1. Objectivos. 2. Conteúdo programático Componente teórica. Tipo: semestral. Tempo de Trabalho (horas)- T: 1 P: 2 OT: 2

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1 UNIVERSIDADE DO ALGARVE CURSO DE MESTRADO EM TECNOLOGIA DE ALIMENTOS UNIDADE CURRICULAR: Microbiologia Industrial Tipo: semestral Tempo de Trabalho (horas)- T: 1 P: 2 OT: 2 Nº de Créditos (ECTS) - 5 Semestre/Ano: 2º/1º Docente responsável: Célia Quintas Docentes que leccionam: Célia Quintas e Patrícia Cabrita 1. Objectivos Estudar os processos conducentes à produção de bioprodutos resultantes da actividade de microrganismos (biocatalizadores). Compreender as actividades metabólicas dos microrganismos envolvidos na produção de substâncias com elevado valor acrescentado. Conhecer a importância da diversidade metabólica dos microrganismos como fonte de inovação na produção de bioprodutos. Caracterizar os diferentes tipos de reactores biológicos e modos de operação. Conhecer os vários processos de isolamento e purificação de produtos. Analisar diagramas de fabrico de enzimas, polissacáridos e alimentos cuja produção depende da actividade microbiana 2. Conteúdo programático 2.1. Componente teórica O âmbito da microbiologia industrial. Produtos microbianos de interesse industrial. Exemplos. Trofofase e idiofase. Upstream e downstrean.

2 Grupos de microrganismos com maior importância na produção industrial ou com interesse industrial (Bactérias, Leveduras e Fungos filamentosos). Microrganismos extremófilos. Principais características morfológicas e fisiológicas. Culturas de microrganismos. Segurança, no que diz respeito à saúde humana, dos microrganismos utilizados em microbiologia industrial/biotecnologia. Melhoramento de estirpes industriais. Mutação e selecção, cruzamentos sexuais e para sexuais. Fusão de protoplastos. Tecnologia do DNA recombinante. Meios de cultura mais utilizados em microbiologia industrial. Requisitos básicos dos microrganismos. Fontes de carbono e azoto mais comuns. Sistemas com culturas submersas e com culturas sólidas/semi-sólidas. Crescimento microbiano: Monitorização do crescimento microbiano. Ciclo celular. Estequiometria do crescimento microbiano. Taxa específica de crescimento. Rendimento em relação ao substrato. Rendimento em relação ao ATP. Manutenção. Reactores biológicos: Tipos de biorreactores. Arejamento. Transferência de massa em reactores biológicos. Modos de operação: sistema fechado (batch); sistema semi-fechado (fed-batch) e sistema contínuo (quimiostato). Sistemas imobilizados. Métodos de imobilização. Células/enzimas imobilizadas. Mudança de escala:"scale-up" e "scale-down". Esterilização dos meios fermentativos. Esterilização do ar. Recuperação de produto biológicos: Introdução aos processos de separação e recuperação de moléculas biológicas. Processos de separação sólido-líquido: filtração, sedimentação e centrifugação.

3 Separação de células do meio de cultura: Métodos de ruptura e desintegração celular: métodos mecânicos e não-mecânicos. Processos de isolamento e concentração de produtos em solução: precipitação, processos de separação com membranas, extracção líquido-líquido. Processos de purificação: cromatografia, cristalização e secagem. Aplicações: Produção de levedura de panificação. Produção de etanol. Produção de exopolissacáridos. Produção de substâncias com actividade antimicrobiana (bacteriocinas e antibióticos). Produção de aminoácidos (ácido glutâmico e lisina). Produção de ácidos orgânicos (ácido cítrico, ácido glucónico, ácido láctico). Produção de vitaminas. Produção de bioinsecticidas. Produção de enzimas microbianos Outros casos Componente prática Produção de espessantes por culturas descontínuas de bactérias. Actividade killer em leveduras. Imobilização de células de Saccharomyces cerevisiae (fermento de padeiro) por oclusão em alginato de cálcio. Determinação da actividade da actividade da invertase em células imobilizadas e não imobilizadas. Selecção de estirpes de microrganismos produtores de enzimas extracelulares Seminários

