slide 3 -tipos de processos fermentativos
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Tipos de processos fermentativos - Engenharia Bioquimica - uerjTRANSCRIPT
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Prof. Edmar das Mercs Penha
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Podem ser classificados quanto ao modo de
conduo, forma de desenvolvimento do agente e
suprimento de oxignio.
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Classificao dosProcessos
Fermentativos
Quanto forma deconduo
Quanto forma dedesenvolvimento
do agente
Quanto aosuprimento de
oxignio
Quanto forma deapresentao do
meio
Batelada ouDescontnuo
BateladaAlimentada ou
Semi-contnuo
Contnuo
Convencional
Por cortes
Comrecuperao do
inculo
Convencional
Cclica
Com umadorna
Com mais de
uma dorna
Fermentao em
meio lquido
Com reciclo de
clulas
Fermentao emmeio slido ou
Semi-slido
Em superfcie
Em profundidade
Sem aerao
Aerado
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So processos pelo qual o mosto (esterilizado
previamente ou no) colocado na dorna de
fermentao, o agente inoculado e, aps a
fermentao, o mosto descarregado para
separao/purificao do produto.
Para uma nova fermentao, repete-se todas as etapas,
desde o preparo do inculo. Um processo em regime de
bateladas pode ser conduzido de trs formas:
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Convencional (com um inculo para cada
dorna)
Cada dorna recebe um inculo novo, preparadoespecialmente para ela, que no reutilizado.
a forma mais antiga e que apresenta menor risco decontaminao, porm um processo caro, o que faz
com que seja usado somente para produtos nobres
como vitaminas, esterides, antibiticos e enzimas.
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Por cortes
Prepara-se o inculo para a primeira dorna.
Aps determinado tempo, transfere-se parte do mosto (j fermentado) para uma segunda dorna, completando-se o volume
de ambas com mosto estril, e assim sucessivamente.
Ou seja, utiliza-se apenas um inculo para uma srie de dornas, reduzindo o custo do processo.
O nmero de cortes determinado pelo rendimento que pode comear a cair, devido a contaminao, ou a mutao do agente.
o processo mais empregado no Brasil, sendo utilizado na fermentao do melao de cana.
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Com recuperao de inculo
Aps a fermentao, o mosto levado para a seo de separao e derecuperao do produto (centrifugao, filtrao, etc.), onde as clulas
so separadas, tratadas e reativadas, sendo utilizadas como inculo
para outra fermentao.
No processo "Melle-Boinot" (5 a 9 recuperaes), largamente utilizadona indstria alcooleira, as leveduras, aps serem separadas do mosto,
so tratadas com cido sulfrico (pH 2,5) para eliminao de bactrias e
outros contaminantes, novamente centrifugadas e reutilizadas.
H uma economia de cerca de 30% da matria-prima, para fazer omesmo lcool que o processo em batelada convencional.
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Muito usados em processos biossintticos onde o
interesse a produo de biomassa.
A alimentao durante a fermentao serve para manter
a concentrao tima de substrato na dorna, evitando-
se o "efeito Crabtree", pela necessidade de altas
concentraes de substrato no incio.
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Convencional
Durante o tempo de fermentao, um ou mais nutrientes (normalmente, o substrato principal) so
alimentados de forma contnua ou intermitente e, findo
o tempo, todo o mosto descarregado.
Ex: fabricao do fermento Fleischmann
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Cclica
A alimentao de substrato contnua ou intermitente,mas tambm h retirada parcial de mosto fermentado
em tempos pr-estabelecidos.
Pode-se conduzir um processo desta forma durantemeses e o rendimento do mesmo determinar seu
trmino.
Ex: fabricao de vinagre pelo processo orleanense
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Um processo contnuo sempre comea com uma batelada.
Normalmente, a 2/3 da fase exponencial de crescimento tem
incio o processo contnuo.
O tipo de reator mais comum o CSTF ("continuous stirred
tank fermenter"), ou de mistura completa.
Quando se utiliza um fermentador de mistura completa com
uma s dorna, enche-se o reator com mosto estril e inocula-
se o meio. Aps determinado tempo, comea-se a alimentar
continuamente o fermentador com mosto estril e a retirar
mosto fermentado na mesma vazo.
