processos biotecnologicos

Prévia do material em texto

Processos 
Biotecnológicos
Professor Dr. João Arthur dos Santos de Oliveira
Reitor 
Prof. Ms. Gilmar de Oliveira
Diretor de Ensino
Prof. Ms. Daniel de Lima
Diretor Financeiro
Prof. Eduardo Luiz
Campano Santini
Diretor Administrativo
Prof. Ms. Renato Valença Correia
Secretário Acadêmico
Tiago Pereira da Silva
Coord. de Ensino, Pesquisa e
Extensão - CONPEX
Prof. Dr. Hudson Sérgio de Souza
Coordenação Adjunta de Ensino
Profa. Dra. Nelma Sgarbosa Roman 
de Araújo
Coordenação Adjunta de Pesquisa
Prof. Dr. Flávio Ricardo Guilherme
Coordenação Adjunta de Extensão
Prof. Esp. Heider Jeferson Gonçalves
Coordenador NEAD - Núcleo de 
Educação à Distância
Prof. Me. Jorge Luiz Garcia Van Dal
Web Designer
Thiago Azenha
Revisão Textual
Beatriz Longen Rohling
Caroline da Silva Marques
Carolayne Beatriz da Silva Cavalcante
Geovane Vinícius da Broi Maciel
Jéssica Eugênio Azevedo
Kauê Berto
Projeto Gráfico, Design e
Diagramação
André Dudatt
Carlos Firmino de Oliveira
2022 by Editora Edufatecie
Copyright do Texto C 2022 Os autores
Copyright C Edição 2022 Editora Edufatecie
O conteúdo dos artigos e seus dados em sua forma, correçao e confiabilidade são de responsabilidade 
exclusiva dos autores e não representam necessariamente a posição oficial da Editora Edufatecie. Per-
mitido o download da obra e o compartilhamento desde que sejam atribuídos créditos aos autores, mas 
sem a possibilidade de alterá-la de nenhuma forma ou utilizá-la para fins comerciais. 
 Dados Internacionais de Catalogação na Publicação - CIP 
 
O48p Oliveira, João Arthur dos Santos de 
 Processos biotecnológicos / João Arthur dos Santos de 
 Oliveira. Paranavaí: EduFatecie, 2022. 
 62 p. : il. Color. 
 
 
 
1. Biotecnologia. 3. Alimentos – Biotecnologia. 3. 
 Fermentação. I. Centro Universitário Unifatecie. II. Núcleo de 
 Educação a Distância. III. Título. 
 
 CDD: 23 ed. 660.6 
 Catalogação na publicação: Zineide Pereira dos Santos – CRB 9/1577 
 
 
UNIFATECIE Unidade 1 
Rua Getúlio Vargas, 333
Centro, Paranavaí, PR
(44) 3045-9898
UNIFATECIE Unidade 2 
Rua Cândido Bertier 
Fortes, 2178, Centro, 
Paranavaí, PR
(44) 3045-9898
UNIFATECIE Unidade 3 
Rodovia BR - 376, KM 
102, nº 1000 - Chácara 
Jaraguá , Paranavaí, PR
(44) 3045-9898
www.unifatecie.edu.br/site
As imagens utilizadas neste
livro foram obtidas a partir 
do site Shutterstock.
AUTOR
Professor Dr. João Arthur dos Santos de Oliveira
● Graduado em Ciências Biológicas (Licenciatura Plena) pela Universidade 
Estadual do Paraná (UNESPAR);
● Mestre em Biotecnologia Ambiental pela Universidade Estadual de Maringá (UEM);
Têm experiência nas áreas de Biotecnologia, Biologia Molecular e Bioprocessos 
atuando principalmente nos seguintes temas: biotecnologia microbiana com ênfase no 
isolamento e bioprospecção de microrganismos endofíticos e genética de microrganismos.
CURRÍCULO LATTES: http://lattes.cnpq.br/3010508643799841 
http://lattes.cnpq.br/3010508643799841
APRESENTAÇÃO DO MATERIAL
Caro aluno
Seja bem-vindo a nossa disciplina de processos biotecnológicos. A biotecnologia e 
seus processos estão em constante presença em nosso cotidiano, desde a produção dos 
pães que comemos no café da manhã até a produção de combustível que colocamos em 
nossos veículos para trabalhar ou passear.
Mas, você sabe ou conhece como esses processos acontecem no âmbito industrial? 
Vamos descobrir ao decorrer desta disciplina! Ficou interessado e quer saber mais? Então 
vou te contar mais um pouco! 
Esta apostila está dividida em quatro unidades. Na Unidade I, intitulada “Isolamento, 
identificação e prospecção de micro-organismos para processos fermentativos”, vamos 
discutir e conhecer esta etapa primordial para o desenvolvimento de produtos biotecnológicos 
de origem microbiana, abordando desde o isolamento de fungos e bactérias até os testes 
iniciais que podem ser realizados para averiguar o potencial biotecnológico das cepas obtidas.
Na Unidade II, “Tópicos de Cinética e crescimento celular”, vamos elucidar como 
ocorre o crescimento adequado dos micro-organismos visando sua prospecção, além de 
contextualizar como o crescimento destes micróbios podem ser aplicados na indústria nos 
processos fermentativos. Estes conceitos serão muito importantes para que na Unidade 
III, “Introdução aos processos fermentativos”, conheçamos quais os principais sistemas de 
fermentação que são utilizados para se obter produtos dos micro-organismos selecionados.
Conhecendo esses sistemas então, na Unidade IV, “Biorreatores”, discutiremos 
as etapas finais da produção dos produtos de interesse e como garantir sua pureza e 
reprodutibilidade. Neste sentido, ao final desta disciplina você será capaz de não somente 
distinguir os tipos de sistemas fermentativos, mas também elencar alguns produtos 
biotecnológicos obtidos a partir de fungos que bactérias que encontramos em nosso dia-a-dia.
Ficou curioso para saber mais?
Então vamos nessa, bons estudos!
SUMÁRIO
UNIDADE I ...................................................................................................... 3
Isolamento, Identificação e Prospecção de Micro-Organismos para 
Processos Fermentativos
UNIDADE II ................................................................................................... 20
Tópicos de Cinética e Crescimento Celular 
UNIDADE III .................................................................................................. 35
Introdução aos Processos Fermentativos
UNIDADE IV .................................................................................................. 49
Biorreatores
3
Plano de Estudo:
● Diversidade de micro-organismos;
● Técnicas de isolamento e identificação;
● Prospecção biotecnológica.
Objetivos da Aprendizagem:
● Conceituar e contextualizar a diversidade de fungos e
bactérias visando processos biotecnológicos;
● Compreender os tipos de cultivo que envolve o 
isolamento de cepas microbianas;
● Estabelecer a importância da Bioprospecção para 
processos fermentativos em escala industrial.
UNIDADE I
Isolamento, Identificação e Prospecção 
de Micro-Organismos para Processos 
Fermentativos
Professor Dr. João Arthur dos Santos de Oliveira
4UNIDADE I Isolamento, Identificação e Prospecção de Micro-Organismos para
 Processos Fermentativos
INTRODUÇÃO
Olá, seja bem-vindo a Unidade I. 
Esta unidade intitulada de “Isolamento, identificação e prospecção de micro-
organismos para processos fermentativos”, está dividida em três principais tópicos. Os 
três tópicos que constituem esta unidade abordam essencialmente o isolamento e a 
Bioprospecção de microrganismos, tanto fungos e bactérias, em processos biotecnológicos 
para obtenção de produtos de interesse farmacêutico, agroindustrial e ambiental.
Iremos conhecer a respeito da rica diversidade de fungos e bactérias que 
colonizam diferentes ambientes, dos quais podem ser isolados e estudados em condições 
de laboratório. Estes estudos são importantes para a avaliação e descoberta de moléculas 
que possam atuar analogamente aos fármacos sintéticos na área da medicina ou aos 
defensivos agrícolas na agricultura. Os estudos de Bioprospecção in vitro envolvendo 
micro-organismos são fundamentais para o estabelecimento de processos fermentativos 
em larga escala na indústria.
Ficou interessado em sabe mais? Então vem comigo!
Bons estudos e até logo. 
5UNIDADE I Isolamento, Identificação e Prospecção de Micro-Organismos para
 Processos Fermentativos
1. DIVERSIDADE DE MICRO-ORGANISMOS
Como sabemos, um ecossistema é formado pela interação de fatores bióticos 
e abióticos (Figura 1). Enquanto que os fatores abióticos podem ser representados 
principalmente pelo solo, água e temperatura, os componentes bióticos de um ecossistema 
correspondem a todos os organismos vivosali presente. A interação entre estes dois 
fatores pode influenciar positiva ou negativamente na manutenção e diversidade dos 
organismos que o compõem.
FIGURA 1 - ORGANIZAÇÃO DO ECOSSISTEMA QUANTO SEUS COMPONENTES
 
