Processos Fermentativos Industriais Etanol cido ctrico Antibiticos Enzimas
Processos Fermentativos Industriais • Etanol • Ácido cítrico • Antibióticos • Enzimas • Fermento biológico
1 - ETANOL 1. 1 Microrganismos - Saccharomyces cerevisiae (levedura) Zymomonas mobilis (bactéria) Processos industriais: Saccharomyces cerevisiae
1 - ETANOL 1. 2 Matérias-primas Matérias açucaradas Matérias celulósicas -Cana de açúcar -Palhas -Beterraba açucareira -Madeiras -Sorgo sacarino -Resíduos agrícolas -Melaços, mel de abelhas e frutas -Resíduos sulfíticos de fábrica de papel Matérias amiláceas e feculentas -Grãos amiláceos -Raízes e tubérculos feculentos
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 Mostos de materiais amiláceos -Necessário sacarificar (sacarificação) -Método químico, biológico ou por ação direta de enzimas
1 - ETANOL 1. 3 Condições de Processo -Inóculo: 10% volume total -Temperatura: Faixa de 26 a 35 ºC -p. H: 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 catanduva 1
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
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)
2 - ÁCIDO CÍTRICO 2. 3 Sistemas de fermentação 2. 3. 1 Processo Koji - Substrato sólido (farelos) - p. H 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
2 - ÁCIDO CÍTRICO 2. 3. 2 Processo em superfície - Utilizam-se Substratos solúveis (sacarose, melaços de cana e de beterraba) - Temperatura de 30 ºC - p. H 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.
2 - ÁCIDO CÍTRICO 2. 3. 2 Processo submerso (mais utilizado) Exemplo - empresa Cargill - Utilizam-se Substratos solúveis (melaço de cana) - Temperatura de 30º C - p. H 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.
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
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
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
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)
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.
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: p. H e temperatura (compromisso entre os valores ótimos para produção e crescimento) Ex. : Produção de celulase de Trichoderma reesei em meio celulósico onde o p. H ótimo de crescimento é 4, 8, enquanto que o ótimo de produção é 3, 5. Solução: valores intermediários ou alterações programadas de p. H
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.
4 - ENZIMAS MICROBIANAS 4. 3 – Recuperação do produto Etapas envolvidas na recuperação e processamento pós fermentação.
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; - p. H ajustado para valor ótimo da atuação da enzima produzida. Separação das células: Pode ser feita: centrifugação; filtração. 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.
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.
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) - p. H inicial 4, 5 - Temperatura de 30 ºC - Aeração controlada Produção de 50 g de levedura seca para cada 100 g de sacarose
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