Xiii, o leite fermentou! Uma proposta de aula prática de Bioquímica para o Ensino Médio

A Bioquímica é uma área de grande importância e fascinante dentro da Biologia. Essa área, segundo Nelson e Cox (2014, p. 3), “descreve em termos moleculares as estruturas, os mecanismos e os processos químicos compartilhados por todos os organismos e fornece princípios de organização que estão subjacentes à vida em todas suas diversas formas, princípios aos quais nos referimos coletivamente como a lógica molecular da vida”.

Porém, essa área tão fantástica é dotada de muitos termos e processos que podem desmotivar o interesse e a aprendizagem dos alunos. Neste sentido, os assuntos ligados a Bioquímica no Ensino Médio se apresentam de maneira muito abstratos sendo distantes dos assuntos presentes no cotidiano dos discentes, tendo um índice de rejeição considerado expressivo de 43,4% (Duré; Andrade; Abílio, 2018). Para contornarmos tais problemáticas, as aulas práticas se despontam como um valioso recurso no processo de ensino-aprendizagem, facilitando a assimilação do conhecimento pelos discentes. Dessa maneira, tal prática passou a ser uma grande aliada no ensino de ciências e biologia e possui grande importância dentro da sala de aula (Gonçalves, 2021). Segundo Gomes (2019), o uso de aulas práticas no ensino de Ciências e Biologia compreende uma atividade de suma importância, pois por meio dessa metodologia, os discentes conseguem relacionar a teoria com a prática, além de instigar os alunos no ato de aprender, facilitando a compreensão dos conteúdos que estão sendo ministrados pelo professor. Desse modo, as aulas práticas possuem um grande impacto no processo de ensino dentro de ciências e biologia. Segundo Alffonso (2019, p. 7), “nesse tipo de aula o aluno consegue associar o conteúdo teórico com o fenômeno vivenciado, estimulando-o a criar hipóteses para tal acontecimento, levando-o a busca de novas informações”. Já Silva, Ferreira e Vieira (2017, p. 291) ressaltam que “a experimentação assistida e direcionada pode contribuir para a construção do conhecimento científico e, por isso, o acesso aos laboratórios de ciências é fundamental para que os estudantes assimilem o planejamento e a execução e possam discutir os experimentos científicos”.

No entanto, segundo dados do INEP (2019), das escolas da rede pública de ensino, apenas 38,8% possuem um laboratório físico equipado para a realização das aulas de Ciências e Biologia. Por outro lado, na rede particular, esse número é bem maior, totalizando quase 60% de escolas com acesso a um laboratório de ciências. Essa disparidade, pode estar relacionada com a falta de recursos financeiros que recaem sobre o sistema público de ensino, além desse fator tão relevante, as autoras Marandino, Selles e Ferreira (2009), destacam que muitos professores desejam ampliar a oportunidade desse tipo de abordagem de ensino no seu cotidiano de trabalho, porém nem sempre alcançam sucesso, devido a existência de dificuldades encontradas no âmbito escolar. Desse modo, as autoras ressaltam que essas dificuldades podem ser a inexistência de um laboratório físico para a realização dessas aulas, o tempo curricular, a insegurança de alguns professores e a falta de controle do grande número de alunos dentro do laboratório. Para vencermos tais obstáculos, o presente artigo possui como principal objetivo a proposta de uma aula prática utilizando materiais simples e de baixo custo como o leite, leite integral, kefir, suco de repolho roxo e utensílios domésticos para facilitar a aprendizagem do tema de fermentação láctica dentro da Bioquímica na disciplina de Biologia no Ensino Médio. A aula prática proposta poderá ser realizada pelos próprios discentes em suas casas, não necessitando necessariamente a existência de um laboratório físico de ciências ou biologia. Assim, em detrimento da pandemia do novo coronavírus, o ensino está sendo por meio de aulas on-line. Dessa forma, em um encontro virtual, o professor poderá realizar essa prática com os alunos de maneira remota, sugerindo que os discentes possam replicá-la em suas casas. No fim da aula o professor poderá disponibilizar aos alunos algumas questões que estão disponíveis no final desse manuscrito com o intuito de potencializar o ensino da prática abordada. Em um próximo encontro, o professor poderá corrigir com os alunos as questões sanando possíveis dúvidas dos alunos.