Fonte: O autor (2022).
Quando falamos em diversidade no âmbito da biologia podemos nos referir em 
Diversidade biológica, morfológica e genética. 
6UNIDADE I Isolamento, Identificação e Prospecção de Micro-Organismos para
 Processos Fermentativos
A diversidade biológica está relacionada ao número de indivíduos em um 
determinado local, neste sentido podemos citar, por exemplo, que em uma floresta existe 
uma diversidade biológica de plantas, animais e microrganismos ali presentes podendo 
estes pertencerem ou não ao mesmo gênero ou até mesmo espécie.
A diversidade genética por sua vez está relacionada ao DNA. Assim, este tipo de 
diversidade é utilizado para distinguir e analisar indivíduos que pertencem a mesma espécie. 
A diversidade genética então, é interessante do ponto de vista biológico para o emprego 
em diversas aplicações biotecnológicas como os processos fermentativos, uma vez que 
pequenas diferenças entre microrganismos de uma mesma espécie podem conferir a eles 
características únicas e vantajosas. 
Estas diferenças genéticas, ou mutações, podem ser ocasionadas pelos fatores 
abióticos como a radiação ultravioleta dos raios solares no meio ambiente (naturais) ou 
produzidas em laboratório induzidas pelo homem, processos esses que são conhecidos 
como melhoramento genético. Ao longo da história da humanidade, os cientistas vêm não 
somente descobrindo novas cepas microbianas com aplicação nos processos fermentativos 
industriais, mas também buscando o melhoramento genético das cepas já existentes 
objetivando o aumento de sua capacidade de produzir determinados produtos.
Bactérias e fungos apresentam uma rica diversidade biológica e genética. Estes 
microrganismos são uma fonte promissora de metabólitos primários e secundários com diversas 
aplicações biotecnológicas produzidos por meio de diferentes processos fermentativos. Além 
disso, a diversidade quanto suas morfologias também merecem destaque.
Bacilo e cocos são as principais representações quanto ao formato bacteriano, 
entretanto, estes formatos podem sofrer modificações como a aquisição de flagelos ou 
formação de estruturas fibrilares ou espiraladas. Já os fungos são organismos formados por 
estruturas denominadas de hifas que são pequenos filamentos septados (divididos) ou não 
que podem organizar-se em um emaranhado de hifas denominado de micélio. As principais 
representações das morfologias bacterianas e fúngicas podem ser observadas na Figura 2.
7UNIDADE I Isolamento, Identificação e Prospecção de Micro-Organismos para
 Processos Fermentativos
FIGURA 2 - MORFOLOGIA BACTERIANA E FÚNGICA
 
Fonte: O autor (2022).
 A diversidade morfológica destes microrganismos afeta diretamente seu crescimento 
nos processos fermentativos. Enquanto que as bactérias apresentam um crescimento 
exponencial em poucas horas, em torno de 48h, os fungos filamentosos normalmente 
podem demorar de 7 até 21 dias para atingir a fase de crescimento ideal para produção 
dos produtos de interesse. Alguns exemplos de bactérias cocos e bacilares, além de fungos 
filamentosos empregados em processos fermentativos em diferentes setores industriais, 
são exemplificados na tabela abaixo.
TABELA 1 - BACTÉRIAS E FUNGOS EMPREGADOS EM PROCESSOS FERMENTATIVOS 
COM DIFERENTES APLICAÇÕES INDUSTRIAIS
Fonte: O autor (2022).
FILO ORDEM ESPÉCIE APLICAÇÃO
BACTÉRIAS Firmicutes
Firmicutes
Actinobacteria
Actinobacteria
Firmicutes
Firmicutes
Firmicutes
Lactobacillales
Lactobacillales
Streptomycetales
Streptomycetales
Bacillales
Bacillales
Bacillales
Streptococcus 
thermophilus
Lactobacillus 
delbrueckii
Streptomyces 
griseus
Streptomyces 
avermitilis
Bacillus subtilis
Bacillus 
amyloliquefaciens
Bacillus 
thuringiensis
Alimentícia
Alimentícia
Farmacêutica
Farmacêutica
Agroindustrial
Agroindustrial
Agroindustrial
FUNGOS Ascomycota
Ascomycota
Ascomycota
Ascomycota
Ascomycota
Ascomycota
Ascomycota
Eurotiales
Hypocreales
Hypocreales
Saccharomycetales
Eurotiales
Eurotiales
Eurotiales
Penicillium notatum
Beauveria bassiana
Metarhizium 
anisopliae
Saccharomyces 
cerevisiae
Penicillium 
roquefortii
Aspergillus oryzae
Aspergillus terreus
Farmacêutica
Agroindustrial
Agroindustrial
Alimentícia
Alimentícia
Alimentícia
Farmacêutica
8UNIDADE I Isolamento, Identificação e Prospecção de Micro-Organismos para
 Processos Fermentativos
É importante salientar que a partir de uma cepa microbiana pode-se obter diferentes 
produtos, ou seja, de uma determinada espécie de fungo ou bactéria podem ser produzidos 
metabólitos primários ou secundários que atuem como moléculas antimicrobianas contra 
patógenos de humanos ou de plantas, enzimas de interesse alimentício e até mesmo 
esporos que resultarão em inoculantes agrícolas.
A capacidade ou não de um microrganismo em produzir um produto de importância 
industrial está diretamente relacionada com as características presentes em seu DNA, ou 
seja, se este microrganismo possui os genes para produzir ou expressar a característica 
de interesse. Estas características podem ser obtidas naturalmente por meio dos ciclos de 
multiplicação destes organismos, conhecidos como reprodução, ou introduzidas artificial 
mente em laboratório.
Dentre os principais mecanismos relacionados a reprodução dos microrganismos 
que são fontes de diversidade e variabilidade genética podemos citar:
● Transformação: aquisição e incorporação de material genético exógeno disponíveis 
no ambiente. O material genético exógeno normalmente é oriundo de células mortas.
● Transdução: é transferência indireta e incorporação de material genético entre 
duas células mediada por vírus.
● Conjugação: transferência direta de material genético entre duas células. 
Estes três tipos de reprodução ocorrem principalmente em bactérias. Além destes 
processos acima, podemos citar também os mecanismos mitóticos e meióticos. Na mitose, 
uma única célula originará outras duas idênticas, incluindo quanto ao material genético, já na 
meiose são produzidas células com a metade do material genético da célula mãe. A meiose 
está relacionada principalmente a formação de gametas, no caso dos fungos são chamados 
de esporos. Ao contrário da mitose, a meiose pode originar grande variabilidade genética. 
Aqui, nós estudamos um pouco sobre como a diversidade biológica, morfológica e 
genética são importantes para se estabelecer um processo biotecnológico. Muitas espécies 
de fungos e bactérias já foram descritos e estão sendo utilizados em diversos setores da 
indústria, entretanto, ainda há muitas espécies a serem descobertas e descritas capazes de 
produzir metabólitos e outros produtos conhecidos ou ainda desconhecidos com potenciais 
aplicações biotecnológicas de interesse socioeconômico. 
No próximo tópico vamos conhecer um pouco mais como se dá o processo de 
isolamento e caracterização destes micro-organismos que futuramente podem ser aplicados 
em processos biotecnológicos. Até já!
 
9UNIDADE I Isolamento, Identificação e Prospecção de Micro-Organismos para
 Processos Fermentativos
2. TÉCNICAS DE ISOLAMENTO E IDENTIFICAÇÃO
No tópico 1, discutimos um pouco sobre a diversidade de microrganismos e como 
ela está relacionada aos processos biotecnológicos, mas, como obter uma cepa microbiana 
de interesse industrial?
Fungos e bactérias são microrganismos quase que onipresentes, ou seja, eles podem 
ser encontrados em praticamente em todos os locais, até mesmo naqueles localizados em 
regiões extremas ou não propícios para o desenvolvimento de outras formas de vida, como 
em regiões vulcânicas ou radioativas.
Estes microrganismos podem ser isolados do solo, partes internas (endofíticos) ou 
externas (epifíticos) de plantas, água, alimentos, animais, ar, entre outros. O primeiropasso 
então, trata-se da escolha da fonte da qual serão obtidas as cepas, além disso, qual será 
sua futura aplicação. 
Você já ouvir falar em biorremediação? Este processo envolve a retirada de substâncias 
tóxicas do meio ambiente por organismos vivos, principalmente realizada por plantas ou 
micro-organismos. Vamos imaginar que em uma determinada plantação de soja foram 
aplicadas grandes quantidades de defensivos químicos e, como sabemos, estes agroquímicos 
conhecidos popularmente como agrotóxicos possuem grande poder de contaminação do meio 
ambiente e graves consequências a saúde humana. Se coletássemos amostras do solo ou 
plantas contaminadas, estes serviriam como a fonte de isolamento das cepas microbianas que 
poderiam ser aplicadas nos processos biorremediadores das substâncias contaminantes.
10UNIDADE I Isolamento, Identificação e Prospecção de Micro-Organismos para
 Processos Fermentativos
Mas por que escolher este tipo de material? As substâncias ali presentes afetam 
direta ou indiretamente todos os organismos daquele ecossistema, incluindo a microbiota do 
solo e das plantas. Assim, os microrganismos ali presentes acabam se adaptando aquelas 
condições adversas para garantir sua sobrevivência, um mecanismo que chamamos de 
resistência. Essa característica torna estes microrganismos mais promissores para a 
remediação destas substâncias em relação a outros pelo seu contato prévio. Contudo, é 
importante ressaltar que o contato anterior com estas substâncias não é um fator limitante 
para a escolha do material para o isolamento dos microrganismos, mas os tornam mais 
interessantes do ponto de vista ecológico.
Com o conhecimento do material-alvo então, pode-se iniciar o processo de 
isolamento. Didaticamente, podemos definir o isolamento de microrganismos como a 
obtenção de fungos ou bactérias de materiais biológicos ou não em um ambiente estéril e 
controlado, que muitas vezes são capazes de crescer em meio de cultura apropriado.
Nem todas as espécies de microrganismos presentes no ambiente são capazes de 
crescer em condições de laboratório, uma vez que eles requerem condições nutricionais, 
ambientais e até mesmo de interação com outros organismos para seu desenvolvimento, 
condições estas muitas vezes inviáveis de reproduzir em ambientes controlados. Neste 
sentido, o isolamento de microrganismos pode ser classificado em dois tipos:
● Dependente de cultivo: quando os microrganismos apresentam crescimento 
em meio de cultura em condições de temperatura, pH, luminosidade e aeração 
controladas e pré-estabelecidas.
● Independente de cultivo: quando não é possível o cultivo dos micro-organismos 
em condições de laboratório.
Como conhecer então os microrganismos de interesse biotecnológico pelo método 
independente de cultivo? O conhecimento da comunidade microbiana do material avaliado 
ocorre por técnicas de metagenômica, ou seja, aquelas ferramentas que abordam análise 
e sequenciamento do DNA. A partir da extração do DNA total da amostra alvo, pode-se 
realizar o sequenciamento de regiões específicas do DNA ali presentes, logo estas regiões 
nucleotídicas podem ser analisadas e confrontadas em bancos de dados identificando 
assim a qual microrganismos pertence aquela sequência encontrada.
Para os métodos dependentes de cultivo, as amostras podem ser submetidas 
a diferentes técnicas de desinfestação de microrganismos não desejados e semeadura 
(transferência do material para o meio de cultura). Na Figura 1, é possível verificarmos um 
esquema que exemplifica o isolamento de micro-organismos de folhas de plantas.
11UNIDADE I Isolamento, Identificação e Prospecção de Micro-Organismos para
 Processos Fermentativos
Após a coleta das folhas, estas são lavadas previamente em água corrente para 
retirada de contaminantes ou poeira. Em seguida, as folhas são levadas para uma cabine 
de fluxo laminar (ambiente estéril) para que ocorra a desinfestação de microrganismos 
não desejados. A desinfestação trata-se do processo de retirada de fungos e bactérias 
contaminantes por meio da aplicação de soluções adequadas, muitas vezes hipoclorito 
de sódio (NaoH) e álcool 70%. A concentração dessas substâncias e tempo de lavagem 
variam do tipo do material biológico. Após a aplicação das soluções de limpeza, lava-se 
novamente em água para retirada dos resquícios destas substâncias para que elas não 
interfiram no crescimento microbiano dos microrganismos de interesse.
FIGURA 3 - ISOLAMENTO DE MICRORGANISMOS
 
