Processos Fermentativos Industriais

•Etanol

•Ácido cítrico

•Antibióticos

•Enzimas

•Fermento biológico

1- ETANOL

1.1 Microrganismos

- Saccharomyces cerevisiae (levedura)- Zymomonas mobilis (bactéria)

Processos industriais: Saccharomyces cerevisiae

1- ETANOL

1.2 Matérias-primas

Matérias açucaradas-Cana de açúcar

-Beterraba açucareira

-Sorgo sacarino

-Melaços, mel de abelhas e frutas

Matérias amiláceas e feculentas-Grãos amiláceos

-Raízes e tubérculos feculentos

Matérias celulósicas-Palhas

-Madeiras

-Resíduos agrícolas

-Resíduos sulfíticos de fábrica de papel

1- ETANOL

Necessário obter:do Amido glicosedo melaço e caldo de cana mistura de sacarose, glicose e frutose

1.2.1 Preparo do mosto

1.2.1.1 Mostos de melaços e de caldo de cana

-Melaços diluídos entre 15 e 25º Brix

-Meio rico em sacarose e açúcares redutores

1.2.1.2 Mostos de materiais amiláceos

-Necessário sacarificar (sacarificação)

-Método químico, biológico ou por ação direta de enzimas

Nutrientes necessários: Nitrogênio na forma amoniacal, fósforo, enxofre na forma de sulfatos, sulfitos ou tiossulfato, potássio, magnésio, cálcio, sódio e outros elementos em quantidades diminutas

1.3 Condições de Processo-Inóculo: 10% volume total

-Temperatura: Faixa de 26 a 35 ºC

-pH: Mostos industriais na faixa de 4,5 a 5,5

-Concentração de açúcares: 15 a 25 ºBrix

-Controle de contaminantes: Antibióticos

-Tempo de fermentação: 10 a 12 horas em processos descontínuos utilizando levedura Saccharomyces cerevisiae linhagem catanduva1

1- ETANOL

1.4 Sistemas de fermentação

– Fermentação alcoólica descontínua (cortes, reaproveitamento de inóculo (“pé de

cuba”), cultura pura, reciclo de leveduras)– Fermentação alcoólica contínua

1- ETANOL

1.5 Recuperação do produto

– Destilação contínua

2- ÁCIDO CÍTRICO

2.1 Microrganismo- Aspergillus niger (fungo filamentoso)

2.2 Matéria-prima- Depende do processo e utiliza-se: Farelo de trigo, bagaço de laranja, amido

de batata, melaço de beterraba e xarope de cana com 30-35% de açúcar invertido (mistura de glicose e frutose)

2.3 Sistemas de fermentação

2.3.1 Processo Koji

- Substrato sólido (farelos)

- pH entre 4-5

- Umidade do farelo 70-80%

- Temperatura de 28º C

- O Farelo é distribuído em bandejas com profundidade de 3 a 5 cm

- Tempo de fermentação de 5 a 8 dias

2- ÁCIDO CÍTRICO

2.3.2 Processo em superfície

- Utilizam-se Substratos solúveis (sacarose, melaços de cana e de beterraba)

- Temperatura de 30 ºC- pH inicial entre 5 e 6- O mosto é distribuído em bandejas rasas de alumínio

com alto teor e pureza

- O micélio desenvolve-se sobre a superfície do líquido e é mantido flutuando durante todo o processo.

- Ar úmido é soprado sobre a superfície do mosto por 5-6 dias passando depois a utilizar ar seco até o final da fermentação (8-10 dias).

- No final do processo o mosto é drenado e substituído por outro novo.

2- ÁCIDO CÍTRICO

2.3.2 Processo submerso (mais utilizado)

Exemplo - empresa Cargill

- Utilizam-se Substratos solúveis (melaço de cana)

- Temperatura de 30º C

- pH inicial 4

- O mosto é esterilizado previamente- Aeração contínua na taxa de 0,5 a 1,15 vvm sem

agitação mecânica

- Tempo de fermentação de 5 a 7 dias

- Sistema descontínuo.

2- ÁCIDO CÍTRICO

2.4 Processo de separação

- Em todos os processos o meio é filtrado previamente

- Precipitação com adição de hidróxido de cálcio- Citrato é filtrado e tratado com ácido sulfúrico para

precipitar sulfato de cálcio- O sobrenadante que contém o ácido cítrico é tratado

com carvão ativado

- O ácido cítrico é desmineralizado por diversas vezes

através de colunas com resinas de troca iônica.

