aula 4-introducao-aos-processos-fermentativos

INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS FERMENTATIVOS

Professora: Erika Liz

Características necessárias de Características necessárias de microrganismos para aplicação industrialmicrorganismos para aplicação industrial

� Apresentar elevada eficiência na conversão de nutrientes, deforma a reter elevada concentração do produto desejado no ca ldofermentado

� Permitir o acúmulo do produto no meio

� Não produzir substâncias incompatíveis com o produto

� Ser fisiologicamente constante

� Não ser patogênico

� Não exigir meio de cultura extremamente complexo

� Permitir a rápida liberação do produto para o meio

Obtenção do microorganismo

• Isolamento de novas linhagens a partir de frutas, terra, leite, mofo de pão, etc...

CULTURA PURA

• Compra de Linhagens em Coleção de Cultura

NRRL Culture Collection – USA http://nrrl.ncaur.usda.gov

Coleção de culturas Tropical - Brasil

http://www.cct.org.br

O meio de cultura

O que é meio de cultura?

Nutrição de microorganismos

• H2O

• Carbono

• Nitrogênio

• Fósforo

• Enxofre

• Oxigênio atmosférico

• Elementos M. (Na, K, Ca, Mg, Fe, Cl, Cu, Zn, Co....)

• Fatores de crescimento

Tipos de meio de cultura

• Meios complexos

• Meios sintéticos

• Meios seletivos

• Meios diferenciais

• Meios Líquidos

• Meios Sólidos

Meio de cultura Microrganismo

Otimização do ProcessoFermentativo

Formação de produtos em processos fermentativos

• Considerando os processos em que um

produto do metabolismo microbiano é o

composto de interesse, podemos classificar

esses metabólitos em dois tipos:

• Primários

• Secundários


• Metabólito primário:

– É aquele que é produzido durante a fase de

crescimento exponencial do microrganismo.

– Um exemplo típico deste tipo de metabólito é a

produção de álcool.


• O etanol é um produto do metabolismo anaeróbico de

leveduras e algumas bactérias e é formado como parte do

metabolismo energético. Uma vez que o crescimento só

pode ocorrer se houver produção de energia, a produção

de etanol está associada ao crescimento.

• Outros exemplos: aminoácidos, nucleotídeos, ácidos orgânicos e

enzimas.

Formação de produtos em processos

fermentativos

• Metabólito secundário:

– produzido durante a fase estacionária de crescimento ou

idiofase, ou seja a produção “não associada” ao

crescimento celular.

– Constituem o grupo mais comum e importante dos

metabólitos de interesse industrial.

– Como exemplo clássico podemos citar a produção de

antibióticos.

O sucesso deste processo depende de 4 pilares

• A escolha do microorganismo

• A escolha do meio de cultura• A forma de condução do processo

• A recuperação do produto

FERMENTAÇÃO - DORNAS

- São tanques construídos geralmente em aço carbonocom capacidade variável de acordo com a capacidadedo processo.

- Podem ser fechadas ou abertas:

- Abertas: apresentam perda acentuada pois, com aeliminação do CO 2 da fermentação, haverá um arrastede álcool.

Dornas de Fermentação

• Inóculo, pé de cuba ou pé de

fermentação – É o volume de

suspensão de MO de concentração

adequada capaz de garantir, em condições

econômicas, a fermentação de um

dado volume de mosto.

Classificação da fermentação

• Quanto ao material a fermentar

–Açúcares – carboidratos

–Celulose

–Pectina

–albumina


• Quanto ao produto da fermentação

– Alcoólica

– Acética

– Propiônica

– Butírica

– Vitaminas

– Antibióticos

– Glicerina

– Ácido acético

– Acetona


• Quanto ao agente fermentador

– Leveduras

• Alcoólica, glicerina, vitaminas

– Bactérias

• Láctica, acética, propiônica, acetona

– Fungos (mofo)

• Cítrica, antibióticos, glucônica

Classificação dos processos fermentativos

• Fermentação descontínua, por batelada ou

processo descontínuo de fermentação;

• Fermentação semicontínua

• Fermentação contínua

• Fermentação descontínua ou batelada

• Fermentação descontínua alimentada


Características deste processo :

Alto custo de instalação e automação;

Alto custo de manutenção;

Baixos rendimentos;

Facilidade no controle microbiológico;

Flexibilidade de operação;

Limpeza das dornas com maior frequência .