Fonte: O autor (2022).
O controle representado na Figura 3 na etapa 6 é realizada para garantir que o 
material está livre de contaminantes. Caso ocorra qualquer tipo de crescimento microbiano na 
água utilizada na última lavagem, significa que o material não foi corretamente desinfestado.
O material desinfestado então, pode ser fragmentado ou macerado com posterior 
transferência para meios de culturas adequados, para que ocorra a liberação dos fungos 
ou bactérias ali presentes. Quando produzido fragmentos do material (Figura 4), os 
microrganismos crescerão a partir dos fragmentos ali presentes, já por meio da maceração do 
material, com o rompimento das células vegetais os microrganismos também serão liberados. 
12UNIDADE I Isolamento, Identificação e Prospecção de Micro-Organismos para
 Processos Fermentativos
FIGURA 4 - FRAGMENTAÇÃO DO MATERIAL E TRANSFERÊNCIA PARA O MEIO DE CULTURA 
PARA POSTERIOR CRESCIMENTO MICROBIANO. O TAMANHO DOS FRAGMENTOS PODE 
VARIAR DE 1 A 7 MM2. QUANTO MENOR O TAMANHO DOS FRAGMENTOS, MAIOR PODERÁ 
SER A DIVERSIDADE DO MICRO-ORGANISMOS ISOLADOS
 
Fonte: O autor (2022).
A nível de exemplo utilizamos o isolamento a partir de folhas de plantas, 
entretanto, esta técnica pode ser empregada com outros tipos de materiais biológicos e, 
consequentemente, sua adaptação ao material alvo.
O crescimento microbiano pode variar entre 24-48h para bactérias e 5-7 dias para 
fungos. Após o isolamento, estes microrganismos precisam ser identificados! Até meados de 
1990, empregava-se muito as técnicas clássicas de identificação, que utilizavam a coloração 
das estruturas dos fungos e bactérias e consequente visualização em microscópio. Contudo, 
este tipo de identificação muitas vezes não fornecia informações suficientes para distinguir as 
cepas em nível de espécie, havendo uma identificação apenas em nível taxonômico de gênero.
Com o avanço das técnicas de biologia molecular como o sequenciamento de DNA 
a partir dos anos 2000, principalmente com o sequenciamento de nova geração, houve 
uma maior possibilidade de diferenciação a nível de espécie dos microrganismos isolados. 
Para o sequenciamento do DNA, é necessário a obtenção do material genético por meio 
da extração. A Quadro 1 apresenta as principais etapas da extração do DNA e posterior 
aplicação na identificação dos micro-organismos isolados.
13UNIDADE I Isolamento, Identificação e Prospecção de Micro-Organismos para
 Processos Fermentativos
QUADRO 1 - ETAPAS DA EXTRAÇÃO E ANÁLISE DO DNA PARA A IDENTIFICAÇÃO
Fonte: O autor (2022).
Além da identificação genética das cepas microbianas isoladas, também é 
possível realizar o sequenciamento e identificação de genes específicos relacionados a 
processos biotecnológicos de interesse. Alguns exemplos que podemos citar podem ser 
genes relacionados a produção de metabólitos com atividade de interesse farmacêutico 
(antimicrobiano, antioxidante, antitumoral, entre outras), genes para produção de enzimas ou 
hormônios vegetais e até mesmos regiões responsáveis por processos de biorremediação.
Neste tópico nós estudamos um pouco sobre a importância de conhecer o material 
biológico alvo para o isolamento de microrganismos de interesse que serão aplicados em 
processos biotecnológicos. Além disso, conhecemos as técnicas de isolamento dependentes 
e independentes de cultivo e as formas de análise molecular dos isolados e a importância 
desses processos para sua futura aplicação.Agora, no tópico 3, vamos discutir e conhecer como ocorre a seleção e prospecção 
biotecnológica desses micro-organismos para em seguida, sua utilização em escala industrial. 
Vem comigo! 
LISE CELULAR
Visa o rompimento das células para a liberação do 
material genético do interior celular para o ambiente. 
Em bactérias pode-se aplicar o rompimento celular 
por meio da agitação, já em fungos, por apresentarem 
paredes celulares mais resistentes, faz-se necessário 
o congelamento e maceração em nitrogênio líquido 
para a liberação do material genético.
PURIFICAÇÃO
Após a lise da célula e liberação do material genético, 
são empregadas substâncias para purificar o DNA, 
ou seja, eliminar moléculas não desejadas como 
RNA ou proteínas que podem dificultar as análises 
moleculares por não serem as moléculas alvo. Durante 
este processo emprega-se Fenol e clorofórmio para a 
retiradas dessas moléculas não-alvo.
SUSPENSÃO
Após a purificação, são adicionadas soluções de 
álcool absoluto ou 70% para suspensão do DNA. 
O pellet (aglomerado) de DNA é formado após o 
processo de centrifugação.
ANÁLISE MOLECULAR
Com o DNA obtido, são realizadas amplificação 
(cópias) de regiões específicas do DNA (genes). 
Estas cópias produzidas por PCR (reação em cadeia 
da Polimerase) são sequenciadas possibilitando 
análises de filogenia para a identificação do micror-
ganismo alvo. Pode se empregar um ou mais genes 
para essa identificação.
14UNIDADE I Isolamento, Identificação e Prospecção de Micro-Organismos para
 Processos Fermentativos
3. PROSPECÇÃO BIOTECNOLÓGICA
Você já ouviu falar em prospecção ou Bioprospecção? A Bioprospecção é um 
conceito aplicado a ação de explorar previamente in vitro organismos vivos, como micro-
organismos e plantas, em processos de interesse industrial e/ou socioeconômico. Dentre 
essas áreas temáticas de interesse, podemos destacar:
● Médico-farmacêutica: estudo e produção de moléculas produzidas por meio do 
metabolismo primário ou secundário com atividade contra patógenos de humanos, 
antioxidante, antiproliferativa contra células tumorais, leishimanicida, antiparasitária, 
entre outras.
● Industrial: produção de enzimas de interesse alimentício, cosmético ou aplicação 
em processos fermentativos como a produção de etanol, cervejas e derivados. 
Ocorre principalmente em grande escala em biorreatores.
● Agroindustrial: desenvolvimento de inoculantes agrícolas ou produtos 
biológicos que auxiliem na promoção do crescimento vegetal por meio da produção 
de hormônios e solubilização de sais minerais ou no controle de fitopatógenos e 
insetos-praga atuando como controladores biológicos.
● Ambiental: está relacionado principalmente aos processos de biorremediação 
de áreas contaminadas com substâncias xenobióticas e recalcitrantes como 
corantes têxteis, agrotóxicos, petróleo e derivados e até mesmo material radioativo 
(radionuclídeos).
15UNIDADE I Isolamento, Identificação e Prospecção de Micro-Organismos para
 Processos Fermentativos
A Bioprospecção é importante pois ocorre na primeira etapa dos estudos para 
determinar a eficiência e atividade das cepas microbianas antes de sua produção em 
escala industrial. A maioria dos ensaios de prospecção são realizadas de forma in vitro 
e, normalmente, aqueles microrganismos que se destacam podem ser reavaliados em 
condições in vivo em pequena escala ou até mesmo simulando os processos fermentativos 
em reatores de bancada.
Vamos conhecer um pouco mais sobre alguns testes de Bioprospecção que podem 
envolver processos fermentativos?
Para aquelas que empregam os metabólitos produzidos pelos micro-organismos, 
principalmente a médico-farmacêutica e agroindustrial, ocorre inicialmente uma seleção 
prévia das cepas microbianas por meio de ensaios antibacterianos e antagonísticos contra 
os patógenos de interesse, para verificar se ocorre a produção de possíveis metabólitos 
antifúngicos ou antibacterianos.
Na Figura 5, podemos observar como é realizado o teste de antagonismo. O objetivo 
deste ensaio é cultivar os dois microrganismos juntos, cepa de interesse e patógeno, para 
estudar suas interações competitivas. Para a produção de moléculas antimicrobianas, 
seleciona-se aquela cepa capaz de inibir o crescimento do patógeno a distância, ou seja, ao 
serem cultivados juntos a cepa de interesse é capaz de produzir metabólitos que impedem 
o crescimento do patógeno, sendo evidenciado por um espaço entre o crescimento entre 
os dois micro-organismos, como pode ser observado na Figura 5 letra B. 
FIGURA 5 - ENSAIO DE ANTAGONISMO PARA VERIFICAÇÃO DA PRODUÇÃO DE 
MOLÉCULAS ANTIMICROBIANAS
 
