fermentação

1. Processos Fermentativos Industriais
•Etanol
•Ácido cítrico
•Antibióticos
•Enzimas
•Fermento biológico

2. 1- ETANOL
1.1 Microrganismos
- Saccharomyces cerevisiae (levedura)
- Zymomonas mobilis (bactéria)
Processos industriais: Saccharomyces cerevisiae

3. 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

4. 1- ETANOL
Necessário obter:
do Amido  glicose
do 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

5. 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

6. 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

7. 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)

8. 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

9. 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

10. 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

11. 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

12. 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
- Fungos
Ex. fungos Penicillium chrysogenum e Penicillium
notatum – Antibiótico a Penicilina e Penicillium
chrysogenum – Antibiótico a ampicilina
3- ANTIBIÓTICOS

13. 3.2 – Métodos de produção
Meio 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

14. 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

15. 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

16. 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

17. 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

18. 4.3 – Recuperação do produto
Etapas envolvidas na recuperação e processamento pós fermentação.
4- ENZIMAS MICROBIANAS

19. 4.3 – Recuperação do produto
Etapas de separação e purificação
Finalidade: Remover substâncias tóxicas
OBS.: 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 vácuo
Solução 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

20. 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.

21. 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