Processos Industriais Bioquímicos_Aula 04

8/19/2019 Processos Industriais Bioquímicos_Aula 04

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Crescimento microbiano



• Es c h e r ic h i a c o l i : bactéria bacilar Gram-negativa, anaeróbica facultativa e que nãoproduzem esporos

Escherichia coli nomicroscópio,

ampliada 10.000vezes.

http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:E_coli_at_10000x.jpg



• Aspergillus niger : incubação (fontes denutrição: açúcar e nitrogênio).



•

A relação entre o número de células e degerações pode ser expressa em uma série deequações matemáticas:

–

sendo a população inicial = N 0• 1ạ geração N = N 0 x 2 1

• 2ạ geração N = N 0 x 2 2

• 3ạ geração N = N 0 x 2 3

• n ạ geração N = N 0 x 2 n

população final (N) = N 0 x 2 n

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Superfície



CONTROLE MICROBIANO



CONTROLE MICROBIANO

AÇÕES DOS AGENTES:• Alteração na permeabilidade

da membrana• Danos às proteínas e aosácidos nucléicos

Controlar: destruir, inibir ou remover. Agentes físicos e químicos que podem ser utilizados para manter os microrganismos em níveisaceitáveis



Condições que Afetam a Atividade de umAgente de Controle Microbiano

Tamanho da população

intensidade ou concentração do agente

tempo de exposição

temperatura do ambientenatureza do meio: umidade, pH...

tipo de microrganismo



Métodos Físicos doControle Microbiano Métodos Químicos doControle Microbiano

Calor: úmido e seco

Filtração

Baixas temperaturas

Alta pressão

Dessecação

Pressão osmóticaRadiação

Antimicrobianos□ Fenol e compostos fenólicos□ Bifenóis□ Halogênios (iodo e cloro)□ Álcoois□ Quaternário de amônio

CONTROLE MICROBIANO

O método de escolha depende do tipo de material que contém omicrorganismo



ASPECTOS FUNDAMENTAIS DOS AGENTES FÍSICOS E QUÍMICOS 1. Padrão de morte em uma população microbiana

Morte = perda da capacidade de reprodução

2. Condições que influenciam a atividade antimicrobianaQuanto maior a população microbiana, mais tempo para destruição;Quanto menor a concentração de antimicrobiano, mais tempo para

destruir;Quanto maior o tempo de exposição, maior o número de células mortas;Quanto mais alta a temperatura, mais rápido ocorrerá a morte;Natureza do material que contém os microrganismoCaracterísticas dos microrganismos que estão presentes

3. Mecanismo de destruição das células microbianasMecanismo de ação

Pré determinar as condições sob as quais atuará com mais eficiência Espécies de microrganismos mais susceptíveis



Agentes Físicos - Temperatura1. Calor Úmido• Mais eficiente que o calor seco (menos tempo e menor

temperatura)• Causa oxidação dos constituintes orgânicos da célula

(queima lentamente)• Esporos bacterianos: formas mais resistentes de vida

–

Células vegetativas de bactérias –

T= 5-10 min a 60-70 °

C – Células vegetativas de fungos – T= 5-10 min a 50-60 °C – Esporos de fungos – T= 5-10 min a 70-80 °C

• Desnaturação de Proteínas: Dissolvelipídeos



Água Fervente: água levada ao ponto de ebulição (100 °C)- células vegetativas x esporos

Vapor d'água - AutoclaveSob pressão (autoclavagem) – 121 ° C a 1,1 kg cm -2

- rápido aquecimento- grande penetração

Temperaturas abaixo do ponto de ebulição:Pasteurização - 62,8 ºC/30min ou 72 ºC/ 15s



Agentes Físicos - Temperatura2. Calor Seco• Calor seco ou ar quente em temperaturas suficientemente

altas levam os microrganismos à morte.• Causa desnaturação e coagulação das proteínas vitais e

enzimas• Leva mais tempo que o calor úmido• Usado para materiais que não podem ser esterilizados por

calor úmido

3. Incineração• Utilizada em alça ou agulhas de semeaduras

bacteriológicas no bico de Bunsen



Agentes Físicos - Temperatura



Agentes Físicos - Radiações• Energia na forma de ondas eletromagnéticas• Quanto maior o comprimento de onda - menor o conteúdo

energético• Radiações de alta energia (comprimento de onda baixo) –

provocam a morte das células - raios X, gama e luz UV

1 - Radiação Ionizante:

• Alta energia - causam ionização das moléculas formando radicaislivres que são altamente reativos e destroem compostos celularescomo o DNA e proteínasEx.: raios X e raios gama.

