Aula 4-introducao-aos-processos-fermentativos

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  1. 1. INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS FERMENTATIVOS Professora: Erika Liz
  2. 2. Características necessárias deCaracterísticas necessárias de microrganismos para aplicação industrialmicrorganismos para aplicação industrial Apresentar elevada eficiência na conversão de nutrientes, de forma a reter elevada concentração do produto desejado no caldo fermentado 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
  3. 3. Obtenção do microorganismo • Isolamento de novas linhagens a partir de frutas, terra, leite, mofo de pão, etc... CULTURA PURA
  4. 4. • 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
  5. 5. 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
  6. 6. Tipos de meio de cultura • Meios complexos • Meios sintéticos • Meios seletivos • Meios diferenciais • Meios Líquidos • Meios Sólidos
  7. 7. Meio de cultura Microrganismo Otimização do Processo Fermentativo
  8. 8. 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
  9. 9. Formação de produtos em processos fermentativos • 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.
  10. 10. Formação de produtos em processos fermentativos • 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.
  11. 11. 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.
  12. 12. 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
  13. 13. FERMENTAÇÃO - DORNAS - São tanques construídos geralmente em aço carbono com capacidade variável de acordo com a capacidade do processo. - Podem ser fechadas ou abertas: - Abertas: apresentam perda acentuada pois, com a eliminação do CO2 da fermentação, haverá um arraste de álcool. Dornas de Fermentação
  14. 14. • 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.
  15. 15. Classificação da fermentação • Quanto ao material a fermentar –Açúcares – carboidratos –Celulose –Pectina –albumina
  16. 16. Classificação da fermentação • Quanto ao produto da fermentação – Alcoólica – Acética – Propiônica – Butírica – Vitaminas – Antibióticos – Glicerina – Ácido acético – Acetona
  17. 17. Classificação da fermentação • Quanto ao agente fermentador – Leveduras • Alcoólica, glicerina, vitaminas – Bactérias • Láctica, acética, propiônica, acetona – Fungos (mofo) • Cítrica, antibióticos, glucônica
  18. 18. Classificação dos processos fermentativos • Fermentação descontínua, por batelada ou processo descontínuo de fermentação; • Fermentação semicontínua • Fermentação contínua
  19. 19. • Fermentação descontínua ou batelada
  20. 20. • Fermentação descontínua alimentada
  21. 21. FERMENTAÇÃO - DORNAS 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
  22. 22. • Fermentação semi-contínua
  23. 23. FERMENTAÇÃO - DORNAS Características deste processo : 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
  24. 24. FERMENTAÇÃO - DORNAS CENTRÍFUGA DESTILAÇÃO ÁGUAÁCIDO TRATAMENTO DO FERMENTO MOSTO Fermentação Continua
  25. 25. FERMENTAÇÃO - DORNAS Características deste processo : • 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
  26. 26. FERMENTAÇÃO - DORNAS Fermentação em meio Sólido • Microrganismos Utilizados – Bactérias • crescem em substratos com elevada atividade de água Bacillus thuringiensis bioinseticidas Zymomonas mobilis etanol Acetobacter aceti vinagre
  27. 27. FERMENTAÇÃO - DORNAS Fermentação em meio Sólido • Microrganismos Utilizados – Leveduras • crescem em substratos com atividade de água moderada Saccharomyces cerevisiae etanol
  28. 28. FERMENTAÇÃO - DORNAS Fermentação em meio Sólido • Microrganismos Utilizados – 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
  29. 29. FERMENTAÇÃO - DORNAS Fermentação em meio Sólido • 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
  30. 30. FERMENTAÇÃO - DORNAS Fermentação em meio Sólido • 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
  31. 31. FERMENTAÇÃO - DORNAS Fermentação em meio Sólido • 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
  32. 32. FERMENTAÇÃO - DORNAS Fermentação em meio Sólido • Controle do Processo –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
  33. 33. FERMENTAÇÃO - DORNAS Fermentação em meio Sólido • Controle do Processo –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
  34. 34. FERMENTAÇÃO - DORNAS Fermentação em meio Sólido • Controle do Processo –pH • difícil controle devido à natureza do meio de cultivo –Meios »boa capacidade tamponante –uso de solução tampão »umidificação do substrato
  35. 35. FERMENTAÇÃO - DORNAS Fermentação em meio Sólido • Controle do Processo – Agitação • velocidade e freqüência • Homogeneização – inóculo, umidade, ar, temperatura substrato – fragmentação do micélio » crescimento e formação de esporo
  36. 36. FERMENTAÇÃO - DORNAS Fermentação em meio Sólido • Controle do Processo – 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
  37. 37. Biorreator de bancada
  38. 38. Fermentador de 300 litros
  39. 39. Fermentador de 1500 litros
  40. 40. Fermentador de 3000 litros

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