PROCESSOS FERMENTATIVOS

Prévia do material em texto

W
BA
11
15
_V
1.
0
PROCESSOS FERMENTATIVOS
2
Tallyta Santos Teixeira
São Paulo
Platos Soluções Educacionais S.A 
2022
 PROCESSOS FERMENTATIVOS
1ª edição
3
2022
Platos Soluções Educacionais S.A
Alameda Santos, n° 960 – Cerqueira César
CEP: 01418-002— São Paulo — SP
Homepage: https://www.platosedu.com.br/
Head de Platos Soluções Educacionais S.A
Silvia Rodrigues Cima Bizatto
Conselho Acadêmico
Alessandra Cristina Fahl
Camila Braga de Oliveira Higa
Camila Turchetti Bacan Gabiatti
Giani Vendramel de Oliveira
Gislaine Denisale Ferreira
Henrique Salustiano Silva
Mariana Gerardi Mello
Nirse Ruscheinsky Breternitz
Priscila Pereira Silva
Tayra Carolina Nascimento Aleixo
Coordenador
Nirse Ruscheinsky Breternitz
Revisor
Rayane Kunert Langbehn
Editorial
Beatriz Meloni Montefusco
Carolina Yaly
Mariana de Campos Barroso
Paola Andressa Machado Leal
Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP)_____________________________________________________________________________ 
Teixeira, Tallyta Santos
Processos fermentativos / Tallyta Santos Teixeira. – São 
Paulo: Platos Soluções Educacionais S.A., 2022.
44 p.
ISBN 978-65-5356-253-0
1. Reatores em processos microbianos. 2. Reatores ideais. 
3. Reatores não ideais. I. Título.
CDD 660.62
_____________________________________________________________________________ 
 Evelyn Moraes – CRB: 010289/O
T266p 
© 2022 por Platos Soluções Educacionais S.A.
Todos os direitos reservados. Nenhuma parte desta publicação poderá ser reproduzida ou 
transmitida de qualquer modo ou por qualquer outro meio, eletrônico ou mecânico, incluindo 
fotocópia, gravação ou qualquer outro tipo de sistema de armazenamento e transmissão de 
informação, sem prévia autorização, por escrito, da Platos Soluções Educacionais S.A.
https://www.platosedu.com.br/
4
SUMÁRIO
Apresentação da disciplina __________________________________ 05
Fundamentos de Processos Fermentativos __________________ 07
Bioquímica aplicada a Processos Fermentativos _____________ 20
Produção de biomassa e Cultivo celular ______________________ 33
Aplicação industrial dos Processos Fermentativos ___________ 45
PROCESSOS FERMENTATIVOS
5
Apresentação da disciplina
Olá, aluno(a)! 
A disciplina de Processos fermentativos fornecerá conceitos e 
aplicações necessárias para que um especialista em Biotecnologia 
possa atuar no mercado de trabalho. Além de instigar sua curiosidade 
para aprofundar os conhecimentos sobre esse mundo dos processos 
fermentativos. 
O objetivo da disciplina é fazer com que você estude a aplicação 
dos reatores em processos microbianos e identifique as aplicações 
industriais dos diferentes bioprocessos. 
Dessa forma, a disciplina está dividida em quatro unidades. As duas 
primeiras unidades são mais teóricas, enquanto as duas últimas 
possuem uma formatação mais aplicada. A primeira unidade 
abordará sobre os Fundamentos dos Processos Fermentativos, ou 
seja, sobre tipos de processos fermentativos, principais tipos de 
biorreatores, cinética microbiana e modelos matemáticos. Enquanto 
a segunda unidade, mostrará sobre a bioquímica relacionada a 
processos fermentativos. Logo em seguida, será mostrada a produção 
de biomassa e o cultivo celular microbiano, vegetal e animal, na 
unidade três. 
Fecharemos esta disciplina com a aplicação industrial dos processos 
fermentativos, mostrando como podem ser aplicados para a obtenção 
de alimentos fermentados, medicamentos e etanol, e como o conceito 
de biorrefinaria pode ser inserido neste contexto geral.
6
Que você esteja ansioso(a) para começar essa jornada sobre os 
processos fermentativos e aproveite cada etapa para adquirir mais 
conhecimento sobre esse assunto fantástico. 
7
Fundamentos de Processos 
Fermentativos
Autoria: Tallyta Santos Teixeira
Leitura crítica: Rayane Kunert Langbehn
Objetivos
• Compreender os princípios básicos de processos 
fermentativos, como tipos e formas de condução de 
processos fermentativos e onde ocorrem.
• Entender sobre a cinética de crescimento 
microbiano.
• Estudar a aplicação de modelos matemáticos 
modernos em processos fermentativos.
8
1. Princípios básicos de processos 
fermentativos
Os processos fermentativos estão presentes no ramo da Biotecnologia, 
da Engenharia Química, Bioquímica e de Bioprocessos, ou seja, em 
qualquer área que utiliza organismos vivos para obtenção de algum 
produto de interesse. O que é um processo fermentativo? Como pode 
ser aplicado industrialmente ou no cotidiano? Essas e outras perguntas 
serão respondidas neste tema de estudo.
O processo fermentativo consiste na utilização de um microrganismo, 
que consumirá determinado nutriente no meio de cultivo (substrato) 
e converterá em um produto (intermediário metabólico ou final). Este 
produto pode ser enzima, antibiótico, iogurte, cerveja, entre outros.
O sucesso de um processo fermentativo necessita atender aos seguintes 
itens: 1) escolha do microrganismo; 2) definição do meio de cultura; 3) 
exigências do microrganismo utilizado; 4) tipo e/ou forma de condução 
do processo fermentativo; 5) recuperação do produto de interesse 
(SCHIMDELL et al., 2021).
Neste tema, aprofundaremos no quarto, que é o tipo de processo 
fermentativo, também associado ao terceiro, que diz respeito 
ao atendimento das exigências (fisiológicas e nutricionais) do 
microrganismo, de acordo com o tipo de processo fermentativo 
escolhido. Agora, você conhecerá um pouco mais sobre os tipos de 
processos fermentativos e quando podem ser utilizados.
1.1 Processos fermentativos
1.1.1 Tipos de fermentação
Os processos fermentativos podem ser divididos em dois tipos: 
Fermentação em Estado Sólido (FES) e Fermentação Submersa (FS). 
9
A FES, ou fermentação em meio sólido (FMS), se caracteriza pelo 
crescimento dos microrganismos em substratos sólidos umedecidos. 
Nesse tipo de fermentação, a umidade é um fator importante, pois a 
presença de água livre (denominada atividade de água e abreviada como 
Aw) é determinante para o crescimento do microrganismo e produção 
do produto de interesse. A Fermentação em Estado Sólido (FES) é muito 
utilizada devido à possibilidade de reaproveitar resíduos agroindustriais, 
como substrato de baixo custo e a pouca geração de efluente. Dessa 
forma, é empregada para produção de enzimas e de cogumelos, a 
fim de reduzir os custos do processo e oferecer um produto acessível 
economicamente (SCHMIDELL et al., 2021).
Já a fermentação submersa, ou fermentação líquida, é caracterizada pelo 
cultivo do microrganismo em meio líquido. Este tipo de fermentação é 
um dos mais utilizados na indústria alimentícia e farmacêutica, devido 
a variedade de formas de condução que garantem maior produtividade 
(SCHIMDELL et al., 2021). O que é isso e quais são essas formas de 
condução? É o que veremos a seguir.
1.1.2 Formas de condução
A forma de condução é uma estratégia adotada para alcançar os 
melhores rendimentos de determinado processo fermentativo, 
considerando a peculiaridade fisiológica do microrganismo e das 
características do processo submerso ou em estado sólido. Podem 
ser classificados em descontínuo simples, descontínuo alimentado e 
contínuo (SCHMIDELL et al., 2021).
O processo Descontínuo Simples, também chamado de Batelada 
Simples, consiste na adição de substrato apenas no início do processo. 
Dessa forma, o processo termina quando não há mais nutrientes no 
meio. A partir de então, o produto de interesse pode ser retirado do 
reator. Vale ressaltar que pode ser necessário adicionar ácido ou base 
10
para o controle do pH, antiespumante ou O2 (em caso de processos 
aeróbicos) no decorrer do processo. A vantagem da condução em 
batelada é o menor risco de contaminação e, por isso, pode ser utilizada 
para a produção de substâncias de maior valor agregado, tais como 
antibióticos, antígenos, enzimas e vacinas. No entanto, resulta em 
menor produtividade devido inibição/ repressão/ desvio do substrato, 
visto que é adicionado apenasuma vez no processo. Além disso, há os 
tempos mortos, que são tempos de parada de produção para limpeza e 
a esterilização do reator antes de uma nova fermentação (SCHMIDELL et 
al., 2021).
Por sua vez, o processo Descontínuo Alimentado, também chamado 
de Batelada Alimentada, consiste na adição de um ou mais nutrientes 
no decorrer da fermentação. Para isso, é necessário conhecer a 
fisiologia do microrganismo e a velocidade da reação. Tais informações 
permitirão montar a curva de crescimento microbiano e identificar o 
período de limitação de nutrientes, a fim de determinar o momento 
ideal para adicionar o substrato. Isso significa que o substrato é inserido 
gradativamente e continuamente durante o processo para suprir as 
necessidades nutricionais do microrganismo. A Batelada Alimentada 
surgiu como uma alternativa à Batelada Simples para diminuir o risco 
de inibição/ repressão/ desvio e aumentar a produção. Este processo 
pode ser utilizado para a produção de acetona, glicerol e ácido lático 
(SCHMIDELL et al., 2021). De forma suscinta, a Batelada Alimentada pode 
ser vista como um modo de operação intermediário entre batelada 
(única alimentação no início do processo) e contínuo.
No processo contínuo, a alimentação do reator é contínua e feita de 
acordo com a necessidade do microrganismo com vazão (quantidade em 
volume de meio de cultivo que entra no reator por unidade de tempo) 
constante, ou seja, o volume de entrada de substrato é igual ao volume 
de saída do produto dentro do reator ao longo do tempo, não tendo 
acúmulo. Isso implica que o volume de meio de cultivo dentro do reator 
também é constante em um processo contínuo.
11
Este processo pode ocorrer em único ou em múltiplos estágios e, 
ainda, com única ou múltiplas alimentações. Além disso, a condução 
em contínuo é um sistema aberto e garante maior produtividade, desta 
forma, é utilizada para a produção de produtos de baixo valor agregado, 
tal como etanol. Como vantagens, há a maior produção, obtenção de 
caldo fermentado uniforme, menor necessidade de mão de obra e 
manutenção de células no mesmo estado fisiológico no decorrer do 
processo. Como desvantagens, há o maior investimento na planta 
industrial, possibilidade de ocorrência de contaminação e dificuldade 
de manutenção da homogeneidade do reator (SCHIMDELL et al., 2021). 
