PROCESSOS FERMENTATIVOS

FERMENTAO

Fermentao o processo bioqumico em que os microrganismos retiram do meio em que vivem o material nutritivo de que necessitam, ao mesmo tempo em que, sob a ao cataltica de enzimas, produzem substncias das quais se utiliza a indstria.

2 Guerra Mundial (1939-1945) PENICILINA POR FERMENTAO.

NECESSIDADE DE SE

TRANSFERIR PARA ESCALA INDUSTRIAL A PRODUO DE

Penicillium (fungo)

ENGENHARIA BIOQUMICA - APLICAO DE CONHECIMENTOS DE ENGENHARIA QUMICA NA SOLUO DE PROBLEMAS QUE SE APRESENTAM NA EM IMPLANTAO LARGA DE PROCESSOS E EM SUA BIOTECNOLGICOS OTIMIZAO. ESCALA,

FERMENTAO: DO VERBO LATIN FERVERE, EBULIR, DESCREVENDO A APARNCIA DA AO DA LEVEDURA NO EXTRATO DE FRUTAS OU GROS DE MALTE. A PARNCIA DE EBULIO DEVIDA LIBERAO DE CO2, FORMANDO BOLHAS, CAUSADAS PELO CATABOLISMO ANAERBICO DOS ACARES PRESENTES NOS EXTRATOS.

FERMENTAOAs clulas vivas necessitam de energia para a realizao de suas funes vitais.

Degradam o combustvel celular.

FERMENTAO ou respirao celular

FERMENTAOFERMENTAO ALCOLICAenzimas C6H12O6 p 2 C2H5OH + 2 CO2 + ENERGIA (-)

RESPIRAOenzimas C6H12O6 + 6 O2 p 6 CO2 + 6 H2O + ENERGIA ( + )

FERMENTAO A Biotecnologia visa obter produtos metablicos a partir de material biolgico. O processo consiste em duas fases distintas e de igual importncia.

Fermentao: produo da substncia. Separao e purificao do produto.

FERMENTAO

Escolha de microrganismos Controle Escolha dos substratos Escolha da temperatura adequada Escolha do pH adequado

FERMENTAO As substncias resultantes dos processos de fermentao, de acordo com suas caractersticas, so transformadas em produtos. Quando so originados lcoois como produtos, estes so utilizados em bebidas alcolicas. Quando so originados cidos como produtos, estes so aproveitados para preparar iogurte, queijos, bebidas fermentadas e vegetais fermentados (picles, chucrute, azeitona).

FERMENTAO

Por bactriasActica Ltica Acetobutlica Propinica Glucnica

Por levedurasAlcolicas Glicricas

Por mofosAcido ctrico cido glucnico cido ltico cido fumrico Manitol

TIPOS E CARACTERSTICAS DE FERMENTAES EMPREGADAS NA INDSTRIA DE ALIMENTOS FERMENTAO LCTICA Microrganismos: Streptococcus lactis; Bacillus destrolacticus, delbrueckii, casei, bulgaricus, leishmanii; Streptobacterium. Substrato: glicose de milho, sacarose, soros de leite, melaos, lactose, hidrolisado de batata.

TIPOS E CARACTERSTICAS DE FERMENTAES EMPREGADAS NA INDSTRIA DE ALIMENTOS

FERMENTAO LCTICA

Produtos originados: Kefir, Lben, Iogurte, Coalhadas, Chucrute, Azeitona, Picles.

TIPOS E CARACTERSTICAS DE FERMENTAES EMPREGADAS NA INDSTRIA DE ALIMENTOS FERMENTAO ACTICA Microrganismos: Acetobacter aceti; Acetobacter xylinum; Acetobacter suboxidans; Acetobacter rancens; Acetobacter pasterianus; Acetobacter ascendens; Acetobacter acetigenum; Acetobacter melanogenus; Bacillus orgeanense; Bacillus schuetzenbachii.

TIPOS E CARACTERSTICAS DE FERMENTAES EMPREGADAS NA INDSTRIA DE ALIMENTOS FERMENTAO ACTICA Substrato: etanol em presena do cido actico, glicose, frutose, glicerol, manitol. Produtos originados: Vinagre.

TIPOS E CARACTERSTICAS DE FERMENTAES EMPREGADAS NA INDSTRIA DE ALIMENTOS FERMENTAO ALCOLICA Microrganismos: Sacharomyces cervisiae; Sacharomyces carlsbergensis. Substrato: sacarose, amido e celulose sacarificados. Produtos originados: cerveja, vinhos, bebidas alcolicas, po, lcool.

