Processos Fermentativos Industriais

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Processos Fermentativos Industriais

• Etanol
• Ácido cítrico
• Antibióticos
• Enzimas
• Fermento biológico

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1- ETANOL

• 1.1 Microrganismos

• Saccharomyces cerevisiae (levedura)
• Zymomonas mobilis (bactéria)

Processos industriais Saccharomyces cerevisiae
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1- ETANOL

• 1.2 Matérias-primas

• Matérias açucaradas
• Cana de açúcar
• Beterraba açucareira
• Sorgo sacarino
• Melaços, mel de abelhas e frutas

• Matérias celulósicas
• Palhas
• Madeiras
• Resíduos agrícolas
• Resíduos sulfíticos de fábrica de papel

• Matérias amiláceas e feculentas
• Grãos amiláceos
• Raízes e tubérculos feculentos

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1- ETANOL
1.2.1 Preparo do mosto
Necessário obter do Amido ? glicose do melaço e
caldo de cana ? mistura de sacarose, glicose e
frutose
Nutrientes necessários Nitrogênio na forma
amoniacal, fósforo, enxofre na forma de sulfatos,
sulfitos ou tiossulfato, potássio, magnésio,
cálcio, sódio e outros elementos em quantidades
diminutas

• 1.2.1.1 Mostos de melaços e de caldo de cana
• -Melaços diluídos entre 15 e 25º Brix
• Meio rico em sacarose e açúcares redutores

• 1.2.1.2 Mostos de materiais amiláceos
• -Necessário sacarificar (sacarificação)
• Método químico, biológico ou por ação direta de
  enzimas

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1- ETANOL

• 1.3 Condições de Processo
• Inóculo 10 volume total
• Temperatura Faixa de 26 a 35 ºC
• pH Mostos industriais na faixa de 4,5 a 5,5
• Concentração de açúcares 15 a 25 ºBrix
• Controle de contaminantes Antibióticos
• Tempo de fermentação 10 a 12 horas em processos
  descontínuos utilizando levedura Saccharomyces
  cerevisiae linhagem catanduva1

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1- ETANOL

• 1.4 Sistemas de fermentação
• Fermentação alcoólica descontínua (cortes,
  reaproveitamento de inóculo (pé de cuba),
  cultura pura, reciclo de leveduras)
• Fermentação alcoólica contínua

1.5 Recuperação do produto Destilação contínua
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2- ÁCIDO CÍTRICO

• 2.1 Microrganismo
• - Aspergillus niger (fungo filamentoso)

2.2 Matéria-prima - Depende do processo e
utiliza-se Farelo de trigo, bagaço de laranja,
amido de batata, melaço de beterraba e xarope de
cana com 30-35 de açúcar invertido (mistura de
glicose e frutose)
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2- ÁCIDO CÍTRICO

• 2.3 Sistemas de fermentação
• 2.3.1 Processo Koji
• Substrato sólido (farelos)
• pH entre 4-5
• Umidade do farelo 70-80
• Temperatura de 28º C
• O Farelo é distribuído em bandejas com
  profundidade de 3 a 5 cm
• Tempo de fermentação de 5 a 8 dias

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2- ÁCIDO CÍTRICO

• 2.3.2 Processo em superfície
• Utilizam-se Substratos solúveis (sacarose,
  melaços de cana e de beterraba)
• Temperatura de 30 ºC
• pH inicial entre 5 e 6
• O mosto é distribuído em bandejas rasas de
  alumínio com alto teor e pureza
• O micélio desenvolve-se sobre a superfície do
  líquido e é mantido flutuando durante todo o
  processo.
• Ar úmido é soprado sobre a superfície do mosto
  por 5-6 dias passando depois a utilizar ar seco
  até o final da fermentação (8-10 dias).
• No final do processo o mosto é drenado e
  substituído por outro novo.

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2- ÁCIDO CÍTRICO

• 2.3.2 Processo submerso (mais utilizado)
• Exemplo - empresa Cargill
• Utilizam-se Substratos solúveis (melaço de cana)
• Temperatura de 30º C
• pH inicial 4
• O mosto é esterilizado previamente
• Aeração contínua na taxa de 0,5 a 1,15 vvm sem
  agitação mecânica
• Tempo de fermentação de 5 a 7 dias
• Sistema descontínuo.

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2- ÁCIDO CÍTRICO

• 2.4 Processo de separação
• Em todos os processos o meio é filtrado
  previamente
• Precipitação com adição de hidróxido de cálcio
• Citrato é filtrado e tratado com ácido sulfúrico
  para precipitar sulfato de cálcio
• O sobrenadante que contém o ácido cítrico é
  tratado com carvão ativado
• O ácido cítrico é desmineralizado por diversas
  vezes através de colunas com resinas de troca
  iônica.
• E finalmente é cristalizado por evaporação

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3- ANTIBIÓTICOS

• 3.1 Microrganismos
• Bactérias (diferentes de actinomicetos)
• Ex. Bacillus brevis antibiótico a
  tirotricina gramicidina
• Actinomicetos (Grupo de bactérias Gram positivas
  que apresentam como características em comum a
  produção de filamentos ou hifas vegetativas) Ex.
  Gênero Streptomyces antibiótico a
  estreptomicina
• Fungos
• Ex. fungos Penicillium chrysogenum e Penicillium
  notatum Antibiótico a Penicilina e Penicillium
  chrysogenum Antibiótico a ampicilina

