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BioprocessosBioprocessos

Programa de Graduação em Programa de Graduação em Biotecnologia 2013/1Biotecnologia 2013/1

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Bioprocessos

Fermentação:• Utilização de uma substrato orgânico

para a geração de energia

• Cultivo de micro-organismo (enzimas, células eucarióticas) em ambiente controlado

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InóculoMatéria Prima

Condições de cultivo favoráveis e controladas

Fermentador

Recuperação e purificação

PRODUTO

BIOPROCESSO

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Histórico:

Noé

Babilônia 6000 A.CEgito 4000 A.C

Século 14 Destilados na China e Europa

1857 –1876 Pasteur

I Guerra Mundial: Carl Neuberg- Glicerol Chaim Weizmann- Acetona

II Guerra Mundial: Alexander Fleming Penicillium notatum Howard Florey e Ernst Chain Penicillium chrysogenum

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Microbiologia:

Mikros(= pequeno)+ bio (= vida)+ logos(= ciência)

A Microbiologia é a área da ciência que dedica-se ao estudo dos micro-organismos, um vasto e diverso grupo de organismos unicelulares de dimensões reduzidas, que podem ser encontrados como:

células isoladas ou agrupados em diferentes arranjos, mesmo estando associadas, exibiriam um caráter fisiológico independente.

Assim, com base neste conceito, a microbiologia envolve o estudo de organismos procariotos (bactérias, archaeas), eucariotos inferiores (algas, protozoários, fungos) e também os vírus.

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 Bactérias

                                    

Archaea

                      

  Fungos

                      

Vírus

                                        

  Algas

                      

 ProtozoáriosTipos de microrganismos

estudados pelos microbiologistas.(Adaptado de Tortora et al., Microbiology, 8 ed)

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A partir de seus estudos passamos a dispor de um sistema de classificação baseado principalmente em aspectos evolutivos (filogenética), a partir da comparação das seqüências de rRNA de diferentes organismos.

Com esta nova proposta de classificação, os organismos são agora subdivido em 3 domínios (contendo os 5 reinos), empregando-se dados associados ao caráter evolutivo.

Bacteria : Procariotos

Archaea: Procariotos

Eukarya: Eucariotos

Estudos de C. Woese (1977)

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Classificação dos seres vivos, de acordo com Woese (1977)(Adaptado de Pommerville, J.C.(2004) Alcamo's Fundamentals of Microbiology

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O aspecto mais fundamental é o tamanho da célula do microrganismo permitindo uma

grande relação entre superfície e volume

1000 x

10 x

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Alguns benefícios que os micro-organismos tem para o homem

Bactéria

Produtores de medicamentos: antibióticos Fixadoras de nitrogênio Controle biológico Produtores de alimentos: iogurte Produtores de ácidos e vitaminas

Fungos

Produtores de alimentos: queijo, pão, cerveja Produtores de medicamentos: antibióticos, antifúngicosControle biológico Decomposição de matéria orgânica

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Ubiqüidade dos micro-organismos

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Bioprocessos

Os produtos comercialmente importantes dos micro-organismos podem ser divididos em quatro

categorias::

As células microbianas Moléculas grandes ex. enzimas Metabólicos primários (componentes essências para

seu crescimento) Metabólicos secundários (componentes não

necessários para seu crescimento)

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Vias de Fermentação:

Homofermentativa: origina um principal produto. Ex. Bactérias acido láticas,

convertem glicose em acido lático.

Heterofermentativa: origina dois ou mais produtos. Ex. Cl. acetobutylico

converte glicose em uma mistura de acetona, etanol, isopropanol e butanol

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Heterofermentação Homofermentação

Levedura Bactéria

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HeterofermentaçãoHomofermentação

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Origem dos micro-organismos de interesse

Isolamento a partir de recursos naturais

Obtenção de mutantes naturais

Obtenção de mutantes induzidos

Obtenção de micro-organismos recombinantes

Compra de coleções

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Característica desejável de micro-organismos

Alta eficiência na conversão do substrato em produto

Permitir o acumulo do produto no meio

Não produzir composto incompatível com o produto

Ser constante quanto sua fisiologia

Não ser patogênico

Não exigir processos complexos

Não exigir meio caros

Permitir fácil liberação do produto para o meio

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Características Desejáveis dos Meios de Cultivo

Ser o mais barato possível

Atender as necessidades nutricionais do microrganismo

Favorecer o controle do processo. Ex. pH, espuma

Não causar problema para recuperação do produto

Ser constituído de elementos armazenável

Possuir composição razoavelmente estável

Não causar problema de efluentes

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