Bioengenharia e Biotecnologia

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PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE GOIÁS 
ESCOLA DE ENGENHARIA 
CURSO DE ENGENHARIA DE ALIMENTOS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
MAF 1240 – ENGENHARIA BIOQUÍMICA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
DANIELA PEREIRA CAMPOS DA COSTA (2017.2.0029.0031-1) 
GABRIEL FELIPE NUNES OLIVEIRA (2018.1.0029.0059-0) 
GIORDANNA MEDEIROS (2017.1.0029.0216-2) 
MAYARA KETULEN SILVA COSTA (2017.1.0029.0074-7) 
NATALIA CHRISTINA PEREIRA JESUS (2017.1.0029.0079-8) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
GOIÂNIA 
2020/2 
DANIELA PEREIRA CAMPOS DA COSTA (2017.2.0029.0031-1) 
GABRIEL FELIPE NUNES OLIVEIRA (2018.1.0029.0059-0) 
GIORDANNA MEDEIROS (2017.1.0029.0216-2) 
MAYARA KETULEN SILVA COSTA (2017.1.0029.0074-7) 
NATALIA CHRISTINA PEREIRA JESUS (2017.1.0029.0079-8) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
BIOENGENHARIA E BIOTECNOLOGIA 
 
Atividade orientada pelo professor Flávio Carvalho 
Marques, para complemento de avaliação da disciplina 
Engenharia Bioquímica da turma A01, do curso de 
Engenharia Alimentos da PUCGO. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
GOIÂNIA 
2020/2 
INTRODUÇÃO 
 
A Biotecnologia Moderna oferece inovadoras possibilidades para a produção de 
substâncias químicas e processos mais limpos. Em seu cerne está o princípio de se 
trabalhar em harmonia com o mundo natural. No entanto, a indústria, a comunidade 
científica e o governo necessitam trabalhar em conjunto para que o Brasil possa lançar mão 
plenamente do potencial da Biotecnologia, a fim de alcançar sua sustentabilidade 
industrial/econômica/ ambiental e permitir que o país siga a sua vocação natural para essa 
área. 
 
Historicamente, o potencial metabólico dos microrganismos inseriu-se 
naturalmente em aspectos fundamentais da vida humana. Assim, fungos unicelulares, as 
leveduras, apresentam peculiaridades metabólicas que permitiram o seu uso de forma 
empírica na produção do pão e do vinho, alimentos simbólicos na história da humanidade 
 
O processo fermentativo pode ser realizado em diferentes escalas de produção, 
desde a bancada, passando por piloto até chegar na escala industrial, com volumes de 
trabalho que variam muito entre uma e outra escala. Os equipamentos utilizados para o 
processo, podem ser desde pequenos frascos cônicos com poucos mililitros de capacidade 
até biorreatores de hectolitros. Os biorreatores são equipamentos nos quais os processos 
ocorrem e que podem ser construídos com diferentes materiais dependendo do processo 
no qual ele será utilizado. 
 
1. Conceitos 
 
1.1 Bioengenharia 
 
Bioengenharia consiste na aplicação de conceitos e métodos da engenharia na 
resolução de problemas relacionados à biologia e, por consequência, à saúde. A 
bioengenharia é uma disciplina que apela a ferramentas, métodos e princípios de 
engenharia para a análise de questões relacionadas à biologia. Através de recursos 
relacionados à matemática e à física, você pode fornecer informações de interesse para 
aqueles que trabalham com tudo relacionado aos seres vivos. 
 
Também conhecida como engenharia biológica, engenharia de sistemas 
biológicos ou engenharia biotecnológica, a bioengenharia é focada no estudo dos 
problemas dos organismos com vida. Pode-se dizer que esta especialidade estabelece uma 
ponte entre a engenharia (ciência cujos conhecimentos e técnicas nos permitem aproveitar 
os recursos da natureza) e a biologia (que se concentra na composição, funcionamento, 
desenvolvimento e ligações dos seres vivos). 
 
Enquanto a biologia estuda sistemas em menor escala, a engenharia está ligada 
à configuração mais clássica e ao construcionismo. No caso da bioengenharia, combina as 
duas facetas: com o reducionismo, detecta e estuda as unidades fundamentais e depois 
integra os dados para a construção de um novo conhecimento. 
 
Os engenheiros de bioengenharia, em resumo, são engenheiros que combinam 
ferramentas de sua ciência com noções de biologia para o projeto e a criação de 
dispositivos de diagnóstico, elementos médicos, recursos bioenergéticos e outros produtos. 
 
O termo bioengenharia foi cunhado pelo cientista britânico Heinz Wolff, em 1954, 
mas a ideia de usar conceitos e conhecimentos da engenharia para melhorar a saúde 
humana data de séculos atrás. Um dos primeiros exemplos é uma prótese de dedo feita de 
madeira e couro encontrada em uma múmia de mais de 3 mil anos de idade. 
 
