Antagonism between yeasts and lactic acid bacteria in alcoholic fermentation

Com o objetivo de avaliar o antagonismo entre leveduras e bactérias contaminantes do processo de produção de etanol com metabolismos distintos (homo e heterofermentativo) em diferentes condições, foi analisado o desempenho fermentativo de linhagens de Saccharomyces cerevisiae empregadas na fermentação industrial (BG- 1, CAT-1, PE-2 e Fleischmann) em co-cultivo com linhagens de Lactobacillus com diferentes metabolismos, sendo uma delas homofermentativa (L. plantarum - FT025B) e duas linhagens heterofermentativas (L. fermentum - FT230B e L. fructosus - FT432B). Foram avaliados o crescimento dos dois grupos de microrganismos com relação à densidade de células no meio e sua viabilidade e também através de suas atividades metabólicas, acessadas pela formação de metabólitos específicos (ácidos lático, succínico e acético, manitol e etanol). Os experimentos foram conduzidos em duas modalidades: I) em condições de laboratório, inoculando-se uma linhagem bacteriana com uma única linhagem de levedura na mesma proporção em meio sintético e sendo incubadas a 32 C por 24h e II) simulando as condições industriais de fermentação, com alimentação utilizando-se mosto misto durante 5 reciclos fermentativos. No Experimento I, a viabilidade da linhagem FT025B mostrou-se reduzida em relação à linhagem FT230. Observou-se também que no meio contendo a bactéria FT025B a viabilidade das 4 linhagens de levedura foi menor do que no meio controle e no meio inoculado com a bactéria FT230B. Os níveis de ácido lático foram mais elevados na presença da bactéria FT025B, enquanto os teores de ácido acético e de glicerol foram maiores nos meios com a linhagem FT230B. A produção de etanol foi reduzida na presença de ambas as bactérias. No Experimento II a presença das bactérias praticamente não afetou a viabilidade das leveduras industriais durante os reciclos. No entanto, ao contrário do que foi observado no Experimento I, as linhagens bacterianas heterofermentativas apresentaram melhor crescimento e maior viabilidade em co-cultivo com as leveduras do que a homofermentativa. Também na presença de ambas as linhagens heterofermentativas observou-se uma significativa redução no rendimento alcoólico. A produção de lactato por tais linhagens foi muito próxima e em alguns ciclos até maior que a produção pela linhagem homofermentativa. No entanto, como no Experimento I, nos tratamentos com a bactéria FT025B a produção de glicerol foi menor até mesmo que no tratamento controle, tratando-se do primeiro registro de menor produção de glicerol por leveduras que se encontram na presença de contaminação bacteriana. Sugere-se que o ácido lático e o acético, juntamente com o etanol, podem ter agido sinergisticamente no metabolismo e crescimento das leveduras, resultando principalmente em uma diminuição do rendimento alcoólico. É também provável que as linhagens bacterianas heterofermentativas foram capazes de resistir melhor aos elevados teores de etanol excretados pelas leveduras e encontrados no processo industrial, uma vez que também são capazes de produzir tal composto.This study aimed to evaluate the antagonism between yeasts and contaminating bacteria of the ethanol production process with different metabolisms (homo- and heterofermentative) in different conditions. Thus, the fermentation performance of Saccharomyces cerevisiae strains used in industrial fermentation (BG-1, CAT-1, PE-2 and Fleischmann) was analyzed in co-cultivation with Lactobacillus strains with different metabolisms, one of them homofermentative (L . plantarum - FT025B) and two heterofermentatives strains (L. fermentum - FT230B and L. fructosus - FT432B). It was evaluated the growth of two microrganisms groups with respect to the cells density in the medium and their viability and also through their metabolic activities, accessed by specific metabolites production (lactic, acetic and succinic acid, mannitol and ethanol). The experiments were conducted in two ways: I) in laboratory conditions, inoculating a bacterial strain with a single yeast strain in the same synthetic medium incubated at 32°C for 24h and II) simulating the industrial fermentation conditions, with fed by using mixed must for 5 fermentative recycle. In Experiment I, the viability of FT025B strain proved to be small in relation to FT230 strain. It was also observed that in the medium containing the bacteria FT025B the viability of the 4 yeast strains was lower than the control and the treatment with FT230B strain. The levels of lactic acid were higher in the presence of bacteria FT025B, while the levels of acetic acid and glycerol were higher in treatments with FT230B strain. The production of ethanol was reduced in the presence of both bacteria. In Experiment II, the presence of bacteria did not affect the viability of industrial yeasts during recycling. However, contrary to what was observed in Experiment I, the heterofermentatives bacterial strains showed higher growth and higher viability in co-cultivation with the yeasts than homofermentative. Also in the presence of both strains heterofermentatives there was a significant reduction in the alcoholic yield. The lactate production by these strains was very close and, in some cycles, higher than the production by the homofermentative strain. However, as in Experiment I,in the treatments with FT025B strain the production of glycerol was lower even than in the control treatment, this is the first record of lower production of glycerol by yeasts that are in the presence of bacterial contamination. It is suggested that the lactic acid and acetic acid along with ethanol, may have acted synergistically in yeasts metabolism and growth, resulting in reduced alcoholic yields. It is also likely that the bacterial strains heterofermentatives were better able to resist the high ethanol levels excreted by yeasts and found in industrial process, since they are also able to produce this compound