Após aprender sobre as formas de realizar um processo fermentativo, 
você pode estar se perguntando onde esses processos acontecem, não é 
mesmo? Eles acontecem em um reator.
1.2 Biorreatores
Reator é qualquer recipiente onde um processo químico ou bioquímico 
acontece, sob condições controladas. Então, um Erlenmeyer, um saco 
de propileno, um vidro de azeitona reutilizado, uma garrafa pet, por 
exemplo, podem ser um reator. Para isso, é preciso que ocorra algum 
processo químico ou bioquímico dentro do recipiente e que condições 
como temperatura, pH e umidade, sejam minimamente controladas, 
nem que seja inicialmente.
De acordo com a resposta previsível ou não do comportamento do 
processo fermentativo, dentro de um reator, pode ser considerado 
ideal ou não ideal. Dessa forma, os reatores ideais, seguem modelos 
matemáticos preditos, o que facilita a operação e controle de um 
processo fermentativo. Os reatores industriais são projetados 
como reatores ideais, mas, muitas vezes, comportamentos reais, 
como alterações de vazão e mistura, podem fazê-los destoarem da 
idealidade.
12
Devido à presença de microrganismos nos processos bioquímicos/ 
fermentativos, o reator pode ser chamado de biorreator, porém, 
assim como existem diferentes cores em uma cartela de tinta que 
podem ser utilizadas ao gosto do cliente que construirá uma casa, 
por exemplo, existem diversos biorreatores. Existe uma infinidade 
de biorreatores no mercado, com diferentes aplicações, vantagens 
e desvantagens. Veremos sobre os três tipos mais utilizados para 
fermentação submersa, bem como as características, vantagens, 
desvantagens e aplicações deles, a fim de sabermos quando podem 
ser escolhidos e utilizados.
1.2.1 Batelada
O reator em batelada (do inglês, Batch Reator, abreviado como BR) opera 
em sistema fechado, com a entrada de reagente/ substrato no início da 
reação, e abertura do sistema/ reator apenas no final do processo para 
coleta do produto de interesse. Pode ser utilizado em pequena escala, 
sendo útil para testes de novos processos, porém, como é utilizado 
em processo descontínuo, não permite grandes conversões como 
nos sistemas contínuos. Tais reatores possuem sistema de agitação, 
aquecimento e resfriamento, que permite uma boa homogeneização 
do meio, além do controle da temperatura ideal para que um processo 
ocorra (SCHMIDELL et al., 2021).
Entre as vantagens, o reator em batelada apresenta conversões 
elevadas, flexibilidade de operação, facilidade de limpeza, tempo de 
residência bem definido e melhor controle de processos com altas 
viscosidades. Apresenta como desvantagens: elevado custo de operação 
e, por isso, é destinado a produtos mais caros; variabilidade de produtos 
em larga escala e limitado controle de temperatura (SCHMIDELL et al., 
2021). Esse tipo de biorreator é utilizado para indústria de pigmentos, 
alimentícia, farmacêutica e de cosméticos.
13
1.2.2 Reator contínuo de tanque agitado (CSTR)
O reator contínuo de tanque agitado ou perfeitamente agitado (do 
inglês, Continuous Stirred-Tank Reactor, abreviado como, CSTR), como o 
próprio nome diz, é um tanque agitado de mistura perfeita operado de 
forma contínua. Assim, as variáveis de temperatura, concentração do 
substrato e produto são iguais em todos os pontos dentro do reator 
(FOGLER, 2009, p.10).
Um reator do tipo CSTR é utilizado quando a agitação intensa é 
requerida, com o borbulhamento de um gás, por exemplo. Além disso, 
é aplicado em processos com reações em fase líquida e em reações 
bifásicas. Apresenta como vantagem a facilidade de controle da 
temperatura e de regulação da vazão da alimentação, que, por sua vez, 
pode auxiliar no controle de reações paralelas indesejáveis, mantendo 
uma baixa concentração de um dos reagentes. Além disso, pode ser 
configurado para operar em sistemas de reatores em série. No entanto, 
apresenta como desvantagem a necessidade de ter um grande volume 
de reator para obter altas conversões de reagente em produto (FOGLER, 
2009, p. 17). Devido ao grande volume alcançado e ao processo contínuo 
rápido e econômico, é muito explorado pela indústria química e 
farmacêutica.
Apesar do projeto de reatores CSTR considerá-los perfeitamente 
agitados, na prática, podem existir zonas de estagnação no fundo do 
reator, que criam o chamado volume morto. Além disso, pode haver 
um caminho em diagonal e mais curto chamado by-pass, pelo qual o 
reagente atravessa o reator sem se misturar com os fluidos. Esses dois 
fatores podem fazer com que o reator, inicialmente, projetado como 
ideal, se torne não ideal, pois, apesar de serem previstos, não podem 
ser controlados e nem estimados matematicamente, com precisão. 
Isso pode afetar negativamente a eficiência do processo fermentativo e 
torna necessária a realização de estudos para minimizar esses efeitos 
(RANADE, 2001, p.12).
14
1.2.3 Reator tubular (PFR)
O reator tubular (do inglês, Plug Flow Reactor, abreviado como PFR) é 
constituído por um longo tubo ou feixe de tubos e é, frequentemente, 
utilizado em processos na fase gasosa, mas também pode ser aplicado 
em processos na fase líquida. Neste tipo de reator, os reagentes são 
continuamente consumidos à medida que percorrem o reator. Dessa 
forma, há uma variação da concentração do reagente ao longo do 
reator. No entanto, não há variação na velocidade da reação (velocidade 
no fim do reator = velocidade no início do reator), pois a velocidade de 
escoamento é uniforme. O mesmo acontece com a variação radial da 
concentração e da temperatura (FOGLER, 2009, p.11-12).
Esse tipo de reator é de fácil manutenção por possuir partes móveis, 
baixo custo operacional e maiorconversão por volume, se comparado 
com os demais reatores de uso contínuo. Por outro lado, o controle de 
temperatura em um reator PFR é mais complexo, pois não há uma mistura 
perfeitamente homogênea, como em um CSTR. (FOGLER, 2009, p.18).
O PFR possui também comportamentos reais que podem fugir da 
idealidade projetada. Neste caso, a formação de zonas de misturas 
na entrada do reator devido à vorticidade e turbulência da inserção 
do substrato num escoamento empistonado pode torná-lo não-ideal 
(RANADE, 2001, p.12). Este tipo de reator é utilizado para produção 
de biomassa de microalgas (Clorella sp.), em tubos transparentes que 
permitem uma boa incidência de luz e não necessitam de uma agitação 
(mistura perfeitamente homogênea).
Até aqui, vocês aprenderam sobre os princípios básicos de um 
processo fermentativo, focando nos tipos e nos principais biorreatores. 
No entanto, falta falar sobre os protagonistas dos processos 
fermentativos, que são os microrganismos. Os microrganismos 
possuem comportamentos característicos que nos permitem controlar 
os processos fermentativos, veremos isso no tópico a seguir, sobre a 
cinética de crescimento microbiano.
15
2. Cinética de crescimento microbiano
O crescimento microbiano pode ser quantificado experimentalmente de 
várias formas: 1) determinação do peso seco ou úmido; 2) turbidimetria; 
3) contagem de microrganismos, por exemplo. Além dessas técnicas, 
o crescimento microbiano também pode ser expresso graficamente, 
plotando o número de células de um microrganismo, em escala 
logarítmica, em função do tempo, como visualizada na Figura 1.
Figura 1 – Fases da curva de crescimento microbiano
Fonte: elaborado pela autora.
A fase lag é a fase inicial do crescimento microbiano, seguida pela 
fase de crescimento exponencial (fase log), fase estacionária e fase de 
declínio ou morte. Conhecer estas fases, permite uma melhor condução 
do processo fermentativo e, consequentemente, do produto de 
interesse (ALTERTHUM et al., 2020, p. 42-46).
Por exemplo, sabendo que a bactéria Clostridium sp. possui fase log de 
8-10h, podemos cultivar os microrganismos, por este mesmo período, 
em uma solução com condições ótimas para o seu crescimento, que 
chamaremos de pré-inóculo. Assim, obtemos o inóculo que será adicionado 
16
ao biorreator para iniciar o processo fermentativo. Sabendo, ainda, que o 
produto de interesse é obtido após vinte horas de cultivo, durante a fase 
estacionária da bactéria, é mais fácil realizar o processo em um reator 
batelada. Vale lembrar que que precisamos considerar as condições ótimas 
de temperatura, pH, vazão do substrato, taxa de agitação e aeração, por 
exemplo, mas quais outras variáveis podem ser estudadas durante um 
processo fermentativo? Como este estudo pode ser realizado?
As concentrações do substrato, produto ou microrganismo, ao longo 
do tempo, são variáveis de um processo fermentativo que podem 
ser obtidas a partir de um estudo cinético. A partir deste estudo, 
calcularemos as velocidades de consumo e formação dos compostos 
de interesse e os fatores de conversão, que serão fundamentais para o 
dimensionamento do processo em escala industrial.
Além disso, os dados cinéticos servem para criar modelos cinéticos ou 
ainda podem ser ajustados a modelos já existentes.
Entre os modelos cinéticos já existentes, pode ser citado o proposto por 
Monod, que mensura a relação da concentração do substrato limitante 
(S) do meio com a velocidade específica (µx) do microrganismo, em 
função da máxima velocidade específica do microrganismo (µm) e a 
constante de saturação do substrato (Ks):
Equação de Monod: 
Uma das desvantagens da equação de Monod é que não leva em 
consideração o efeito inibidor presente no meio, que é típico em 
processos fermentativos que utilizam materiais lignocelulósicos como 
substrato. Neste caso, outras equações podem ser utilizadas como de 
Teissier, Moser, Contois e Fujimoto e Powell (SCHMIDELL et al., 2021).
17
Além de equações para prever a relação e cinética dos substratos, 
produtos de interesse e do microrganismo, será que é possível prever 
outros fatores matematicamente?
3. Modelos matemáticos modernos
Os modelos matemáticos modernos podem relacionar uma série 
de fatores ambientais, como pH, temperatura, vazão do substrato e 
composição de substrato, com a população microbiana. Isso pode 
ser feito a partir de modelos fenomenológicos, no qual o modelo é 
construído para explicar fenômenos empíricos, ou, ainda, modelos 
chamados de entrada-saída, no qual são construídas equações 
matemáticas com base na entrada de dados obtidos empiricamente 
(SCHIMIDELL et al., 2021).