No Quadro 1 estão dispostos de maneira sucinta o objetivo, o conteúdo e as habilidades que o professor pode trabalhar com os alunos na realização da presente atividade experimental.

Quadro 1: Objetivo, conteúdo e habilidades trabalhados na atividade proposta

Competências	Descrição
Objetivo da atividade prática	Facilitar a compreensão do processo anaeróbio da fermentação láctica em bactérias do leite e derivados, além de confrontar com o processo de respiração celular aeróbia nas células.
Conteúdo abordado	Bioquímica (respiração celular anaeróbia, fermentação láctica), sendo recomendada aos alunos do 1º ano do Ensino Médio.
Habilidades	Desenvolver no aluno a prática de atividades experimentais científicas, além de formular hipóteses e explicar os resultados obtidos.

Materiais utilizados na atividade prática

- Leite integral;

- Leite fermentado (do tipo Yakult, Chamyto etc.);

- Leite de kefir (facilmente adquirido em lojas de produtos naturais);

- 4 Xícaras de café transparentes;

- Seringa de 5 ml (adquirida em farmácias);

- 1 Repolho roxo;

- Peneira;

- Liquidificador;

- Pote para armazenamento do suco do repolho roxo;

- Fitas de pH (opcional);

- Caneta de retroprojetor;

- Faca sem ponta.

Procedimentos

Preparo do suco do repolho roxo

O repolho roxo deve ser lavado em água corrente, tendo suas folhas destacadas e cortadas em pequenos pedaços com o uso de uma faca sem ponta. Nessa etapa deve ser ressaltado aos alunos que peçam o auxílio de um adulto, pois o uso da faca pode causar acidentes. Após esse procedimento, bater com um pouco de água no liquidificador as folhas do repolho roxo cortadas. Filtrar o suco de repolho por meio de uma peneira, armazenando-o em um pote de 200 mL. O suco obtido terá uma cor roxa viva (Figura 1a), em detrimento da presença de antocianina (Figura 1b).

Deve-se explicar aos alunos que essa coloração é de grande importância para o vegetal; no entanto, diferentemente da clorofila, esse pigmento (antocianina - roxa) não participa de maneira direta na fotossíntese. Sua ação tem sido comumente relacionada à proteção do aparelho fotossintético contra danos provocados pela radiação ultravioleta (Peixoto, Pimenta e Reis, 2018), além de desempenhar diversas outras funções na planta. Esse assunto será mais bem detalhado na parte final deste artigo, no tópico "Correlacionando a aula prática à área da Botânica".

Preparo e preenchimento das xícaras

Escrever nas xícaras com caneta de retroprojetor as numerações, conforme constam no Quadro 2 e preencher cada uma delas com o uso da seringa de 5 mL com os alimentos líquidos da coluna à direita.

Quadro 2: Numeração e conteúdo das xícaras do experimento

Numeração das xícaras	Conteúdo
1	Leite integral (4 mL) + 4 mL do suco de repolho roxo
2	Leite fermentado (4 mL) + 4 mL do suco de repolho roxo
3	Leite de kefir (4 mL) + 4 mL do suco de repolho roxo
4	Controle da reação contendo 4 mL do suco de repolho roxo

Após preenchidas todas as xicaras com leite integral, leite fermentado e leite de kefir com suco do repolho roxo, anotar a mudança de coloração do meio. Solicitar aos alunos que tentem formular hipóteses para os acontecimentos nas xícaras.

Resultados esperados

Na Figura 2, encontram-se dispostos os resultados esperados da aula prática proposta.