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Nestes processos o substrato no totalmenteesgotado, saindo um pouco no produto.
Por isso, o clculo e o controle da vazo devem ser precisos a fim de minimizar esta perda.
Altas vazes provocam baixos tempos de residncia nadorna, o que provoca um empobrecimento em nmerode clulas ("wash out") alm de altas concentraes de substrato na sada.
Por outro lado, vazes baixas reduzem a concentraode substrato no reator, podendo provocar autlise das clulas e/ou diauxia.
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Com uma nica dorna
Usado quando se consegue dimensionar o fermentador de forma a
conseguir baixas perdas de substrato na sada do fermentador.
Com mais de uma dorna
Empregado quando a matria-prima usada no processo cara e,
necessrio que o mosto deixe a dorna com o mnimo de substrato
no fermentado. Se a reduo da vazo, por exemplo, no for
suficiente, pode-se conseguir a utilizao de forma mais completa
usando-se mais de uma dorna em srie. Neste caso, o fermentado
(vinho) passa a ser a alimentao de uma nova dorna.
Os processos de fermentao em regime contnuo, podem ainda
ser conduzidos com ou sem a recuperao do inculo.
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Processo em superfcie
Aplica-se para microrganismos aerbios estritos como bolores e
algumas bactrias. O agente se desenvolve na superfcie do meio
de cultura. um processo obsoleto, s utilizado em casos
especiais, pois o tempo de fermentao elevado devido
necessidade de difuso dos nutrientes do meio para a superfcie do
mesmo.
Ex: produo de cido ctrico por Aspergillus niger, de enzimas por
Bacillus subtilis e de vinagre por espcies de Acetobacter.
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Processo em profundidade Tambm chamado de submerso, aquele em que o agente
desenvolve-se no seio do mosto, agitado.
Devido ao maior contato mosto-microrganismo, so maiores astaxas de transferncia de massa, de nutrientes e de O2 (quandonecessrio), acarretando menores tempos de fermentao.
Uma outra vantagem com relao ao fato de poderem serconduzidos continuamente a depender da cintica da fermentao.
Os processos cujos agentes so anaerbios estritos, facultativosou microaerfilos, so, necessariamente, conduzidos emprofundidade.
Ex: fermentao acetonobutlica (anaerbia estrita), alcolica(facultativa) e ltica (microaerfila).
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Processos aerados
Usado para agentes aerbios estritos, ou seja, aqueles que tm o
oxignio atmosfrico ser o aceptor de prtons (H+).
Ex: produo de cido ctrico, penicilina e vitamina B12 .
Tipos de aerao:
A) Natural - o mosto exposto ao ar ambiente, como no caso da
fermentao ctrica em bandejas.
B) Forada - o ar introduzido na dorna, sob presso, borbulhando
na massa lquida, onde o O2 dissolvido, para ser posteriormente
utilizado pelo agente da fermentao.
Ex: processos submersos para produo de penicilina, cido ctrico
e levedo prensado.
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1.3.2 - Processos no aerados
Aplica-se para agentes que desenvolvem metabolismo
anaerbio, onde o aceptor de H+ no o O2 do ar
atmosfrico e sim outras substncias como os nitratos e
aldedos.
Ex: produo de solventes orgnicos por Clostridium
(anaerbio estrito) e de etanol por Saccharomyces(anaerbio facultativo).
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Fermentaes em meio lquido
Fermentaes em meio slido ou semi-slido
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Vantagens
mais produtivo, devido diminuio dos tempos mortos(enchimento, limpeza, esterilizao, esvaziamento), permitindomaior produo num mesmo tempo para o mesmo volume dereator;
maior uniformidade do produto (microrganismos atuam emcondies ambientais mais uniformes), o processo conduzido emregime estacionrio ("steady state");
menores custos com mo-de obra;
maior facilidade de controle automtico;
permite ser facilmente associado a outras operaes contnuas nalinha de produo, como, por exemplo, a esterilizao contnua domosto e a extrao contnua do produto obtido.
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Desvantagens
no esgotamento total do substrato (maior custo de
matria-prima);
maior possibilidade de contaminao devido a
dificuldade de se manter as condies de esterilidade
do processo por longos perodos de tempo;
possibilidade de mutao do microrganismo agente do
processo.
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