Podem, ainda, ser contemplados os modelos matemáticos que visam 
simular computacionalmente um sistema (SCHIMDELL et al., 2021) 
ou, ainda, os modelos estatísticos, utilizados para planejamento e 
otimização de processos.
Entre os modelos para selecionar variáveis de um processo, pode ser 
utilizado o planejamento fatorial para casos em que se deseja estudar 
até oito variáveis independentes. Para estudos com mais de oito 
variáveis, pode ser utilizado o modelo Plackett e Burman (PB). Nesses 
casos, são escolhidas a quantidade de variáveis a serem avaliadas e 
os níveis. Os níveis representam as variações do parâmetro avaliado, 
geralmente, em um ponto máximo, central e mínimo. Por exemplo, 
temperatura a 0 ºC, 25 ºC e 40 ºC, ou, ainda, um pH ácido, neutro e outro 
básico (RODRIGUES; IEMMA, 2014).
Imagine que um biotecnologista queira avaliar a produção de enzimas 
celulolíticas em três temperaturas e três substratos diferentes. Neste caso, 
existem três níveis e duas variáveis, e pode ser utilizado um planejamento 
18
fatorial. Os níveis serão descritos no planejamento como -1, 0 e +1, e 
combinados com as variáveis a serem estudadas no modelo matemático. 
Experimentalmente, será feita uma codificação, na qual -1, 0 e +1, podem se 
referir as temperaturas (20, 30 e 40 ºC) e aos substratos (X, Y e Z). Finalizado 
o experimento, uma resposta de cada possibilidade testada deverá ser 
devolvida pelo programa computacional para gerar uma superfície resposta 
e um modelo matemático. Neste caso, a variável resposta seria a atividade 
celulolítica, pois o biotecnologista quer avaliar a melhor condição para a 
produção desta enzima.
Neste tema, foi possível estudar os fundamentos de um processo 
fermentativo. Inicialmente, você pode verificar quais tipos de processos 
fermentativos existem: fermentação em estado sólido e fermentação 
submersa, assim como suas formas de condução. Em seguida, conheceu 
onde ocorre a mágica do processo fermentativo (reatores/ biorreatores) 
e como os protagonistas desse processo, os microrganismos, podem 
ter seu comportamento predito (ou uma tentativa disso) a partir de 
modelos cinéticos, como Monod. Além de estimar o comportamento 
dos microrganismos, é possível saber sobre as fases do crescimento 
deste e calcular as variáveis ótimas de um processo a partir de modelos 
matemáticos modernos.
Dessa forma, todos os componentes de um processo fermentativo 
podem ser cuidadosamente escolhidos, a partir das características 
principais, aplicações, vantagens e desvantagens. Cabe a você, 
biotecnologista, fazer a melhor escolha em cada situação, de acordo com 
o seu conhecimento prévio e adquirido.
Referências
ALTERTHUM, F.; SCHMIDELL, W.; LIMA, U. de A. et al. Biotecnologia industrial: 
fundamentos. v. 1., 2. ed. São Paulo: Blucher, 2020.
19
FOGLER, H. S. Elementos de Engenharia das Reações Químicas. 4. ed. Rio de 
Janeiro: LTC, 2009.
RANADE, V. V. Computacional flow modeling for Chemical reactor engineering. 
London: Academic Press, 2001.
RODRIGUES, M. I.; IEMMA, A. F. Planejamento de experimentos e otimização de 
processos. 3. ed. Campinas: Cáritas, 2014.
SCHMIDELL, W.; ALTERTHUM, F.; LIMA, U. de A. et al; MORAES, I. de O. 
Biotecnologia industrial: Engenharia Bioquímica. v. 2., 2.ed. São Paulo: Blucher, 
2021.
20
Bioquímica aplicada a Processos 
Fermentativos
Autoria:Tallyta Santos Teixeira
Leitura crítica: Rayane Kunert Langbehn
Objetivos
• Compreender sobre os conceitos, vias metabólicas, 
processos e produtos relacionados com a bioquímica 
da fermentação.
• Entender sobre os efeitos Pasteur e Contra Pasteur.
• Analisar a importância da aeração e da agitação nos 
processos fermentativos.
21
1. Bioquímica da fermentação
Antes de entender sobre a bioquímica aplicada à fermentação, é 
importante saber sobre alguns conceitos importantes. O que é a 
bioquímica? O que é uma fermentação?
1.1 Conceitos da Bioquímica
A bioquímica é a área do conhecimento que relaciona processos 
químicos em sistemas biológicos. Neste caso, envolve o estudo de 
biomoléculas, que são compostos orgânicos de baixa massa molecular, 
chamados de metabólitos, e que podem ser divididos basicamente 
em primários e secundários. Os metabólitos primários são essenciais 
à sobrevivência de um organismo, como proteínas, lipídeos, ácidos 
nucleicos e carboidratos. Enquanto, os metabólitos secundários são 
moléculas específicas para o desenvolvimento, reprodução e defesa 
dos organismos, como compostos fenólicos, terpenos e alcaloides 
(LEHNINGER; NELSON; COX, 2018). Além dos metabólitos estruturais e 
funcionais, a Bioquímica também é responsável pelo estudo do conjunto 
de complexas reações que ocorrem nos organismos vivos, denominado 
metabolismo. Como as reações químicas podem liberar ou consumir 
energia, podem ser subdividas de acordo com esse balanço energético 
(LEHNINGER; NELSON; COX, 2018).
O catabolismo compreende as reações químicas que liberam energia, 
chamadas de reações degradativas ou catabólicas. Isso porque ocorrem 
reações de quebra de compostos maiores em menores. Já o anabolismo, 
compreende o conjunto de reações que consomem energia, chamadas 
de reações biossintéticas ou anabólicas. Geralmente, ocorre com o 
processo inverso do catabolismo, ou seja, está envolvido na formação de 
substâncias maiores a partir de moléculas menores (TORTORA; FUNKE; 
CASE, 2017).
22
Assim, a Bioquímica pode ser vista como um estudo que relaciona a 
formação de moléculas dentro dos organismos vivos, mas como ela está 
relacionada à fermentação? Para compreender sobre isso, é importante 
que você entenda mais sobre o conceito e aplicação da fermentação.
1.2 Fermentação: do ponto de vista biotecnológico e 
bioquímico
Do ponto de vista biotecnológico, a fermentação é mais que um mero 
processo de obtenção de energia, como, muitas vezes, dito pelo ponto 
de vista bioquímico. Além disso, também corresponde a um processo de 
geração de produtos naturais úteis aos seres humanos. Neste bioprocesso, 
o metabolismo microbiano é responsável pela transformação ou obtenção 
de alimentos e promove alterações na estrutura, textura, sabor e aroma de 
substratos. Os benefícios que a fermentação pode trazer são, por exemplo: 
o enriquecimento da dieta; destoxificação, que é a redução dos impactos 
negativos das toxinas ao metabolismo corporal; enriquecimento biológico; 
preservação do alimento; diminuição do tempo de cozimento e redução 
dos custos de produção (SCHMIDELL et al., 2021).
Para entender o ponto de vista bioquímico sobre a fermentação, 
é importante diferenciar a respiração (aeróbia e anaeróbia), da 
fermentação. A respiração aeróbia, a respiração anaeróbia e a 
fermentação são processos para produção de energia pelas células 
vivas, ou seja, geração de ATP (adenosina trifosfato) a partir de fontes de 
alimento. Cada processo pode compartilhar características (mecanismos) 
para a produção de ATP, mas também possui suas particularidades 
(TORTORA; FUNKE; CASE, 2017).
1.2.1 Mecanismos de produção de energia celular (ATP)
Primeiramente, é importante conhecer os mecanismos de produção 
de ATP pelos microrganismos, que são três: fosforilação em nível de 
23
substrato (Figura 1A), fosforilação oxidativa (Figura 1B) e fotofosforilação 
(TORTORA; FUNKE; CASE, 2017).
Na fosforilação em nível de substrato, o ATP normalmente é gerado 
quando um fósforo (P) de alta energia é diretamente transferido de um 
composto fosforilado (um substrato) para ADP (adenosina difosfato). (...)
Na fosforilação oxidativa, os elétrons são transferidos de compostos 
orgânicos para um grupo de carreadores de elétrons (normalmente o 
NAD+ e FAD). (...) A sequência de carreadores de elétrons utilizada na 
fosforilação oxidativa é chamada de cadeia de transporte de elétrons 
(série de reações integradas/sistema). A transferência de elétrons de um 
carreador de elétrons para o próximo libera energia, sendo uma parte dela 
utilizada para gerar ATP a partir de ADP, em um processo chamado de 
quimiosmose(...). (TORTORA; FUNKE; CASE, 2017, p.118)
Figura 1 – Mecanismos de fosforilação (A) em nível de substrato e (B) 
oxidativa, em célula eucariótica (com a presença de mitocôndria)
 Fonte: adaptada de VectorMine/ iStock.com.
 
A fotofosforilação também chamada de fotossíntese, ocorre somente nas 
células fotossintéticas, que contêm pigmentos que absorvem a luz, como 
a clorofila. Na fotossíntese, moléculas orgânicas, especialmente açúcares, 
são sintetizadas com a energia da luz a partir de dióxido de carbono e 
água, que são blocos construtivos de baixa energia. A fotofosforilação inicia 
24
esse processo pela conversão da energia luminosa em energia química de 
ATP e NADPH, que, por sua vez, são utilizados para sintetizar moléculas 
orgânicas. Como na fosforilação oxidativa, uma cadeia de transporte de 
elétrons está envolvida. (TORTORA; FUNKE; CASE, 2017, p. 118-119).
Além dos mecanismos de produção do ATP, é importante conhecer as 
vias metabólicas envolvidas nos processos de respiração e fermentação.
1.2.2 Vias metabólicas
As vias metabólicas podem ser comparadas ao mapa de uma cidade, 
com vários caminhos e paradas. Algumas paradas são essenciais para a 
sobrevivência do organismo vivo, enquanto outras podem ser caminhos 
alternativos, em virtude das condições do meio.
Uma das vias consideradas essenciais é a glicólise (Embden Meyerhoff 
Parnas), que é o primeiro passo da fermentação e da respiração celular. 
“A glicólise é a oxidação da glicose em ácido pirúvico com a produção 
de algum ATP e NADH contendo energia” (TORTORA; FUNKE; CASE, 
2017, p. 121). O ácido pirúvico será reduzido a Acetil CoA que vai para 
a lipogênese, onde ocorre a síntese de ácido graxos. Outra parte do 
Acetil CoA entra no ciclo de Krebs e há obtenção de aminoácidos para, 
posteriormente, obter proteínas e ácidos nucleicos (RNA ou DNA). Vale 
ressaltar que há um ganho líquido de duas moléculas de ATP para cada 
molécula de glicose (TORTORA; FUNKE; CASE, 2017, p. 121).