Inicialmente, o professor deverá explicar aos alunos o porquê da utilização do suco de repolho roxo para a realização desse experimento. A resposta para essa pergunta está no fato de o repolho roxo conter a molécula de antocianina, que é um indicador ácido-base natural que, quando neutra permanece com sua coloração normal (roxa). Se submetida em meio ácido, o suco do repolho roxo muda sua coloração da cor rosa para a vermelha, o que mostra a presença de íons H+ no meio. Se ocorrer a mudança de coloração para o azul, verde ou amarelo, temos ali um meio básico, com a presença predominante de íons OH-.

O que aconteceu com o Tubo 1? Ele contém leite integral e suco de repolho roxo. Ao adicionar o suco de repolho roxo, o leite ficou com uma coloração roxo clara, não havendo mudança de coloração do meio. Ou seja, o leite exibiu a mesma coloração do repolho roxo, sendo então caracterizado como pH neutro, em torno de 6 a 7 (Figura 2a).

No Tubo 2, quando adicionado o suco de repolho roxo ao leite fermentado, ocorreu mudança de coloração do meio para uma cor rosa claro. Assim, o professor deve explicar aos alunos que a mudança de coloração do meio no Tubo 2 se deve à presença do ácido láctico, sintetizado pelas bactérias do leite fermentado pelo mecanismo de respiração celular anaeróbia da fermentação láctica. Dessa maneira, é importante relembrar aos alunos que a fermentação láctica utiliza como substrato açúcares de glicose (C6H12O6), produzindo como molécula intermediária o ácido pirúvico, sendo transformada em uma molécula final de três carbonos denominada ácido láctico (C3H6O3) e duas moléculas de ATP (energia). Essa reação ocorre no citoplasma das células das bactérias, originadas inicialmente pelo processo de glicólise (Júnior; Sasson, 2005).

Como exemplo de bactérias benéficas fermentadoras do leite podemos citar as pertencentes às espécies Lactobacillus acidophilus; Lactobacillus casei; Bifidobacterium sp; Streptococcus salivarius subsp. thermophilus e outras bactérias acidolácticas (Silva; Leão; Santos, 2010).

Já no tubo 3, o que aconteceu? No tubo 3, o suco de repolho roxo mudou sua coloração para o rosa intenso. Nesse tubo temos a presença do leite de kefir, que segundo Braccini et al. (2021) é definido como um produto lácteo com paladar característico, que diferentemente dos outros lácteos fermentados, é resultado da atividade de uma microflora mista complexa de leveduras e bactérias. Assim segundo os autores, no kefir podemos encontrar a grande presença do ácido lático (produto da fermentação láctica das bactérias), etanol (produto da fermentação alcóolica das leveduras), dióxido de carbono e compostos aromáticos. A presença de ácido láctico, favorece a acidificação do meio, fazendo com que o repolho roxo mude de cor para um indicador ácido de coloração rosa intenso.

Nossas células musculares também podem realizar o processo de fermentação láctica. Segundo Júnior e Sasson (2005, p. 210 e 223), quando existe oxigênio suficiente em nossas células musculares, ocorre o processo de respiração celular aeróbia, que consiste no uso de glicose e oxigênio, formando gás carbônico, água e 38 moléculas de ATP (energia). No entanto, em condições de atividade muscular intensa, a disponibilidade de oxigênio se torna escassa para oxidar a quantidade de glicose necessária. As células musculares então utilizam como recurso acessório de geração de energia a fermentação láctica, que produz como parte desse processo o ácido láctico, que, acumulado no tecido muscular, pode provocar desconforto e dor (Figura 3). Esse fenômeno é chamado de fadiga muscular, e esse ácido acumulado é removido dos músculos, indo para o sangue e, no fígado, é metabolizado na presença de oxigênio.

