Introdução Ao Processo Fermentativo

7/22/2019 Introduo Ao Processo Fermentativo

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INTRODUO AO PROCESSOINTRODUO AO PROCESSOFERMENTATIVOFERMENTATIVO

PROCESSO ENZIMTICO: PROCESSO NO QUAL A

CONVERSO DE SUBSTRATO EM PRODUTO OCORRE PORAO DE UMA ENZIMA PURA, POR MISTURAS DE ENZIMAS,OU AINDA POR ENZIMAS IMOBILIZADAS EM CLULASMORTAS.

PROCESSO FERMENTATIVO: PROCESSO NO QUAL OAGENTE DE CONVERSO DE SUBSTRATO EM PRODUTO UMA CLULA VIVA. CABE SALIENTAR QUE, A CONVERSOOCORRE POR AO DE DETERMINADAS ENZIMASPRESENTES NO ORGANISMO VIVO.

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DE FORMA GERAL UM PROCESSOFERMENTATIVO PODE SER DIVIDIDO EM

TRS ETAPAS BSICAS UPSTREAM: ENVOLVE A SELEO DO MICRORGANISMO EPREPARO DO INCULO, PREPARO DO MEIO DE CULTURA(MATRIAS-PRIMAS) E SUA ESTERILIZAO.

FERMENTAO: CONVERSO DO SUBSTRATO EMPRODUTO.

DOWNSTREAM: OPERAES FINAIS PARA A RECUPERAODO PRODUTO. ENVOLVE A SEPARAO DA CLULA DO MEIO(EM ALGUNS CASOS O SEU ROMPIMENTO), O ISOLAMENTODO PRODUTO, SUA PURIFICAO E CONCENTRAO).

CADA UMA DESSAS ETAPAS ENVOLVEM UMA DIVERSIDADE

DE PROCEDIMENTOS, CONFORME ILUSTRADO NA FIGURA ASEGUIR.

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ESQUEMA GERAL DE UM PROCESSOFERMENTATIVO


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MEIO DE CULTIVODEVE CONTER TODOS OS NUTRIENTES NECESSRIOS PARA

QUE O MICRORGANISMO SE DESENVOLVA

CARACTERSTICAS QUE DEVEM SER CONSIDERADAS NAESCOLHA DO MEIO

SER O MAIS BARATO POSSVEL; ATENDER S NECESSIDADES NUTRICIONAIS DO MICRORGANISMO; AUXILIAR NO CONTROLE DO PROCESSO: SER LIGEIRAMENTE

TAMPONADO, O QUE EVITARIA VARIAES BRUSCAS DE pH, OUEVITAR A FORMAO DE ESPUMA;

NO PROVOCAR PROBLEMAS NA RECUPERAO DO PRODUTO; TER COMPOSIO RAZOAVELMENTE FIXA; NO CAUSAR DIFICULDADES NO TRATAMENTO FINAL DO

EFLUENTE; OS COMPONENTES DEVEM PERMITIR ALGUM TEMPO DE

ARMAZENAGEM, A FIM DE ESTAREM DISPONVEIS TODO O TEMPO.

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O MEIO DEVE ATENDER AS NECESSIDADESNUTRICIONAIS DO MICRORGANISMO E ESTAR EM

CONDIES IDEAIS PARA O DESENVOLVIMENTO DOMESMO

FONTE DE CARBONO (ENERGIA): GLICOSE, FRUTOSE,SACAROSE, AMIDO, CELULOSE, ETC.

FONTE DE NITROGNIO: (NH4)2SO4 (REDUO DE pH);(NH4)2HPO4, AMINOCIDOS OU URIA.

FONTE DE FSFORO: FOSFATOS SOLVEIS (MONOAMNIOFOSFATO, DIAMNIOFOSFATO). TAMBM SERVE COMOFONTE DE NITROGNIO.

OUTROS ELEMENTOS EM QUANTIDADES REDUZIDAS NAFORMA DE SEUS SAIS SOLVEIS: Na, K, Ca, Mg, Mn, Co, ETC.

FATORES DE CRESCIMENTO (ALGUNS AMINOCIDOSESPECFICOS E VITAMINAS).

pH E TEMPERATURA COMPATVEIS COM OMICRORGANISMO.

