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Docente: Prof. José Roberto Tavares
Discente:Giullyanno de O. Felisberto
Fermentação Descontínua
UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
Cuiabá – MT
Junho/2014
Introdução
As fermentações descontínuas São também
conhecidas por fermentações por batelada ou
processo descontínuo de fermentação.
Neste tipo de processo fermentativo há a inoculação
e a incubação do microrganismo desejado em uma
solução nutriente esterilizada, de tal forma a permitir
que a fermentação ocorra em condições ótimas.
Nada é adicionado além de oxigênio (processo
aeróbio), ácido ou base (controle de pH) ou
antiespumante. Ao fim da fermentação ocorre o
descarregamento da dorna e o fermentado segue
para tratamentos finais. A dorna é então lavada e
esterilizada para ser utilizada novamente.
Introdução
Entre as características deste tipo de
fermentação pode-se citar:
Apresenta menores risos de contaminação, em
comparação ao processo contínuo de
fermentação;
Condições de controle mais simples;
Grande flexibilidade de operação;
Possibilidade de realizar fases sucessivas no
mesmo recipiente;
Capacidade de identificar todos os materiais
relacionados ao processo;
Introdução
Se não houver adição de soluções para controle
do processo, nem perda de líquido por
evaporação, o volume no decorrer da
fermentação permanece constante;
A fermentação descontínua pode levar a baixos
rendimentos e/ou produtividade, caso o substrato
adicionado no início da fermentação exercer
efeitos de inibição, repressão, ou desviar o
metabolismo celular a produtos que não
interessam.
Inóculo
Inóculo, pé-de-cuba ou pé-de-fermentação é o
volume de suspensão de microrganismo de
concentração adequada para garantir, em
condições econômicas, a fermentação do volume
do mosto.
Figura 1 – inóculo de micorrizas micelio
Inóculo
Para que se obtenha um inóculo com capacidade
produtiva elevada, deve-se realizar a sua
manutenção até sua propagação. Cria-se cepas
do microrganismo com o objetivo de conservar
sua viabilidade e capacidade reprodutiva, com o
mínimo de divisões celulares para evitar
mutações.
Algumas destas técnicas de manutenção:
Secagem em terra, areia ou sílica; Conservação
em ágar inclinado, limitando o metabolismo e
respiração microbiana; Congelamento em
congeladores ou em nitrogênio líquido;
Liofilização para remoção de água e células ou
Inóculo
Muitas empresas de fermentação possuem
centros especializados que distribuem os
microrganismos para suas fábricas localizadas
nacionalmente ou, mesmo, internacionalmente.
Paralelamente, fazem testes de viabilidade, de
estabilidade genética, além de empregar
metodologias para melhoramento genético.
Inóculo
Figura 2 – Representação esquemática do preparo do inóculo
Mosto
O meio de cultura na fermentação industrial é
chamado de mosto, ou meio de fermentação.Ele
influencia nas condições ótimas para o crescimento
do microrganismo e formação do produto desejado,
condições estas como pH, temperatura, nível de
oxigênio dissolvido, entre outras.
Deve possuir nutrientes requeridos para o
crescimento celular:
Elementos principais: (C, H, O, N);„
Elementos secundários: (P, K, S, Mg);
Vitaminas e hormônios;
Traços de elementos: (Ca, Mn, Fe, Co, Cu, Zn).
Mosto
Além disso, a composição do meio deve levar em
conta a composição celular do microrganismo:
Mosto
Sua quantidade no meio de cultivo será uma
função de quanto se deseja produzir de
microrganismo, ou de produto, levando em
conta a relação estequiométrica entre
substrato e quantidade possível de se
produzir de células ou de produto. No entanto
não se pode ter um mosto com concentrações
elevadas de substrato, pois, nestas
condições, pode se tornar inibitório para o
crescimento microbiano.
Mosto
Tipos de Mosto:
Meios naturais: (sucos de uvas, leite, caldo de
cana, etc);
Meios sintéticos: (meios quimicamente definidos);
Alguns substratos: (açúcares, melaços, soro de
leite, celulose, amido, resíduos como liquor
sulfítico e água de maceração
de milho, metanol, etanol, alcanos, óleos e
gorduras, etc.)