1.1.1 Aplicações da bioengenharia 
 
Enquanto engenharia, ainda que ligada às ciências biológicas, a bioengenharia 
exige dos seus profissionais conhecimentos da área de exatas. Logo, matemática, física e 
química são inevitáveis. Conforme a graduação vai evoluindo, os cursos, que ainda não 
são numerosos no Brasil, trazem matérias mais específicas: eletroterapia, laser diagnóstico, 
eletrofisiologia, fototerapia, gestão de sistemas clínicos, química aplicada à bioengenharia 
e por aí vai. 
 
Por vezes chamadas também de engenharia biomédica, a Bioengenharia é, na 
verdade, mais ampla. Pois enquanto engenheiros biomédicos são voltados especificamente 
para o desenvolvimento de inovações médicas, os engenheiros biológicos estão focados 
na aplicação de princípios de engenharia à biologia, o que não necessariamente envolve a 
área da medicina. No Brasil, a atuação do bioengenheiro se dá, em geral, em hospitais, 
mas há também vagas em laboratórios de análises clínicas e nas mais diferentes indústrias. 
 
1.2 Biotecnologia 
 
 Biotecnologia explora processos celulares e biomoleculares para desenvolver 
tecnologias e produtos que ajudam a melhorar a vida e saúde das pessoas, a definição, 
bem simplificada, é da maior associação mundial do setor: a Organização das Indústrias de 
Biotecnologia (BIO). 
 
Mas essa área do conhecimento humano não é recente. Estima-se que o uso de 
processos biológicos de microrganismos tenha começado há mais de 6.000 anos, com a 
produção de alimentos, como pães e bebidas fermentadas, em diversas civilizações. 
 
Atualmente, os avanços da Biotecnologia geram benefícios em diversas áreas, 
como saúde, meio ambiente, agricultura e infraestrutura, entre outros. 
 
São produtos e inovações que contribuem para combater doenças, alimentar os 
famintos, usar energia mais limpa e em menor quantidade, reduzir o passivo ambiental e 
proporcionar processos industriais mais seguros, limpos e eficientes. 
 
Na área da Saúde, a biotecnologia aproveita recursos da natureza e a própria 
composição genética dos seres humanos para orientar linhas de pesquisa que ajudarão a: 
reduzir as taxas de doenças infecciosas; minimizem os riscos à saúde e efeitos colaterais; 
criar instrumentos mais precisos de detecção de doenças; e combater doenças graves e 
outras ameaças do cotidiano. 
 
Outro benefício está no uso de mecanismos biológicos para melhorar os 
processos de produção industrial. Essas aplicações contribuem, por exemplo, para reduzir 
o uso de recursos naturais e a dependência de produtos petroquímicos; desenvolver 
biocombustíveis para reduzir as emissões de gases de efeito estufa; diminuir o consumo 
de água e a geração de resíduos: entre outros. 
 
Na produção de alimentos, a biotecnologia facilita o uso de práticas agrícolas 
ambientalmente mais sustentáveis e ajuda a alimentar o mundo, gerando maior 
produtividade das culturas com menos insumos, produzindo alimentos livres de alérgenos 
e toxinas, desenvolvendo culturas com perfis nutricionais avançados que ajudam a resolver 
deficiências de vitaminas e nutrientes e reduzindo o uso de produtos químicos agrícolas, 
entre outros. 
 
1.2.1 Aplicação da biotecnologia 
 
A aplicação na indústria biotecnológica é representada pela produção de 
proteínas recombinantes humanas, como enzimas, hormônios e fatores de crescimento, 
por animais domésticos que funcionam como biorreatores (exemplo: produção de proteínas 
no leite através da expressão dirigida às glândulas mamárias). Finalmente, o aspecto mais 
controverso do uso dessa tecnologia envolve o melhoramento genético de animaisdomésticos de interesse econômico em larga escala, decorrente de modificações da 
anatomia e fisiologia do animal, como, por exemplo, aumento de massa corpórea, 
diminuição de gordura, resistência a doenças, maior produção de carne, de leite, etc. 
 
 As perdas anuais da produção agrícola mundial são da ordem de 37%, sendo 
que 13% devem-se a ataques de insetos. Por essa razão, as plantas chamadas de primeira 
geração foram as obtidas pela introdução de um gene que confere características de 
resistência a herbicidas, insetos e pragas. Esta fase teve como objetivos imediatos a 
diminuição das perdas da produção agrícola no campo, a redução dos custos de produção 
para o agricultor (insumos e defensivos agrícolas e combustível), e, consequentemente, em 
maior disponibilidade de alimentos e custos menores também para o consumidor final. 
 
 A aplicação direta de microrganismos vivos tem, como principais objetivos, a 
produção aumentada de ingredientes e propriedades melhoradas de culturas "starter" 
(iniciadoras de uma fermentação), formação de flavour (sabor e aroma) e preservação, pela 
produção de substâncias naturais que inibem o crescimento de organismos patogênicos e 
deterioradores. 
 