Apesar da glicólise ser a via metabólica comumente empregada, há vias 
metabólicas alternativas utilizadas por microrganismos. A via da pentose-
monofosfato funciona simultaneamente com a glicólise e fornece um 
meio para a quebra de açúcares de cinco carbonos, de forma semelhante 
ao que ocorre com a glicose (açúcar de seis carbonos). Essa via se 
caracteriza pela geração de pentoses intermediárias essenciais para a 
obtenção de outros metabólitos primários, como DNA, RNA e aminoácidos 
(TORTORA; FUNKE; CASE, 2017, p. 121).
25
Outra via alternativa à glicólise é a via de Entner-Doudoroff que, neste 
caso, consegue metabolizar a glicose sem a necessidade de vias 
simultâneas, como acontece na via pentose-fosfato. Esta via funciona 
convertendo a glicose em ácido pirúvico, assim como a glicólise. No 
entanto, utiliza enzimas diferentes para esta conversão. Além disso, a via 
de Entner-Doudoroff é encontrada em algumas bactérias gram-negativas, 
como Rhizobium, Pseudomonas e Agrobacterium (TORTORA; FUNKE; CASE, 
2017, p. 121).
1.2.3 Diferença da fermentação para a respiração
A fermentação é caracterizada por “liberar energia a partir de açúcares 
ou outras moléculas orgânicas, e não requerer oxigênio, mas pode 
ocorrer na presença dele” (TORTORA; FUNKE; CASE, 2017, p. 127). Além 
disso, promove a oxirredução de um composto orgânico, possui baixo 
potencialde energia, e ocorre a fosforilação em nível de substrato 
(TORTORA; FUNKE; CASE, 2017, p. 127-129).
Tanto a respiração aeróbia, anaeróbia ou a fermentação, necessitam 
de um aceptor final de elétrons. O que caracteriza a respiração aeróbia 
é justamente a molécula de O2 como aceptor final. Já na respiração 
anaeróbia, o aceptor final de elétrons é diferente do O2, podendo 
ser utilizado aceptores como íon nitrato (NO3 
–), sulfato (SO4
2–) e 
carbonato (CO3
2–), dependendo da espécie bacteriana. Já a fermentação, 
geralmente, utiliza uma molécula sintetizada pela célula como aceptor 
final de elétrons (TORTORA; FUNKE; CASE, 2017, p. 127-130).
1.2.4 Tipos de fermentação
Há diversos tipos de fermentações, como alcoólica, lática, propiônica, 
butírica, acética, ABE (acetona-butanol-etanol), e cítrica (SCHMIDELL 
et al., 2021). Você sabe qual a diferença de cada tipo de fermentação? 
Como cada fermentação ocorre?
26
Esses tipos de fermentações ocorrem com a utilização de um substrato, 
que é convertido em ácido pirúvico através da via da glicólise ou 
qualquer outra via alternativa. Em seguida, o ácido pirúvico ou seus 
derivados são convertidos em diversos produtos. O que determina 
o tipo de fermentação, é o substrato, microrganismo utilizado e o 
produto obtido (TORTORA; FUNKE; CASE, 2017, p.130-132). Veja, no 
Quadro 1, alguns exemplos de microrganismos, substratos produto e 
aplicação comercial e/ou industrial para diferentes tipos de processos 
fermentativos.
Quadro 1 – Produtos obtidos durante a fermentação a depender do 
microrganismo utilizado
Microrganismo Substrato Produto da fermentação
Uso comercial 
ou industrial
Tipo de 
fermentação
Streptococcus, 
Lactobacillus, 
Bacillus e/ou 
Pediococcus.
Leite;
açúcar;
vegetais; 
carne.
Ácido lático.
Queijo, iogurte;
pão de centeio;
picles;
salame.
Lática.
Saccharomyces. Carboidrato. Etanol e CO2.
Bebidas e 
combustível. Alcoólica.
Propionibacterium. Ácido lático.
Ácido 
propiônico 
e CO2;
ácido acético.
Queijo suíço;
Vinagre.
Propiônica;
acética.
Clostridium. Carboidrato. 
Acetona, 
butanol e 
etanol;
ácido butírico.
Uso 
farmacêutico 
e industrial.
ABE;
butírica.
Acetobacter. Etanol. Ácido acético. Vinagre. Acética.
Aspergillus. Carboidrato. Ácido cítrico. Indústria alimentícia. Cítrica.
Fonte: adaptado de Tortora, Funke e Case (2017, p. 130 e 132).
Vale destacar que outros fatores determinam o produto produzido pelo 
microrganismo durante a fermentação. Entre esses fatores, podem 
ser citadas as enzimas, presentes e ativas em cada microrganismo, 
27
que definirão as vias metabólicas a serem utilizadas na conversão do 
substrato em produto (TORTORA; FUNKE; CASE, 2017, p. 128).
Dependo da quantidade de produto obtido ao final da fermentação, 
os microrganismos podem ser classificados como homofermentativos, 
se produzem apenas um produto, ou como heterofermentativos, 
se produzem dois ou mais. Como exemplo de microrganismo 
homofermentativo, podem ser citadas as bactérias do ácido láctico 
(BALs), como Lactobacillus e Streptococcus, que produzem apenas ácido 
lático. Já como microrganismo heterofermentativo, pode ser citado o 
gênero Clostridium que produz acetona, butanol e etanol, durante a 
fermentação ABE (TORTORA; FUNKE; CASE, 2017, p. 128-130).
Dessa forma, é possível perceber que ao estudar a bioquímica da 
fermentação, você precisa compreender como as reações acontecem, na 
presença e ausência de determinados fatores (substrato, microrganismo, 
anaerobiose ou aerobiose, por exemplo). Além disso, é importante 
saber o que se deseja produzir e como este produto pode ser formado 
por métodos tradicionais ou modernos, ou seja, a partir de modificação 
genética.
2. Efeitos Pasteur e Contra Pasteur
Cada tipo de fermentação tem suas particularidades e alguns efeitos 
que podem interferir no mecanismo normal da reação. A fermentação 
alcoólica, por exemplo, ocorre com a degradação de carboidratos com a 
formação de etanol e gás carbônico, mas também de subprodutos como 
ácidos orgânicos, glicerol e outros álcoois. É realizada principalmente 
pelas leveduras do gênero Saccharomyces (ALTERTHUM et al., 2020).
Bioquimicamente, a obtenção de etanol e de gás carbônico ocorre 
através da glicólise, com a ação diversas enzimas e cofatores, mas 
28
é importante lembrar que as enzimas são moléculas altamente 
específicas, que funcionam simplificadamente através do mecanismo 
chave-fechadura. Podem ter cofatores que auxiliam nesta ligação ou 
inibidores que afetam a atividade enzimática e, consequentemente, a 
conversão de substrato em produto. Como essas reações ocorrem em 
forma de cascata, na qual o produto de uma reação é o substrato da 
próxima reação, é importante se atentar a todos detalhes presentes na 
obtenção do produto de interesse (ALTERTHUM et al., 2020).
No caso da fermentação alcoólica, o produto de interesse é o etanol. 
Por isso, é importante verificar, monitorar e, se possível, remover 
possíveis interferentes desta conversão de carboidrato em etanol 
(ALTERTHUM et al., 2020).
Um dos efeitos conhecidos por reduzir a produção de etanol e o 
consumo de carboidrato pelo microrganismo, é o efeito de Pasteur. 
Isso pode acontecer em meio anaeróbio devido à inibição da enzima 
fosfofrutoquinase. Esta enzima é inibida pela presença de ATP e 
citrato e ativada por AMP (adenosina 3,5 monofostato), ADP e fosfato 
inorgânico. Então, o excesso ou falta de uma dessas moléculas 
ativadoras ou repressoras, pode acarretar prejuízos para ação da enzima 
fofosfrutoquinase, prejudicando a via da glicólise e, consequentemente, 
na obtenção de etanol (ALTERTHUM et al., 2020).
Outro efeito é o chamado Crabtree (ou efeito contra Pasteur), que 
ocorre quando há produção de etanol em altas concentrações de 
carboidratos e aerobiose. Isso ocorre porque, nestas condições, há 
inibição das enzimas respiratórias e da formação da mitocôndria, onde 
a respiração aeróbia acontece. Conhecer esse efeito é importante para 
produzir etanol de forma mais eficiente e com menor gasto em termos 
econômicos. Isso porque é mais viável produzir etanol em aerobiose, 
onde o oxigênio pode ser obtido por um sistema de agitação contínua, 
do que na ausência de oxigênio, com injeção de gases como N2 ou CO2 
(ALTERTHUM et al., 2020).
29
De forma geral, o fato da levedura conseguir respirar mesmo na 
ausência de oxigênio, ou seja, em anaerobiose, é chamado de efeito 
Pasteur. Enquanto o fato de a levedura conseguir fermentar mesmo na 
presença de oxigênio, ou seja, em aerobiose, é denominado de efeito 
contra Pasteur ou Crabtree (ALTERTHUM et al., 2020).
Dessa forma, é possível notar que a ausência ou presença em 
diferentes concentrações de alguns compostos podem direcionar a 
via metabólica e promover a obtenção de um determinado produto. 
Esses efeitos podem ser explorados na tentativa de obter um processo 
fermentativo com maior conversão do produto de interesse, com menor 
custo (ALTERTHUM et al., 2020). Além disso, observa-se que, além do 
substrato (carboidrato), os gases também podem direcionar essas vias 
metabólicas, em especial o oxigênio. Como esses gases podem ser 
controlados, mensurados e inseridos em um processo fermentativo?
3. Sistemas de agitação e aeração
A agitação e a aeração são parâmetros importantes de serem 
controlados durante uma fermentação, pois afetam o metabolismo 
do microrganismo e, consequentemente, o produto de interesse. Isso 
porque através dos sistemas de aeração e/ou agitação que é fornecido 
o substrato ideal para a atividade bioquímica de cada célula (SCHMIDELL 
et al., 2021).