Classificação dos processos de
fermentação descontínua
Os processos de fermentação descontínua
podem ser classificados de três formas
diferentes:
Dorna recebendo um inóculo,
Processos com recirculação de
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Processo por meio de cortes.
Classificação dos processos de
fermentação descontínua
Dorna recebendo um inóculo:
Cada dorna recebe um microrganismo
propagado a partir de uma cultura pura;
Poucos riscos de contaminação;
É indicado para fermentações com meios ricos e
passíveis de contaminação.
Classificação dos processos de
fermentação descontínua
Processos com recirculação de
microrganismos:
Reaproveitamento do inóculo da cultura anterior;
Espera-se que o microrganismo sedimente
(cerveja), ou centrifuga-se o meio fermentado
(álcool);
Aumento no risco de contaminação em cada
nova batelada;
Necessidade de tratamento da suspensão de
células, com água e ácido sulfúrico, eliminando
contaminantes e leveduras em degeneração.
Classificação dos processos de
fermentação descontínua
Processo por meio de cortes:
Inicia-se o processo normalmente em uma Dorna
A, quando a fermentação atinge a fase adequada
passa-se a metade do volume da Dorna A, para
uma Dorna B, até então vazia, e então se
completa o volume das duas dornas;
Os cortes podem ser feitos na fase de
crescimento mais ativa, ou no final da
fermentação;
Eles podem ser feitos sucessivamente, mas
podem sofrer sérias quedas no rendimento do
Número de dornas
Tendo em vista, o alto custo de um fermentador,
bem como aperfeiçoar o espaço que ocupa, é
necessário definir o número de dornas para uma
empresa produzir o que deseja.
Número de dornas
F = vazão média de líquido fermentado que deve
ser fornecido ininterruptamente ao setor de
tratamentos finais;
t1 = tempo necessário para que o conteúdo de
uma dorna fermente completamente;
V= capacidade útil de cada dorna;
D =número de domas, de capacidade útil V,
necessário para garantir a vazão F de líquido
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td = tempo necessário para se descarregar uma
dorna;
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Número de dornas
O valor da vazão F depende dos seguintes
fatores:
a) da quantidade de produto final que se deseja
obter na unidade de tempo;
b) do rendimento dos tratamentos finais que
devem conduzir ao produto desejado;
c) da concentração do produto final no líquido
fermentado que, por sua vez, é função do
processo de fermentação.
Número de dornas
Se indicarmos com M a massa de produto final
que interessa produzir em um tempo t, com r o
rendimento dos tratamentos finais e com C a
concentração de produto final no líquido
fermentado:
Número de dornas
O valor médio de t1, por sua vez, depende do
processo de fermentação, enquanto que o tempo
de descarga td pode ser calculado por:
A capacidade útil de cada dorna depende do
fabricante. Para o dimensionamento da dorna,
propõe-se que te = td.
Essa igualdade facilita a avaliação de D e pode
ser, obedecida na prática industrial.
Número de dornas
Consideremos uma doma, que será chamada de
doma número 1, em início de trabalho; no intervalo de
tempo te=td, ela será limpa e carregada; decorrido
um intervalo de tempo t1, o líquido nela contido
estará completamente fermentado e, após outro
intervalo de tempo td, ela se encontrará vazia e em
condições de reiniciar seu ciclo de trabalho.
Para que não haja interrupção de fornecimento de
material fermentado ao setor dos tratamentos finais,
quando terminar a descarga da doma número 1
deverá existir outra (que será indicada por doma
número 2) pronta para ser descarregada. Quando a
doma número 2 tiver sido descarregada, deverá
existir uma terceira em condições de iniciar sua
Número de dornas
Número de dornas
Deverá existir, portanto, um intervalo de tempo td
separando o início de funcionamento de duas
dornas consecutivas. Nessas condições,
tomando-se convencionalmente como instante
zero o·início de trabalho da dorna número 1, a
doma D deverá começar a funcionar no instante
(D-l)td.
A última expressão em verde nos permite calcular
o número de domas, desde que se conheça F, V
e tf.
