Aplicação industrial dos processos fermentativos Processos fermentativos e suas aplicações

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Processos fermentativos
Aplicação industrial dos 
processos fermentativos
Processos fermentativos e suas aplicações
Bloco 1
Tallyta Santos Teixeira
Biotecnologia e suas aplicações
Figura 1 – Cores da biotecnologia e suas aplicações
Fonte: adaptada de Silva (2004).
Biotecnologia branca: 
industrial.
Biotecnologia vermelha: 
saúde.
Biotecnologia verde: 
agrícola.
Biotecnologia azul: 
biotecnologia marinha.
Biotecnologia amarela: 
alimentos e nutrição.
Biotecnologia marrom: 
deserto e zona árida.
Biotecnologia preta: 
bioterrorismo.
Biotecnologia roxa: 
patentes.
Biotecnologia cinza: 
bioprocessos.
Biotecnologia dourada: 
bioinformática e 
nanotecnologia.
Aplicações dos processos fermentativos
Alimentos 
fermentados
Medicamentos Biocombustíveis
Aplicação industrial dos 
processos fermentativos
Produção de alimentos fermentados e de 
medicamentos
Bloco 2
Tallyta Santos Teixeira
Obtenção de alimentos fermentados
(ITO, 2018)
Fermentação lática
Propriedades organolépticas
Preservação de alimentos
Diferenças
• Matéria-prima.
• Pré-tratamento.
• Salga.
• Condições.
Semelhança
• Microrganismos 
(BALs).
Picles
Chucrute
Azeitona
Produção de picles
Fonte: Monticello/iStock.com. 
Figura 2 – Picles Início: salmoura 10-15%.
Fermentação espontânea.
1ª fase: bactérias, fungos, leveduras + acidez.
2ª fase: BALs (+ Leuconostoc spp.).
3ª fase: BALs (+Lactobacillus spp.).
Fim: 0,5-1% de ácido lático.
Armazenamento em vinagre.
(ITO, 2018)
Produção de chucrute
Fonte: DebbiSmirnoff/iStock.com.
Figura 3 – Chucrute 
(sauerkraft)
Preparo do repolho.
Salga 2,5% (m/m).
Fermentação.
Anaerobiose; 18-20 °C; pH 3,4-3,6.
BALs (nas folhas ou inoculada).
Fim: pH 3,4-3,6 = 1,7% acido acético.
Enlatamento na própria salmoura.
(MORAES, 2021) 
Produção de azeitona
Fonte: Marat Musabirov/iStock.com. 
Figura 4 – Azeitonas Pré-tratamento: remover amargor.
1-2% de NaOH (lixiviação) até 2/3 da 
profundidade polpa.
Salmoura 9% → 4% → 6,5%.
Fermentação (semelhante ao picles).
Fim: 0,5-1% de ácido lático. 
Armazenamento (azeite, sal e/ou vinagre).
(MORAES, 2021)
Obtenção de medicamentos por bioprocessos
Proteínas Enzimas Hormônios
Antibióticos Vacinas
(ITO, 2018) 
Figura 5 – Molécula da penicilina produzida pelo fungo Penicillium e sua aplicação 
como antibiótico (medicamento)
Fonte: adaptada de Bacsica; Dr. Microbe; Fahroni/iStock.com. 
Produção de L-asparaginase como antileucêmico
(ITO, 2018).
Purificação (métodos físicos e/ou químicos).
Produção de L-asparaginase.
Identificação dos microrganismos.
Coloração rosa no meio seletivo.
Isolamento dos microrganismos.
Actinobactérias do solo. Cultivo em meio seletivo.
Aplicação industrial de 
processos fermentativos
Obtenção de etanol e conceito de 
biorrefinaria
Bloco 3
Tallyta Santos Teixeira
Produção de etanol por via fermentativa
Figura 6 – Matérias-primas utilizadas para obtenção de etanol
Fonte: adaptada de Farias et al. (2014) e Goodapp/ Feellife/ ThamKC/iStock.com.
Açucaradas Amiláceas Lignocelulósica
Produção de etanol 1G por via fermentativa
Figura 7 – Usina sucroalcooleira: obtenção de 
açúcar e etanol de primeira geração (1G) 
(FARIAS et al., 2014)
Fonte: Julio Ricco/iStock.com. 