Fermentação Descontinua

• Fermentação semi-contínua



Existem poucas aplicações desse processo;

Utilizado mais em produções de volumes pequenos

(normalmente bancada);

Possibilidade de operar o fermentador por longos períodos,

sem que seja necessário preparar um novo inoculo;

Possibilidade de aumentar a produtividade do reator

apenas modificando o cronograma de trabalho;

Possibilidade de se conseguir uma produtividade melhor

que o descontínuo, se conhecidas as condições ótimas de

operação.

Fermentação Semi-Continua


CENTRÍFUGA

DESTILAÇÃO

ÁGUAÁCIDO

TRATAMENTO DO FERMENTO

MOSTO

Fermentação Continua



• Facilidade e custo baixo de automação;

• Custo baixo de instalação de equipamentos( menor n°de dornas );

• Difícil controle microbiológico;

• Dificuldade de limpeza das dornas.

Fermentação Continua


Fermentação em meio Sólido

• Microrganismos Utilizados

– Bactérias

• crescem em substratos com elevada atividade de água

�Bacillus thuringiensis

�bioinseticidas

�Zymomonas mobilis

�etanol

�Acetobacter aceti

�vinagre




– Leveduras

• crescem em substratos com atividade de água moderada

�Saccharomyces cerevisiae

�etanol




– Bolores

• crescem em substratos com baixa atividade de água� Aspergillus, Penicillium, Trichoderma, etc.

� enzimas

� Mucor e Rhizopus

� renina

� Penicillium

� antibióticos

� Fusarium e Giberella

� ácido giberélico



• Meios

– Meio sólido

• fonte de nutriente – farelos, grãos, farinhas

– Meio sólido

• Inerte – sabugo de milho, bagaço de cana

– fonte de nutriente: meio de cultura líquido



• Características importantes do meio sólido– Porosidade

• fluxos de massa e energia: O2 / CO2 / calor

– Tamanho da partícula

• superfície específica: produtividade, circulação de ar e dissipação de gases e calor

– Formato da partícula

• superfície específica, porosidade

– Altura da camada do meio

• produção e remoção de calor

• aeração e remoção de CO2 e outros gases

• compactação do meio: porosidade



• Controle do Processo

– Umidade

• película de água sobre a superfície da partícula – difusão nutritiva

• teor mínimo – 12%

• interfere no crescimento do microrganismo de processo

• interfere no crescimento de bactérias contaminantes




– Atividade de água (Aw)

• água não ligada ao substrato e disponível ao microorganismo

• fungos – Aw ≥ 0,7

• leveduras – Aw ≥ 0,8

• Bactérias– Aw ≥ 0,9




–Temperatura

• microorganismos –psicrófilos, mesófilos, termófilos

• remoção de calor produzido na fermentação– injeção ar frio no meio de cultivo

–reator encamisado

–controle da temperatura da sala de fermentação




–pH

• difícil controle devido à natureza do meio de cultivo

–Meios

»boa capacidade tamponante

–uso de solução tampão

»umidificação do substrato




– Agitação

• velocidade e freqüência

• Homogeneização – inóculo, umidade, ar, temperatura substrato

– fragmentação do micélio

» crescimento e formação de esporo




– Aeração

• microorganismos – anaeróbios, aeróbios, facultativos

• Ar – fluxo de massa (O2 / CO2) e energia

• fluxo de ar

– espessura da camada de substrato

– Estimativa de crescimento

– Nutrientes

– Características do substrato

Biorreator de bancada

Fermentador de 300 litros

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