Leveduras, fungos filamentosos e bactérias podem ser usados para a obtenção 
direta de alimentos, ou seja, transformam uma matéria-prima, fazendo parte daquele 
alimento. Como exemplo clássico, podem-se citar os alimentos derivados da fermentação 
do leite (iogurtes e queijos), carne (salame) e vegetais (picles) por bactérias lácticas. 
 As leveduras também são aplicadas diretamente como fermento na indústria de 
panificação, bebidas (cerveja e vinho) e como suplemento alimentar e os fungos, além de 
serem utilizados na fermentação de diversos tipos característicos de queijos (gorgonzola), 
são também consumidos diretamente (champignon e shitake). Devido ao fato de os 
microrganismos permanecerem viáveis, isto é, vivos nos alimentos até seu consumo, 
existem limitações quanto às metodologias de engenharia genética que podem ser usadas. 
A maioria dos produtos lácticos contém altos níveis de bactérias viáveis, uma vez que, por 
terem efeito benéfico nos organismos, necessitam chegar viáveis ao intestino. Nesse caso, 
não é permitida, por exemplo, a utilização de marcadores de resistência a antibióticos. 
 
 Os microorganismos têm sido estratégica e conscientemente melhorados 
geneticamente para a produção de metabólitos destinados à aplicação industrial 
farmacêutica, alimentícia, de papel, têxtil, química, petrolífera, ambiental e de mineração, 
dentre outras. Um exemplo é a penicilina, cujo microrganismo Penicillium notatum, desde 
a sua descoberta e caracterização em 1929/1940, foi submetido a diversos eventos de 
mutação para que sua produção fosse otimizada, a fim de atender a demanda crescente 
de mercado para um dos primeiros produtos biotecnológicos. Com conhecimentos 
absorvidos nestas últimas décadas nas áreas de engenharia de processos e microbiologia, 
bioquímica, genética, da genômica e proteômica, diversos processos industriais se 
ampliaram e novos metabólitos foram descobertos. 
 
2. Tecnologia das fermentações e fermentadores: Classificação geral dos 
biorreatores 
 
Milênios antes de saber da existência de seres microscópicos, o homem já se 
utilizava deles. O homem das cavernas produzia bebida alcoólica, já sabia que a carne 
maturada tinha melhor sabor, fabricavam queijos, produziam coalhada e vinagre. O pão 
fermentado por leveduras foi encontrado em pirâmides egípcias construídas há milênios. 
 
Muitos produtos obtidos pela ação de microrganismos podem ser incluídos 
nessa lista histórica: vinho (conhecido pelos antigos gregos), cerveja (2000 a.C.), soja 
fermentada, entre outros. 
 
Até meados do século XIX o homem permaneceu sem conhecimento sobre as 
causas da fermentação. Em 1857, Pasteur demonstrou que a fermentação alcoólica era 
produzida por leveduras, que estas eram células vivas e que várias doenças eram causadas 
por microrganismos. 
 
De maneira geral, processos fermentativos podem ser divididos em seis etapas 
fundamentais: 
 
a) a formulação do meio de cultivo durante o desenvolvimento do inóculo; 
b) a esterilização do meio, do fermentador e do material auxiliar; 
c) a produção de cultura pura suficiente para inocular o tanque; 
d) o crescimento do microrganismo dentro do biorreator; 
e) a extração do produto e sua purificação; 
f) o destino dos efluentes produzidos no processo. 
 
Microrganismos de interesse industrial podem ser obtidos a partir de recursos 
naturais, compra em coleções de culturas, obtenção de mutantes naturais, obtenção de 
mutantes induzidos por técnicas convencionais ou obtenção de microrganismos 
recombinantes. 
 
O isolamento de microrganismos a partir dos recursos naturais (água, solo, 
plantas) é uma atividade de grande importância para a obtenção de novas linhagens de 
interesse industrial. É uma atividade que envolve muito trabalho experimental, com 
consequente custo elevado. 
 
Empresas de biotecnologia mantêm programas de isolamento de linhagens de 
recursos naturais com o objetivo de melhorar processos e encontrar novas linhagens 
produtoras de antibióticos e enzimas, por exemplo. 
 
Nas últimas décadas as técnicas de engenharia genética ou tecnologia do DNA 
recombinante trouxeram um imenso avanço nas possibilidades de se obter células mais 
produtivas ou na obtenção de produtos diferenciados. A introdução de fragmentos de DNA 
de certas células em outras, via vetores como plasmídeos, permite a obtenção de 
microrganismos engenheirados. Assim, essas técnicas têm sido utilizadas para a produção 
de proteínas heterólogas de alto valor agregado, por exemplo: produção de hormônio do 
crescimento humano, insulina, interferons e Fator VIII. Além de microrganismos dos 
gêneros Saccharomyces, Escherichia, Bacillus e Aspergillus como receptores de 
codificação genética, são usadas células animais para a produção de proteínas mais 
complexas. 
 
De uma maneira genérica, visando aplicações industriais, as principais 
características desejáveis para os microrganismos seriam: 
 
 Elevada eficiência na conversão de substrato em produto; 
 
 Permitir a rápida liberação e acúmulo de produto no meio de cultivo, de forma a se 
obter em alta concentração; 
 
 Produção minimizada de substâncias incompatíveis com o processo; 
 
 Estabilidade quanto ao comportamento fisiológico; 
 
 Não ser patogênico; 
 
 Não exigir condições de processo muito complexas; 
 
 Não exigir meios de cultivo dispendiosos. 
 
