produzidos por uma população são consumidos por outra. Essas relações alteram a sucessão microbiana e a formação de ácidos, álcoois e compostos de aroma, com efeitos sobre conservação e propriedades sensoriais.

Na indústria, "fermentação" também é usada em sentido amplo para cultivos microbianos destinados à fabricação de produtos, mesmo quando o metabolismo predominante não corresponde à definição bioquímica estrita. Batelada e batelada alimentada são formas frequentes de operação. Processos contínuos podem reduzir custos quando estabilidade da cultura e contaminação são controladas.
Uma abordagem em desenvolvimento é a eletrofermentação, na qual eletrodos polarizados fornecem ou recebem elétrons, ou controlam o potencial de oxirredução do meio, para mudar rendimento, velocidade ou distribuição dos produtos. A aplicação industrial ainda enfrenta questões bioquímicas e de engenharia.

Na fermentação em batelada, a carga principal de meio e inóculo entra antes do cultivo. O produto é retirado ao fim da operação, e o equipamento é preparado para outro ciclo. A necessidade de repetir preparação, limpeza e esterilização entre lotes é uma das diferenças econômicas em relação a processos contínuos.

Na fermentação em batelada alimentada, um ou mais nutrientes são adicionados durante o cultivo. A estratégia de alimentação altera produtividade, eficiência, concentração final do produto e formação de subprodutos, e é usada com frequência na produção de proteínas recombinantes e enzimas.

Na fermentação contínua, meio fresco entra enquanto cultura e produtos saem. Quando as vazões, o crescimento e o consumo de nutrientes se equilibram, o processo pode permanecer próximo de um estado estacionário. A operação contínua pode evitar a preparação repetida de novas bateladas, mas exige controle de estabilidade e contaminação por períodos prolongados.

Na fermentação submersa, os microrganismos crescem em meio líquido. Na fermentação em estado sólido, crescem sobre uma matriz sólida úmida, sem uma fase líquida livre em quantidade comparável à dos cultivos submersos. A fermentação em estado sólido é usada na produção de enzimas, ácidos orgânicos e metabólitos secundários, e pode aproveitar substratos agroindustriais.

Processos abertos procuram reduzir a necessidade de esterilização rigorosa criando condições que favoreçam o microrganismo produtor e dificultem contaminantes. Entre as estratégias estudadas estão extremos de temperatura, pH ou salinidade, além do uso de culturas mistas, células imobilizadas e fermentação em estado sólido.

Na fermentação de precisão, microrganismos selecionados, muitas vezes geneticamente modificados, são usados como fábricas celulares para produzir moléculas-alvo. Entre os produtos estão proteínas recombinantes, lipídios, vitaminas, enzimas, pigmentos e compostos de aroma e sabor. O nome pertence ao uso industrial amplo de "fermentação": o cultivo pode exigir oxigênio e não precisa corresponder a uma via fermentativa no sentido bioquímico estrito.
Engenharia metabólica, edição do genoma, análises ômicas e otimização do cultivo podem ser usadas para redirecionar o metabolismo do microrganismo produtor e aumentar a síntese da molécula-alvo.

Processos de fermentação de precisão produzem proteínas recombinantes usadas em alimentos que imitam produtos de origem animal. Uma revisão de 2026 cita proteínas do soro de leite produzidas pela Perfect Day, proteínas do ovo pela EVERY e leg-hemoglobina usada pela Impossible Foods.
A leg-hemoglobina contém heme e é produzida por microrganismos geneticamente modificados para uso em produtos que imitam carne, nos quais participa das propriedades de cor e sabor.

Cultivos microbianos são usados para produzir enzimas industriais. Engenharia de proteínas e evolução dirigida permitem modificar propriedades como atividade catalítica, estabilidade e especificidade, ampliando o uso dessas enzimas em processos e produtos.

Aminoácidos são produzidos por fermentação com microrganismos como Corynebacterium glutamicum e Escherichia coli. Entre as aplicações estão rações, realçadores de sabor, produtos farmacêuticos e cosméticos.
Ácidos orgânicos como ácido cítrico, ácido láctico e ácido succínico também podem ser obtidos por processos microbianos. Resíduos e outras fontes renováveis de carbono são estudados como matérias-primas para essas rotas.
Leveduras oleaginosas podem acumular triacilgliceróis em proporções elevadas da massa celular, conforme a espécie e as condições de cultivo. Esses lipídios são estudados como matéria-prima para biocombustíveis e outros produtos obtidos de fontes de carbono residuais.

O ácido succínico pode ser produzido por fermentação microbiana a partir de matérias-primas renováveis e usado como precursor de substâncias como 1,4-butanodiol e polímeros biodegradáveis, entre eles o succinato de polibutileno.

Na produção de bioetanol, açúcares de matérias-primas vegetais são convertidos em etanol principalmente por leveduras como Saccharomyces cerevisiae. A cana-de-açúcar fornece açúcares diretamente fermentáveis, enquanto matérias-primas ricas em amido, como o milho, precisam primeiro ser hidrolisadas para liberar glicose e outros açúcares que a levedura consiga metabolizar. Depois da fermentação, o etanol é separado e concentrado para os usos pretendidos. Além de combustível, ele pode ser desidratado para formar etileno, matéria-prima usada na fabricação de polietileno.