Fonte: O autor (2022).
16UNIDADE I Isolamento, Identificação e Prospecção de Micro-Organismos para
 Processos Fermentativos
Tipos de interações competitivas: bloqueio por contato (A), bloqueio a distância (B), 
bloqueio por contato pela cepa de interesse (C) e bloqueio por contato pelo patógeno (D).
Após a verificação da possível produção das moléculas bioativas pelo micro-
organismo de interesse, ocorre a produção dos metabólitos secundários em meios de 
cultura líquidos entre 15-21 dias. Estes metabólitos presentes no meio fermentado então são 
extraídos empregando diferentes solventes orgânicos e posteriormente são caracterizados 
e purificados quimicamente para uma melhor elucidação dos seus mecanismos de ação 
sobre os patógenos-alvos. Este processo de fermentação de bancada é importante para 
se conhecer a cinética de crescimento dos microrganismos e em qual das etapas desse 
crescimento podem estar sendo produzidos as moléculas de interesse.
Além da produção de metabólitos, os processos fermentativos empregando 
micro-organismos também poder ser utilizados para produção de hormônios vegetais que 
poderão atuar auxiliando no crescimento vegetal, e também para a produção de enzimas 
de interesse. Abaixo, a Figura 6 apresenta um esquema simplificado de como ocorro o 
processo fermentativo in vitro para produção de um hormônio vegetal.
FIGURA 6 - PRODUÇÃO IN VITRO DE HORMÔNIOS VEGETAIS
 
Fonte: O autor (2022).
Nesta perspectiva, a Bioprospecção ou prospecção biológica de microrganismos, 
subsidia futuros processos biotecnológicos dentre os quais se destacam aqueles que serão 
desenvolvidos em escala industrial em biorreatores. Conhecendo então a importância do 
Isolamento, identificação e prospecção de micro-organismos para processos fermentativos, 
nas próximas unidades vamos aprofundar nossos conhecimentos sobre a Cinética e 
crescimento celular (Unidade II) antes elucidar os tipos de processos fermentativos (Unidade 
III) e como eles ocorrem em biorreatores (Unidade IV).
Nos vemos em breve! Bons estudos.
17UNIDADE I Isolamento, Identificação e Prospecção de Micro-Organismos para
 Processos Fermentativos
SAIBA MAIS
Atualmente, os microrganismos endofíticos, que são fungos e bactérias que vivem no 
interior dos tecidos das plantas sem causar doenças, estão sendo muito estudados visando 
processos ou produtos biotecnológicos uma vez que este grupo de microrganismos são 
excelentes produtos de metabólitos secundários bioativos, enzimas e hormônios vegetais.
Fonte: O Autor (2022).
REFLITA
Pamphile et al. (2018) colocam que a identificação de microrganismos como fungos e 
bactérias de interesse biotecnológico é de suma importância para o desenvolvimento de 
um produto ou processo de interesse para a sociedade. 
Neste sentido, como podemos diferenciar as cepas microbianas de interesse 
biotecnológico?
Fonte: PAMPHILE, J.A.; BERNARDI-WENZEL, J.; BALTAZAR, J.M. Tópicos da diversidade de fungos e 
bactérias: bases da taxonomia clássica. In: AZEVEDO, J.L.; PAMPHILE, J.A.; QUECINE-VERDI, M.C.; 
LACAVA, P.T. (Orgs). Biotecnologia microbiana ambiental. EDUEM: Maringá, p. 35-60, 2018. Disponível 
em: https://www.dmp.ufscar.br/arquivos/biotecnologia-microbiana-ambiental.pdf Acesso em: 10 jun. 2022.
https://www.dmp.ufscar.br/arquivos/biotecnologia-microbiana-ambiental.pdf18UNIDADE I Isolamento, Identificação e Prospecção de Micro-Organismos para
 Processos Fermentativos
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Nesta unidade nós conceituamos e conhecemos as definições de diversidade 
microbiana e como os tipos de técnicas de identificação dos microrganismos são importantes 
não somente para conhecer esta diversidade, mas também, para o desenvolvimento de 
processos biotecnológicos por meio de estudos de Bioprospecção.
Podemos observar que fungos e bactérias podem ser utilizados em diversos 
processos biotecnológicos em diferentes áreas de interesse da sociedade. Agora que 
já conhecemos um pouco sobre o processo de isolamento e identificação de uma cepa 
microbiana de interesse biotecnológico, na próxima unidade vamos discutir sobre os 
mecanismos de crescimento celular desses microrganismos e como podemos utilizar esses 
mecanismos para produzir produtos de interesse.
Vamos lá? Te vejo em breve!
 
19UNIDADE I Isolamento, Identificação e Prospecção de Micro-Organismos para
 Processos Fermentativos
MATERIAL COMPLEMENTAR
LIVRO 
Título: Biotecnologia Microbiana Ambiental – Capítulos I, II e III
Autores: João Lúcio Azevedo; João Alencar Pamphile; Maria 
Carolina Quecine-Verdi; Paulo Teixeira Lacava (organizadores).
Editora: EDUEM.
Sinopse: A Biotecnologia tem uma grande importância para o 
desenvolvimento do Brasil e para o mundo. A sociedade hodierna 
tem debatido sobre os possíveis impactos ambientais e as formas de 
se corrigir e evitar problemas ambientais. A biotecnologia, ou seja, o 
uso de organismos vivos ou parte deles para a obtenção de produtos 
ou processos que beneficiem a sociedade tem se destacado como 
uma área de inovação que congrega diferentes matérias como a 
genética, biologia molecular, genômica e processos industriais. Uma 
de suas subáreas, a Biotecnologia Microbiana ou Biotecnologia de 
Micro-organismos, tem auxiliado o desenvolvimento, sobretudo 
das indústrias alimentícias e farmacêuticas. Como subproduto dos 
processos industriais, os contaminantes do ar, solo e águas, tem 
preocupado os governantes de inúmeros países. Os microrganismos 
possuem um metabolismo secundário extremamente rico e variável, 
permitindo que os mesmos ocupem os mais diversos nichos, como 
rios, oceanos, solo, regiões de climas extremos como o Ártico e 
regiões vulcânicas ativas. Essa dinâmica metabólica muito particular 
dos microrganismos permite que eles possam ser utilizados em 
diferentes áreas, desde a agrícola, alimentícia, farmacêutica, 
ambiental e energética. O desenvolvimento de Novas Plataformas 
de Sequenciamento do DNA, ou Sequenciamento de Nova 
Geração, além dos métodos baseados na metodologia de Sanger, 
em equipamentos automatizados, permitiu o incremento de novas 
abordagens científicas e tecnológicas, como a Taxonomia Molecular 
Microbiana baseada no DNA e a Metagenômica Estrutural. Dessa 
forma, os organizadores da obra reuniram diversos pesquisadores 
com expertises em tópicos como, por exemplo, a biorremediação 
de água e afluentes; monitoramento ambiental e prospecção 
biotecnológica em ambientes marinhos.
 