• Alto poder de penetração – esterilizaçaão de alimentos eequipamentos médicos



Agentes Físicos - Radiações

Radiação Não-Ionizante• Radiação UV: excita os elétrons - resultando em

uma molécula que reage diferente dasmoléculas não-irradiadas.

• Provoca danos no DNA da célula• Lâmpadas especiais: emitem luz UV com

comprimento de onda microbicida são utilizadaspara matar microrganismos• Esterilização de superfícies



Sensibilidade de Microrganismos e de Funções Biológicas àRadiação

Gray (Gy) representa a quantidadede energia de radiação ionizanteabsorvida (ou dose) por unidade demassa, onde:1 Gy = 1kg.m-2 s -2



Agentes Físicos - Filtrações• Membranas filtrantes: esterilização, separaçãode diferentes tipos de microrganismos e para

coletar amostras microbianas

• Tamanho dos poros que retem ou não osmicrorganismos : – Bactérias - 0.5 a 1.0 µm (geral) – Leveduras - 1.0-5.0 µm x 5-30 µm – Alguns tamanhos de poros comerciais : 0.25 µm ;

0.45 µm ; 0.5 µm ; 1 µm



Fonte: Madigan et al., 2004, 2010. Microbiologia de Brock

Membranas Filtrantes



Filtro de profundidade(Fibras de papel ou deborossilicato)

Filtros Microbiológicos

Filtro Nucleoporo(Filmes depolicarbonato)

Membrana Filtrante(Acetato de celulose,nitrocelulose ou

polissulfona)Fonte: Madigan et al., 2010. Microbiologia de Brock



Micrografia Eletrônica de Varredura de Bactérias e AlgasAquáticas Retidas em um Filtro Nucleopore

Fonte: Madigan et al., 2010. Microbiologia de Brock

http://1.bp.blogspot.com/_9509vNJb5vE/SmXINfxIyMI/AAAAAAAAAF4/FlsY2kcoo_Y/s1600-h/Fruta+Liofilizada++Freeze+Drying.jpg




Agentes Físicos - Dessecação

• Células microbianas vegetativas quandodessecadas interrompem suas atividadesmetabólicas

• Não provoca a morte• Liofilização: os microrganismos são submetidos

à desidratação extrema em temperaturas decongelamento mantidas em ampolas fechadas àvácuo




Agentes Químicos

• Redução do número de microrganismos nasuperfície de materiais como mesas e utensílios.Usado em lesões de pele para prevenir a

infecção

• Não existe um único composto químico que seja

ideal para todos os propósitos. Assim éimportante conhecer algumas propriedades paraque se possa escolher o mais adequado:



Agentes Químicos

Características de um agente químico ideal• Atividade antimicrobiana:• Solubilidade:• Estabilidade:•

Ausência de toxicidade:• Homogeneidade• Atividade em temperatura ambiente ou corporal• Poder de penetração• Ausência de poderes corrosivos e tintoriais• Poder desodorizante• Capacidade detergente• Disponibilidade a baixo custo



• Anti-séptico: é um composto químico usualmenteaplicado na superfície do corpo humano para prevenir amultiplicação dos microrganismos. Mata osmicrorganismos, ou inibe seu crescimento e suaatividade metabólica.