Referências Adicionais
http://www.ifsc.usp.br/~ilanacamargo/FFI0740/aul
a7.pdf
http://www.ebah.com.br/content/ABAAAA7wAAF/f
ermentacao-descontinua-x-continua
http://www.debiq.eel.usp.br/~joaobatista/fermenta
caoDEScontinua.pdf

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Fermentação descontínua: introdução e classificação

  • 1. Docente: Prof. José Roberto Tavares Discente:Giullyanno de O. Felisberto Fermentação Descontínua UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA DEPARTAMENTO DE QUÍMICA Cuiabá – MT Junho/2014
  • 2. Introdução As fermentações descontínuas São também conhecidas por fermentações por batelada ou processo descontínuo de fermentação. Neste tipo de processo fermentativo há a inoculação e a incubação do microrganismo desejado em uma solução nutriente esterilizada, de tal forma a permitir que a fermentação ocorra em condições ótimas. Nada é adicionado além de oxigênio (processo aeróbio), ácido ou base (controle de pH) ou antiespumante. Ao fim da fermentação ocorre o descarregamento da dorna e o fermentado segue para tratamentos finais. A dorna é então lavada e esterilizada para ser utilizada novamente.
  • 3. Introdução Entre as características deste tipo de fermentação pode-se citar: Apresenta menores risos de contaminação, em comparação ao processo contínuo de fermentação; Condições de controle mais simples; Grande flexibilidade de operação; Possibilidade de realizar fases sucessivas no mesmo recipiente; Capacidade de identificar todos os materiais relacionados ao processo;
  • 4. Introdução Se não houver adição de soluções para controle do processo, nem perda de líquido por evaporação, o volume no decorrer da fermentação permanece constante; A fermentação descontínua pode levar a baixos rendimentos e/ou produtividade, caso o substrato adicionado no início da fermentação exercer efeitos de inibição, repressão, ou desviar o metabolismo celular a produtos que não interessam.
  • 5. Inóculo Inóculo, pé-de-cuba ou pé-de-fermentação é o volume de suspensão de microrganismo de concentração adequada para garantir, em condições econômicas, a fermentação do volume do mosto. Figura 1 – inóculo de micorrizas micelio
  • 6. Inóculo Para que se obtenha um inóculo com capacidade produtiva elevada, deve-se realizar a sua manutenção até sua propagação. Cria-se cepas do microrganismo com o objetivo de conservar sua viabilidade e capacidade reprodutiva, com o mínimo de divisões celulares para evitar mutações. Algumas destas técnicas de manutenção: Secagem em terra, areia ou sílica; Conservação em ágar inclinado, limitando o metabolismo e respiração microbiana; Congelamento em congeladores ou em nitrogênio líquido; Liofilização para remoção de água e células ou
  • 7. Inóculo Muitas empresas de fermentação possuem centros especializados que distribuem os microrganismos para suas fábricas localizadas nacionalmente ou, mesmo, internacionalmente. Paralelamente, fazem testes de viabilidade, de estabilidade genética, além de empregar metodologias para melhoramento genético.
  • 8. Inóculo Figura 2 – Representação esquemática do preparo do inóculo
  • 9. Mosto O meio de cultura na fermentação industrial é chamado de mosto, ou meio de fermentação.Ele influencia nas condições ótimas para o crescimento do microrganismo e formação do produto desejado, condições estas como pH, temperatura, nível de oxigênio dissolvido, entre outras. Deve possuir nutrientes requeridos para o crescimento celular: Elementos principais: (C, H, O, N);„ Elementos secundários: (P, K, S, Mg); Vitaminas e hormônios; Traços de elementos: (Ca, Mn, Fe, Co, Cu, Zn).
  • 10. Mosto Além disso, a composição do meio deve levar em conta a composição celular do microrganismo:
  • 11. Mosto Sua quantidade no meio de cultivo será uma função de quanto se deseja produzir de microrganismo, ou de produto, levando em conta a relação estequiométrica entre substrato e quantidade possível de se produzir de células ou de produto. No entanto não se pode ter um mosto com concentrações elevadas de substrato, pois, nestas condições, pode se tornar inibitório para o crescimento microbiano.