3. Esterilização do ar 
 
O processo indicado como esterilização do ar acontece devido a processos 
químicos industriais, sendo assim, os processos fermentativos é considerado o de maior 
importância industrial atualmente. Em tais fermentações a quantidade de ar introduzida no 
sistema é grande e perfeitamente aceitável, que haja grande preocupação quanto a 
esterilização do ar a ser admitido nos fermentadores. Desse modo, cuidados devem ser 
tomados principalmente nas horas iniciais da fermentação. 
 
A maior parte dos processos fermentativos é conduzida com agitação vigorosa, 
e o ar fornecido ao fermentador deve ser estéril. Assim, os números de partículas e 
microrganismos dependem da localização da indústria, do movimento do ar e do tratamento 
prévio que o ar foi submetido. 
O grande avanço observado durante a Segunda Guerra Mundial foi exatamente 
o desenvolvimento dessas estratégias que permitiram a condução de processos em larga 
escala em condições de assepsia, em particular a possibilidade de se efetuar a esterilização 
de grandes volumes de ar, necessário aos processos biológicos aeróbios. 
 
Pode ser citado a crucial importância da esterilização do ar, imagine-se a 
necessidade de fornecer ar esterilizado para um reator de 100 m^3 a uma vazão específica 
de 0,5 min^1 (ou, como frequentementemencionado, 0,5 v .v.m., ou seja, volume de ar 
por volume de meio por minuto). Esse problema, que nada tem de extraordinário, sendo 
mesmo bastante frequente, pode ser resumido à necessidade de se esterilizar 50 m^3 
ar/min. Admitindo-se uma contaminação do ar ambiente da ordem de 10^3 partículas/m^3 
(vide item seguinte), caso não houvesse a esterilização do ar, introduzir-se-iam no reator 
5x10^4 partículas/min. Lembrando que um processo fermentativo pode frequentemente 
ocorrer durante 50 ou 100 horas, isto significaria introduzir um total de 3x10^8 partículas 
contendo microrganismos, ao longo de 100 horas de fermentação. Esse exemplo torna 
claro que não se poderá obter sucesso nesse processo, caso o acúmulo dos produtos 
desejados dependa da ação isolada do microrganismo responsável pela síntese deste 
produto. 
 
Dessa forma, é possível descrever certas particularidades sobre os aerossóis 
microbianos, indicar formas para se estimar a concentração de microrganismos suspensos 
no ar e apresentar as formas mais frequentes e disponíveis para se executar a esterilização 
do ar. 
 
 Aerossóis Microbianos: 
 
Essas espécies microbianas suspensas no ar atmosférico, assim como, sua 
concentração, podem ser extremamente variáveis, dependendo de uma série de fatores. 
Pode-se encontrar microrganismos de maiores dimensões, como bolores (fragmentos de 
hifas) e leveduras, tal como, as espécies de menores dimensões como bactérias ou seus 
esporos. Esses microrganismos são provenientes do solo, ou de plantas, ou ainda de 
cursos de água, sendo postos em suspensão pela movimentação do ar ambiente, sendo 
os de menores dimensões frequentemente associados a partículas de poeira. 
 
A simples menção desses fatos já indica que, dependendo do clima de uma dada 
localidade, ou mesmo de um dia para outro em uma mesma localidade, podem-se encontrar 
diferentes concentrações de microrganismos suspensos no ar, assim com, distintas 
espécies de microrganismos suspensos. De fato, ao se efetuar a contagem de 
microrganismos no ar em um ambiente livre de radiações solares e com umidade relativa 
elevada, muito provavelmente obtêm-se concentrações elevadas de células vegetativas. 
Ao contrário, uma determinação feita após longa exposição à luz solar forneceria uma 
contagem preferencial de espécies mais resistentes, corno os esporos de bactérias. 
Analogamente, a concentração de microrganismos suspensos no ar é drasticamente 
reduzida após um período de chuvas e extremamente elevada após um período de ventos 
fortes. 
 
Sendo assim, essas informações permitem refletir sobre o local de onde se 
deve proceder à captação de ar para processo. Esse local de captação não deve ser 
entendido como aleatório, pois podemos estar captando ar de locais muito contaminados, 
como seria o caso de se localizar a entrada de ar do sistema de compressão muito próxima 
do solo, ou ainda voltada para locais particulares e sujeitos a um maior nível de 
contaminação. 
 Quanto às dimensões dos microrganismos suspensos no ar, pode-se 
considerar como representativos valores da ordem de 0,5 a 1,0 µm, ou seja, dimensões 
de bactérias ou seus esporos. Por outro lado, as partículas de poeira, que frequentemente 
transportam os microrganismos, apresentam diâmetros frequentemente superiores a 4µm 
, sendo que os esporos normalmente não estão associados a estas partículas de poeira. 
 