TIPOS E CARACTERSTICAS DE FERMENTAES EMPREGADAS NA INDSTRIA DE ALIMENTOS FERMENTAO PROPINICA Microrganismos: Propionibacterium thoeni; Clostridium propionicum; Micrococcus lactilicus; Propionivacerium thecnicum; Propionibacterium shermanii. Substrato: lactose, lactatos, cido ltico e glicerol. Produtos originados: queijo Ementhal e Gruyre.

TIPOS E CARACTERSTICAS DE FERMENTAES EMPREGADAS NA INDSTRIA DE ALIMENTOS FERMENTAO CTRICA Microrganismos: Aspergillus niger; Aspergillus clavatus; Penicillium luteum; Penicillium citrinum. Substrato: acares, glicose. Produtos originados: cido ctrico.

TIPOS E CARACTERSTICAS DE FERMENTAES EMPREGADAS NA INDSTRIA DE ALIMENTOS FERMENTAO GLUCNICA Microrganismos: Penicillium luteum; Acetobacter oxydans; Pseudomas fluorescens; Pseudomas ovalis; Acetobacter gluconicum. Substrato: glicose.

TIPOS E CARACTERSTICAS DE FERMENTAES EMPREGADAS NA INDSTRIA DE ALIMENTOS FERMENTAO GLUCNICA Produtos originados: cido glucnico e gluconatos utilizados na indstria de alimentos: estabilizador e para evitar rancificao; evita escurecimento de batatas fritas; acelerador de cura de embutidos.

TIPOS E CARACTERSTICAS DE FERMENTAES EMPREGADAS NA INDSTRIA DE ALIMENTOS PRODUO DE LPIDES Microrganismos: Penicillium javanicum; Penicillium aurantiobrunneum; Aspergillus flavus. Produtos originados: cidos olico, linolico e cido palmtico.

CLASSIFICAO DOS PROCESSOS FERMENTATIVOSFermentao com relao ao Oxignio Anaerbica: so processos que no utilizam oxignio. Em alguns processos pode haver oxignio, em outros pequenas quantidades so suficientes para inibir a biossntese do produto. Ex.: fermentao alcolica, lctica e acetobutlica.

CLASSIFICAO DOS PROCESSOS FERMENTATIVOSFermentao com relao ao Oxignio

Aerbica: so processos que necessitam de oxignio. Ex.: fermentao actica e ctrica.

CLASSIFICAO DOS PROCESSOS FERMENTATIVOSFermentao com relao ao Oxignio Sem aerao forada: o caso dos processos que no necessitam de anaerobiose estrita como a produo de etanol por Saccharomyces cerevisiae, ou de processos aerbicos onde a agitao suficiente para suprir o oxignio necessrio ao processo como a produo de cido ctrico.

CLASSIFICAO DOS PROCESSOS FERMENTATIVOSFermentao com relao ao OxignioCom aerao forada: o ar fornecido deve ser estril, sem umidade, sem leo etc. Utiliza-se ar comprimido. Em alguns casos, o ar fornecido deve ser enriquecido com O2 ou CO2. Quase todos os processos biossintticos possuem aerao forada. Processos anaerbicos que so inibidos com pequenas quantidades de oxignio devem sofrer aerao com nitrognio ou monxido de carbono at a saturao do ar e a eliminao do oxignio.

CLASSIFICAO DOS PROCESSOS FERMENTATIVOSFermentao com relao ao Crescimento Celular e Formao do Produto Processo associado: a formao do produto associada ao crescimento celular, isto , ocorrem ao mesmo tempo. So produtos do metabolismo primrio.

CLASSIFICAO DOS PROCESSOS FERMENTATIVOSFermentao com relao ao Crescimento Celular e Formao do Produto Processo semi-associado: embora a formao do produto tenha uma correlao com o crescimento celular, eles no ocorrem exatamente ao mesmo tempo, seja por desvio no metabolismo primrio para uma rota lateral, ou pelo tempo necessrio para fazer induo de enzimas especficas.

CLASSIFICAO DOS PROCESSOS FERMENTATIVOSFermentao com relao ao Crescimento Celular e Formao do Produto

Processo no-associado: quando as clulas atingem a fase estacionria, comea a formao do produto.