Há diversas ferramentas para monitorar e controlar a concentração 
de gases como oxigênio (O2) em um biorreator, local onde a mágica 
acontece. Os biorreatores do tipo CSTR, por exemplo, possuem sistemas 
para controle da aeração através de uma sonda ou eletrodo, que medirá 
o potencial gerado pelo oxigênio, determinando, assim, a quantidade 
de oxigênio dissolvido do meio. Neste caso, o sistema de aeração é 
diferentedo sistema de agitação. A agitação é proporcionada através 
30
de pás, inseridas no meio do biorreator, com a função de homogeneizar 
solução e também de transferir oxigênio para o meio. Tendo como base 
um processo aeróbio, que necessita de oxigênio, é nítida a importância 
desta molécula para que os processos bioquímicos aconteçam. O 
oxigênio é importante para diversas vias metabólicas, por ser o aceptor 
final de elétrons e ainda permitir o armazenamento de energia nas 
células (SCHMIDELL et al., 2021), sendo essa reação, muitas vezes, 
simplificada como:
C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O
Observando a reação química de oxidação da glicose, e pensando do 
ponto de vista bioquímico sobre o que acontece nas células, é apenas 
uma faísca para uma cascata de reações celulares que acontecerão. 
Além disso, para que um processo fermentativo ocorra com sucesso, é 
importante monitorar e fornecer nutrientes necessários, no início e/ou 
durante o processo, a depender das necessidades do microrganismo 
e do produto de interesse. Por isso, é importante que haja sistemas de 
agitação e aeração do meio (SCHMIDELL et al., 2021).
A agitação, geralmente, fornece a homogeneização do meio, mas 
também pode garantir a oxigenação (transferência de oxigênio), 
caso seja realizada continuamente e de forma vigorosa, como ocorre 
em reatores continuamente agitados (CSTR). Essa agitação é feita 
por pás (chamados também de agitadores), que podem ter vários 
formatos, como hélices ou discos, a depender das condições que 
deseja ter no meio. Isso porque a geometria, dimensões e estrutura 
das pás interferem na potência e vazão a ser transmitida no processo 
fermentativo (SCHMIDELL et al., 2021).
Já a aeração, é feita por difusores ou dispersores de ar que também 
possuem diferentes tipos, dependendo da característica do 
microrganismo e do substrato utilizado. O mais utilizado é o anel 
de distribuição colocado após a turbina ou pás de agitação de um 
31
biorreator. No entanto, em sistemas com substrato muito viscoso 
ou com materiais em suspensão, o ideal é utilizar difusores porosos 
e descartáveis que facilitem a manutenção do biorreator e o não 
entupimento dos difusores de ar, que fornecem os gases necessários 
para o metabolismo do microrganismo (SCHMIDELL et al., 2021).
Há também biorreatores, em que o mesmo sistema de aeração promove 
a agitação do meio. Isso é o que acontece em um reator do tipo air-
lift, através de borbulhamento de gases, por um sistema de coluna de 
bolhas. Basicamente, o biorreator air-lift consiste em um reator cilíndrico 
com um injetor de ar em seu interior. É exatamente esse injetor de ar 
central, que pode ter diferentes tamanhos e dimensões, que promove 
a aeração e agitação do meio. Esses sistemas também podem ser uma 
alternativa para bioprocessos que utilizam como substrato materiais 
em suspensão como resíduos agroindustriais e materiais amiláceos, por 
exemplo (SCHMIDELL et al., 2021). É importante destacar que como a 
fermentação pode ser realizada em aerobiose, tendo em vista o efeito 
Contra Pasteur, muitas vezes, a palavra aeração pode ser substituída 
pelo termo transferência de oxigênio. No entanto, outros gases também 
podem ser fornecidos ou monitorados no sistema. Nos bioprocessos 
que ocorrem em anaerobiose, o oxigênio precisa estar ausente no 
meio para que o microrganismo desenvolva e produza o metabólito de 
interesse. Nestes casos, outros gases como N2 (nitrogênio) ou de uma 
mistura gasosa (geralmente com N2 – nitrogênio, H2 – hidrogênio, e CO2 – 
dióxido de carbono), podem ser inseridos no meio para que o processo 
ocorra (SCHMIDELL et al., 2021).
Em sistemas que ocorrem em anaerobiose, a injeção dos gases como 
N2, H2 e/ou CO2 é necessária para reagir com o O2 presente o meio, 
convertendo-o em outra substância e, assim, eliminando-o do meio para 
não atrapalhar o metabolismo do microrganismo que não fermentaria 
na presença de O2. Esse sistema de controle da anaerobiose (ausência 
de oxigênio) pode ser sofisticado através de biorreatores, ou ainda feito 
em sistemas chamados de câmaras de anaerobiose, que funcionam 
32
como uma caixa isolada, onde será inserido os biorreatores. Na câmara 
de anaerobiose, injeta-se N2, H2 e CO2, no qual o gás hidrogênio reagirá 
com o oxigênio presente no meio, formando água. Por sua vez, a 
água formada é removida pelo carvão ativado presente na câmara 
de anaerobiose. Para monitorar se essa conversão está sendo eficaz, 
geralmente, utilizam-se métodos colorimétricos, como um papel filtro 
mergulhado em resazurina, que ficará rosa na presença de oxigênio e 
incolor na ausência deste.
Dessa forma, nota-se como é importante conhecer as reações 
bioquímicas que acontecem dentro de um microrganismo e como isso 
pode ser utilizado para beneficiar um processo fermentativo, a partir de 
um sistema adequado de aeração e/ou agitação.
Referências
ALTERTHUM, F.; SCHMIDELL, W.; LIMA, U. de A. et al. Biotecnologia industrial: 
fundamentos. v. 1., 2. ed. São Paulo: Blucher, 2020.
LEHNINGER, T. M; NELSON, D. L.; COX, M. M. Princípios de Bioquímica. 7. ed. Porto 
Alegre: Artmed, 2018.
SCHMIDELL, W.; ALTERTHUM, F.; LIMA, U. de A. et al. Biotecnologia industrial: 
Engenharia Bioquímica. v. 2., 2. ed. São Paulo: Blucher, 2021.
TORTORA, G. J.; FUNKE, B. R.; CASE, C. L. Microbiologia. 12. ed. Porto Alegre: 
Artmed, 2017.
33
Produção de biomassa e Cultivo 
celular
Autoria: Tallyta Santos Teixeira
Leitura crítica: Rayane Kunert Langbehn
Objetivos
• Compreender conceitos e exemplos de biomassas e 
as técnicas para a sua produção.
• Entender sobre o cultivo celular e suas 
particularidades.
• Verificar os procedimentos realizados nos cultivos de 
células microbianas, vegetais e animais.
Neste tema, serão apresentados os conceitos básicos 
do cultivo de células microbianas, vegetais e animais. 
Você também aprenderá como estas células podem 
ser cultivadas por meio dos processos fermentativos 
e como são utilizadas para a produção de biomassa. 
Primeiramente, convém aprofundar os estudos sobre o 
termo biomassa. Você sabe o que é biomassa?
34
1. Biomassa: conceito e técnicas de produção
O termo biomassa é, geralmente, empregado para conceituar toda 
matéria orgânica viva que possui energia armazenada em suas células. 
Entretanto, alguns pesquisadores consideram que o conceito de 
biomassa é válido apenas para materiais renováveis que se destinam à 
produção de energia. No entanto, como o conceito de energia é amplo, 
“o termo biomassa é utilizado para denominar o grupo de produtos 
energéticos e matérias-primas renováveis, obtidos a partir da matéria 
orgânica por via biológica” (MARAFON et al., 2016, p.7).
Além disso, a biomassa pode ser classificada de acordo com sua fonte, 
que pode ser: vegetal (lenhoso, não-lenhoso e resíduos), animal e 
microbiana. Também pode estar envolvida em diversos processos de 
conversão, como fermentação, combustão, pirólise, esterificação e 
biodigestão. Assim, podemos obter vários produtos energéticos, como 
etanol, calor, carvão, metanol, biogás e biodiesel.
Como exemplos de biomassa podem ser citados: resíduos 
agroindustriais (biomassa lignocelulósica/ resíduo de origem vegetal), 
algas Chlorella (biomassa vegetal não-lenhosa aquática), excrementos 
animais (biomassa animal) ou leveduras (biomassa microbiana, utilizada 
como ração animal ou suplemento alimentar) (MARAFON et al., 2016).
Além disso, a produção de biomassa pode ser o objetivo direto ou 
indireto em um bioprocesso (SCHMIDELL et al., 2021). Por exemplo, 
para obtenção de etanol, deseja-se que haja um aumento da produção 
da levedura (biomassa microbiana) para alcançar maior produção do 
biocombustível. A obtenção do etanol é alcançada com a fermentação 
alcoólica, empregando a levedura e o substrato/ matéria-prima, que é 
uma biomassa vegetal. Neste caso, a produção da biomassa microbiana 
é um objetivo secundário, que está associado ao objetivo principal de 
produzir mais etanol, a partir de uma biomassa vegetal e microbiana.35
Já em casos de produção da microalga Chlorella sp., o objetivo principal 
é aumentar a quantidade de células da microalga, porque será o 
produto comercializado ao final do bioprocesso. Dessa forma, é possível 
perceber que a produção da biomassa está associada ao produto obtido 
a partir do processo de conversão, que, nesta disciplina, será focado em 
Bioprocessos.
Vale destacar que para a produção da biomassa, geralmente, 
empregam-se algumas técnicas, que podem ser classificadas 
genericamente como tradicional e moderna. A diferença entre essas 
duas está na utilização de ferramentas mais avançadas, que caracteriza 
a técnica moderna (MARAFON et al., 2016, p.8). As biomassas conhecidas 
como modernas englobam aquelas obtidas após passar por um 
processamento, como o caso dos briquetes e pellets, ou por uma 
interferência humana, como é caso das florestas plantadas (áreas de 
reflorestamento, por meio do plantio, produção, manejo e colheita 
de culturas que atendam a um plano sustentável). As técnicas de 
produção de biomassa podem ter particularidades, de acordo com a 
origem da biomassa que se deseja produzir. Por isso, para facilitar seu 
entendimento, serão apresentados conceitos sobre o cultivo e, em 
seguida, as particularidades dos cultivos, a partir das biomassas de 
origem microbiana, vegetal e animal.
2. Fundamentos do cultivo celular
“A célula é a unidade morfofisiológica básica dos seres vivos, com 
exceção dos vírus” (GONÇALVES; SOBRAL, 2020, p. 10). No entanto, 
cada grupo de ser vivo possui células com determinadas características. 
As células bacterianas são conhecidas por serem procarióticas, por 
exemplo. Já as células de leveduras e de fungos são eucarióticas, mas 
todas essas são consideras células microbianas. No caso das células 
vegetais e animais, mesmo sendo eucarióticas e pertencentes ao 
36
domínio Eukarya, há algumas distinções básicas, como a presença de 
cloroplastos e de vacúolos em células vegetais, que por sua vez, não 
estão presentes em células animais (Figura 1). Como “o cultivo celular 
é uma técnica que permite manter e estudar o comportamento das 
células vivas fora do organismo” (GONÇALVES; SOBRAL, 2020, p. 10), é 
necessário conhecer as particularidades de cada célula e os conceitos 
gerais para alcançar o sucesso no cultivo celular.