Moagem Fermentação Destilação Recuperação
Figura 8 – Diagrama de fluxo da produção de etanol
Cana-de-
açúcar
Pesagem
(balança)
Descarregamento
e lavagem da cana
Picador
Desfibrador
Moenda
Bagaço
Caldeira
Ração animal
Caldo
Tratamento 
(primário e químico)
AquecimentoDecantação
Caldo 
clarificado
Lodo
Filtração
Torta
Evaporação Preparo do 
mosto
Resfriamento
(trocadores de calor) Fermentação
Inóculo
CentrifugaçãoDestilação
Obtenção do
etanol
Fonte: adaptada de Farias et al. (2014).
Produção de etanol
Figura 9 – Disposição geral de uma indústria de produção de etanol
Fonte: elaborada pela autora.
1. Plantio da cana-de-açúcar.
2. Recepção dos caminhões 
carregados com matéria-prima.
3. Mesa alimentadora e moenda.
4. Caldeira.
5. Tanque pulmão.
6. Dornas de fermentação.
7. Centrífuga.
8. Colunas de destilação.
9. Central de controle.
10. Armazenadores.
11. Transporte do etanol.
Biorrefinaria
Processamento sustentável da biomassa, visando maior 
aproveitamento desta e menor geração de efluentes/resíduos 
(DE JONG et al., 2012). 
Figura 10 – Exemplo de biorrefinaria
Fonte: BanksPhots/iStock.com. 
Vinhaça
Adubo/fertilizante
Torta/lodo
Adubo/fertilizante
Bagaço
Energia e etanol
(FARIAS et al., 2014)
Teoria em Prática
Bloco 4
Tallyta Santos Teixeira
Reflita sobre a seguinte situação:
• Será que é mais fácil realizar a recombinação genética em 
um microrganismo e cultivá-lo ou desenvolver/otimizar os 
bioprocessos para garantir uma maior produtividade da 
molécula de interesse?
• Vamos analisar essas perguntas a partir do estudo de 
Washington (2016).
Referência
WASHINGTON, M. P. L. Modelagem do processo de produção da L-asparaginase
recombinante utilizando a abordagem dinâmica da análise do balanço de fluxos 
metabólicos. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) – Universidade 
Federal do Rio de Janeiro, 2016.
Reflita sobre a seguinte situação:
Figura 11 – Mecanismo de ação da L-asparaginase
Fonte: Washington (2016, p. 6).
Reflita sobre a seguinte situação:
Quadro 1 – Trabalhos sobre a produção de L-asparaginase a partir da bactéria 
Zymomonas mobilis
Fonte: Washington (2016, p. 8).
Autor Objetivo do Trabalho Produtividade de 
L-asparaginase
Pinheiro (2001) Utilização de L-asparagina como fonte de 
nitrogênio para produção da enzima.
-
Abud (2005) Utilização de processos no modo batelada 
e desenvolvimento do modelo cinético
0,005 UI/mL em 
33 h de cultivo.
Neto et al. (2006) Otimização da produção enzimática 
utilizando planejamento fatorial 
incompleto.
0,010 UI/mL em 
21 h de cultivo.
Baptista (2013) Potencial antileucêmico da L-asparaginase
recombinante.
-
Einsfeldt (2014) Clonagem e expressão de L-asparaginase
de Z. mobilis em E. coli.
20,4 UI/mL em 
16 h de cultivo.
Reflita sobre a seguinte situação:
Figura 12 – Fluxos metabólicos em aerobiose (esquerda) e anaerobiose (direita)
Fonte: Washington (2016, p. 24-25).
Reflita sobre a seguinte situação:
Fluxograma da modelagem matemática realizada pelo autor do 
estudo (WASHINGTON, 2016).
Bloco cinético
• Condições 
iniciais.
• Restrição 
cinética 
(equação de 
Michaelis 
Menten).
Bloco metabólico
• Modelo clássico.
• Otimização para 
máxima 
eficiência 
enzimática e 
formação de 
plasmídeos.