CLASSIFICAO DOS PROCESSOS FERMENTATIVOSFermentao com relao ao CultivoSuperfcie: feita em bandejas. O mosto colocado na bandeja e o microrganismo inoculado na superfcie. Muitas fermentaes com bolores so feitas dessa maneira. sempre um processo descontnuo, a quantidade fermentada no to grande, por questes de espao fsico, mas alguns microrganismos se adaptam melhor a este tipo de crescimento. Ex.: cido ctrico, cultivo de clulas animais para produo de vacinas.

CLASSIFICAO DOS PROCESSOS FERMENTATIVOSFermentao com relao ao Cultivo

Profundidade: os microrganismos crescem no interior da massa lquida. Tem necessidade de agitao para que ocorra maior contato de nutrientes com o microrganismo. Pode ser contnuo, descontnuo ou alimentado.

CLASSIFICAO DOS PROCESSOS FERMENTATIVOSFermentao com relao ao Metabolismo Assimilativa: ocorre sntese de produtos. Os produtos so sempre mais complexos que o substrato. Os produtos apresentam peso molecular maior que o do substrato. Ex.: sntese de vitaminas e antibiticos.

CLASSIFICAO DOS PROCESSOS FERMENTATIVOSFermentao com relao ao Metabolismo Desassimilativa: h degradao do substrato e o produto pode apresentar peso molecular maior ou menor que o substrato. Ex.: produo de cido ctrico (PM maior) a partir da glicose, fermentao lctica (PM menor) e fermentao alcolica (PM menor).

CLASSIFICAO DOS PROCESSOS FERMENTATIVOSFermentao com relao ao Regime do Processo Em batelada: tambm chamado de regime descontnuo. O mosto colocado de uma s vez com o inculo. Atingindo o mximo de produo, finalizado o processo e a dorna esvaziada, lavada e esterilizada. As velocidades de crescimento e de consumo do substrato variam. o tipo de processo mais utilizado na indstria.

CLASSIFICAO DOS PROCESSOS FERMENTATIVOSFermentao com relao ao Regime do Processo Contnuo: o substrato adicionado continuamente de modo que sua concentrao fique constante. Ao mesmo tempo, retira-se o mosto fermentado de modo que o volume total permanea constante. A velocidade do crescimento e de consumo do substrato so constantes e vo depender da concentrao do substrato limitante. Ex.: produo de cerveja, fermento de padaria a partir do melao etc.

CLASSIFICAO DOS PROCESSOS FERMENTATIVOSFermentao com relao ao Regime do ProcessoSemicontnuo: A primeira dorna periodicamente esvaziada e alimentada com inculo do microrganismo em estoque. O processo semicontnuo pode tornar-se contnuo se colocarmos vrias dornas em srie (at no mximo de 8 dornas). A primeira dorna funciona como o processo em batelada, aps um perodo de tempo adequado, em funo do crescimento celular, a primeira dorna sofre um corte, isto , retira-se uma quantidade de meio que utilizado para inocular a segunda dorna e assim por diante. Neste caso, teremos vrios fermentadores, cada um num estgio diferente de fermentao.

Esquema de uma fermentao de mltiplo estgio

CLASSIFICAO DOS PROCESSOS FERMENTATIVOSFermentao com relao ao Regime do ProcessoAlimentado: um processo descontnuo, semelhante ao de batelada, s que com o passar do tempo coloca-se o substrato em pequenas pores. Ex.: adio de um X de sacarose a cada Y horas durante a produo de biomassa de levedura. Este tipo de conduo de processo tem a vantagem de permitir um maior rendimento final, dentro da mesma batelada, ou de impedir a inibio da formao do produto desejado devido a concentraes iniciais elevadas de um substrato.

CLASSIFICAO DOS PROCESSOS FERMENTATIVOSFermentao com relao ao Grau de Esterilidade Estril: tambm chamada de assptica, conduzida em condies de absoluta esterilidade. Ex.: produo de antibiticos, vitaminas, acetona-butanol.

CLASSIFICAO DOS PROCESSOS FERMENTATIVOSFermentao com relao ao Grau de Esterilidade Semi-estril: fermentao semi-assptica onde feito um tratamento trmico para diminuir a contaminao do meio, mas a fermentao no conduzida de forma assptica. Ex.: produo de etanol.

CLASSIFICAO DOS PROCESSOS FERMENTATIVOSFermentao com relao ao Grau de Esterilidade No-estril: fermentao no-assptica onde a manipulao das prprias condies de fermentao (pH muito cido, temperaturas extremas, presso osmtica elevada) evitam a ocorrncia de contaminaes. Ex.: produo de cido actico e de iogurte.