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OS MEIOS DE CULTURA PODEM SER CLASSIFICADOS EM;

SINTTICOS: POSSUEM COMPOSIO QUMICA DEFINIDA.

COMPLEXOS: MEIOS SINTTICOS QUE PARA ATENDER ASNECESSIDADES DE MICRORGANISMOS MAIS EXIGENTESTIVERAM A ADIO DE MATERIAIS COMPLEXOS E DECOMPOSIO QUMICA NO CONHECIDA (EXTRATO DELEVEDURA, EXTRATO DE CARNE, EXTRATO DE MALTE,PEPTONA-HIDROLISADO DE PROTENA).

NATURAIS: SO MATRIAS-PRIMAS DE COMPOSIOQUMICA DESCONHECIDA, PODENDO-SE SABER OS TEORESDE ACARES DISPONVEIS, NITROGNIO, FSFORO, MASNO SE CONHECEM OS TEORES DOS SAIS MINERAIS(CALDO DE CANA DE ACAR, MELAOS, FARINHASDIVERSAS, GUA DE MACERAO DE MILHO, ETC).


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MEIOS SINTTICOS:

VANTAGENS: PELO FATO DE SE CONHECER SUA COMPOSIOQUMICA, PODE-SE SUPRIR MELHOR AS NECESSIDADES DOMICRORGANISMO.

DESVANTAGENS: ELEVADO CUSTO

MEIOS NATURAIS:

VANTAGENS: BA IXO CUSTO,; GRANDE DISPONIBILIDADE.

DESVANTAGENS: NO CONHECIMENTO EXATO DE SUA COMPOSIOQUMICA; PODEM CAUSAR PROBLEMAS ADICIONAIS NARECUPERAO E PURIFICAO DO PRODUTO FINAL E PROBEMASNO TRATAMENTO DAS GUAS RESIDUAIS. NO ENTANTO, AINDACONTINUAM A SER AS MATRIAS-PRIMAS PREFERIDADAS EMGRANDE NMERO DE CASOS.

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ESTERILIZAO DO MEIO DE CULTURA

EM MUITOS PROCESSOS FERMENTATIVOS, A PRESENA DEMICRORGANISMOS ESTRANHOS DENOMINADOS GENERICAMENTE,CONTAMINANTES, PODE LEVAR A PREJUZOS CONSIDERVEIS.

PODE CONSUMIR NUTRIENTES DO MEIO, COMPETINDO DESTAFORMA COM O MICRORGANISMO RESPONSVEL PELAFERMENTAO.

PRODUZIR ENZIMAS QUE PASSAM A DECOMPOR O PRODUTO DEINTERESSE.

EX: NA PRODUO DE PENICILINA, OS CONTAMINANTES PODEMPRODUZIR PENICILINASE, ENZIMA QUE DECOMPE A PENICILINA,RESULTANDO MEIOS FERMENTADOS COM BAIXA OU MESMO NULACONCENTRAO DO ANTIBITICO.

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SENDO ASSIM, SE FAZ NECESSRIO A ESTERILIZAO DO MEIO DECULTURA.

INDUSTRIALMENTE O PROCESSO MAIS EMPREGADO O DEESTERILIZAO POR VAPOR, OU CALOR MIDO.

A FACILIDADE DE OBTENO, DE MANUSEIO, SUA EFICCIA E CUSTORELATIVAMENTE BAIXO EXPLICAM O SEU USO FREQUENTE.

O VAPOR PRODUZIDO EM CALDEIRAS E DISTRIBUDO POR DUTOS DE AO

GALVANIZADO OU A O INOXIDVEL, ISOLADOS TERMICAMENTE.

TUBULAES E FERMENTADORES, VAZIOS OU CARREGADOS COM MEIO DECULTURA, SO USUALMENTE ESTERILIZADOS POR CALOR MIDO.

O CALOR MIDO MATA OS MICRORGANISMOS, PRINCIPALMENTE PELADESNATURAO IRREVERSVEL DE SUAS PROTENAS, DESTRUINDOPORTANTO ELEMENTOS ESSENCIAIS PARA A SOBREVIVNCIA EMULTIPLICAO CELULAR, COMO ENZIMAS E MEBRANAS CELULARES.