Figura 1 – Célula (A) bacteriana, (B) fúngica, (C) vegetal e (D) animal
 
Fonte: adaptada de (A) Vitalii Dumma/ iStock.com. (B) ttsz/ iStock.com. (C); e (D) Vitalii 
Dumma/ iStock.com.
De forma geral, o cultivo celular se baseia nas etapas de isolamento de 
células, seguido pelo crescimento celular, mantendo as características 
morfofisiológicas em condições ótimas. Estas células precisam estar 
viáveis, ou seja, vivas e com atividade metabólica. Por isso, é tão 
importante que o cultivo celular seja realizado em condições ótimas para 
manter a atividade celular (GONÇALVES; SOBRAL, 2020). Quais seriam 
essas condições ótimas?
37
Para responder a essa pergunta, devem ser observadas as 
características de cada célula que se deseja cultivar. No geral, a forma 
e meio de cultivo das células devem simular as condições naturais. Isso 
significa que devemos adicionar os nutrientes essenciais, como fonte de 
carbono, nitrogênio, minerais e vitaminas, e também manter o controle 
das condições físico-químicas do ambiente durante o crescimento 
celular (GONÇALVES; SOBRAL, 2020).
A seguir, você aprenderá sobre os protocolos gerais para o cultivo de 
células microbianas, vegetais e animais, para que tenha uma noção dos 
critérios que devem ser considerados para cada tipo de cultivo.
3. Cultivo de células microbianas
Para o cultivo de células microbianas, o primeiro passo é o isolamento 
dos microrganismos de interesse. Para isso, é necessário saber o 
objetivo da pesquisa, qual microrganismo queremos isolar e a fonte de 
isolamento, ou seja, o local onde é possível encontrar o microrganismo 
de interesse. Posteriormente, deve-se ter uma amostra de material, 
fazendo uma raspagem da superfície ou do ambiente de onde se deseja 
isolar, com aparatos esterilizados (como Swab) (SCHMIDELL et al., 2021). 
Por exemplo, se você deseja estudar os microrganismos presentes no 
solo, poderá coletar uma amostra de solo para isolar os microrganismos 
ali presentes. Se quiser analisar os microrganismos presentes na mesa 
de seu trabalho, pode utilizar o swab para raspar uma superfície da 
mesa de trabalho e obter os microrganismos para o estudo. Em alguns 
casos, você coletará partes do microrganismo, como em macrofungos, 
que são macroscópicos.
Em seguida, a amostra deve ser levada ao laboratório para 
processamento, seja por maceração, homogeneização ou diluição. Em 
muitos casos, utiliza-se a diluição seriada decimal, pois esta técnica é 
38
ideal para obtenção de colônias isoladas puras e idênticas. Depois, é 
necessário cultivar as células microbianas isoladas na forma in vitro, 
ou seja, cultivar em placas de Petri, atendendo aos requisitos exigidos 
pelo organismo que se deseja cultivar, como: meio de cultura (básico 
ou rico em nutrientes), tensão de oxigênio (aeróbico, anaeróbico, 
microaeróbico), temperatura ótima (psicrófilo, mesófilo ou termófilo), 
pH ótimo (ácido, básico ou neutro), tempo de cultivo, cinética de 
crescimento do microrganismo e forma de condução do processo 
fermentativo (SCHMIDELL et al., 2021).
Além disso, para um cultivo de células microbianas, após o isolamento 
do microrganismo, realiza-se o armazenamento em bancos de cepas. 
A cepa referência é a cepa base para o processo fermentativo, pois, a 
partir dela, se obtém a cepa master e, desta, obtém-se a cepa trabalho, 
que pode ser obtida por meio de isolamento ou compra em bancos de 
cepa nacionais ou internacionais (ALTERTHUM et al., 2020).
Os procedimentos para obtenção, padronização e produção de banco 
de cepas master e trabalho, são: 1) obtenção de cepa de referência, 
por meio de isolamento ou compra em bancos de cepa nacionais e 
internacionais; 2) ativação do banco de cepa de referência em ágar 
inclinado; 3) passagem para um meio líquido contendo temperatura e 
ph ideais; 4) centrifugação da amostra, a fim de concentrar as células e 
retirar os metabólitos; 5) lavagem do pellet com solução salina 0,85%; 
6) centrifugação para eliminar o meio líquido e obter apenas as células; 
7) adição de criopreservante, tal como glicerol, para não matar as 
células ao serem submetidas a baixa temperatura; 8) homogeneização 
da solução; 9) fracionamento, a fim de obter o banco de cepa master, 
que pode ser conservado a -70ºc, nitrogênio líquido ou por liofilização; 
10) repique do banco de cepa master para obtenção do banco de cepa 
trabalho realizando as etapas de 3 a 8, e fracionando na quantidade 
desejada para o processo industrial (ALTERTHUM et al., 2020).
39
É importante destacar que quando o banco de cepa trabalho esgotar, 
deve-se obter novamente o banco de cepa master e realizar a quantidade 
de repiques desejados. Além disso, o cultivo de células microbianas 
sempre se inicia com a ativação do banco de cepas de trabalho, 
também denominado de pré-inóculo. Nele, ocorre o cultivo de células 
armazenadas em condições ótimas até se atingir a fase de crescimento 
exponencial, como descrito anteriormente. A partir da alíquota do pré-
inóculo, você obterá o inóculo ou cultura starter que dará início ao 
processo fermentativo efetivamente (ALTERTHUM et al., 2020).
Esse processo de escalonamento e de preparo para o cultivo de células 
microbianas é essencial para o ajuste gradual das células microbianas 
ao meio e para a obtenção do produto de interesse nas condições 
ótimas de pH, temperatura, agitação, aeração e nutrientes, conforme as 
necessidades de cada microrganismo (ALTERTHUM et al., 2020).
Vale destacar que essa é uma descrição geral do processo de 
isolamento e cultivo de um microrganismo, mas lembre-se de que cada 
microrganismo terá condições ótimas de crescimento, que podem ser 
determinados a partir de resultados experimentaise otimização de 
processos, e que ainda podem ser utilizadas técnicas de engenharia 
genética para alterar genes específicos, dando origem a cepas 
geneticamente modificadas. No entanto, o processo de cultivo dessas 
cepas depois de transformadas, ou seja, modificadas geneticamente, 
segue o mesmo raciocínio do cultivo de cepas selvagens, (sem a 
modificação genética), que é a construção de banco de cepas, obtenção 
do pré-inóculo e do inóculo, nas condições gerais descritas.
4. Cultivo de células vegetais
A cultura de células vegetais é utilizada para aumentar o 
desenvolvimento vegetativo e a produção de biomassa, por meio de 
40
técnicas tradicionais e modernas (BAJAY; SORIANO, 2018, p. 93). Nos 
primórdios da agricultura, ao selecionar as espécies mais desejáveis, 
foram desenvolvidas as primeiras alterações genotípicas direcionadas, 
que se caracterizavam por ser um melhoramento subjetivo, podendo 
ser considerado mais uma arte do que uma ciência. O interessante é 
que no melhoramento tradicional, as espécies iguais são cruzadas pela 
combinação simultânea de vários genes. Entretanto, com o surgimento 
da Biotecnologia, esse processo se tornou mais rápido e eficaz, pois 
promoveu o desenvolvimento de espécies transgênicas (indivíduo 
no qual um gene exógeno, transgene, foi integrado ao seu genoma), 
trazendo melhorias na qualidade dos alimentos, tanto no aspecto 
nutricional quanto nas condições de cultivo (BORÉM; SANTOS, 2003; 
BAJAY; SORIANO, 2018).
A compreensão e o domínio básico de conceitos da morfologia, fisiologia 
e bioquímica das plantas, garante o bom cultivo de células vegetais. 
Para o desenvolvimento, crescimento e diferenciação celular de uma 
planta, os hormônios são essenciais (BAJAY; SORIANO, 2018, p. 99). 
Geralmente, o meio utilizado para cultivo de células vegetais é o meio 
MS (meio nomeado em homenagem aos pesquisadores que o formulou, 
Murashige e Skoog). Este meio de cultivo é composto por macro e 
micronutrientes e por hormônios (como citocina, etileno, ácido abscísico, 
ácido jasmônico, citocinina e giberelina), que é muito utilizado para 
micropropagação de plantas (cultivo de mudas). Outros componentes 
podem ser adicionados a este meio, de acordo com as características 
da planta. O ágar, por exemplo, pode ser adicionado para deixar o meio 
mais rígido e permitir a sustentação das raízes. Dessa forma, nota-se 
que não há uma composição padrão do meio de cultivo para células 
vegetais (BAJAY; SORIANO, 2018).
Cultivos feitos a partir de segmentos de plantas (flores, raízes, gemas, 
ápices caulinares, por exemplo) são, geralmente, realizados em meios 
contendo nutrientes adequados, retirados dos recipientes (tubos 
de ensaio, placa de petri, vasos) e, em seguida, levados para casa de 
41
vegetação e para campo para se desenvolverem. Esta técnica recebe o 
nome de clonagem vegetal porque dá origem a plantas idênticas àquelas 
que deram origem ao segmento, e são muito populares na agricultura 
(BAJAY; SORIANO, 2018).
Vale destacar que, apesar dos hormônios serem essenciais para cultivo 
de vegetais, sua utilização não é necessária quando realizado a partir 
de sementes. Neste caso, há necessidade apenas de realizar a quebra 
da dormência da semente, geralmente, feita com ácido sulfúrico, e a 
desinfecção e assepsia com hipoclorito de sódio (1%) e detergentes 
como TWEEN 20 (2%) (BAJAY; SORIANO, 2018).
5. Cultivo de células animais
Alguns conceitos precisam ser esclarecidos antes de falar sobre o cultivo 
de células animais, pois são termos técnicos muito utilizados nesta área.
O primeiro conceito é sobre o cultivo in vitro e in vivo. O cultivo in vitro 
se baseia no cultivo de células em meio sintético, que não permite 
o crescimento tridimensional das células, como ocorre dentro do 
organismo vivo. Já o cultivo in vivo utiliza animais para que as células 
cresçam dentro do organismo vivo. Cada tipo de cultivo tem suas 
vantagens e desvantagens, e, devido às questões éticas, o cultivo in vitro 
é o mais utilizado (GONÇALVES; SOBRAL, 2020).