CLASSIFICAO DOS PROCESSOS FERMENTATIVOSEQUIPAMENTOS

Propagadores: So utilizados para obter clulas. So pequenas dornas, podendo ter aerao e agitao.

CLASSIFICAO DOS PROCESSOS FERMENTATIVOSEQUIPAMENTOS: propagadores

Em pequena escala, os propagadores podem ser frascos Erlenmeyer colocados em agitadores orbitais (shaker), onde haver, obrigatoriamente, o controle de temperatura.

CLASSIFICAO DOS PROCESSOS FERMENTATIVOSEQUIPAMENTOS: propagadores Os propagadores menores (at 15 a 20 litros) podem ser de vidro, que tem a vantagem de ser inerte, permitir a visualizao do que ocorre no seu interior e resistir esterilizao.

CLASSIFICAO DOS PROCESSOS FERMENTATIVOSEQUIPAMENTOS: propagadores Os propagadores maiores (de 50 a 200 litros) possuem todos os controles que o fermentador propriamente dito tem. S so chamados assim porque so usados para crescer clulas e no para obteno do produto. Esses equipamentos tm sua carcaa de ao inoxidvel. Alguns so de cobre ou de outras ligas metlicas, mas possuem o inconveniente de ceder ons metlicos que, na maioria dos casos, agem inibindo o crescimento do microrganismo ou a formao do produto.

CLASSIFICAO DOS PROCESSOS FERMENTATIVOSFermentadores So dornas grandes com a finalidade de obteno do produto. Devem possuir todos os controles que permitam dar condies adequadas de crescimento ao microrganismo e monitorar a formao do produto.

CLASSIFICAO DOS PROCESSOS FERMENTATIVOSFermentadoresSistema de agitao: feito atravs de um eixo vertical no qual esto colocados hlices ou turbinas. Alguns fermentadores de desenho no usual possuem eixos horizontais, a rotao do eixo fornecida por fora motriz e registrada em r.p.m. O motor pode ser superior ou inferior ao equipamento dependendo de seu tamanho.

CLASSIFICAO DOS PROCESSOS FERMENTATIVOSFermentadoresAerao: o ar sob controle de fluxo e presso, aps passar pelo compressor, deve ser desumidificado, deve passar por um filtro comum e aps por um filtro esterilizante (algodo, fibra de vidro, ou membrana pregueada). O ar entra no fundo do fermentador atravs de um distribuidor de ar que regula o tamanho das bolhas de ar.

CLASSIFICAO DOS PROCESSOS FERMENTATIVOSFermentadores Temperatura: deve haver registrador de temperatura. Seu controle pode ser feito por serpentina ou camisa, por onde circula gua fria, quente ou vapor, conforme necessrio. Isso serve para manuteno da temperatura durante o processo fermentativo ao mesmo tempo que serve para a esterilizao do equipamento.

CLASSIFICAO DOS PROCESSOS FERMENTATIVOSFermentadores

Adio de inculo: deve haver um local que permita a adio do inculo e a de qualquer outra substncia que seja necessria.

CLASSIFICAO DOS PROCESSOS FERMENTATIVOSFermentadores pH: deve ter registrador de pH com bombas para adio automtica de cido ou base e reservatrio para armazenamento destas solues.

FERMENTAO LCTICA

FERMENTAO LCTICA Formao do cido lctico. Transformaes benficas: verificadas no leite, que possibiltam a criao de produtos derivados (coalhada, iogurte, queijo, etc). Transformaes indesejveis: verificadas no leite, que possibilitam a criao de produtos derivados (coalhada, iogurte, queijo, etc). cido lctico como meio de conservao: chucrute, azeitona, picles.

FERMENTAO LCTICAHOMOFERMENTATIVAS Uma pequena quantidade de substrato convertida em massa celular e subprodutos, enquanto a maior parte do substrato convertida em cido lctico.

FERMENTAO LCTICA

HETEROFERMENTATIVAS

Produzem um grande nmeros de produtos colaterais e no so utilizadas na indstria.

FERMENTAO LCTICA Obteno do cido lctico: a biossntese ocorre a partir da glicose de milho, melaos e soros. Dois mols de lactato so produzidos a partir de um mol de glicose ( 90 % de rendimento terico). Obteno dos ismeros L e D.

FERMENTAO LCTICA Temperatura: depende do microrganismo utilizado como inculo. Oxignio: microrganismos utilizados so anaerbios. pH: cido (5,8 6,0). Adio de carbonato de clcio para o controle.