 Amostradores: 
 
A determinação da concentração de microrganismos suspensos no ar 
atmosférico é realizada através do uso de dispositivos designados genericamente por 
amostradores. Esses instrumentos não são apenas importantes por realizarem essa tarefa, 
como também são empregados para a verificação da efetiva esterilização do ar destinado 
ao processo, ou na quantificação de eventuais contaminantes em áreas ditas estéreis (salas 
de cirurgia). Essas são as razões pelas quais reveste-se de importância o conhecimento 
de alguns detalhes sobre os tipos de amestradores que podem ser empregados, assim 
como, sua forma de operação e limitações. 
 De uma forma geral, todos os amostradores operam de maneira semelhante, 
pois o princípio básico deles consiste em reter, de alguma forma os microrganismos 
suspensos em um determinado volume de ar, dando-se, a seguir, condições para que estas 
células proliferem, de maneira a tornar possível a contagem de colônias, para a 
quantificação dos contaminantes no volume de ar amostrado. 
 
Seguindo a descrição geral dos amostradores, será apresentado alguns 
amostradores mais frequentemente empregados durante processos industriais, tais como: 
 
I. AMOSTRADOR IMPINGER - Esse amostrador consta de um recipiente 
de vidro que contém 10 mL do líquido coletor, que pode ser água 
destilada, ou determinadas soluções como a solução gelatina-fosfato, 
constituída de gelatina (2 g/L) e Na2HPQ4 (4 g/L), à qual se adiciona 0,01 
mL de óleo de oliva esterilizado, a fim de evitar a formação de espuma. 
Antes do início da amostragem, todo o conjunto deve ser esterilizado. Ao 
se iniciar a amostragem do ar, liga-se a abertura "boca do recipiente", a 
uma bomba de vácuo, de forina a reduzir a pressão no interior do 
recipiente . Dessa forma, o ar entrará no amostrador através da abertura 
"parte superior do frasco", borbulhando no líquido coletor através do tubo 
de vidro, o qual é capilar em sua parte final para gerar bolhas de pequeno 
diâmetro. Espera-se, portanto, que os microrganismos existentes no ar 
fiquem retidos no líquido. Terminada a tomada de amostra, o frasco 
é agitado, a fim de promover a desagregação dos eventuais aglomerados 
de células, determinando-se, então, a concentração de microrganismos 
no líquido coletor, através dos métodos usuais de diluições e contagem 
de colônias em placas. Conhecendo-se a vazão de ar e o tempo de 
amostragem, conhece-se o volume de ar amostrado, tendo-se, portanto, 
todos os dados necessários para o cálculo da concentração de 
microrganismos neste ar. Uma das vantagens desse amostrador consiste 
no fato de não ser necessário o uso de medidor de vazão de ar, uma vez 
executada a calibração do aparelho, pois o tubo capilar funciona como 
um "orifício crítico". Essa expressão "orifício crítico", significa uma 
condição de trabalho na qual a relação entre as pressões reinantes nas 
extremidades do tubo capilar é suficiente para produzir velocidade do ar 
igual à do som. Essa velocidade não é mais ultrapassada, mesmo que a 
pressão do lado do vácuo diminua ou oscile abaixo desse valor crítico. 
Para o ar, a relação de pressões é de 0,53, significando que se a 
amostragem for efetuada de um ambiente à pressão de 1 atm, a pressão 
do lado do vácuo deverá ser inferior a 0,53 atm, podendo inclusive oscilar 
entre valores abaixo deste e, mesmo assim,' a vazão permanecerá 
constante. Assim, uma vez construído o instrumento, ele deve ser sub-
metido a uma calibração, para se conhecer a vazão de ar que ele permite, 
com a devida precisão. 
II. AMOSTRADOR SHIPE - Esse outro tipo de instrumento consiste em um 
erlenmeyer de 125 mL, sendo a entrada do ar feita através de um "orifício 
crítico". Ele opera de forma similar ao anteior, colocando-se no 
erlenmeyer 25 mL do líquido coletor e ligando-se a saída de ar a uma 
bomba de vácuo. Devido à entrada do ar em alta velocidade ser efetuada 
na superfície do líquido, isto provoca um movimento circular do líquido 
coletor, sendo importante a localização do orifício de entrada, a fim de 
evitar uma excessiva umidificação das paredes do frasco. Este 
amostrador emprega em favor da retenção do ar, o que avança na 
distribuição de células vegetativas. 
 
 Amostragem por filtração: 
 
Existem vários amostradores cujo princípio básico da amostragem é a filtração, 
sendo distintos dos amostradores mencionados. Consistem em fazer passar o ar através 
de um elementofiltrante, o qual deverá reter os microrganismos suspensos. 
Posteriormente, pode-se colocar esse material filtrante em suspensão em um volume 
conhecido de um líquido adequado, procedendo-se a uma agitação vigorosa, a fim de 
propiciar a passagem dos microrganismos retidos para o líquido. Finalmente, efetua-se a 
determinação da concentração de microrganismos no líquido, pelas técnicas usuais de 
diluições e contagem em placas. Conhecendo-se o volume de líquido sabe-se o número 
total de microrganismos retidos e novamente, conhecendo-se a vazão do ar amostrado e o 
tempo de amostragem, têm-se todos os elementos para o cálculo da concentração de 
células no ar. 
 