No Brasil, o etanol combustível é usado de duas formas. O etanol anidro é misturado à gasolina para formar a gasolina C, enquanto o etanol hidratado é vendido como combustível acabado para veículos compatíveis. Em 2025, o país produziu 35,9 bilhões de litros de etanol anidro e hidratado, volume 2,8% menor que o de 2024. A produção brasileira emprega sobretudo cana-de-açúcar e milho, e a participação do milho vem aumentando. Para a safra 2026/27, a Companhia Nacional de Abastecimento estimou 41,88 bilhões de litros de etanol no total.
Em Portugal, o bioetanol integra um sistema de incorporação de combustíveis de baixo teor em carbono nos transportes. A legislação portuguesa inclui como biocombustíveis o bioetanol produzido a partir de biomassa e o bio-ETBE, produzido a partir de bioetanol. Desde 2025, os fornecedores de combustíveis rodoviários devem cumprir uma incorporação equivalente a 13% do conteúdo energético em combustíveis de baixo teor em carbono. Essa meta pode ser satisfeita por diferentes biocombustíveis, biogás e outros combustíveis admitidos pela legislação, portanto não corresponde a uma percentagem obrigatória de etanol na gasolina.

Rotas fermentativas são estudadas para converter carbono renovável, resíduos e gases em combustíveis e produtos químicos. Essas rotas podem aproveitar matérias-primas de biomassa e correntes residuais que substituem parte do carbono fóssil.
Biomassa lignocelulósica, formada principalmente por celulose, hemicelulose e lignina, é uma das fontes renováveis estudadas para bioprocessos. Depois de pré-tratamento e hidrólise, os açúcares liberados podem alimentar fermentações.

A digestão anaeróbia converte matéria orgânica em produtos que podem incluir biogás. O processo costuma ser dividido em hidrólise, acidogênese, acetogênese e metanogênese. As etapas acidogênicas incluem fermentações que formam ácidos orgânicos, álcoois, H2 e CO2. O metano é formado depois por arqueias metanogênicas, numa via distinta da fermentação no sentido bioquímico estrito.

Bactérias acetogênicas podem usar CO ou CO2 com H2 e a via de Wood-Ljungdahl para formar acetil-CoA. Em processos de fermentação de gás de síntese, misturas gasosas podem ser convertidas em produtos como acetato e etanol. A engenharia metabólica amplia o conjunto de produtos possíveis, enquanto a transferência do gás para o meio líquido e o pequeno ganho energético de algumas rotas limitam a produtividade de certos processos.

Na caverna Raqefet, no atual Israel, resíduos encontrados em almofarizes de pedra foram interpretados como evidência de produção de bebida fermentada à base de cereais há cerca de 13 mil anos. Em Jiahu, na China neolítica, resíduos químicos em cerâmica apontam para uma bebida fermentada feita por volta de 7000 a 6600 a.C. Na Geórgia, análises de cerâmica neolítica encontraram evidências de vinho de uva de aproximadamente 6000 a 5800 a.C.

No fim do século XVIII, Antoine Lavoisier analisou quantitativamente a transformação do açúcar em álcool e dióxido de carbono durante a fermentação. Na década de 1830, Charles Cagniard de la Tour, Theodor Schwann e Friedrich Traugott Kützing defenderam, de forma independente, que a levedura era um organismo vivo relacionado à fermentação. Schwann também observou que o aquecimento que destruía a levedura impedia a fermentação até a introdução de nova levedura.
Nas décadas de 1850 e 1860, Louis Pasteur aprofundou a relação entre fermentação e atividade microbiana. A partir de 1857, seus estudos sobre fermentações láctica e alcoólica sustentaram que organismos vivos específicos estavam envolvidos nesses processos. Esses trabalhos também incorporaram cultivo estéril e inoculação controlada às experiências sobre fermentação.
Em 1876, Pasteur publicou Études sur la bière, sobre doenças da cerveja, suas causas, formas de prevenção e uma teoria da fermentação. A tradução inglesa, Studies on Fermentation, saiu em 1879. Pasteur resumiu a fermentação como "vida sem ar". A expressão captura o caráter anaeróbio do processo, mas não distingue fermentação de outras formas de metabolismo anaeróbio pelos aceptores e doadores de elétrons.

Em 1897, Eduard Buchner mostrou que extratos de levedura sem células vivas conseguiam converter açúcar em álcool e dióxido de carbono. O experimento estabeleceu que a fermentação podia ocorrer fora de células vivas. Buchner recebeu o Prêmio Nobel de Química de 1907 por suas pesquisas bioquímicas e pela descoberta da fermentação sem células.

Durante a Segunda Guerra Mundial, a produção de penicilina passou de culturas superficiais para fermentação em tanques profundos com aeração e agitação, mudança que permitiu ampliar a fabricação do antibiótico.
Nas décadas seguintes, a microbiologia industrial incorporou DNA recombinante, engenharia metabólica, genômica, proteômica e evolução dirigida para modificar vias biossintéticas e propriedades de enzimas e microrganismos usados na fabricação de produtos.