TRATA-SE DE UM MTODO QUE ASSOCIA A TEMPERATURA ELEVADA AOALTO GRAU DE UMIDADE.


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O MEIO DE CULTURA PODE SER ESTERILIZADO DENTRO DOPRPRIO FERMENTADOR: PROCESSO EM BATELADA

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ESTERILIZAO DO MEIO DE CULTURA POR MTODODESCONTNUO

NO PROCESSO DESCONTNUO, O MEIO COLOCADO NOFERMENTADOR E, A SEGUIR, AQUECIDO COM VAPOR;

NESSAS CONDIES ESTERILIZAM-SE SIMULTANEAMENTE O MEIOE O FERMENTADOR;

O AQUECIMENTO DO SISTEMA PODE SER EFETUADO, QUER PORBORBULHAMENTO DIRETO DE VAPOR NO MEIO (VAPOR DIRETO),QUER PASSANDO-SE VAPOR POR UMA SERPENTINA MERGULHADANO MEIO OU POR UMA CAMISA QUE ENVOLVE O FERMENTADOR(VAPOR INDIRETO).

O AQUECIMENTO COM VAPOR DIRETO ACARRETA, OBVIAMENTEDILUIO DO MEIO (DA ORDEM DE 10 A 15%), COMOCONSEQUNCIA DA CONDENSAO DO VAPOR INJETADO.

NESTE TIPO DE ESTERILIZAO DISTINGUE-SE TRS FASES:

AQUECIMENTO, ESTERILIZAO E RESFRIAMENTO.

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O MEIO DE CULTURA PODE SER ESTERILIZADO PELASUA PASSAGEM ATRAVS DE TUBULAOES

ENCAMISADAS: MTODO CONTNUO


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ESTERILIZAO DO MEIO DE CULTURAPOR MTODO CONTNUO

O MEIO RECENTEMENTE PREPARADO ENVIADO POR MEIODE BOMBAS AO TROCADOR DE CALOR (TUBOSTERMICAMENTE ISOLADOS POR ONDE CIRCULA VAPOR

SUPER AQUECIDO);

O MEIO PERCORRE O TUDO DIMENSIONADO DE MODO QUEO TEMPO DE RESIDNCIA DO MEIO NO TUBO SEJA IGUAL AOTEMPO DE ESTERILIZAO;

O MEIO J ESTERILIZADO, MAS AINDA A UMATEMPERATURA MUITO ALTA, PASSA POR TROCADORES DECALOR PARA QUE SEJA RESFRIADO;

O MOSTO J ESTERILIZADO E NA TEMPERATURA DEFERMENTAO, ENTO ENVIADO AO FERMENTADOR.

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COMPARATIVO ENTRE AS DUAS TCNICAS

MTODO DESCONTNUO

VANTAGENS:

ESTERILIZA SIMULTANEAMENTE O MEIO E OFERMENTADOR;

REDUO NO PERIGO DE CONTAMINAO OCASIONADOPOR OPERAES DE TRANSFERNCIAS.

DESVANTAGENS:

ELEVADO CONSUMO DE VAPOR;

PROBLEMAS DE CORROSO;

TEMPO NO PRODUTIVO;

MANUTENO DO MEIO EM ELEVADA TEMPERATURADURANTE LONGO PERODO DE TEMPO, FAVORECE AOCORRNCIA DE REAES QUMICAS INDESEJVEIS QUEPODERO PROVOCAR ALTERAES NO MEIO.