Um amostrador típico dessa categoria é o amostrador de algodão. Após a sua 
montagem ele deve ser submetido a esterilização, preferencialmente por meio de calor 
seco (estufa), a fim de evitar o umedecimento das fibras e a consequente perda de 
eficiência de retenção de microrganismos. A amostragem é realizada conectando-se a 
extremidade "saída do ar" a uma bomba de vácuo, intercalando-se um sistema para a 
medida da vazão de ar. Após o tempo de amostragem, o chumaço de algodão é retirado 
do amostrador e assepticamente transferido para um recipiente contendo um volume 
conhecido de água esterilizada. Procede-se, então, a uma vigorosa agitação, objetivando 
a passagem dos microrganismos retidos nas fibras para o líquido, efetuando-se a 
determinação da concentração de microrganismos no líquido por contagem de colônias em 
placas. 
 
Uma forma mais conveniente de se efetuar amostragens por filtração consiste 
no emprego do amostrador proposto pela Millipore Ind. e Com. Ltda. Esse amostrador 
consiste em um suporte em aço inoxidável, o qual abriga membranas Millipore de 47mm de 
diâmetro e poros de 0,22µm ou 0,8 µm, devendo ser previamente esterilizado. O sistema 
dispõe de uma bomba de vácuo, que succiona o ar, obrigando-o a passar através da 
membrana e também através de um orifício crítico, a fim de se ter uma vazão constante e 
conhecida. Terminada a amostragem, a membrana deve ser retirada assepticamente e 
colocada sobre a superfície de um meio de cultura em pequenas placas de Petri. 
 
 
 
 Amostragem de fenda ou orifício: 
 
O princípio básico de funcionamento desses amestradores consiste em se fazer 
com que o ar amostrado incida, a uma dada velocidade, sobre a superfície de um meio de 
cultura sólido, havendo, em virtude de uma brusca mudança de direção do ar, o choque 
das partículas suspensas que não acompanham as linhas de corrente, ocasionando a 
retenção destas partículas nesta superfície. 
 
Apesar dos inconvenientes e cuidados apontados no que se refere a esse tipo 
de amostrador, ele apresenta certas vantagens sobre os demais. De fato, pode-se imaginar 
a realização de teste de um determinado sistema para a esterilização do ar, como por 
exemplo o teste de um determinado material filtrante, determinando de forma contínua a 
eficiência de esterilização ao longo do tempo de operação do sistema. Pelo emprego de 
uma suspensão de um dado microrganismo conhecido, marca-se no meio de cultura a 
posição da fenda no instante inicial. Após a incubação, pode-se proceder à contagem do 
número de colônias existentes em determinados setores da placa, os quais corresponderão 
a certos intervalos de tempo conhecidos, desde que se conheça a velocidade de rotação 
da placa. Como se conhece a vazão, sabe-se o volume de ar amostrado em cada setor da 
placa e, portanto, a correspondente concentração de microrganismos no ar que passou 
pelo elemento filtrante em teste. Pode-se, assim, determinar a variação da eficiência de 
retenção em função do tempo de amostragem, ou de operação do sistema de esterilização. 
 
Na verdade, esses testes de sistemas de esterilização de ar, destinados a 
processos fermentativos, são de grande importância, tendo em vista a necessidade de alta 
confiabilidade. 
 
Um sistema desse tipo foi empregado por AIBA et al.,5'13 '14 para a realização 
de testes em filtros de materiais fibrosos e filtros de placas porosas, empregando porém um 
orifício no lugar de uma fenda. Na Figura a seguir, encontra-se esquematizado o sistema 
empregado pelos mencionados pesquisadores, observando-se que o ar passa por 
medidores de vazão e, após a nebulização de uma suspensão do microrganismo utilizado 
como marcador, ele vai para os amestradores. Quando a válvula A estiver aberta, a B deve 
estar fechada, efetuando-se, nestas condições, a determinação da concentração de 
microrganismos no ar a ser filtrado. Feito isso fecha-se o registro A e abre-se o B, 
permitindo-se que o ar atravesse o filtro. 
 
 
 
 Métodos para a esterilização de ar 
 
ESTERILIZAÇÃO POR AQUECIMENTO - É notório que resistência à destruição 
de microrganismos, quando submetidos ao calor seco, é bem superior quando comparada 
à resistência ao calor úmido. Por esse motivo, a esterilização do ar pelo calor seco exige 
temperaturas relativa-mente elevadas, assim como tempos de permanência nestas 
temperaturas também elevados. 
 
