Resumo Substratos para processos fermentativos

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Resumo Substratos para processos fermentativos 
 
 Fonte de carbono: Glicose, sacarose, frutose, amido, celulose; 
 Fonte de nitrogênio: (NH4)2SO4, ureia, aminoácidos; 
 Fonte de fósforo: Monoamônio fosfato (MAP), diamônio fosfatp (DAP); 
 Outros substratos: Ca, Na, K, Fe, Cu, Mg, Mn 
 
MATERIAS PRIMAS QUE PODEM SER UTILZADAS COMO SUBSTRATOS EM PROCESSOS 
FERMENTATIVOS 
 Produtos naturais ou seus derivados de natureza orgânica, produtos ou subprodutos 
da agricultura e do processamento de vegetais. 
 
 Meios de cultivo/substratos 
o Meios em que devem conter todos os nutrientes de forma adequada para 
crescimento para síntese do material celular e produção dos produtos 
metabólicos 
 Produtos químicos puros: pesquisa iniciais em laboratório; 
 Subprodutos/coprodutos/substratos complexos: fermentações 
industriais; 
 Podem ser adicionados fatores de crescimento; 
 Matérias complexo: extrato de levedura, extrato de carne, etc; 
 Problemas: Custo, composição, lote e fabricação; 
 Matérias-primas naturais: caldo de cana-de-açúcar, melaço, farinha 
(trigo, milho), água de maceração de milho; 
 Problemas: composição desconhecida, safra, clima solo; 
 O meio de cultivo deve sempre deslumbrar o aumento de escala. 
 
 Características e funções 
 Conter nutrientes necessários para o micro-organismo; 
 Baixo custo; 
 Alto rendimento; 
 Meio que não dificulte a separação do produto; 
 Pequena quantidade de impurezas; 
 Não dificultar o sistema de fermentação/cultivo. 
 
 Classificação 
 Matérias açucaradas: cana, beterraba, melaço, frutas, mel; 
 Matérias amiláceas e feculentas: amido de frãos, fécula de raízes, 
tubérculos; 
 Matérias celulósicas: Palhas, madeiras, resíduos sufíticos de 
fábrica de papel. 
 
 Carboidratos 
 Principais matérias-primas da fermentação/cultivo; 
 Importante para o metabolismo da célula; 
Sacarização 
 Determinam o rendimento dos processos; 
 Carboidratos diretamente fermentáveis: energéticos; 
 Carboidratos que necessitam ser hidrolisados: reserva ou 
estrutura. 
 
 Substratos diretamente fermentáveis (Sucos de frutas, melaço de cana, caldo de 
beterraba) 
 Nutrientes disponíveis para os M.O.; 
 Alguns substratos necessitam que os M.O. possuam enzimas 
específicas 
 SACAROSE ↔SACAROSE OU INVERTASE 
 
 Substratos indiretamente fermentáveis (Matérias-primas amiláceas e celulósicas) 
 Nutrientes não estão disponíveis para os M.O.; 
 Aumento de etapa(s) na fase de upstream; 
 Aumento do custo, mas da para utilizar resíduos de outras 
indútriais; 
 Tratamento moderado e rigoroso 
 
SACARIZAÇÃO 
 
 Hidrólise de açúcares, pode ser ácida, enzimática ou mista 
Açúcar indiretamente fermentável  Açúcar diretamente fermentável 
 
 Hidrólise ácida 
o Problemas de reprodutibilidade; 
o Uso de temperaturas altas; 
o Corrosão dos equipamentos. 
 
 Hidrólise enzimática 
o As enzimas podem estar purificadas, no malte e farelo fúngico. 
 
MATÉRIAS-PRIMAS AMILÁCEAS 
 
 Mandioca, milho, arroz, farelos; 
 Amido é um polissacarídeo extraído das partes aéreas comestíveis dos vegetais. 
Quando o m.o possui amilase, ele pode utilizar o amido diretamente. 
AMIDO = AMILOSE + AMILOPECTINA 
 
 Amilose: cadeia longa, não ramificada, massa molecular variável 
 Amilopectina: muito ramificada, com comprimento entre 24 e 30 resíduos de glicose. 
 