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COMPARATIVO ENTRE AS DUAS TCNICAS

MTODO CONTNUO

VANTAGENS:

POR SE TRABALHAR A TEMPERATURAS MAIS ELEVADAS, ETAMBM POR SEREM MUITO RPIDAS AS OPERAES DE

AQUECIMENTO E RESFRIAMENTO DO MOSTO, O TEMPO DEPERMANNCIA DO MEIO EM ALTA TEMPERATURA

RELATIVAMENTE PEQUENO, O QUE ACARRETA MENORDESTRUIO DOS NUTRIENTES;

A NO CONTAMINAO METLICA DO MOSTO DEVIDO ACORROSO DO FERMENTADOR;

ECONOMIA DE VAPOR E GUA DE RESFRIAMENTO;

PODE SER UTILIZADOS NOS PROCESSOS DE COZIMENTO ESACARIFICAO DE MATRIAS-PRIMAS AMILCEAS;


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O PREPARO DO INCULO

FONTES DE MICRORGANISMOS DE INTERESSE:

ISOLAMENTO A PARTIR DE RECURSOS NATURAIS (GUA, AR ESOLO);

COMPRA EM COLEES DE CULTURA (COLEO DE CULTURASTROPICAL CAMPINAS); OBTENO DE MUTANTES NATURAIS; ENGENHARIA GENTICA;

SELEO DE MICRORGANISMO PARA USO INDUSTRIAL:

ISOLAMENTO E IDENTIFICAO DE MICRORGANISMO COMATIVIDADE DESEJADA PELA EMPRESA;

MELHORAMENTO DA ESTIRPE (MELHORAR O RENDIMENTO DOPROCESSO; PRODUTO DE MELHOR QUALIDADE; NOVOSPRODUTOS);

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AS ESTIRPES SELECIONADAS DEVEM SER CONSERVADAS EPATENTEADAS (LIOFILIZAO, CONGELAMENTO A -70oC,TRANSFERNCIA PERIDICA DE MEIO);

CARACTERSTICAS DESEJVEIS DO MICRORGANISMO

APRESENTAR ELEVADA EFICINCIA NA CONVERSO DOSUBSTRATO EM PRODUTO;

PERMITIR O ACMULO DO PRODUTO NO MEIO; NO PRODUZIR SUBSTNCIA INCOMPATVEIS COM O

PRODUTO;

APRESENTAR CONSTNCIA QUANTO AO COMPORTAMENTOFISIOLGICO;

NO SER PATOGNICO;

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NO EXIGIR MEIOS DE CULTURA DISPENDIOSOS;

PERMITIR A RPIDA LIBERAO DO PRODUTO PARA OMEIO;

NO EXIGIR CONDIES DE PROCESSOS MUITOCOMPLEXAS;

EXEMPLO CLSSICO A SNTESE DE ETANOL PORSaccharomyces cerevisiae.

C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2


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ETAPAS ENVOLVIDAS NO PREPARO DO INCULO

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OPERAES DE DE TRANSFERNCIAS TRANSFERNCIA DO CONTEDO DO FRASCO CONTENDO O

INCULO PROVENIENTE DO LABORATRIO PARA O TANQUEGERMINADOR SEGUE O ESQUEMA:

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TRANSFERNCIA DE TANQUE A TANQUE


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ESTERILIZAO DO FERMENTADOR

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RETIRADA DE AMOSTRA

vapor

A

C

B

Fermentador

Tipo I

Motor

No esquema representado pelo ti po I tem-se que a retirada de amostra se d pelaparte lateral e inferior do fermentador.Durante toda a fermentao a vlvula Apermanece fechada e as vlvulas B e Cficam abertas atravs das quais flui vaporde gua. No momento da amostragem avlvula B fechada e a A aberta,obtendo-se, assim, a amostra desejada.Neste tipo de amostragem o fluxo deamostra impelido pela gravidade.

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RETIRADA DE AMOSTRA

No esquema representado pelo tipo I I temse que a retirada de amostra ocorrepela parte superior do fermentador.Durante toda a fermentao a vlvulaA permanece fechada e as vlvulas B

e C ficam abertas atravs das quaisflui vapor de gua. No momento daamostragem a vlvula B fechada e aA aberta, obtendo-se, assim, aamostra desejada. Neste tipo deamostragem o fluxo de amostra impelido pela presso positivareinante no interior do fermentador.

CA

B

Fermentador

Tipo II

vapor

Motor


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REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

LIMA, U. A.; AQUARONE, E.; BORZANI, W.;

SCHMIDELL, W. Biotecnologia Industrial. SoPaulo, Edgard Blcher, v. 2, 2001.

VITOLO, M. Apostila: Tpicos de BioqumicaIndustrial, parte 2. So Paulo, 2000.

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