Em virtude da facilidade de construção e de controle, a esterilização de ar por 
aquecimento através de resistores elétricos ainda encontra possíveis aplicações, para o 
caso de ar de exaustão de câmaras assépticas, especialmente quando se trabalha com 
microrganismos patogênicos para o fornecimento de ar esterilizado para instalações de 
laboratório ou plantas piloto de pequenas dimensões. O processo consiste em forçar a 
passagem do ar através de resistores elétricos, onde o ar é aquecido e, através de sistema 
adequado, obrigá-lo a permanecer o tempo necessário a altas temperaturas. Um exemplo 
desse tipo de equipamento é o proposto pela New Brunswick Sci. Co.,^7 que permite 
vazões de até 200 litros de ar/min, o que poderia satisfazer a necessidade de um reator de 
100 litros aerado com até 2 min. Também possível esterilizar o ar que sai do reator, 
fazendo-o passar por um segundo sistema, o que pode ser de interesse quando se 
trabalha com patogênicos . 
 
Na Figura a seguir encontra-se um desenho esquemático de um equipamento 
para esterilização de ar por aquecimento, observando-se que o ar ao entrar no sistema é 
preaquecido pelo ar que deixa o equipamento, a seguir é conduzido para o contato direto 
com os resistores, atingindo temperaturas da ordem de 370°C. O ar esterilizado, além de 
trocar calor com o ar que entra, ainda é resfriado por água em uma serpentina adicional. 
 
 
 
ESTERILIZAÇÃO POR RADIAÇÕES - De modo teórico, muitos tipos de 
radiações podem ser utilizadas para a esterilização do ar. Entretanto, o emprego de uma 
determinada radiação deve levar em conta urna série de importantes fatores, tais como: 
a eficiência na destruição de microrganismos, o custo envolvido na obtenção da radiação, 
a periculosidade ou os efeitos colaterais de sua utilização. Assim, excluem-se para esse 
tipo de aplicação as partículas de prótons e nêutrons, por serem excessivamente 
dispendiosos quanto à sua obtenção e aplicação prática, o mesmo ocorrendo com as 
radiações. Quando se visa a esterilização de ar, apenas as radiações ultravioleta 
encontram aplicação prática. Em virtude de seu baixo poder de penetração, os raios 
ultravioleta necessitam de tempos de exposição relativamente longos, fato este que 
novamente impede o uso deste tipo de radiação para a esterilização de ar para um processo 
fermentativo. Tratando-se do fornecimento de ar esterilizado para câmaras 
assépticas, imaginou-se instalar lâmpadas ultravioleta em certos trechos do duto que leva 
o ar para a câmara. No entanto, mesmo para esse caso, dependendo das dimensões dessa 
câmara, as vazões de ar já podem ser muito elevadas, não permitindo tempo suficiente de 
exposição ao ultravioleta, ocorrendo a necessidade da instalação de sistemas adicionais 
(filtros) para a efetivaesterilização do ar. Com frequência observa-se a instalaçãode 
lâmpadas ultravioleta no interior de salas assépticas, especialmente sobre os locais de 
trabalho, visando a esterilização do ar circundante e das superfícies das mesas e 
instrumentos empregados, com por exemplo no preenchimento asséptico de 
medicamentos. Como o ar que se introduz nessas câmaras é previamente esterilizado e 
como se procura manter o ar o menos movimentado possível, o emprego da radiação 
ultravioleta, para este caso, é mais efetivo. 
 
ESTERILIZAÇÃO POR FILTRAÇÃO - Essa, sem dúvida, é a solução mais 
adequada para a obtenção de altas vazões de ar esterilizado, em virtude dos baixos custos 
envolvidos nesta operação, além de se dispor, presentemente de filtros bastante confiáveis. 
Por esses motivos, a filtração é encontrada em praticamente todas as instalações 
industriais, tendo dominado as aplicações em instalações de pequeno porte, como é o caso 
de instalações piloto ou de laboratório. 
 
A esterilização por filtração acontece de maneira separada e muito bem dividida 
entres os principais filtros: Filtros de materiais fibrosos; filtros de membranas e filtros HEPA. 
 
4. Condução do processo fermentativo 
 
As formas de condução de um processor fermentativo são o descontínuo e o 
contínuo. 
 
4.1 Fermentação descontínua 
 
A fermentação descontínua, também conhecida por fermentação em batelada, 
vem sendo empregada desde a antiguidade como o modo de condução mais utilizado na 
obtenção de produtos biotecnológicos. A forma de condução do processo consiste em 
incubar o micro-organismo juntamente com o mosto e seus demais nutrientes num dado 
instante de tempo inicial, permitindo que a fermentação ocorra sob condições ótimas. 
Durante o processo fermentativo, apenas é permitida a adição de oxigênio (no caso de 
processos aeróbicos), antiespumantes, ácidos ou bases para controle de pH. Caso não 
ocorra adição de soluções para o controle do processo, o volume no biorreator se mantem 
constante durante todo o processo. Ao final do processo, o mosto fermentado é retirado e 
o produto encaminhado para as etapas de recuperação e purificação. A principal 
desvantagem da fermentação descontínua é o baixo rendimento, pelo fato de que todo o 
substrato é adicionado de uma vez; podendo inibir o micro-organismo ou desviar o 
metabolismo celular, formando produtos indesejáveis. Outro fator que deve ser considerado 
são os tempos mortos do processo, sendo estes, tempos de carga e descarga do biorreator 
e o período correspondente à lavagem e esterilização do mesmo. Por outro lado, 
comparado com outros processos fermentativos, apresenta grandes vantagens, tais como: 
menores risco de contaminação, maior flexibilidade de operação e controle. Sendo assim, 
é o mais utilizado na indústria de alimentos 
 