FILME/VÍDEO
Título: Isolamento de microrganismos
Ano: 2021.
Sinopse: Neste vídeo conheceremos um pouco mais sobre o 
isolamento de microrganismos, principalmente um exemplo de 
metodologia para isola-los em laboratório.
Link do vídeo: https://www.youtube.com/watch?v=1swwzXaJtzc 
20
Plano de Estudo:
● Crescimento microbiano;
● Metabolismo de carboidratos;
● Enzimas.
Objetivos da Aprendizagem:
● Conceituar e contextualizar como ocorre o crescimento 
microbiano para bioprocessos;
● Compreender os tipos de metabolismo microbiano e 
como se aplicam em processos biotecnológicos;
● Estabelecer a importância das enzimas obtidas 
de microrganismos na indústria.
UNIDADE II
Tópicos de Cinética e 
Crescimento Celular 
Professor Dr. João Arthur dos Santos de Oliveira
21UNIDADE I Isolamento, Identificação e Prospecção de Micro-Organismos para
 Processos Fermentativos
21UNIDADE II Tópicos de Cinética e Crescimento Celular 
INTRODUÇÃO
Olá estudante, seja bem-vindo a Unidade II da disciplina de Processos biotecnológicos. 
Você já imaginou como alguns produtos são obtidos a partir de microrganismos e 
possuem diferentes aplicações na indústria?
Aliás, você conhece ou já ouviu falar em algum produto de origem microbiana?
Nesta unidade dividida em três tópicos nós conheceremos os mecanismos de 
crescimento dos microrganismos e como empregar essas estratégias de crescimento para 
produção e obtenção de produtos de interesse como metabólitos ou enzimas, além de 
apresentar como esses produtos de origem microbiana são aplicados na indústria.
Os conceitos e definições apresentados nessa unidade serão de suma importância 
para contextualizar como ocorrem os bioprocessos em escala industrial.
Você ficou interessado?
Então vamos nessa! Bons estudos.
22UNIDADE I Isolamento, Identificação e Prospecção de Micro-Organismos para
 Processos Fermentativos
22UNIDADE II Tópicos de Cinética e Crescimento Celular 
1. CRESCIMENTO MICROBIANO
Todos os organismos vivos, incluindo os vírus que são considerados parasitas 
intracelulares obrigatórios, apresentam mecanismos de crescimentos ou multiplicação 
celular. O crescimento microbiano então, pode ser entendido como o aumento do número 
celular (indivíduos/ massa) em determinada cultura. Todavia, é importante ressaltar que 
naturalmente as células podem apresentar mecanismos de aumento celular por mecanismos 
de absorção de água ou acumulo de fontes de energia, assim, esses mecanismos não são 
considerados formas de crescimento celular propriamente dito.
Para se determinar o crescimento de uma cultura microbiana então, pode-se realizar 
a determinação de seu peso (principalmente o peso seco), caracterizar seus constituintes 
químicos ou empregar técnicas de espectrofotometria. No quadro abaixo podemos observar 
um resumo sobre cada uma destas formas de medida do crescimento microbiano:
QUADRO 1 - FORMAS DE MEDIDAS DO CRESCIMENTO MICROBIANO
Fonte: O autor (2022).
PESO SECO CONSTITUINTES QUÍMICOS TURBIDIMETRIA
Após o crescimento microbiano 
em meio líquido, ocorre a 
separação das células por meio 
de centrifugação. As células 
separadas então, são secas 
em estufa e posterior pesadas 
para aferição do seu peso 
(normalmente faz-se a diferença 
entre a pesagem inicial antes da 
secagem e a pesagem final após 
a secagem).
Aplica-se principalmente em um 
número pequenos de amostras. 
A determinação da massa 
microbiana é realizada por meio 
da dosagem principalmente das 
proteínas e/ou ácidos nucléicos 
que são os dois principais 
constituintes celulares.
Basicamente esta técnica analisa a 
turvação das culturas microbianas 
por meio de leituras da absorbância 
em espectrofotômetro. Para tanto 
as células precisam estar em meio 
líquido ou diluídas em soluções 
adequadas.
23UNIDADE I Isolamento, Identificação e Prospecção de Micro-Organismos para
 Processos Fermentativos
23UNIDADE II Tópicos de Cinética e Crescimento Celular 
Além da determinação da massa microbiana pelas técnicas exemplificas no quadro 
acima, também pode-se determinar o número de indivíduos pela (i) contagem total células 
em microscópio utilizando espalhamento em lâmina ou câmaras de contagem (como a 
câmara de Neubauer) ou (ii) por meio da contagem das unidades formadoras de colônia 
(UFC) empregando a diluição e espalhamento das células em meios de cultura sólidos. 
Mas qual a diferença entre a determinação do número de organismos presentes 
empregando as técnicas (i) e (ii)? Enquanto que na contagem das unidades formadoras 
de colônias considera-se apenas as células viáveis, ou seja, vivas, na contagem total de 
células não há distinção das células viáveis e não-viáveis.
Em uma cultura, principalmente em bactérias e algumas leveduras, estes 
microrganismos apresentam algumas fases de crescimento. Estas fases comumente 
envolvem etapas de multiplicação do número de indivíduos, equilíbrio e morte celular.Didaticamente, a Figura 1 nos apresenta as quatro fases do crescimento microbiano.
FIGURA 1 - CRESCIMENTO MICROBIANO
 
vvvv
Fonte: O autor (2022).
● Em 1 nós podemos observar a fase denominada de Lag. Muitas vezes esta fase 
é compreendida como uma fase de crescimento inicial microbiano, no entanto, 
não ocorre o crescimento microbiano propriamente dito, mas sim, uma fase de 
multiplicação da maquinaria genética e metabólica das células.
● A fase Log em 2 ocorre a fase do crescimento microbiano propriamente dito, 
onde ocorre o aumento do número de células.
24UNIDADE I Isolamento, Identificação e Prospecção de Micro-Organismos para
 Processos Fermentativos
24UNIDADE II Tópicos de Cinética e Crescimento Celular 
● Já em 3 compreendida pela fase Estacionária, há o equilíbrio entre o número 
do aumento de células e o número de morte celular, e o crescimento microbiano 
desacelera em comparação a fase Log.
● Na fase de Declínio em 4 o crescimento microbiano cessa, e o número de morte 
celular é superior ao número de células viáveis.
Conhecer essas fases de crescimento é importante quando se deseja obter um 
produto ou processo biotecnológico, uma vez que muitos microrganismos produzem 
metabólitos ou enzimas de interesse em determinadas fases, além de que, as condições 
ideais de crescimento que compreendem cada fase serão reproduzidas em grande escala 
em biorreatores.
Não somente conhecer as etapas do crescimento é importante, mas também os fatores 
que influenciam o crescimento nestas etapas. Dentre os principais fatores podemos exemplificar 
a temperatura, pH, concentração de oxigênio, agitação e concentração dos nutrientes. No 
próximo tópico vamos conhecer um pouco mais sobre esses fatores, principalmente aqueles 
relacionados com as vias metabólicas de carboidratos e oxigênio. Vamos lá?!
Te vejo em breve então!
25UNIDADE I Isolamento, Identificação e Prospecção de Micro-Organismos para
 Processos Fermentativos
25UNIDADE II Tópicos de Cinética e Crescimento Celular 
2. METABOLISMO DE CARBOIDRATOS
Todas as células precisam de energia para garantir seu funcionamento. Essa energia 
necessária para garantir a atividade celular é chamada de ATP (Adenosina Trifosfato). A 
“energia” é resultante da hidrose da molécula de ATP em ADP (Adenosina difosfato) durante 
as reações metabólicas.
FIGURA 2 - MOLÉCULA DE ATP (ADENOSINA TRIFOSFATO)
 
26UNIDADE I Isolamento, Identificação e Prospecção de Micro-Organismos para
 Processos Fermentativos
26UNIDADE II Tópicos de Cinética e Crescimento Celular 
A produção dessas moléculas precursoras de energia (ATP) é resultante das vias 
metabólicas principalmente de carboidratos, mas na falta deles, lipídeos, proteínas e até 
mesmo os ácidos nucléicos podem ser utilizados. Esse processo pode ocorrer basicamente 
de duas formas:
●	Aeróbica: na presença de oxigênio.
●	Anaeróbica: na ausência de oxigênio.
A principal via metabólica para carboidratos trata-se da via glicolítica ou glicólise. 
Em resumo, essa via trata-se da quebra de uma molécula de carboidrato complexo em 
moléculas de carboidrato menos (glicose) que gerará energia. Por tratar-se de reações 
bioquímicas detalhadas e complexas, a Figura 2 resumo os acontecimentos da glicólise de 
acordo com ALTERTHUM (2020):
●	Quebra do carboidrato: como mencionado anteriormente, esta fase compreende 
a quebra de um carboidrato complexo, também conhecidos como polissacarídeos, 
em glicose (carboidrato simples/ monossacarídeos). 
FIGURA 3 - METABOLISMO DE CARBOIDRATOS: GLICÓLISE
 
Fonte: Adaptado de Alterthum (2020).
●	Fosforilação da glicose: ocorre a transferência de fosfato para glicose originando 
glicose-1,6-difosfato. Esta molécula sofre um processo de isomerização originando 
frutose-1,6-difosfato.
●	Clivagem da glicose fosforilada: por ação de enzimas aldolases, as moléculas 
de frutose-1,6-difosfato originam moléculas de gliceraldeído-3-fosfato.
27UNIDADE I Isolamento, Identificação e Prospecção de Micro-Organismos para
 Processos Fermentativos
27UNIDADE II Tópicos de Cinética e Crescimento Celular 
● Oxidação: há a oxidação das moléculas originadas na etapa anterior com a formação 
de moléculas precursoras de ATP, como NAD (nicotinamida-adenina oxidado).
●	Formação do piruvato: é a etapa final da glicólise, com a formação de piruvato, 
uma molécula que pode seguir por outras vias de oxidação.
Ao final da glicólise com a formatura do piruvato, a produção de energia celular 
pode seguir por duas vias: (i) anaeróbica por processos fermentativos ou (ii) aeróbica por 
meio do ciclo do ácido cítrico ou ciclo de Krebs.
Dentre os principais processos fermentativos que vêm sendo utilizado pela 
humanidade por anos estão a fermentação alcoólica e lática como podemos observar 
na Figura 4. Em ambas fermentações, as moléculas de piruvato resultantes da glicólise 
originarão moléculas de ATP, no caso da fermentação alcoólica além do ATP produzido 
também ocorre a produção de álcool e gás carbônico, já na fermentação lática ocorre 
principalmente a produção de ácido lático.
FIGURA 4 - PROCESSOS FERMENTATIVOS APÓS A GLICÓLISE
 