Outra discussão válida que pode ser feita aos alunos é sobre o outro processo de fermentação que comumente ocorre nos seres vivos, agora pelas leveduras (fungos), denominado fermentação alcóolica. Nesse fenômeno, as leveduras, principalmente as da espécie Saccharomyces cerevisiae, realizam o processo de respiração celular na ausência de oxigênio (fermentação), utilizando como substrato açúcares como a glicose e o amido formando duas moléculas de ácido etílico, duas moléculas de gás carbônico e duas moléculas de ATP (energia). Assim, vale discutir com os alunos que esse processo é o responsável pelo crescimento da massa do pão que comemos cotidianamente no nosso café da manhã. Já o queijo, o leite fermentado (Yakult) e o iogurte são originados por bactérias fermentadoras pelo processo de fermentação láctica.

Outra maneira de identificar a acidificação do meio e o conseguinte processo de fermentação láctica é utilizar fitas indicadoras de pH ao invés do suco do repolho roxo. Essas fitas são muito comuns e podem ser adquiridas em lojas de produtos químicos e laboratoriais; no entanto, o repolho é mais recomendado por possuir custo mais baixo. Na Figura 4 estão evidenciados os resultados da aula prática proposta utilizando a fita indicadora ácido-base. Mergulhando-a no leite, a fita de pH adquire um tom que está entre a cor 6 e 7 (escala de cor no canto superior direito da foto), sendo assim um pH mais neutro (Figura 4a). A fita mergulhada no leite fermentado adquiriu uma coloração próxima às escalas 4 e 5, sendo levemente ácida (Figura 4b). Já na fita imersa no kefir ocorreu mudança de coloração para a escala de cor 3 (alaranjada), sendo caracterizado como um meio mais ácido (Figura 4c). Isso se deve ao grande número de ácido láctico produzido pelas bactérias fermentadoras presentes ali.

Correlacionando a aula prática à área da Botânica

Essa atividade prática permite ao professor explorar outras áreas da Biologia, como, por exemplo, a Botânica. Nessa área, o professor pode chamar a atenção dos alunos para a função do pigmento vegetal do repolho que confere sua coloração roxa, ou seja, a antocianina. Ela é um pigmento vegetal (Figura 5a) cuja terminologia é proveniente do grego (anthos, flor; kyanos, azul escuro) (Lopes et al., 2007).

Segundo Harborne e Grayer (1988), após as clorofilas, as moléculas de antocianinas são os mais relevantes pigmentos de origem vegetal. Esse pigmento está presente na amora vermelha (Figura 5b), na jabuticaba (Figura 5c), no morango (Figura 5d), na flor de petúnia (Figura 5e), no repolho roxo, na berinjela, nas uvas e até mesmo no feijão. Assim, o professor pode comentar com os alunos que, no reino vegetal, as antocianinas desempenham diversas funções, como antioxidante, proteção à ação da luz, mecanismo de defesa e função biológica; suas cores podem ainda auxiliar na reprodução das plantas, como a polinização e a dispersão de sementes (Lopes et al., 2007). Além das funções ressaltadas pelos autores, Castañeda (2009) explica que a antocianina pode permitir a melhoria e a regulação do mecanismo de fotossíntese nas plantas, além de possuir grande importância na dieta humana. Nesse sentido, ela pode ser considerada uma importante aliada na prevenção e no retardamento de doenças cardiovasculares, do câncer e doenças neurodegenerativas, devido ao seu poder antioxidante, atuando contra os radicais livres, apresentando propriedades farmacológicas utilizadas para fins terapêuticos.

Para enriquecer a atividade e possibilitar a apreensão do conhecimento pelos alunos, é apresentado no fim deste artigo um questionário que deverá ser respondido e entregue ao professor ao final da realização da aula prática.

Conclusões

O uso de aulas experimentais pode ser de grande impacto pois permite facilitar o processo norteador do ensino-aprendizagem dos alunos, transpondo na prática o que foi aprendido na aula teórica em sala de aula. Além disso, desperta o lado criativo e científico do aluno, potencializando a área de experimentação em Ciências.