4.2 Fermentação descontínua alimentada 
 
O processo descontínuo alimentado é caracterizado como uma forma de 
condução no qual um ou mais nutrientes são fornecidos gradualmente ao biorreator durante 
o cultivo, mas os produtos permanecem até o final da fermentação. Sua vazão de 
alimentação pode ser constante ou variar com o tempo, sendo assim, a adição de mosto 
pode ser realizada de forma contínua ou intermitente. A variação de volume no biorreator 
pode ocorrer ou não, dependendo da concentração de substrato e da taxa de evaporação 
do sistema. 
 
Esse processo permite o controle da concentração de substrato, diminuindo o 
efeito inibitório causado pelo excesso de concentração de açúcar. Isso pode ser controlado 
pela vazão de alimentação de substrato ao sistema, o que permite a adição do mesmo nos 
momentos mais propícios da fermentação. Devido ao controle da concentração de 
substrato, o metabolismo microbiano pode ser deslocado para uma determinada via 
metabólica, ocasionando um aumento de um produto específico. Após a fase de 
enchimento no biorreator, o processo passa a ter as mesmas características do processo 
descontínuo clássico, não havendo entrada ou saída de fluido do biorreator. O processo 
termina no instante em que a massa de produto no biorreator permanece constante, ou 
seja, entra em equilíbrio. 
Algumas vantagens podem ser descritas durante o processo descontínuo 
alimentado, tais como: Economia de açúcar devido a um menor crescimento celular e 
consequentemente um aumento do rendimento em etanol; Eliminação de contaminantes 
pela centrifugação do mosto fermentado (separação da levedura); 
 
Eliminação da necessidade de cultura pura no preparo do inóculo, prática exigida 
no processo descontínuo clássico, diminuindo a complexidade das operações na condução 
do processo. 
 
4.3 Fermentação continua 
 
Caracteriza-se por possuir alimentação de meio de cultura a uma vazão 
constante, sendo o volume de reação no fermentador mantido constante, e a retirada do 
contínua do caldo fermentado. O sistema deve ser mantido no estado estacionário, onde 
a concentração celular, de substrato e de produto, permaneçam constante durante todo o 
tempo de operação do sistema. A manutenção do volume constante no reator, significa 
teoricamente, a necessidade de manter vazões idênticas de alimentação e de retirada de 
meio, que na prática é quase impossível. Por isso, utiliza-se sistemas, de retirada de 
amostras por transbordamento “ladrão”, de forma a manter o líquido constante no reator. 
Emprega-se bombas com sistemas de controle automático do fermentador de modo a 
manter a massa do reator. 
 
O processo de fermentação contínua normalmente tem início em um processo 
descontínuo: carrega-se inicialmente o reator com meio de cultura, procede-se à inoculação 
com o microrganismo responsável pela conversão após um período de operação 
descontínua, inicia-se a alimentação de meio de cultura e retirada de caldo, dando-se início 
efetivamente ao processo contínuo. 
 
CONCLUSÃO 
 
A importância da biotecnologia para as diferentes áreas de produção tem relação 
aos extensos avanços tecnológicos exercidos no campo da biologia, principalmente aos de 
aplicação prática na produção de alimentos e, especialmente no campo do meio ambiente. 
Com as técnicas do DNA recombinante inúmeras oportunidades estão postas sobre a 
mesa, resta saber se o homem saberá utilizá-las com prudência e sabedoria. 
REFERÊNCIAS 
 
AQUARONE, E. et al. Biotecnologia Industrial. In: Biotecnologia na Produção de 
Alimentos, v. 4, São Paulo: Edgard Blucher, 2002. 
 
BASTOS,Reinaldo Gaspar. Tecnologia das fermentações. Disponível em: 
http://audiovisual.uab.ufscar.br/impresso/2016/TS/TS_Reinaldo_TecnologiaFermentacoes
.pdf. Acesso em: 14 de Outubro de 2020. 
 
INSTITUTO DE TECNOLOGIA ORT. O que é biotecnologia. Botafogo, 2011. Disponível 
em: http://www.ort.org.br/biotecnologia/o-que-e-biotecnologia. Acesso em: 22 setembro. 
2020. 
 
MALAJOVICH, M. A. Biotecnologia: ensino e divulgação. Rio de Janeiro. Disponível em: 
http://www.ort.org.br/biotecnologia/o-que-e-biotecnologia. Acesso em: 24 setembro. 2020. 
 
NUNES, E. O que é bioengenharia. Disponível em < http://www.ort.org.br/biotecnologia/o-
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OLIVEIRA,C. et al. Avanços e aplicações da bioengenharia. Disponível em 
https://portalseer.ufba.br/index.php/cmbio/article/view/4729. Acesso em: 22 
setembro,2020. 
 
 
 
 
 
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