Fonte: O autor (2022).
Fungos e leveduras, como Saccharomyces cerevisiae, que são capazes de realizar 
a fermentação alcóolica são muito empregados principalmente na indústria alimentícia para 
a produção de bebidas e produtos alcoólicos (como vinhos, cervejas e vinagres) e pães. 
Já a fermentação lática é aplicada principalmente na produção de queijos e derivados de 
leite como iogurtes. Dentre os principais microrganismos que realizam esses processos de 
fermentação lática estão as bactérias das espécies Streptococcus sp. e Lactobacillus sp.
28UNIDADE I Isolamento, Identificação e Prospecção de Micro-Organismos para
 Processos Fermentativos
28UNIDADE II Tópicos de Cinética e Crescimento Celular 
Outra etapa importante a ser conhecida além da fermentação, trata-se do ciclo 
do ácido cítrico ou ciclo de Krebs. Esta etapa da produção de energia ocorre na presença 
de oxigênio, diferentemente das fermentações citadas anteriormente. Durante o ciclo de 
Krebs ocorrem complexos processos de oxidação das moléculas de piruvato originados na 
glicólise para a produção de ATP.
Conhecer então como o microrganismo alvo cresce e interagem com os nutrientes 
que são disponibilizados a ele, é de extrema importância quando se deseja a obtenção 
de um produto final. Sabendo-se por exemplo que a levedura Saccharomyces cerevisiae 
realiza fermentação na ausência de oxigênio, durante todo o processo é necessário garantir 
que não ocorra a entrada de oxigênio nas etapas de produção.
Neste tópico além de conhecermos como os microrganismos crescem e obtém 
energia, discutimos também como esses processos são aplicados em bioprocessos para 
a obtenção de produtos de interesse. Agora, vamos conhecer outro fator importante no 
que tange os processos biotecnológicos acerca dos microrganismos, as enzimas! Vamos 
nessa? Até daqui a pouco então!
29UNIDADE I Isolamento, Identificação e Prospecção de Micro-Organismos para
 Processos Fermentativos
29UNIDADE II Tópicos de Cinética e Crescimento Celular 
3. ENZIMAS
As enzimas são proteínas especializadas em catalisar processos. Esses processos 
podem estar relacionados a clivagem (quebra) na produção ou alteração de compostos. 
As enzimas estão presentes em todos os seres vivos. Estes catalizadores naturais são 
formados por aminoácidos ligados por ligações peptídicas, e podem ser classificados 
quanto sua estrutura em:
● Primária: os aminoácidos se organizam de forma linear;
● Secundária: ocorre uma organização de α-hélice ou β-folha;
● Terciária e quaternária: ocorre um arranjo tridimensional e interação entre as 
organizações dos aminoácidos, podendo ocorrer diferentes formas de estrutura 
primária, α-hélice e β-folha.
FIGURA 5 - ESTRUTURA DAS PROTEÍNAS
 
Fonte: Sagrillo; Dias; Tolentino (2018, p.25).
30UNIDADE I Isolamento, Identificação e Prospecção de Micro-Organismospara
 Processos Fermentativos
30UNIDADE II Tópicos de Cinética e Crescimento Celular 
As enzimas obtidas a partir de microrganismos apresentam inúmeras aplicações 
biotecnológicas, elas podem ser empregadas em diferentes setores da indústria como 
podemos observar no quadro abaixo:
QUADRO 2 - APLICAÇÕES BIOTECNOLÓGICAS DAS ENZIMAS NA INDÚSTRIA
Fonte: O autor (2022).
Devido sua ampla utilização, elas podem ser utilizadas de maneira livre ou imobilizada. 
Uma enzima utilizada de maneira livre é muito instável e perde sua atividade catalítica 
facilmente por não estarem ligadas a algum substrato ou suporte, em contrapartidas, as 
enzimas imobilizadas são mais estáveis e podem ser reutilizadas uma vez que apresentam 
um suporte que não interfere em sua atividade.
Mas como saber qual micro-organismo produz uma enzima de interesse?
Como mencionado anteriormente, todos os seres vivos possuem enzimas, 
entretanto, determinadas enzimas são produzidas em condições específicas ou de estresse. 
Para identificar se uma bactéria ou fungo é capaz de produzir uma enzima que possa ser 
empregada em um bioprocesso industrial pode-se realizar o cultivo desse microrganismo 
em meios de cultura específicos para a produção dessas enzimas.
Esse meio de cultura pode ser sólido ou líquido. Uma vez que o meio de cultura 
será pobre em nutrientes, ele necessariamente deve conter um indutor (substrato) para que 
ao ser inoculado no meio de cultura, o microrganismo síntese as enzimas necessárias para 
degradar esse substrato que possivelmente será utilizado como fonte para a produção de 
energia como vimos no tópico anterior. Esse teste em pequena escala se assemelha muito 
ao que ocorre em larga escala em biorreatores, entretanto, faz-se necessário conhecer e 
padronizar as condições dessas enzimas pelo microrganismo para que não ocorra erros 
durante o processo de produção industrial.
ENZIMA APLICAÇÃO
amilases
Comumente empregadas na indústria alimentícia, 
especialmente na panificação (produção de pães) e 
alguns tipos de bebidas.
Lipases
Podem ser utilizadas na produção de determinados 
queijos e outros laticínios.
Pectinases
Empregadas especialmente na produção de 
determinadas cervejas e sucos.
Proteases
Possuem aplicação na indústria da estética, em 
especial na produção de cremes. Algumas classes 
de proteases podem ser utilizadas na indústria têxtil.
Lacases
Amplamente utilizadas na industrial têxtil para o 
tratamento do algodão.
31UNIDADE I Isolamento, Identificação e Prospecção de Micro-Organismos para
 Processos Fermentativos
31UNIDADE II Tópicos de Cinética e Crescimento Celular 
Alguns substratos comumente empregados para produção de enzimas por 
microrganismos são:
● Carboximetilcelulase (CMC): utilizado para produção de celulases;
● Amido: utilizado para produção de amilases;
● Leite desnatado: produção de proteases;
● Tween: auxilia na produção de lipases;
● Pectina: induz a produção de pectinases;
Industrialmente, o processo de obtenção de enzimas produzidas por microrganismos 
ocorre em duas etapas: upstream e downstream. Em upstream, trata-se do cultivo do 
microrganismo no biorreator nas condições de pH, temperatura, aeração e concentração 
de substrato adequados. Esse processo pode ser realizado de diferentes formas como em 
substrato sólido, em estado líquido, em bateladas ou continuo. Já em downstream, é a etapa 
final do processo de produção da enzima desejada, ocorrendo sua remoção e identificação.
Bom, neste tópico nós pudemos perceber como os microrganismos são fontes 
promissoras para produção de enzimas. Na próxima unidade nós vamos elucidar um pouco 
mais como ocorre o cultivo destes micro-organismos em meios de culturas e como eles são 
empregados nos processos de fermentação upstream e downstream.
Ficou curioso? Então te vejo em breve!
32UNIDADE I Isolamento, Identificação e Prospecção de Micro-Organismos para
 Processos Fermentativos
32UNIDADE II Tópicos de Cinética e Crescimento Celular 
SAIBA MAIS
As enzimas por serem catalizadores biológicos, recebem o seu nome de acordo com sua 
atividade. As hidrolases catalisam hidrolises, as transferases realizam a transferência de 
grupos funcionais, as ligases atuam nas ligações entre compostos. Por isso é comum 
vermos a terminação “ase”.
Fonte: O autor (2022).
 
REFLITA
Oliveira (2015) coloca que a produção de cerveja utilizando as leveduras das espécies 
Saccharomyces sp. ocorre porque esses fungos são capazes de metabolizar os açúcares 
do mosto pelo processo de fermentação alcoólica. Neste sentido, se fornecêssemos 
diferentes tipos ou fontes de açúcares, o resultado da fermentação seria diferente?
Fonte: O autor (2022).
33UNIDADE I Isolamento, Identificação e Prospecção de Micro-Organismos para
 Processos Fermentativos
33UNIDADE II Tópicos de Cinética e Crescimento Celular 
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Chegamos ao final de mais uma unidade. Aqui, nós conhecemos como se dá o 
crescimento dos microrganismos, especialmente as bactérias, e também a importância 
de conhecer esses mecanismos de crescimento para serem aplicados em diferentes 
setores da indústria.
Nós vimos também, o metabolismo desses microrganismos durante o seu 
crescimento, pode ser utilizado como ferramenta para se obter produtos ou processos 
biotecnológicos como fermentações para produção de bebidas, panificação ou enzimas.
Tendo como bases esses conhecimentos já adquiridos, nas próximas unidades nós 
vamos elucidar como ocorrem os bioprocessos em escala industrial utilizando os biorreatores 
e também como isolar e identificar os produtos obtidos por meio desse processo.
Vamos nessa te vejo em breve!
 
34UNIDADE I Isolamento, Identificação e Prospecção de Micro-Organismos para
 Processos Fermentativos
34UNIDADE II Tópicos de Cinética e Crescimento Celular 
MATERIAL COMPLEMENTAR
 
LIVRO 
Título: Processos Biotecnológicos Industriais - Produção de Bens 
de Consumo com o uso de Fungos e Bactérias
Autor: Vanessa da Gama Oliveira.
Editora: Saraiva.
Sinopse: Este livro tem por objetivo apresentar, de forma simples 
e didática, os fundamentos dos processos biotecnológicos 
industriais. Além disso, são apresentados os processos produtivos 
mais comuns das indústrias alimentícia e de combustíveis que 
utilizam a biotecnologia como forma de produção. O primeiro 
capítulo apresenta as bases dos processos biotecnológicos 
industriais. O segundo capítulo descreve o processo de produção 
de etanol, enquanto os Capítulos 3, 4 e 5 descrevem a produção 
de bebidas destiladas e fermentadas. O Capitulo 6 é sobre a 
obtenção de vinagres, e o Capitulo 7 trata sobre a fabricação de 
queijos. O Capítulo 8 deste livro fala sobre a obtenção, por meio 
da biotecnologia, de alguns medicamentos e solventes. Por fim, o 
Capitulo 9 descreve a produção de enzimas para uso industrial. 
 