  • 12. Mosto Tipos de Mosto: Meios naturais: (sucos de uvas, leite, caldo de cana, etc); Meios sintéticos: (meios quimicamente definidos); Alguns substratos: (açúcares, melaços, soro de leite, celulose, amido, resíduos como liquor sulfítico e água de maceração de milho, metanol, etanol, alcanos, óleos e gorduras, etc.)
  • 13. Classificação dos processos de fermentação descontínua Os processos de fermentação descontínua podem ser classificados de três formas diferentes: Dorna recebendo um inóculo, Processos com recirculação de microrganismos, Processo por meio de cortes.
  • 14. Classificação dos processos de fermentação descontínua Dorna recebendo um inóculo: Cada dorna recebe um microrganismo propagado a partir de uma cultura pura; Poucos riscos de contaminação; É indicado para fermentações com meios ricos e passíveis de contaminação.
  • 15. Classificação dos processos de fermentação descontínua Processos com recirculação de microrganismos: Reaproveitamento do inóculo da cultura anterior; Espera-se que o microrganismo sedimente (cerveja), ou centrifuga-se o meio fermentado (álcool); Aumento no risco de contaminação em cada nova batelada; Necessidade de tratamento da suspensão de células, com água e ácido sulfúrico, eliminando contaminantes e leveduras em degeneração.
  • 16. Classificação dos processos de fermentação descontínua Processo por meio de cortes: Inicia-se o processo normalmente em uma Dorna A, quando a fermentação atinge a fase adequada passa-se a metade do volume da Dorna A, para uma Dorna B, até então vazia, e então se completa o volume das duas dornas; Os cortes podem ser feitos na fase de crescimento mais ativa, ou no final da fermentação; Eles podem ser feitos sucessivamente, mas podem sofrer sérias quedas no rendimento do
  • 17. Número de dornas Tendo em vista, o alto custo de um fermentador, bem como aperfeiçoar o espaço que ocupa, é necessário definir o número de dornas para uma empresa produzir o que deseja.
  • 18. Número de dornas F = vazão média de líquido fermentado que deve ser fornecido ininterruptamente ao setor de tratamentos finais; t1 = tempo necessário para que o conteúdo de uma dorna fermente completamente; V= capacidade útil de cada dorna; D =número de domas, de capacidade útil V, necessário para garantir a vazão F de líquido fermentado; td = tempo necessário para se descarregar uma dorna; te = tempo necessário para se limpar e carregar
  • 19. Número de dornas O valor da vazão F depende dos seguintes fatores: a) da quantidade de produto final que se deseja obter na unidade de tempo; b) do rendimento dos tratamentos finais que devem conduzir ao produto desejado; c) da concentração do produto final no líquido fermentado que, por sua vez, é função do processo de fermentação.
  • 20. Número de dornas Se indicarmos com M a massa de produto final que interessa produzir em um tempo t, com r o rendimento dos tratamentos finais e com C a concentração de produto final no líquido fermentado:
  • 21. Número de dornas O valor médio de t1, por sua vez, depende do processo de fermentação, enquanto que o tempo de descarga td pode ser calculado por: A capacidade útil de cada dorna depende do fabricante. Para o dimensionamento da dorna, propõe-se que te = td. Essa igualdade facilita a avaliação de D e pode ser, obedecida na prática industrial.
  • 22. Número de dornas Consideremos uma doma, que será chamada de doma número 1, em início de trabalho; no intervalo de tempo te=td, ela será limpa e carregada; decorrido um intervalo de tempo t1, o líquido nela contido estará completamente fermentado e, após outro intervalo de tempo td, ela se encontrará vazia e em condições de reiniciar seu ciclo de trabalho. Para que não haja interrupção de fornecimento de material fermentado ao setor dos tratamentos finais, quando terminar a descarga da doma número 1 deverá existir outra (que será indicada por doma número 2) pronta para ser descarregada. Quando a doma número 2 tiver sido descarregada, deverá existir uma terceira em condições de iniciar sua
  • 24. Número de dornas Deverá existir, portanto, um intervalo de tempo td separando o início de funcionamento de duas dornas consecutivas. Nessas condições, tomando-se convencionalmente como instante zero o·início de trabalho da dorna número 1, a doma D deverá começar a funcionar no instante (D-l)td. A última expressão em verde nos permite calcular o número de domas, desde que se conheça F, V e tf.