• Sanitizante: agente que mata 99,9% dosmicrorganismos contaminantes de uma área. São

normalmente aplicados em objetos (copos, talheres,pratos e utensílios em restaurantes), e também nalimpeza de equipamentos de lacticínio e industrias dealimentos



Agentes QuímicosPrincipais Grupos de Desinfetantes e Anti-sépticos :



Esterilizantes Químicos - são utilizados para a esterilização de

materiais sensíveis ao calor.1. Óxido de Etileno (gás)• Vapor altamente irritantes para os olhos e a mucosa .• São inflamáveis mesmo a baixa concentração• Grande poder de penetração;•

Baixa velocidade de ação –

tempo de exposição longo• Aplicação: esterilização de materiais médicos e laboratoriais.• Mecanismos de ação : inativa as enzimas e outras proteínas que

tem átomos de hidrogênio lábeis (grupos sulfidrilas)

2. ß-Propiolactona (liquido)• Não é inflamável• Causa bolhas quando em contato com a pele e irritação nos olhos• Bactericida, esporicida, fungicida e viricida• Não possui poder de penetração, mais é considerado mais ativo

contra os microrganismos que os óxidos de etileno.• Possui propriedades carcinogênica

Agentes Químicos



Continuação...

3. Glutaraldeído (líquido oleoso)• Efeito contra vírus, células vegetativas e esporuladas de

bactérias e fungos• utilizado na medicina para esterilizar instrumentos

urológicos, equipamentos respiratórios4. Formaldeído (gás)• extremamente tóxico e seus vapores intensamente

irritantes à mucosa•

Quando em solução, é utilizado para desinfecção decertos instrumentos.• Na forma gasosa pode ser utilizado para desinfecção e

esterilização de áreas fechadas• Mecanismo de ação : inativação de constituintes

celulares (proteínas e ácidos nucleícos)

Agentes Químicos



Agentes Químicos

Mecanismos de ação de vários compostosquímicos antimicrobianos em célula bacteriana:



Fonte: Madigan et al., 2010*Principais alvos :- Parede celular - Membrana plasmática- Processos biossintéticos:

síntese de proteínassíntese de ác. nucléicos

Eritromicicina (macrolídeo)

Síntese Protéica(inibidores de 50S)

Síntese Protéica(inibidores de 30S)



Meios de cultura de usoindustrial



• Nutrição : Fornecimento de substânciasnutritivas para o crescimentobacteriano

• Cultura: Propagação do microrganismoem condições adequadas

- Exigências Nutricionais e Ambientais



MEIO DE CULTURA Associação qualitativa e quantitativa de substâncias que fornecem osnutrientes necessários ao desenvolvimento (cultivo) de microrganismos forado seu meio natural.

Devem satisfazer as exigências nutricionais dos microrganismos e fornecer

condições favoráveis ao desenvolvimento (pH, umidade, temperatura)Sólidos, semi-sólidos e líquidos.São classificados como:

Naturais ou Quimicamente Definido: é aquele em que a composição

química exata é conhecida.Complexo: são aqueles compostos de nutrientes como extratos delevedura, de carne ou de plantas ou de produtos de digestão protéicadessas ou de outras fontes. A composição química exata não éconhecida.



Meios de CulturaPrincipais elementos químicos para o crescimento

celular: C, N, O, S e P• Carbono:• Nitrogênio:• Hidrogênio (H), Oxigênio (O), Enxofre (S) e Fósforo (P)

– H e O: componente dos compostos orgânicos e da água – S: Biossíntese dos aminoácidos cisteína, cistina, e metionina – P: Síntese de ácidos nucléicos e ATP

Outros Elementos - Micronutrientes• Sódio, ferro, molibdênio, cobalto, zinco, cobre manganês – Sódio, Na+: Permeabilidade da membrana celular

– Ferro, Fe+2: Cofator das enzimas: citocromo e catalases – Zn+2, Cu+2, Mn+2, Mo+6, Co+2: cofatores para ativar enzimas. – O Mo+6 – nitrogenase - catalisa a conversão do N 2 para o NH3

(fixação do N2)



CARACTERÍSTICAS DESEJÁVEIS DOSMEIOS DE CULTURA:

• Baixo custo• Atender as necessidades nutricionais dos

microrganismos

• Auxiliar no controle do processo. Ex.: evitar variaçõesdrásticas do pH.• Não provocar problemas na recuperação do produto• Os componentes devem permitir algum tempo de

armazenagem• Possuir composição razoavelmente fixa• Não causar dificuldade no tratamento final do efluente



A definição do meio de cultura adequadoassim como do microrganismo adequado, éuma etapa fundamental para um processofermentativo mais eficiente.