FILME/VÍDEO 
Título: Você sabia que leveduras não servem só para fazer pão?
Ano: 2019.
Sinopse: Neste vídeo sobre micro-organismos vamos falar um 
pouco sobre as leveduras.
Link do vídeo: https://www.youtube.com/watch?v=lOP2MdoAnT4 
35
Plano de Estudo:
● Micro-organismos e meios de cultura; 
● Fermentação descontínua; 
● Fermentação contínua.
Objetivos da Aprendizagem:
● Conceituar e contextualizar os meios de culturas para os processos fermentativos;
● Compreender os tipos de fermentações em escala industrial 
que visam obter produtos biotecnológicos;
● Estabelecer a importância das fermentações descontínua e contínua.
UNIDADE III
Introdução aos Processos 
Fermentativos
Professor Dr. João Arthur dos Santos de Oliveira
36UNIDADE III Introdução aos Processos Fermentativos
INTRODUÇÃO
Olá aluno, seja bem-vindo a mais uma unidade da nossa disciplina. Até aqui nós 
já vimos a respeito do Isolamento, identificação e prospecção de micro-organismos para 
processos fermentativos, bem como alguns tópicos de cinética e crescimento celular.
Agora vamos aplicar um pouco mais nossos conhecimentos adquiridos até aqui, 
vamos lá?! Nestaunidade nós vamos conhecer como ocorrem os processos fermentativos. 
Para isso, esta unidade está dividida em três tópicos que elucidarão a importância dos 
meios de culturas para o crescimento e aplicação dos micro-organismos de interesse e os 
dois principais tipos de fermentação industrial, a fermentação descontínua e contínua.
Além de suas definições e funcionamento, vamos conhecer algumas vantagens e 
desvantagens de cada uma. Muito interessante, não é mesmo?
Então vamos começar !
Bons estudos!
37UNIDADE III Introdução aos Processos Fermentativos
1. MICRO-ORGANISMOS E MEIOS DE CULTURA
Como vimos na Unidade II, os micro-organismos possuem mecanismos de 
crescimento próprios, concomitantemente, para que ocorra seu crescimento adequado são 
necessários que alguns nutrientes estejam disponíveis. 
Em condições de laboratório, estes nutrientes são disponibilizados a estes micro-
organismos por meio dos chamados meios de cultura, que são soluções líquidas ou solidas 
estéreis que contém os nutrientes necessários para garantir o crescimento e manutenção 
do micro-organismo por um determinado período.
Esse meio de cultura então deve conter fontes de carbono, nitrogênio, enxofre, 
fósforos ou outras fontes que o micro-organismo não seja capaz de sintetizar, por isso 
também dizemos que os meios de cultivo são quimicamente definidos, uma vez que as 
fontes nutricionais que serão adicionadas durantes a preparação já é bem conhecida.
Podemos classificar os meios de cultura em dois grupos principais:
● Meios simples ou mínimos: aqueles que possuem apenas fontes de carbono e 
alguns sais. Normalmente estes meios são utilizados para testar a capacidade dos 
micro-organismos em crescer em condições nutricionais restritas, ou quando deseja-
se analisar o efeito de um composto sobre o crescimento da bactéria ou fungo. 
● Meios complexos ou completos: basicamente possuem a mesma formulação 
que o meio mínimo, entretanto, são adicionadas mais fontes de aminoácidos, 
vitaminas e outros elementos traços, por isso são denominados de completos.
38UNIDADE III Introdução aos Processos Fermentativos
No quadro 1 nós podemos observar a diferença quanto a constituição destes dois 
principais tipos de meios de cultura:
QUADRO 1. COMPARATIVO ENTRE OS MEIOS DE CULTURAS SIMPLES E COMPLEXOS 
QUANTO SUA CONSTITUIÇÃO
Fonte: Adaptado de Tortora, Funke & Case (2017).
Além de permitirem o crescimento dos micro-organismos, os meios de cultura 
também são utilizados para caracterizar suas atividades biotecnológicas. Empregando 
como base o meio simples, ou em alguns casos o meio complexo, uma suplementação 
pode ser realizada visando a produção de compostos ou produtos de interesse como as 
enzimas, como nós já mencionamos na Unidade II no tópico 3.
Um ponto importante a respeito dessas soluções microbiológicas trata-se de sua 
esterilidade. A esterilização de um meio de cultura é realizada empregando autoclave, um 
equipamento semelhante a uma panela de pressão grande que em condições de pressão 
de alta temperatura eliminam os contaminantes ali presentes.
Esta esterilização é necessária para garantir a repetibilidade dos processos e 
também para garantir que o produto final que está sendo obtido é oriundo do micro-organismo 
desejado e não de outros que possam contaminar o ambiente de crescimento. Estas 
contaminações são comuns, uma vez que estes meios de cultura são ricos em nutrientes e 
na maioria das vezes possibilitam o crescimento de qualquer espécie de fungo ou bactéria.
Também é importante ressaltar que o mesmo meio utilizado em pequena escala 
para a realização dos testes de triagem de atividade biotecnológica ou em fermentação de 
bancada, são utilizados em grande escala nos biorreatores. Por isso muitas vezes, podem 
ser realizadas adaptações nesse meio tornando-o mais seletivo para o micro-organismo alvo.
Para evitar contaminações, pode-se acrescer alguns fungicidas ou antibióticos 
comerciais para se evitar o crescimento de fungos e bactérias indesejadas. Mas preste atenção!
Meio simples Meio complexo
Fonte de carbono: glicose
Sais: NH4Cl, K2HPO4, KH2PO4, MgSO4, NH4H2PO4, 
NaCl.
Outros componentes: ágar, água.
Fonte de carbono: glicose.
Sais: NH4Cl, K2HPO4, KH2PO4, MgSO4, NaCl
Aminoácidos: Alanina, arginina, cisteína, 
fenilalanina, isoleucina, leucina, lisina, metionina, 
prolina, triptofano, valina.
Vitaminas: ácido nicotínico, biotina, piridoxamina, 
piridoxina, riboflavina, tiamina.
Elementos traços: Fe, Co, Mn, Zn, Cu, Ni, Mo.
Outros componentes: peptona, extrato de carne, 
ágar, água.
39UNIDADE III Introdução aos Processos Fermentativos
 Se estivermos cultivando bactérias devemos adicionar ao meio de cultura o fungicida 
uma vez que queremos o crescimento de bactérias e não fungos, e quando desejamos o 
crescimento de fungos suplementa-se o meio com antibióticos. O esquema apresentado 
na Figura 1 apresenta de uma forma geral a aplicação dos meios de cultura no cultivo de 
micro-organismos.
FIGURA 1: MEIOS DE CULTURA PRA O CULTIVO DE MICRO-ORGANISMOS. MEIO 
SÓLIDO OU LÍQUIDO
 
Fonte: O autor (2022).
Agora que conhecemos a importância dos meios de cultura para o crescimento e 
prospecção de micro-organismos, nos próximos tópicos vamos conhecer e discutir como ocorre 
a obtenção de produtos biotecnológicos por meio das fermentações descontínua e contínua.
Vamos lá? Te vejo em breve.
40UNIDADE III Introdução aos Processos Fermentativos
2. FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA
Também conhecida como fermentação em batelada, é caracterizada pelo início e fim 
do processo de fermentação nos biorreatores bem definidos. Ocorre em 3 princípios básicos:
● Preparação do inóculo: esta etapa ocorre em laboratório e trata-se a etapa inicial 
do processo. O micro-organismo alvo é cultivado em meio de cultura apropriado para 
iniciar seu crescimento e, em seguida, preparado para transferência/ inoculação na 
dorna de fermentação.
● Inoculação do micro-organismo: após seu crescimento prévio e preparação, é 
a inoculação ou transferência do micro-organismos propriamente dita a dorna de 
fermentação que contém o mosto (meio de cultura).
● Fermentação: utilizando os nutrientes disponíveis no mosto, o micro-organismo 
inoculado inicia a produção dos produtos de interesse, sejam eles metabólitos 
secundários, enzimas ou outros. Após iniciado o processo sob condições ótimas de 
crescimento (temperatura, pH, pressão, entre outros), nada mais é adicionado ao 
processo até seu fim.
41UNIDADE III Introdução aos Processos Fermentativos
FIGURA 2. RESUMO DAS ETAPAS DA FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA
 
Fonte: O autor (2022).
Para realização deste tipo de fermentação é necessário um bom conhecimento 
das fases do crescimento do micro-organismo que está sendo empregado neste processo 
industrial, uma vez que o substrato que será utilizado durante a fermentação é adicionado 
de uma vez só na etapa inicial podendo ocasionar perdas ou baixos rendimentos.
Além disso, na fermentação descontínua para iniciar-se outro processo fermentativo 
é necessário esvaziar completamente a dorna, realizar sua lavagem e esterilização. Todo 
esse processo é necessário para se evitar possíveis contaminação. 
Uma desvantagem da fermentação descontínua trata-se do “tempo morto de 
fermentação”, ou seja, um tempo em que o fermentador ou dorna não está em atividade. 
Entretanto, quando comparado com outros processos fermentativos como a fermentação 
contínua, por exemplo, apresenta menores riscos de contaminação.
Além disso, possibilita um maior controle do micro-organismo utilizado e 
principalmente dos produtos que estão sendo originados no processo, o que é vital para 
muitos setores industriais. Este tipo de fermentação descontínua é bastante empregado na 
indústria alimentícia no processo de produção de:
● Iogurtes
● Cervejas;
● Vinhos;
● Alguns tipos de queijo.
42UNIDADE III Introdução aos Processos Fermentativos
Além da fermentação descontínua, temos também a fermentaçãodescontínua 
alimentada e, semelhante a fermentação descontínua, está também segue aquelas etapas 
fundamentais, entretanto, no decorrer do processo fermentativo podem ser adicionados 
nutrientes ao fermentador “alimentando” o processo, por isso dá-se o nome de fermentação 
descontínua alimentada.
Além dos nutrientes, mosto (meio de cultura) também pode ser adicionado. Essa 
alimentação durante o processo pode ocorrer de maneira constante ou variar de acordo com 
o tempo. Devido a esta flexibilidade durante o processo, pode-se controlar a quantidade de 
substrato disponível ao micro-organismo estimulando assim a produção de determinados 
produtos de interesse.
Agora que nós vimos um pouco como funciona este tipo de processo fermentativo, 
vamos conhecer a fermentação continua alimentada e alguns exemplos de aplicações. 
Vamos nessa?!
43UNIDADE III Introdução aos Processos Fermentativos
3. FERMENTAÇÃO CONTÍNUA
Diferentemente da fermentação descontínua, o processo de fermentação contínua 
caracteriza-se por ser alimentado de forma constante durante todo processo, e seu 
volume dentro do reator também se mantem constante devido a retirada contínua de caldo 
fermentado à medida que novo mosto é adicionado.
Desse modo, nesse sistema, o processo fermentativo pode ocorrer por longos 
períodos de tempo em estado estacionário. Entretanto, esse processo inicia-se de fato 
como um processo descontínuo com a adição do micro-organismo no reator e, após 
um período de fermentação iniciam-se as alimentações e retiradas de caldo fermentado 
originando o processo contínuo.
Este sistema contínuo pode ser de dois tipos principais:
●	Contínuo de um único reator: ocorre com apenas um reator, podendo ocorrer 
sem ou com reciclo de células, ou seja, com reaproveitamento das células 
microbianas já ali presentes ou com a adição de novas células.
44UNIDADE III Introdução aos Processos Fermentativos
FIGURA 3: EXEMPLO DE UM SISTEMA CONTÍNUO DE UM ÚNICO ESTÁGIO
 