Questionário

1. Descreva detalhadamente o que ocorreu em cada uma das xícaras/tubos. Elabore uma hipótese para explicar os resultados.

2. Qual outro tipo de indicador ácido-base, além do suco do repolho roxo, poderia ser utilizado nesse experimento?

3. (PUC-SP) Na tira de quadrinhos, a situação apresentada relaciona-se com um processo realizado no músculo. Trata-se de fermentação...

a) alcoólica, que ocorre no interior da mitocôndria.

b) alcoólica, que ocorre fora da mitocôndria.

c) lática, que ocorre no interior da mitocôndria.

d) lática, que ocorre fora da mitocôndria.

e) acética, que ocorre no interior da mitocôndria.

4) (PUC-SP) Os lactobacilos e as leveduras (Saccharomyces cerevisiae) utilizam glicose como substrato para obtenção de energia.

a) Qual o processo realizado por cada um desses microrganismos? Qual o produto final de cada processo?

b) Qual desses processos é realizado também pelos músculos? Em que condições esse processo ocorre nas células musculares?

5) Imagine agora que você deixou um pouco de leite durante vários dias fora da geladeira. Você notou um cheiro extremamente desagradável, azedo e forte. Discuta o que poderia ser esse cheiro e imagine como estaria o pH desse leite tantos dias fora do refrigerador. Explique o que pode ter ocorrido e tente reproduzir esse experimento, tirando uma foto e enviando para o seu professor.

Respostas esperadas do questionário

1. Descrição do que aconteceu em cada xícara/tubinho: Na xícara 1, nada aconteceu, pois o leite integral não estava fermentado e não mudou de cor quando o repolho roxo foi adicionado. Na xícara 2 (leite fermentado), quando foi adicionado o suco de repolho roxo, a solução exibiu uma coloração rósea clara, em função de as bactérias fermentadoras presentes ali terem formado ácido láctico pelo processo natural da fermentação. Assim o meio ficará levemente ácido, fazendo o suco de repolho mudar de cor. Na xícara 3 (kefir), quando foi adicionado o suco de repolho roxo, o meio apresentou mudança de cor para um tom rosa bem expressivo. Isso se deve ao fato de as bactérias e leveduras presentes no kefir terem fermentado e gerado ácido láctico, acidificando o meio e mudando a coloração do repolho roxo para rosa. A hipótese discutida pode ser relacionada ao evento da fermentação láctica das bactérias e leveduras acidificando o meio, fazendo o extrato de repolho roxo, que é um indicador ácido-base, mudar sua coloração de roxo para tons de rosa.

2. Outros indicadores: azul de bromotimol, fenolftaleína e alaranjado de metila.

3. Opção D.

4.a) Os processos são: fermentação láctica (realizada por bactérias e leveduras) e a fermentação alcóolica (realizada por leveduras). Os produtos finais da fermentação láctica são o ácido láctico e ATP. Os produtos finais da fermentação alcóolica são: álcool etílico, gás carbônico e ATP.

b) As células musculares podem realizar o mecanismo da fermentação láctica para geração de energia. A condição para que esse processo ocorra nessas células é ocorrer um grande esforço muscular na ausência de gás oxigênio e na presença de gás carbônico. Assim, esse tipo de respiração celular é anaeróbio.

5. Quando o leite é armazenado fora do refrigerador, ele azeda. Desse modo, ocorreu a proliferação de bactérias, acidificando o meio em detrimento da produção de ácido láctico, dando a característica azeda desse leite. Assim, esse fenômeno pode ser relacionado ao leite fermentado e ao kefir. No entanto, no leite fermentado e no kefir que adquirimos no comércio temos a presença somente de microrganismos benéficos à saúde. No caso do leite azedo, podemos ter a contaminação e a proliferação de bactérias indesejáveis e patogênicas, sendo prejudiciais à saúde.

Referências

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