O cultivo celular animal in vitro apresenta como vantagens, o controle 
das condições ambientais (pH~7, temperatura ~37 ºC, pressão osmótica 
e tensão de O2 e de CO2), elevado número de testes em um pequeno 
intervalo tempo, redução dos ensaios com animais e custo inferior aos 
processos com experimentação animal. Isso significa que os meios 
de cultura utilizados são mais baratos e podem ser enriquecidos 
com soro fetal ou outros materiais de baixo custo. Além disso, há o 
42
desenvolvimento de placas de poços para cultivo de células animais, que 
otimizam o processo, por meio da economia de tempo e das etapas de 
escalonamento. Como desvantagens, possui a perda de características 
fenotípicas, sistema biológico fora do ambiente natural e ausência de 
sinais importantes, como interação célula-célula (FRESHNEY, 2010). No 
entanto, as culturas tridimensionais (3D) in vitro estão conseguindo 
simular o ambiente in vivo, que, por sua vez, consegue estudar 
interações célula-célula e transporte de nutrientes que eram uma 
desvantagem para o uso do cultivo in vitro com células 2D (GONÇALVES; 
SOBRAL, 2020, p. 28).
Outro fator interessante de ser compreendido, ao estudar as células 
animais, são os tipos celulares e as propriedades que apresentam. 
Quanto ao tipo celular, existem as células primárias ou cultura 
de explantes, linhagem celular contínua ou imortalizada e células 
transformadas. As células primárias consistem em partes dos tecidos 
que são cultivados e possuem características semelhantes às das células 
de origem, mas com capacidade finita de multiplicação celular. Como 
exemplo destas células, há o cultivo de neurônios do gânglio da raiz 
dorsal de roedores (FRESHNEY, 2010; GONÇALVES; SOBRAL, 2020).
As células contínuas ou imortalizadas, por sua vez, são assim 
denominadas por possuírem uma capacidade infinita de multiplicação, 
sem perder as características das células que deram origem. Como 
exemplos destas células, temos células VERO, obtidas do rim de uma 
espécie de macaco, e as células CHO, extraídas do ovário de hamster 
(FRESHNEY, 2010; GONÇALVES; SOBRAL, 2020).
As células transformadas, como o próprio nome já indica, são células 
que foram modificadas geneticamente e/ou morfologicamente e 
se tornam diferentes das células de origem, que, geralmente, são 
células tumorais, com divisão descontrolada. Um exemplo de célula 
transformada é a HEK293, que é uma célula do rim embrionário humano 
modificado geneticamente e utilizado para expressão de proteínas 
43
recombinantes. É importante destacar que é possível utilizar células 
imortalizadas e transformadas para estudos de fármacos, como as 
células SH-SY5Y (FRESHNEY, 2010; GONÇALVES; SOBRAL, 2020, p. 24).
A cultura de explante possui baixo crescimento, pois somente as células 
da borda têm capacidade de crescer e necessitam de muito meio de 
cultura. Já o cultivo de células imortalizadas, em comparação ao cultivo 
de explantes, possui capacidade infinita de multiplicação e utilização em 
larga escala (escala industrial). Além disso, há células imortalizadas para 
tudo, e as que não existem, existem empresas que criam. Tais células 
são de fácil cultivo e ampla aplicabilidade, quando não se preocupa com 
a genética e nem com a morfologia (FRESHNEY, 2010).
Quanto às propriedades das células animais, podem ser aderentes, 
quando “dependem de ancoragem para se proliferar”, ou em suspensão 
quando “não necessitam de interação” para proliferarem (GONÇALVES; 
SOBRAL, 2020, p. 26). Saber sobre essas propriedades das células a 
serem cultivadas, auxilia na simulação do ambiente necessário para o 
cultivo das mesmas.
Vale destacar que o ideal é obter células animais de bancos confiáveis e, 
se possível, mantê-las sobre quarentena, ou seja, não utilizar as células 
imediatamente para obtenção de produto, devendo cultivá-las e analisá-
las morfologicamente e microbiologicamente (contaminações), pelo 
menos. Só, então, é recomendado realizar o cultivopara a obtenção do 
produto desejado.
Nota-se que cada célula possui suas particularidades para o cultivo, 
ou seja, multiplicação celular, a fim de obter maior quantidade de 
células. Essas células cultivadas, seja microbiana ou vegetal, podem 
corresponder à produção de biomassa, tendo em vista que o conceito 
de biomassa envolve a obtenção de produtos energéticos ou utilização 
de matéria-prima renováveis. Já as células animais, geralmente, são 
cultivadas para aplicação na área biomédica e farmacêutica, por 
44
exemplo, ao invés de uso como biomassa ou obtenção de produtos 
energéticos, como ocorre em células microbianas e vegetais. Para o 
cultivo celular vegetal, animal ou microbiano, geralmente, utilizam-se os 
bioprocessos, que simulam ambientes ideais para o desenvolvimento de 
células conforme os ajustes das condições físico-químicas e biológicas 
necessárias para cada célula. Então, utilizam-se essas células ou 
produtos obtidos por elas, para alguma aplicação industrial, como na 
área de alimentos, saúde e energia.
Referências
ALTERTHUM, F.; SCHMIDELL, W.; LIMA, U. de A. et al. Biotecnologia industrial: 
Fundamentos. v. 1., 2. ed. São Paulo: Blucher, 2020.
BAJAY, S. K.; SORIANO, L. Biotecnologia vegetal. Londrina: Editora e Distribuidora 
Educacional S.A., 2018.
BORÉM, A.; SANTOS, F. R. A Biotecnologia. In: COSTA, N. M. B.; BORÉM, A. 
Biotecnologia e Nutrição: saiba como o DNA pode enriquecer os alimentos. p. 13-
30. São Paulo: Nobel, 2003.
FRESHNEY, R. I. Culture of animal cells: a manual of basic technique and 
specialized applications. 6 ed. New York: John Wiley & Sons Ltd, 2010.
GONÇALVES, J. C. R.; SOBRAL, M. V. Cultivo de células: da teoria à bancada. João 
Pessoa: UFPB, 2020.
MARAFON, A. C.; SANTIAGO, A. D.; AMARAL, A. F. C. et al. Uso da Biomassa para 
geração de energia. Aracaju: Embrapa Tabuleiros Costeiros, 2016.
SCHMIDELL, W.; LIMA, U. de A.; AQUARONE, E. et al. Biotecnologia industrial: 
engenharia bioquímica. v. 2., 2. ed. São Paulo: Blucher, 2021.
45
Aplicação industrial dos Processos 
Fermentativos
Autoria: Tallyta Santos Teixeira
Leitura crítica: Rayane Kunert Langbehn
Objetivos
• Promover a reflexão sobre a diversidade de 
aplicação dos processos fermentativos.
• Conhecer sobre os processos de obtenção dos 
alimentos fermentados, como picles, chucrute e 
azeitonas.
• Compreender como o processo fermentativo pode 
ser aplicado para produção de medicamentos.
• Entender sobre a produção de etanol e o conceito 
de biorrefinaria, com base no exemplo da indústria 
sucroalcooleira.
46
1. Processos fermentativos e suas diversas 
aplicações
Os processos fermentativos podem ter diversas aplicações industriais, 
como na área alimentícia, de cosméticos, da saúde (produção de 
vacinas, medicamentos, kit diagnóstico) e bioenergia (biodiesel e 
etanol). Geralmente, na Biotecnologia, cada uma dessas aplicações pode 
ser identificada com uma cor (ITO, 2018). Você conhece as cores da 
Biotecnologia? Sabia que as cores estão intimamente ligadas com suas 
aplicações?
Figura 1 – Relação das cores da Biotecnologia e suas aplicações
Fonte: adaptada de Da Silva (2004).
É claro que, em um contexto multidisciplinar, uma área acaba permeando 
várias cores, como é o caso da produção de etanol. Esta pode estar 
inclusa na área verde, do ponto de vista da matéria-prima utilizada; na 
Biotecnologia branca, se considerar os microrganismos utilizados para 
aplicação industrial; ou ainda, na Biotecnologia cinza, se considerar o 
processo fermentativo em si. De toda forma, as cores da Biotecnologia 
mostram as diversas aplicações desta ciência e aproxima os leigos, por 
meio dessa abordagem mais visual (DA SILVA, 2004; ITO, 2018, p. 10).
Apesar da infinidade de aplicações da Biotecnologia, neste tema, 
será discutido com mais detalhes sobre a produção de alimentos 
47
fermentados (Biotecnologia amarela), produção de medicamentos 
(Biotecnologia vermelha), produção de etanol (Biotecnologia verde, 
branca e/ou cinza) e da Biorrefinarias.
2. Obtenção de alimentos fermentados
A fermentação lática é responsável pela obtenção de diversos produtos 
com características únicas, tal como propriedades organolépticas 
agradáveis e maior preservação dos alimentos devido à produção de 
compostos como ácido lático, ácido acético e etanol. Entre os produtos 
obtidos por meio da fermentação lática, estão os vegetais fermentados, 
como picles, chucrute e azeitona. Tais alimentos utilizam matérias-primas 
específicas e são submetidos a pré-tratamentos, métodos de salga e 
condições fermentativas diferentes. Apesar dessas diferenças, utilizam 
a mesma classe de microrganismos durante o processo fermentativo, 
que são bactérias do ácido lático (BALs), como os gêneros Leuconostoc 
e Lactobacillus. Possuem etapas gerais em comum: preparo da matéria-
prima, salga, fermentação, vedação e enlatamento. (ITO, 2018).
Vale destacar que as BALs estão presentes na microflora nativa e, por 
isso, em condições nutricionais, salinas, pH e temperatura ideais, pode 
ocorrer a fermentação lática espontânea. No entanto, geralmente, essas 
bactérias são inoculadas quando se realiza um bioprocesso em escala 
industrial, para garantir o controle e qualidade do processo e produto 
(ITO, 2018).
Os picles são produzidos a partir de vegetais e frutas, podendo ser 
utilizados, por exemplo, cenouras, pepinos, nabos, couve-flor, cebolas 
e pepinos. Para a obtenção de picles de alta qualidade, a fermentação 
lática deve durar entre quatro e seis semanas. Este bioprocesso 
acontece em biorreatores de salmoura com concentração salina inicial 
igual a 10%, que aumenta gradativamente até chegar a 15%, a partir da 
48
adição de cloreto de sódio (NaCl). Estando nessas condições, os pepinos 
sofrem fermentação lática espontânea, ou seja, com os microrganismos 
presentes na microflora nativa.
