Campos elétricos pulsados e moderados para o estímulo de bactérias e leveduras em processos biotecnológicos : uma revisão

Abstract

Tecnologias de campos elétricos, tais como Campos Elétricos Pulsados (PEF) e Campos Elétricos Moderados (MEF), têm emergido para assistir processos de transformação, esterilização e extração com interesses científicos e industriais. Uma aplicação ainda pouco explorada, porém promissora, é a utilização destas tecnologias para estimular o crescimento microbiológico e manipular ganhos produtivos. Bactérias e leveduras são capazes de sintetizar componentes de alto valor, como nutrientes, enzimas, álcoois, ácidos e biopolímeros. O interesse pelo emprego de rotas biotecnológicas de produção tem aumentado com a crescente demanda por alternativas ecologicamente corretas. Desta forma, surge a necessidade de aprimoramento dos processos biotecnológicos para torná-los mais viáveis e competitivos no mercado. Pesquisas publicadas nestas últimas décadas apontam que a utilização de campos elétricos permite aumentar o crescimento celular, reduzir o tempo de fermentação, elevar a produtividade de compostos químicos e enriquecer a extração de proteínas. Esta monografia consiste em uma revisão da literatura sobre a utilização das técnicas de PEF e MEF para estimular bactérias e leveduras. Os objetivos do trabalho são elucidar os mecanismos envolvidos no estímulo celular, discutir os resultados de trabalhos relevantes sobre o tema publicados nas últimas duas décadas, apresentar estudos que já demonstraram aplicações de PEF e MEF com interesse comercial, e, por fim, propor sugestões de estudos futuros com base nas lacunas observadas. As tecnologias elétricas demonstram grande potencial para revolucionar a indústria de alimentos e bioprocessos. Estudos para o entendimento dos fundamentos envolvidos no estímulo elétrico são de extrema importância para permitir a otimização e a evolução das tecnologias elétricas, garantindo sua aplicação em larga escala.

Electric field technologies, such as Pulsed Electric Fields (PEF) and Moderate Electric Field (MEF) have emerged to assist transformation, sterilization, and extraction processes in scientific and industrial fields. However, the utilization of these technologies to stimulate microbial growth and manipulate productive outcomes is a less exploited application, although promising. Bacteria and yeast cells are able to synthesize high value components, such as nutrients, proteins, alcohols, acids, and biopolymers. The interest in biotechnological production pathways has augmented due to the accelerated demand for environmentally friendly alternatives. As a result, the necessity to enhance biotechnological processes to make them viable and competitive on the market has arisen. Studies published in the last decades indicate that the utilization of electric field can increase microbial growth, reduce fermentation time, augment chemical compounds productivity, and enhance protein extraction. The present monograph consists of a literature review on the employment of PEF and MEF techniques to stimulate bacteria and yeast. The aim of this work is to elucidate the mechanisms involved in the cellular stimulus, to discuss the results of relevant papers published regarding this theme on the last two decades, to present the studies on the application of PEF and MEF for commercial purposes, and, lastly, to propose suggestions for future studies based on the gaps observed. The electrical technologies have demonstrated a great potential to revolutionise food and bioprocess industries. Studies on a fundamental understanding about the electric stimulus are incredibly important to the optimization and evolution of the electric field technologies, thus ensuring their scale up.