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3- ANTIBIÓTICOS

• 3.2 Métodos de produção
• Meio de cultivo Depende da cepa e geralmente
  consiste de Água de milho, farinha de soja,
  extrato de levedura ou soro de leite. Utiliza-se
  também Glicose ou melaço
• - Penicilina G e penicilina V são produzidas por
  processos submersos
• Reatores de 40 a 200 m3
• Dificuldade de aeração não permite tanques
  maiores
• Aeração na faixa de 0,5 a 1,0 vvm
• São usados agitadores tipo turbina na faixa de
  120 e 150 rpm
• Temperatura ótima de 25-27 ºC
• pH constante em 6,5
• Inóculo se inicia utilizando esporos liofilizados
• Tempo de fermentação entre 120 e 160 horas
• Extração Utiliza-se um solvente orgânico
  altamente hidrofóbico, como o acetato de amila,
  para separação do antibiótico do meio de cultivo

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4- ENZIMAS MICROBIANAS

• 4.1 Microrganismos
• - Aplicação comercial bactérias, fungos
  filamentosos e leveduras
• - Escolha do microrganismo Produtor da enzima
  de interesse em grande quantidade, Estável
  Não-patogênico e de Fácil manipulação
• Ex. Produção de enzimas extracelulares
  industriais Bacillus e Aspergillus (80-85 do
  mercado de enzimas extracelulares)

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4- ENZIMAS MICROBIANAS

• 4.2 Processos de produção
• - Tempo de fermentação 30 a 150 horas - depende
  do processo utilizado.
• - Sistemas de Cultivo
• a) Superfície
• - Dificuldades de controle operacional
• - Severos problemas de contaminação
• - Vantagens importantes em relação a
  transferência de oxigênio e
• recuperação do produto.
• A principal tecnologia de fermentação em
  superficie é a fermentação em estado sólido. E é
  empregada para produzir, em escala comercial,
  celulases, amilases fúngicas, pectinases,
  proteases fúngicas e lipases.
• Microrganismo fungos filamentosos do gênero
  Aspergillus.

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4- ENZIMAS MICROBIANAS

• b) Submerso Descontínuo
• - O sistema mais empregado na produção de
  enzimas.
• - Algumas enzimas são relativamente instáveis
  depois da etapa de produção.
• Efeito das variáveis operacionais mais
  relevantes pH e temperatura
• (compromisso entre os valores ótimos para
  produção e crescimento)
• Ex. Produção de celulase de Trichoderma reesei
  em meio celulósico onde o pH ótimo de crescimento
  é 4,8, enquanto que o ótimo de produção é 3,5.
• Solução valores intermediários ou alterações
  programadas de pH

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4- ENZIMAS MICROBIANAS

• c) Submerso Descontínuo alimentado
• - Fase descontínua seguida de alimentação de
  forma contínua ou intermitente até alcançar o
  volume final de operação dentro do reator.
• -Vantagens Controlar a velocidade específica de
  crescimento do microrganismo controlar a
  produção de metabólitos secundários, metabólitos
  sujeitos à inibição por alta concentração de
  substrato e metabólitos sujeitos a repressão
  catabólica por substratos altamente
  metabolizáveis
• Esta situação é aplicável à maioria das enzimas
  de interesse comercial.

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4- ENZIMAS MICROBIANAS

• 4.3 Recuperação do produto
• Etapas envolvidas na recuperação e
  processamento pós fermentação.

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4- ENZIMAS MICROBIANAS

• 4.3 Recuperação do produto
• Etapas de separação e purificação
• Finalidade Remover substâncias tóxicas
• OBS. Para a obtenção de preparação enzimática
  de uso farmacêutico, processos mais sofisticados
  de purificação, como as separações
  cromatográficas, são utilizados.
• - O caldo é resfriado a 5 ºC com o objetivo de
  assegurar condições de estabilidade do produto e
  evitar crescimento de contaminantes
• pH ajustado para valor ótimo da atuação da enzima
  produzida.
• Separação das células
• Pode ser feita centrifugaçãofiltração.
• Fungos centrifugação
• Bactérias e leveduras prévia floculação
  (cloreto de sódio) eficiente baixo custo.
• A filtração, como alternativa a centrifugação
  utilização de filtros prensa, filtros rotativos á
  vácuo
• Solução concentrada final filtração em meio
  filtrante de celulose preparado enzimático
  líquido diluído e acondicionado com
  estabilizantes da atividade enzimática embalado
  para comercialização.

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5- FERMENTO BIOLÓGICO

• 5.1 Microrganismos
• O que é fermento biológico?
• Fermento biológico ou levedura de panificação é
  um microorganismo vivo cuja denominação
  científica é Saccharomyces cerevisiae

O fermento biológico promove o crescimento das
massas de pães, bolos, etc., através da
fermentação que ocorre antes do forneamento. A
levedura ingere os nutrientes da massa e, como
consequência, libera gases e substâncias
aromáticas, responsáveis pelo volume, textura,
aroma e sabor característicos dos produtos
alimentícios.
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5- FERMENTO BIOLÓGICO

• 5.2 Processo de produção
• Melaço de cana é o substrato usado atualmente nos
  processos modernos
• Sistema descontínuo alimentado Evita-se a
  repressão catabólica cultivando a levedura com
  baixas concentrações de glicose.
• Produção de leveduras para panificação ocorre
  entre 3 a 4 horas.
• Biotina é necessário quando na presença de
  oxigênio (suplemento)
• pH inicial 4,5
• Temperatura de 30 ºC
• Aeração controlada
• Produção de 50 g de levedura seca para cada 100
  g de sacarose