A população microbiana predominante da etapa fermentativa 
espontânea pode ser dividida em três fases. Na primeira fase, há a 
predominância de bactérias, leveduras e fungos, em que as bactérias 
láticas crescem rapidamente e produzem ácidos que aumentam a 
acidez do meio, ou seja, reduz o pH. Tal ambiente inibe o crescimento 
das leveduras e fungos, e permite que a segunda fase ocorra, fase em 
que predominam as espécies do gênero Leuconostoc e Lactobacillus, 
sendo que, com o passar do tempo, há predomínio de Leuconostoc spp. 
Na terceira fase, verifica-se o aumento da acidez e há o predomínio 
do gênero Lactobacillus. É a acidez do meio que regula as espécies 
predominantes de cada fase. Caso o processo fermentativo seja feito 
com a inoculação das BALs, não acontecem essas três fases. Nestes 
casos, há a inoculação de bactérias do gênero Leuconostoc e Lactobacillus 
em um biorreator, em que ocorre a fermentação lática, com os controles 
dos parâmetros como pH, que indicam o fim do processo. O processo, 
seja espontâneo ou com a inoculação, finaliza quando a acidez total 
estiver em torno de 0,5-1% em ácido lático (pH 1-2) e, então o vegetal 
fermentado é armazenado em vinagre (MORAES, 2021).
Já o chucrute, ou repolho azedo, em alemão, é o nome dado ao repolho 
fermentado. Primeiramente, realiza-se a seleção, sanitização e corte da 
matéria-prima, que, em seguida, passa por salga seca na concentração 
de sal de 2,5% em relação ao peso da matéria-prima. Essa concentração 
salina favorece um ambiente propício para a próxima etapa. Além disso, 
o ambiente anaeróbio, temperatura de 18 a 20 ºC e pH por volta de 3,4 
a 3,6, são outros parâmetros que devem ser mantidos para permitir o 
crescimento das BAL. Tais parâmetros também evitam o crescimento 
de microrganismos deteriorantes, que podem inibir a ação das BALs e, 
consequentemente, a fermentação lática.
49
Vale ressaltar que os microrganismos envolvidos na produção do 
chucrute são as espécies: Leuconostoc mesenteroides, Lactobacillus 
brevis e Lactobacillus plantarum, que estão presente na própria folha do 
vegetal, mas também podem ser utilizados como cultura starter/inóculo(ITO, 2018; MORAES, 2021).
A fermentação lática para obtenção do chucrute dura em média 
de um a dois meses, e é responsável pela produção de compostos 
que darão o sabor e aroma do chucrute. Destaca-se que o fim do 
processo fermentativo pode ser observado por meio do controle 
visual (translúcido – avaliação qualitativa) ou físico-químico (avaliação 
quantitativa–pH em torno de 3,4-3,6 e 1,7% de acidez expressa em % de 
ácido lático). Por fim, o chucrute é enlatado na própria salmoura, onde 
pode ser curado por certo tempo antes de consumir e/ou adicionar 
conservantes (MORAES, 2021).
As olivas, ao contrário dos pepinos e repolhos, não podem ser 
consumidas in natura. Neste caso, o processo de fermentação lática 
das olivas dá origem às azeitonas, que são frutos saborosos e macios 
pela ação dos microrganismos fermentadores (ITO, 2018, p. 77). Para 
a obtenção de azeitonas, primeiramente, é necessário realizar um 
pré-tratamento com as olivas com 1-2% de hidróxido de sódio. Esse 
processo é denominado lixiviação e consiste na remoção do amargor 
do fruto, conferido pela oleuropeína. O tratamento é realizado até 
a solução atingir 2/3 de profundidade da polpa. Depois, os frutos 
são colocados em tanques com salmoura, cuja concentração inicial 
é de 9% e depois decai para 4%, sendo, por fim, corrigida para 6,5%. 
O processo fermentativo é semelhante ao do pepino, sendo que o 
método de salga e o período de fermentação dependem do tipo de 
oliva e de azeitona que se deseja ter. Os principais microrganismos 
responsáveis pela fermentação são Lactobacillus plantarum, 
Lactobacillus casei e Leuconostoc mesenteroides (MORAES, 2021).
50
Os vegetais fermentados podem ser mantidos em conserva com sal, 
azeite e vinagre, por exemplo, para favorecer a conservação e sabor do 
produto. Esta etapa também é importante para controlar o crescimento 
do microrganismo fermentador (BALs) (ITO, 2018, p. 78).
3. Produção de medicamentos
A Biotecnologia é conhecida por atuar no desenvolvimento de 
medicamentos com menos efeitos colaterais, menores riscos de 
contaminação, mais eficazes e mais específicos (ITO, 2018, p. 103), mas 
como os processos fermentativos estão relacionados com a obtenção de 
medicamentos?
Muitas macromoléculas, como proteínas e enzimas, podem atuar 
como princípio ativo específico para o tratamento de diversas doenças. 
Por exemplo, as asparaginases, obtidas a partir da fungos, podem 
ser empregadas para tratamento de câncer, como a leucemia. Para 
a obtenção destas macromoléculas, geralmente, empregam-se 
bioprocessos (ITO, 2018, p. 104-105).
A produção da enzima L-asparaginase, que é utilizada como 
medicamento no tratamento de leucemia, pode ser feita a partir 
do cultivo de actinobactérias isoladas do solo. Os microrganismos 
podem ser isolados em meio seletivo. No caso do isolamento de 
microrganismos produtores de L-asparagina, pode ser empregado o 
meio de cultivo chamado ISP-2, contendo o aminoácido L-asparagina 
para promover a produção da enzima de interesse. Então, os 
microrganismos produtores de L-asparaginase poderão ser identificados 
por meio da coloração rosa no meio seletivo. Em seguida, esses 
microrganismos podem ser isolados, depois cultivados em condições 
ótimas de pH, temperatura e nutrientes para favorecer a máxima 
produção da enzima de interesse (L-asparaginase), que, depois de 
51
produzida, deverá ser purificada para devida comercialização (ITO, 2018, 
p. 116-118).
Na produção de enzimas, os microrganismos são utilizados como 
biofábricas para produção da molécula com ação terapêutica. Então, 
essa molécula é extraída, isolada e purificada. Geralmente, a etapa 
mais onerosa deste processo é a purificação, principalmente, quando 
a enzima é de origem intracelular, pois necessita da quebra das células 
microbianas. Só então, são empregados métodos físicos ou químicos 
para separação da molécula de interesse. No caso, da L-asparaginase, 
que é um produto extracelular, é necessário apenas o processo de 
filtração e centrifugação (ITO, 2018, p. 116-118).
Vale destacar que “a produção de L-asparaginase é feita naturalmente 
pelas actinobactérias do solo e pela bactéria Zymomonas mobilis, mas 
em pequena quantidade” (ITO, 2018, p. 121). No entanto, é possível 
aumentar a quantidade desta enzima produzida em um microrganismo 
utilizando ferramentas da engenharia genética, ou seja, a partir da 
inserção do gene que codifica a L-asparaginase do produtor natural, 
em um sistema microbiano com maior capacidade de produção de 
metabólitos e fácil cultivo, como a Escherichia coli (ITO, 2018, p. 120-121).
Além dessas macromoléculas, outros fármacos podem ser produzidos 
por microrganismos. Um famoso exemplo é a penicilina, utilizada como 
antibiótico e consiste no metabólito secundário produzido pelo fungo 
Penicillium. Além deste microrganismo, há mais de oito mil bactérias e 
fungos conhecidos por serem produtores de antibióticos. A obtenção 
destas moléculas consiste no cultivo do microrganismo em condições 
ótimas, seguida da purificação/ isolamento da molécula de interesse 
(ITO, 2018, p. 105-107; LIMA, 2019).
Outro exemplo de moléculas produzidas por microrganismos, com 
aplicação na área da saúde, são os hormônios. Diversos hormônios 
podem ser obtidos a partir da biotransformação de esteroides feitas por 
52
microrganismos. Além disso, podem ser citadas as vacinas produzidas a 
partir de microrganismos, como a da cólera feita a partir do vírus inativo 
ou atenuado de Vibrio cholerae e da rubéola a partir do vírus Rubivirus 
Togaviridae (ITO, 2018, p. 107).
4. Produção de etanol
A produção de etanol envolve, geralmente, as seguintes etapas: 
1) moagem do substrato para obtenção do açúcar fermentescível; 
2) ajustes da temperatura, pH e grau Brix do caldo de açúcares; 3) 
fermentação alcóolica; 4) destilação; e 5) recuperação do produto. 
Mesmo que a via fermentativa seja uma das mais utilizadas para 
obtenção de etanol e outros combustíveis, como butanol, metano e gás 
hidrogênio, alguns deles podem ser obtidos também por outras vias 
como a destilatória e sintética (FARIAS et al., 2014).
A produção de etanol pode ser feita a partir de vários tipos de substratos 
(matérias-primas), que, por sua vez, podem ser divididos em: açucarados, 
amiláceos e lignocelulósicos. Cada tipo de matéria-prima possui uma 
determinada estrutura e solubilidade, que podem influenciar na obtenção 
dos açúcares fermentescíveis (di e monossacarídeos). As matérias-primas 
açucaradas, por exemplo, são solúveis e os açúcares são facilmente obtidos 
através da moagem da matéria-prima. Como exemplo de matérias-primas 
açucaradas, podem ser citados: cana-de-açúcar, algumas frutas e soro 
do leite, dos quais se extraem facilmente os açúcares fermentescíveis 
glicose, frutose e lactose, respectivamente. Ao contrário das matérias-
primas açucaradas, as amiláceas e lignocelulósicas são insolúveis e 
necessitam de pré-tratamento e hidrólise para liberação dos açúcares 
fermentescíveis. Como exemplos de matérias-primas amiláceas, podem 
ser citados grãos de milho, mandioca, trigo e batata. Como exemplos de 
materiais lignocelulósicos, podem ser citados osresíduos agro-industriais, 
comobagaço da cana, e também os florestais (FARIAS et al., 2014).
53
Esses materiais lignocelulósicos, por sua vez, têm sido muito estudados 
para obtenção de etanol de segunda geração, enquanto os materiais 
amiláceos e açucarados são mais utilizados para obtenção de etanol 
de primeira geração. A diferença está na consolidação e utilização 
das tecnologias e na origem das matérias-primas. Geralmente, são 
considerados biocombustíveis de primeira geração aqueles cujas 
matérias-primas também são empregadas no setor alimentício, 
enquanto o de segunda geração emprega fontes alternativas, como 
resíduos agroindustriais (FARIAS et al., 2014). No Brasil, o etanol é 
produzido com base na cana-de-açúcar por via fermentativa, cujo 
processo pode ser resumido na Figura 2.
Figura 2 – Fluxograma para o processo