Aplicação dos Meios de CulturaMeios de pré-enriquecimento: permitem a

dessensibilização de microrganismos injuriados. Ex. Águapeptonada, caldo lactosado (isolamento de salmonelas deleite em pó).

Ágar Sangue

Meios de Enriquecimento: proporcionam nutrientes adequados ao

crescimento de microrganismos presentes usualmente em baixos números oude crescimento lento. Esses meios têm a propriedade de estimular ocrescimento de determinados microrganismos, mas existem alguns que tambémpodem inibir o crescimento de outros. Ex. Caldo Tetrationato e Selenito-Cistinapara cultivo de Salmonelas

Diferenciais: quando contémsubstâncias que permitem estabelecer diferenças entre microrganismos muitoparecidos. Ex.:Ágar sangue, agar Baird-Parker

Baird Paker



Aplicação dos Meios de Cultura

Seletivos - os que contém substâncias queinibem o desenvolvimento de determinadosgrupos de microrganismos, permitindo ocrescimento de outros.

Meios de triagem - avaliam determinadasatividades metabólicas permitindo caracterizaçãoe identificação perfunctória ou presuntiva demuitos microrganismos. Ex.: ágar tríplice açúcar eferro

Identificação - prestam-se para a realização deprovas bioquímicas e verificação de funçõesfisiológicas de organismos submetidos aidentificação. EX.: Ágar Citrato, Caldo nitrato

ALOA



Aplicação dos Meios de CulturaContagem: empregados para a determinação quantitativa da populaçãomicrobiana. Ex.: Agar de Contagem em Placas, Agar Batata Dextrose, ágar Baird-Parker

Estocagem ou manutenção: utilizados para conservação de microrganismosno laboratório. Garantem a viabilidade de microrganismos. Ex.: ágar sangue,ágar Simples, ágar nutriente

Ágar Nutriente Plate count ágar (PCA)



Meios Especiais• Utilizados para: isolar, identificar oucontar os microrganismos• Fornecem informações específicas

sobre os microrganismos

Meios para Anaeróbios• Primeiros cultivos: Camadas profundasde meios solidificado pois a camada deágar da superfície exclui o oxigênioatmosférico

• MEIO REDUZIDO: o agente redutor remove o oxigênio

– Ex.: tioglicolato de sódio

• Vide modo de preparo no meio



MEIOS DE USO INDUSTRIAL• Meios complexos: mais adequados – Mais baratos

– Melhor rendimento – Maior produtividade.

– Maior variedade de moléculas orgânicas• Os meios quimicamente definidos:

– Melhor controle das condições ambientais –

Fácil excluir substâncias tóxicas ou inibidoras – Fácil incluir precursores e/ou indutores nos níveisadequados.

Fermentação Requer controle estrito das condições ambientais

Mais produtivas quando se utiliza meios quimicamente definidos.



MEIOS DE USO INDUSTRIALFONTES DE CARBONO

• Carboidratos – Cana de açúcar, sorgo sacarino,

etc. – Frutas - uva, laranja, jabuticaba,

etc. – Malte - cevada, trigo, milho, etc. – Melaço - subproduto da fabricação

do açúcar – Licor sulfítico - subproduto da

fabricação do papel – Lígno-celulósicos - palha, bagaço

cana, resíduos madeira – Carboidratos puros - açúcares e

amidos = preços elevados

• Óleos vegetais co-substratos- Soja,- Algodão,- Palma

• Álcoois- Etanol,- Metanol

• Alcanos C12 – C14



MEIOS DE USO INDUSTRIAL

FONTES DE NITROGÊNIO• Inorgânico

– amônia e sais de amônio

• Orgânica – Líquido de maceração de milho = subproduto (amido) – Farinha de soja = subproduto da fabricação de óleo – Extrato de levedura = preço elevado – Peptonas = preço elevado – Uréia adubo



COMPONENTE DE MEIOS COMPLEXOS USADOS EMPROCESSOS INDUSTRIAIS



COMPONENTE DE MEIOS QUIMICAMENTE DEFINIDOSUSADOS EM PROCESSOS INDUSTRIAIS

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