introduÇÃo aos processos fermentativos · – anaeróbios, aeróbios, facultativos • ar –...
TRANSCRIPT
INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS FERMENTATIVOS
Professora: Erika Liz
Características necessárias de Características necessárias de microrganismos para aplicação industrialmicrorganismos para aplicação industrial
� Apresentar elevada eficiência na conversão de nutrientes, deforma a reter elevada concentração do produto desejado no ca ldofermentado
� 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 ProcessoFermentativo
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.
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.
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.
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 carbonocom capacidade variável de acordo com a capacidadedo processo.
- Podem ser fechadas ou abertas:
- Abertas: apresentam perda acentuada pois, com aeliminação do CO 2 da fermentação, haverá um arrastede 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
Classificação da fermentação
• Quanto ao produto da fermentação
– Alcoólica
– Acética
– Propiônica
– Butírica
– Vitaminas
– Antibióticos
– Glicerina
– Ácido acético
– Acetona
Classificação da fermentação
• 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
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
• Fermentação semi-contínua
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
FERMENTAÇÃO - DORNAS
CENTRÍFUGA
DESTILAÇÃO
ÁGUAÁCIDO
TRATAMENTO DO FERMENTO
MOSTO
Fermentação Continua
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
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
FERMENTAÇÃO - DORNAS
Fermentação em meio Sólido
• Microrganismos Utilizados
– Leveduras
• crescem em substratos com atividade de água moderada
�Saccharomyces cerevisiae
�etanol
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
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
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
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
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
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
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
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
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
Biorreator de bancada
Fermentador de 300 litros
Fermentador de 1500 litros
Fermentador de 3000 litros