INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS FERMENTATIVOS. Professora: Erika Liz

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1 INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS FERMENTATIVOS Professora: Erika Liz

2 Características necessárias de microrganismos para aplicação industrial Apresentar elevada eficiência na conversão de nutrientes, de forma a reter elevada concentração do produto desejado no caldo fermentado 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

3 Obtenção do microorganismo Isolamento de novas linhagens a partir de frutas, terra, leite, mofo de pão, etc... CULTURA PURA

4 Compra de Linhagens em Coleção de Cultura NRRL Culture Collection USA Coleção de culturas Tropical - Brasil

5 O meio de cultura O que é meio de cultura? Nutrição de microorganismos H 2 O Carbono Nitrogênio Fósforo Enxofre Oxigênio atmosférico Elementos M. (Na, K, Ca, Mg, Fe, Cl, Cu, Zn, Co...) Fatores de crescimento

6 Tipos de meio de cultura Meios complexos Meios sintéticos Meios seletivos Meios diferenciais Meios Líquidos Meios Sólidos

7 Meio de cultura Microrganismo Otimização do Processo Fermentativo

8 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

9 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.

10 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.

11 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.

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13 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

14 FERMENTAÇÃO - DORNAS Dornas de Fermentação - São tanques construídos geralmente em aço carbono com capacidade variável de acordo com a capacidade do processo. - Podem ser fechadas ou abertas: - Abertas: apresentam perda acentuada pois, com a eliminação do CO 2 da fermentação, haverá um arraste de álcool.

15 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.

16 Classificação da fermentação Quanto ao material a fermentar Açúcares carboidratos Celulose Pectina albumina

17 Classificação da fermentação Quanto ao produto da fermentação Alcoólica Acética Propiônica Butírica Vitaminas Antibióticos Glicerina Ácido acético Acetona

18 Classificação da fermentação Quanto ao agente fermentador Leveduras Alcoólica, glicerina, vitaminas Bactérias Láctica, acética, propiônica, acetona Fungos (mofo) Cítrica, antibióticos, glucônica

19 Classificação dos processos fermentativos Fermentação descontínua, por batelada ou processo descontínuo de fermentação; Fermentação semicontínua Fermentação contínua

20 Fermentação descontínua ou batelada

21 Fermentação descontínua alimentada

22 FERMENTAÇÃO - DORNAS Fermentação Descontinua 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.

23 Fermentação semi-contínua

24 FERMENTAÇÃO - DORNAS Fermentação Semi-Continua 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.

25 FERMENTAÇÃO - DORNAS Fermentação Continua MOSTO ÁCIDO ÁGUA CENTRÍFUGA TRATAMENTO DO FERMENTO DESTILAÇÃO

26 FERMENTAÇÃO - DORNAS Fermentação Continua 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.

27 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

28 FERMENTAÇÃO - DORNAS Fermentação em meio Sólido Microrganismos Utilizados Leveduras crescem em substratos com atividade de água moderada Saccharomyces cerevisiae etanol

29 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

30 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

31 FERMENTAÇÃO - DORNAS Fermentação em meio Sólido Características importantes do meio sólido Porosidade fluxos de massa e energia: O 2 / CO 2 / 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 CO 2 e outros gases compactação do meio: porosidade

32 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

33 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

34 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

35 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

36 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

37 FERMENTAÇÃO - DORNAS Fermentação em meio Sólido Controle do Processo Aeração microorganismos Ar anaeróbios, aeróbios, facultativos fluxo de massa (O2 / CO2) e energia fluxo de ar espessura da camada de substrato Estimativa de crescimento Nutrientes Características do substrato

38 Biorreator de bancada

39 Fermentador de 300 litros

40 Fermentador de 1500 litros

41 Fermentador de 3000 litros