4 Apresentação oral de trabalhos realizados pelos alunos, seleccionados do conjunto de Aplicações propostas no programa com base em Patentes Industriais Visitas de Estudo Visita a organizar de acordo com as disponibilidades da instituição e dos estudantes 3. Resultados de aprendizagem No contexto desta unidade curricular os estudantes devem ser capazes de: Explicar as actividades metabólicas dos diferentes microrganismos na produção de bioprodutos de elevado valor acrescentado. Reconhecer a importância de microrganismos extremófilos. Elaborar diagramas de fabrico de bioprodutos resultantes da actividade metabólica de microrganismos. Identificar etapas de upstream e downstream no âmbito de uma determinada produção. Calcular parâmetros cinéticos de crescimento. Efectuar balanços de massa e de energia a reactores biológicos. Estabelecer os critérios relativos à variação de escala. Seleccionar o tipo de reactor biológico tendo em conta a sua aplicação. Demonstrar uma visão global e integrada dos bioprocessos de separação e purificação. Aplicar as competências adquiridas nas sessões experimentais. Analisar patentes industriais. Estabelecer um programa de selecção de microrganismos com interesse industrial. 4. Métodos de avaliação

5 A avaliação incidirá sobre a componente teórica e a componente prática e um seminário. Os instrumentos de avaliação incluem testes escritos sobre as aulas teóricas e práticas no final do semestre para além de uma apresentação oral de um trabalho sobre uma das Aplicações propostas no programa. Os exames serão realizados nas datas marcadas pelo Conselho Pedagógico e incidirão nos temas abordados nas aulas teóricas e práticas. 5. Bibliografia Bailey, J.; Ollis, D.F. - Biochemical Engineering Fundamentals. McGraw-Hill Bamforth, C. W.- Food, Fermentation and Micro-organisms Blackwell Berry, D. R.- Physiology of Industrial Fungi. Oxford: Blackwell Scientific Publications Demain, A. L. and Davies J. E. (ed) Manual of Industrial Microbiology and Biotechnology. 2 ed., ASM Press Demain, A. L.; Solomon, N. A. (eds)- Biology of Industrial Microorganisms. London: The Benjamin/Cummings Pubihing Company, Inc., Doran, P.M. - Bioprocess Engineering Principles. Academic Press, Fleet, G. H. (ed)- Wine Microbiology and Biotecnology. New York: Taylor and Francis, Glazer, A. N.; Nikaido, H.- Microbial Biotechnology: Fundamentals of Applied Microbiology. New York: W. H. Freeman and Company, Harrison, R.; Todd, P.; Rudge, S.; Petrides, D. -Bioseparations Science and Engineering. Oxford Univ. Press Lima, N., Mota, M. - Biotecnologia: Fundamentos e Aplicações. Lidel, 2003.

6 Madigan, M.; Martinko, J.; Parker J. Brock Biology of Microorganisms. 10. ed.. New Jersey: Prentice Hall, Najafpour, G. Biochemical Engineering and Biotechnology. Oxford: Elsevier, Okafor, N. Modern Industrial Microbiology and Biotecnology. India: Science Publishers, Singleton, P., Sainsbury, D.- Dictionary of Microbiology and Molecular Biology. 3. ed.. Chischester: John Wiley & Sons, Shuler, M.; Kargi, F. - Bioprocess Engineering: Basic Concepts. 2 nd edition. Prentice Hall International, Waites, M. J.; Morgan, N. L.; Rockey, J. S.; Higton, A. G.- Industrial Microbiology: An Introduction. Oxford: Blackwell Science, Walker, G. M.- Yeast-Physiology and Biotechnology. Chichester: John Willey and Sons, Wood, B. J. B. (ed) - Microbiology of fermented foods (Volumes 1 e 2). 2 ed.. London: Blackie Academic & Professional.