Hidrólise ácida do amido 
 Ocorre quando uma alta concentração de amido é tratada com ácido sob temperatura 
inferior as de gelatinação durante 1 ou mais horas de reação. 
Hidrólise enzimática do amido 
 A enzima alfa-amilase catalisa a hidrólise de algumas ligações do amido, o que resulta 
em moléculas menores, que são os oligossacarídeos. 
 
Etapas de preparo de matérias-primas amiláceas 
 Necessária somente quando o m.o não consegue hidrolisar o amido; 
o Pré-hidrólise: hidratação das macromoléculas; 
o Os grânulos de amido se ligam a água, incham e rompem; 
o Torna o amido mais suscetível a ação dos ác. Nucleicos e das enzimas 
 
Fatores que afetam a liquefação 
 Granulometria dos grânulos após a moagem; 
 Temperatura de cozimento; 
 Tempo de cozimento; 
 Agitação e distribuição do calor; 
 Cozimento: pode ser feito em processo contínuo ou descontínuo; 
 Modificação da viscosidade nesta etapa, deve ser sob agitação; 
 Cozimento em pressão atmosférica deve ser realizado em duas etapas: Aquece até 
temperatura de gelatinação (66 a 75°) e depois até temperatura de cocção (97 a 100 
°C); 
 Cozimento em processo contínuo sob pressão: 160 a 180 °C, 6 a 10 atm, 2 a 6 min. 
 Enzimas: alfa e beta amilase, amiloglicosidade. 
EFICIÊNCIA DA SACARIFICAÇÃO É DADA POR 
% Conversão = 
Açúcar redutor após sacarificação
Açúcar total na matéria-prima
∙100 
 
MATÉRIAS-PRIMAS CELULÓSICAS 
 
 Celulose natural sempre está associada a lignina, hemicelulose e pectinas; 
 Fonte: Cascas de grãos, bagaços de cana, resíduos de vegetais e grãos oleaginosos; 
 Celulose: Componente de células de plantas, insolúvel em água, molécula grande não 
ramificada. 
 
 Etapa do preparo de matérias-primas celulósicas 
 Pré-tratamento: liberar celulose de suas associações poliméricas; 
 Processos químicos de delignificação: ácidos e álcalis em meio aquoso, agentes 
oxidantes em meio aquoso; 
 Processo Kraft: Digestão de cavacos em solução de NaOH e Na2SO4, em temperatura 
de 150 a 175 °C, durante cerca de 6 h; 
 Processo soda: Digestão de cavacos em solução de NaOH2N, a 170 °C durante 3 h; 
 Processos Físicos de Delignificação: tratamento com vapor, redução de tamanho e 
irradiação; 
 Tratamento com vapor: vapor a alta pressão desintegra materiais lenhosos, 
quando o material é expandido rapidamente à pressão atmosférica após 
autoclavagem; 
 Redução do tamanho: Aumenta a superfície de contato do material. São 
usados moinhos de bolas e rolos. A desvantagem é o alto custo; 
 Irradiação: Economicamente inviável. 
 
COPRODUTOS COMO MATERIA-PRIMA PARA BIOPRODUTOS 
 
 Água de maceração de milho 
o Excelente fonte de nitrogênio; 
o Fonte equilibrada de C, N, S e sais minerais; 
o Aminoácidos, polipeptídios e vitaminas do complexo B; 
o Exemplos utilização: ácidos (lático e succínico); enzimas. 
 
 Melaço 
o Subproduto/coproduto da indústria açucareira; 
o Produto abundante e barato; 
o Subproduto complexo com alto teor de açúcares; 
o Contém substâncias nitrogenadas, vitaminas e elementos traços; 
o Exemplo utilização: ácidos, antioxidantes, etanol, aminoácidos, proteínas 
unicelulares, enzimas, etc. 
 
 Melaço 
o Subproduto/coproduto do processo de produção de biodiesel, serve como 
fonte de carbono para os m.o.; 
o Produção de vários produtos por fermentação (enzimas, álcoois, ácido cítrico); 
 
 Melaço 
o Mosto de cerveja, soro, suco de frutas, leite, malte, palha, bagaço.