Universidade Federal de PelotasCentro de Desenvolvimento Tecnológico – CDTec

Graduação em BiotecnologiaDisciplina de BIOPROCESSOS

Profa. Dra. Patrícia S. Diaz

Cinética de Processos Fermentativos

Cinética de Processos Fermentativos

O que é Cinética?

A cinética química ou cinética de reação é a parte da química que estuda a velocidade das reações químicas de um processo e os fatores que as influenciam.

Cinética química inclui investigações de como diferentes condições experimentais podem influir a velocidade de uma reação química e informações de rendimento sobre o mecanismo de reação e estados de transição, assim como a construção de modelos matemáticos que possam descrever as características de uma reação química.

Cinética de Processos Fermentativos

O estudo cinético de um processo fermentativo consiste na análise da evolução dos valores de concentração de um ou mais componentes do sistema de cultivo, em função do tempo de fermentação.

Entende-se por componentes:

Microrganismo (biomassa) representado pela letra X; Produtos do metabolismo (metabólitos) representados pela letra P; Nutrientes (substrato) que compõem o meio de cultura representados pela letra S.

Tais valores experimentais de concentração (X, P e S), quando representados em função do tempo, permitirão os traçados das curvas de ajuste.

Exemplo de curva cinética: curva de crescimento microbiano em função do tempo

Importância do estudo cinético do processo fermentativo:

Sem o conhecimento da cinética torna-se inviável a transposição de escala do laboratório para a industria, uma vez que os valores cinéticos fazem parte de um conjunto de dados necessários ao dimensionamento de uma instalação produtiva.

Através do estudo cinético tem-se a possibilidade de uma comparação quantitativa entre condições de cultivo.

Exemplo: pH, temperatura, geralmente obtidos em curvas de ajuste onde: X=X(t), P=P(t), S=S(t) por variáveis como velocidade de transformação ou fatores de conversão.

Afirmar que determinado valor de pH é melhor que outro, equivale a dizer que o fator de conversão (substrato em produto) é maior que no primeiro do que no segundo.

Símbolos:

X concentração de microrganismoP concentração de produtoS concentração de substratoT tempo

Xm e Pm valores máximo de X e P

X0 e S0 valores iniciais de X e P

Sf valor final de substrato

Tf tempo final de fermentação

Dentre os produtos formados, escolhe-se para o estudo cinético o produto de interesse econômico.Dentre os possíveis substratos existentes no meio de cultura, utiliza-se o que for limitante.

Curvas de ajuste dos resultados de uma experiência idealizada de fermentação.

Parâmetros de transformação

Velocidades instantâneas de transformação: velocidades instantâneas de crescimento do microrganismo, consumo de substrato e formação de produto, para um tempo t.

Produtividade em biomassa:

Px= Xm-Xo Tf

Produtividade em Produto:

Pp= Pm-Po Tf

Curva cinética para os diferentes modos de condução de um processo fermentativo

Processo Descontínuo

Curva cinética para os diferentes modos de condução de um processo fermentativo

Processo Descontínuo Alimentado

Curva cinética para os diferentes modos de condução de um processo fermentativo

Processo Semicontínuo

Curva cinética para os diferentes modos de condução de um processo fermentativo

Processo Contínuo