- E finalmente é cristalizado por evaporação

2- ÁCIDO CÍTRICO

3.1 Microrganismos

- Bactérias (diferentes de actinomicetos) Ex. Bacillus brevis – antibiótico a tirotricina; gramicidina

- Actinomicetos (Grupo de bactérias Gram positivas que apresentam como características em comum a produção de filamentos ou hifas vegetativas) Ex. Gênero Streptomyces – antibiótico a estreptomicina

- FungosEx. fungos Penicillium chrysogenum e Penicillium notatum – Antibiótico a Penicilina e Penicillium chrysogenum – Antibiótico a ampicilina

3- ANTIBIÓTICOS

3.2 – Métodos de produçãoMeio de cultivo: Depende da cepa e geralmente consiste de: Água de milho, farinha de soja, extrato de levedura ou soro de leite. Utiliza-se também Glicose ou melaço

- Penicilina G e penicilina V são produzidas por processos submersos- Reatores de 40 a 200 m3

- Dificuldade de aeração não permite tanques maiores- Aeração na faixa de 0,5 a 1,0 vvm- São usados agitadores tipo turbina na faixa de 120 e 150 rpm- Temperatura ótima de 25-27 ºC- pH constante em 6,5- Inóculo se inicia utilizando esporos liofilizados- Tempo de fermentação entre 120 e 160 horas

Extração : Utiliza-se um solvente orgânico altamente hidrofóbico, como o acetato de amila, para separação do antibiótico do meio de cultivo

3- ANTIBIÓTICOS

4.1 – Microrganismos- Aplicação comercial: bactérias, fungos filamentosos e leveduras- Escolha do microrganismo: Produtor da enzima de interesse em grande quantidade, Estável; Não-patogênico e de Fácil manipulação

Ex. Produção de enzimas extracelulares industriais: Bacillus e Aspergillus (80-85% do mercado de enzimas extracelulares)

4- ENZIMAS MICROBIANAS

4.2 – Processos de produção- Tempo de fermentação: 30 a 150 horas - depende do processo utilizado.

- Sistemas de Cultivo: a) Superfície

- Dificuldades de controle operacional;

- Severos problemas de contaminação

- Vantagens importantes em relação a transferência de oxigênio e

recuperação do produto.

A principal tecnologia de fermentação em superficie é a fermentação em estado sólido. E é empregada para produzir, em escala comercial, celulases, amilases fúngicas, pectinases, proteases fúngicas e lipases.Microrganismo: fungos filamentosos do gênero Aspergillus.

4- ENZIMAS MICROBIANAS

b) Submerso: Descontínuo

- O sistema mais empregado na produção de enzimas.- Algumas enzimas são relativamente instáveis depois da etapa de

produção.- Efeito das variáveis operacionais mais relevantes: pH e

temperatura (compromisso entre os valores ótimos para produção e crescimento)

Ex.: Produção de celulase de Trichoderma reesei em meio celulósico onde o pH ótimo de crescimento é 4,8, enquanto que o ótimo de produção é 3,5.

Solução: valores intermediários ou alterações programadas de pH

4- ENZIMAS MICROBIANAS

c) Submerso: Descontínuo alimentado

- Fase descontínua seguida de alimentação de forma contínua ou intermitente até alcançar o volume final de operação dentro do reator.

-Vantagens: Controlar a velocidade específica de crescimento do microrganismo; controlar a produção de metabólitos secundários, metabólitos sujeitos à inibição por alta concentração de substrato e metabólitos sujeitos a repressão catabólica por substratos altamente metabolizáveis

Esta situação é aplicável à maioria das enzimas de interesse comercial.

4- ENZIMAS MICROBIANAS

4.3 – Recuperação do produto Etapas envolvidas na recuperação e processamento pós fermentação.

4- ENZIMAS MICROBIANAS

4.3 – Recuperação do produto

Etapas de separação e purificaçãoFinalidade: Remover substâncias tóxicasOBS.: Para a obtenção de preparação enzimática de uso farmacêutico, processos mais sofisticados de purificação, como as separações cromatográficas, são utilizados.

- O caldo é resfriado a 5 ºC com o objetivo de assegurar condições de estabilidade do produto e evitar crescimento de contaminantes;

- pH ajustado para valor ótimo da atuação da enzima produzida.Separação das células:Pode ser feita: centrifugação;filtração.Fungos – centrifugação;Bactérias e leveduras – prévia floculação (cloreto de sódio); eficiente; baixo custo.

- A filtração, como alternativa a centrifugação – utilização de filtros prensa, filtros rotativos á vácuoSolução concentrada final – filtração em meio filtrante de celulose – preparado enzimático líquido – diluído e acondicionado com estabilizantes da atividade enzimática – embalado para comercialização.

4- ENZIMAS MICROBIANAS

5.1 – Microrganismos

O que é fermento biológico?Fermento biológico ou levedura de panificação é um microorganismo

vivo cuja denominação científica é Saccharomyces cerevisiae

5- FERMENTO BIOLÓGICO

O fermento biológico promove o crescimento das massas de pães, bolos, etc., através da fermentação que ocorre antes do forneamento. A levedura “ingere” os nutrientes da massa e, como consequência, libera gases e substâncias aromáticas, responsáveis pelo volume, textura, aroma e sabor característicos dos produtos alimentícios.

5.2 – Processo de produção

- Melaço de cana é o substrato usado atualmente nos processos modernos

- Sistema descontínuo alimentado: Evita-se a repressão catabólica cultivando a levedura com baixas concentrações de glicose.

- Produção de leveduras para panificação ocorre entre 3 a 4 horas.- Biotina é necessário quando na presença de oxigênio (suplemento)- pH inicial 4,5- Temperatura de 30 ºC- Aeração controlada

Produção de 50 g de levedura seca para cada 100 g de sacarose

5- FERMENTO BIOLÓGICO