Bloco dinâmico
• Equações 
diferenciais dos 
fluxos 
metabólicos.
• Integração dos 
blocos.
Reflita sobre a seguinte situação:
Figura 13 – Comparação dos dados experimentais com o modelo
Fonte: Washington (2016, p. 61).
Reflita sobre a seguinte situação:
“Através dessa formulação é possível acompanhar as 
mudanças metabólicas nesse tipo de processo biotecnológico, 
trazendo grande contribuição para o projeto, otimização e 
controle do processo de produção de proteínas 
recombinantes” (WASHINGTON, 2016, p. 76).
Bioprocessos
Engenharia 
genética
Máxima 
produtividade
Dicas do(a) Professor(a)
Bloco 5
Tallyta Santos Teixeira
Prezado aluno, as indicações a seguir podem estar disponíveis 
em algum dos parceiros da nossa Biblioteca Virtual (faça o login
através do seu AVA). Algumas indicações também podem estar 
disponíveis em sites acadêmicos como o Scielo, repositórios de 
instituições públicas, órgãos públicos, anais de eventos 
científicos ou periódicos científicos, acessíveis pela internet.
Isso não significa que o protagonismo da sua jornada de 
autodesenvolvimento deva mudar de foco. Reconhecemos que 
você é a autoridade máxima da sua própria vida e deve, 
portanto, assumir uma postura autônoma nos estudos e na 
construção da sua carreira profissional. 
Por isso, te convidamos a explorar todas as possibilidades da 
nossa Biblioteca Virtual e além! Sucesso!
Leitura Fundamental
Indicação de leitura 1
Sabemos que osvegetais fermentados possuem 
características organolépticas agradáveis em virtude da 
fermentação lática. Mas, será que há produção de outros 
compostos bioativos durante esse processo? Leia esse artigo 
para conferir a resposta desta pergunta!
Referência
GHOSH, D. Studies on the changes of biochemical, microbiological and sensory 
parameters of sauerkraut and fermented mix vegetables. Food Research, v. 5, n. 1, 
p. 78-83, 2021.
Indicação de leitura 2
Será que apenas os microrganismos podem ser utilizados 
como biofábricas para obtenção de moléculas bioativas?
Leia este artigo e veja que as plantas também podem ser 
utilizadas para produção de diversas moléculas com aplicação 
na área da saúde. Veja também quais as vantagens e 
desvantagens disso!
Referência
SHANMUGARAJ, B. et al. Biotechnological insights on the expression and 
production of antimicrobial peptides in plants. Molecules, v. 26, n. 13, p. 4032, 
2021.
Dica do(a) Professor(a)
Série de vídeos da Petrobras Etanol sem Fronteira:
Episódio 1 – De onde vem o etanol? Como é o plantio de cana?
Episódio 2 – O que muda com a tecnologia no campo? 
Episódio 3 – Como a cana-de-açúcar vira etanol?
Episódio 4 – Como o etanol chega até você? 
Episódio 5 – Como é o etanol do futuro?
Episódio 6 – O que você sabe sobre o etanol? 
Referências
DA SILVA, E. J. The colours of biotechnology: science, development, and 
humankind. Electronic Journal of Biotechnology, v. 7, n. 3, p. 1-2, 2004.
DE JONG, E. et al. Bio-based Chemicals: Value Added Products from Biorefineries. 
IEA Bioenergy, Task 42 Biorefinery, 2012. 
FARIAS, D. L. et al. de Análise do cenário energético da região Norte Brasileira. 
Bioenergia em revista: diálogos, ano 4, n. 2, p. 87-108, jul./dez. 2014. 
ITO, A. G. T. P. Biotecnologia e Produção de Alimentos. Londrina: Editora e 
Distribuidora Educacional, 2018.
MORAES, I. O. Biotecnologia industrial: biotecnologia na produção de alimentos. v. 
4. 2. ed. São Paulo: Blucher, 2021.
WASHINGTON, M. P. L. Modelagem do processo de produção da L-asparaginase
recombinante utilizando a abordagem dinâmica da análise do balanço de fluxos 
metabólicos. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) – Universidade 
Federal do Rio de Janeiro, 2016.
Bons estudos!