Aula 4-introducao-aos-processos-fermentativos

INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS
FERMENTATIVOS
Professora: Erika Liz

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

Obtenção do microorganismo
• Isolamento de
novas linhagens a
partir de frutas,
terra, leite, mofo
de pão, etc...
CULTURA
PURA

• 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

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

Tipos de meio de cultura
• Meios complexos
• Meios sintéticos
• Meios seletivos
• Meios diferenciais
• Meios Líquidos
• Meios Sólidos

Meio de cultura Microrganismo
Otimização do Processo
Fermentativo

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

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.

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.

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.

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

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

• 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.

Classificação da fermentação
• Quanto ao material a fermentar
–Açúcares – carboidratos
–Celulose
–Pectina
–albumina

• Quanto ao produto da fermentação
– Alcoólica
– Acética
– Propiônica
– Butírica
– Vitaminas
– Antibióticos
– Glicerina
– Ácido acético
– Acetona

• Quanto ao agente fermentador
– Leveduras
• Alcoólica, glicerina, vitaminas
– Bactérias
• Láctica, acética, propiônica, acetona
– Fungos (mofo)
• Cítrica, antibióticos, glucônica

Classificação dos processos
fermentativos
• Fermentação descontínua, por batelada ou
processo descontínuo de fermentação;
• Fermentação semicontínua
• Fermentação contínua

• Fermentação descontínua ou batelada

• Fermentação descontínua alimentada

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

• Fermentação semi-contínua

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

CENTRÍFUGA
DESTILAÇÃO
ÁGUAÁCIDO
TRATAMENTO DO FERMENTO
MOSTO
Fermentação Continua

• 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

Fermentação em meio Sólido
• Microrganismos Utilizados
– Bactérias
• crescem em substratos com elevada atividade de água
Bacillus thuringiensis
bioinseticidas
Zymomonas mobilis
etanol
Acetobacter aceti
vinagre

– Leveduras
• crescem em substratos com atividade de água moderada
Saccharomyces cerevisiae
etanol

– 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

• 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

• 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

• 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

–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

–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

–pH
• difícil controle devido à natureza do meio de
cultivo
–Meios
»boa capacidade tamponante
–uso de solução tampão
»umidificação do substrato

– Agitação
• velocidade e freqüência
• Homogeneização
– inóculo, umidade, ar, temperatura substrato
– fragmentação do micélio
» crescimento e formação de esporo

– 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

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