Fonte: Schimidell (2001).
●	Contínuo com múltiplos reatores: pode ocorrer com dois ou mais reatores em 
série, e semelhantemente ao anterior, pode ocorrer com ou sem reciclo de células 
e também apresentar mais de uma fonte de alimentação.
FIGURA 4: EXEMPLO DE UM SISTEMA EM MÚLTIPLOS ESTÁGIOS
 
Fonte: Schimidell (2001).
A manutenção do volume constante no reator ocorre por sistemas de retirada de 
liquido por transbordamento ou até mesmo bombas de alta vazão na saída. Assim, muitos 
reatores mais modernos possuem um sistema de controle automatizado de controle de 
massa do reator que acionam essas bombas quando necessário a alimentação e retirada 
de caldo fermentado.
45UNIDADE III Introdução aos Processos Fermentativos
FIGURA 5: ESQUEMA SIMPLIFICADO DE UM PROCESSO DE FERMENTAÇÃO CONTÍNUA
 
Fonte: O autor (2022).
A principal vantagem do sistema continuo em relação ao descontínuo trata-se da 
sua operacionalização em fase estacionária (sem agitação). Todavia, este sistema também 
apresenta alguns fatores limitantes quando se deseja executa-lo em escala industrial. 
No Quadro 1 estão apresentadas algumas vantagens e desvantagens do processo de 
fermentação continuo quando comparamos com o processo descontinuo.
QUADRO 2: VANTAGENS E DESVANTAGENS DA FERMENTAÇÃO CONTÍNUA EM 
RELAÇÃO A FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA
Fonte: Adaptado de: Schimidell (2001).
Neste tópico nós vimos um pouco sobre o processo fermentativo continuo e suas 
vantagens e desvantagens. Assim como outros processos fermentativos, a fermentação 
continua pode ser utilizada para produzir diferentes tipos de bebidas como cervejas e vinhos, 
alguns fármacos ou até mesmo no tratamento de efluentes. Na Figura 6 podemos observar 
as diferentes áreas de aplicação tanto da fermentação continua, como descontínua.
Vantagens Desvantagens
Sem presença de tempos mortos de fermentação, 
ocasionando uma maior produtividade (em volume).
Necessita de um investimento inicial grande.
Fermentação ocorre de forma uniforme. Maiores riscos de contaminações.
Metabolismo microbiano e fisiológico uniforme. Dificuldade em mantear a homogeneidade do reator.
Menor necessidade de mão de obra. Pode favorecer o surgimento de mutantes 
microbianos menos produtivos.
46UNIDADE III Introdução aos Processos Fermentativos
Viram só como os processos fermentativos abordados em escala industrial são 
muito interessantes?! Além disso, pudemos explorar um pouco mais dos conhecimentos 
que já discutimos até aqui acerca do crescimento microbiano e meio de cultura e como 
estes estão relacionados.
FIGURA 6: ÁREAS DE APLICAÇÃO DOS PROCESSOS FERMENTATIVOS
 
Fonte: O autor (2022).
SAIBA MAIS
Os meios diferenciais facilitam a diferenciação das colônias de um micro-organismo desejado 
em relação a outras colônias crescendo na mesma placa. De maneira similar, culturas puras 
de micro-organismos têm reações identificáveis com meios diferenciais em tubos ou placas.
Fonte: O Autor (2022).
REFLITA
De acordo com Schimidell (2001) um inóculo é um volume em suspensão de micro-
organismos de concentração adequada capaz de garantir, em condições econômicas, 
a fermentação de um dado volume de mosto. Diante dessa ideia apresentada, a 
concentração do inoculo microbiano que será utilizado em um determinado processo de 
fermentação descontínua deverá ser sempre o mesmo?
Fonte: Schimidell (2001, p. 194).
47UNIDADE III Introdução aos Processos Fermentativos
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Em laboratório, os meios de culturas são as fontes de alimento para que os micro-
organismos cresçam e produzam os produtos de interesse, sejam em pequena escala em 
ensaios em placas de Petri ou em larga escala nas indústrias.
Além de conhecer a constituição do meio de cultura e das fases de crescimento 
do micro-organismo alvo que se deseja obter um produto, também é preciso saber a qual 
tipo de fermentação que ele será submetido. Tanto a fermentação descontínua e continua 
podem ser aplicadas em processos de obtenção de produtos biotecnológicos de origem 
microbiana, no entanto, é necessário avaliar as vantagens e desvantagens de cada uma.
Muitas classes de metabólitos secundários com propriedades farmacêuticas, enzimas, 
produtos alimentícios ou inolculantes agrícolas podem ser obtidos por meio destas fermentações.
48UNIDADE III Introdução aos Processos Fermentativos
MATERIAL COMPLEMENTAR
LIVRO 
Título: Microbiologia
Autor: Gerard J. Tortora, Berdell R. Funke, Christine L. Case.
Editora: Artmed.
Sinopse: Desde a publicação da 1ª edição, há aproximadamente 30 
anos, mais de 1 milhão de estudantes utilizaram o livro Microbiologia 
em faculdades e universidades em todo o mundo, tornando-o um 
clássico na área. Esta nova edição mantém as características que 
tornaram este livro tão bem-sucedido, as quais são empregadas 
para abordar, de forma mais didática, as novidades deste campo 
em constante mudança.
 
FILME/VÍDEO
Título: Processo químico: continuo vs batelada
Ano: 2021.
Sinopse: Nessa aula são apresentados os conceitos de processos 
químicos operando na forma contínua e batelada, assim como 
exemplos dos mesmos.
Link do vídeo: https://www.youtube.com/watch?v=klELUukYsU4 
49
Plano de Estudo:
● Classificação dos biorreatores;
● Processos de esterilização;
● Purificação dos produtos metabólicos.
Objetivos da Aprendizagem:
● Conceituar e contextualizar o uso dos biorreatores 
com células e enzimas imobilizadas;
● Estabelecer a importância da esterilização 
para o processo fermentativo;
● Compreender e contextualizar os mecanismos 
envolvidos na purificação pós-fermentação.
UNIDADE IV
Biorreatores
Professor Dr. João Arthur dos Santos de Oliveira
50UNIDADE IV Biorreatores
INTRODUÇÃO
Prezado aluno, até agora vimos conceitos importantes sobre os processos 
fermentativos para obtenção de produtos biotecnológicos de origem microbiana. Para 
finalizar, nesta unidade nós conheceremos os tipos de biorreatores que são empregados 
nesses sistemas, bem como as metodologias utilizadaspara garantir a esterilidade durante 
as etapas da fermentação além da purificação dos produtos obtidos.
Nós compreenderemos que a escolha do tipo de biorreator será fundamental 
para um processo biotecnológico, uma vez que no interior deste equipamento ocorrem 
as transformações desejadas para se obter o produto alvo. Também vamos elucidar a 
importância da tomada de decisão com base em conhecimentos técnicos para se evitar 
perdas ou prejuízos durante os processos fermentativos que serão realizados.
Ficou curioso para saber como promover a fermentação utilizando as ferramentas 
adequadas de um fungo ou bactéria para obtenção de um metabólito, enzima ou outro produto?
Então vamos nessa. Bons estudos!
51UNIDADE IV Biorreatores
1. CLASSIFICAÇÃO DOS BIORREATORES
Em laboratório, os micro-organismos podem crescer em meios sólidos em placas 
de Petri ou em meios líquidos em Erlenmeyer, já na indústria, quando estes micróbios 
estão sendo explorados biotecnologicamente para produzir produtos, utiliza-se reatores ou 
biorreatores.
Um biorreator é um equipamento, normalmente industrial, que permite o crescimento 
e síntese de materiais biológicos em condições ótimas e controladas. Eles podem ser 
principalmente de dois tipos:
A) Biorreatores de células imobilizadas: utiliza materiais que abrigam as células 
que serão utilizadas durante o processo de fermentação.
B) Biorreatores de enzimas mobilizadas: ao invés de empregar as células 
microbianas, utiliza-se enzimas que são abrigadas por estruturas físicas determinadas.
A imobilização das células se dá por contato com um determinado material, 
denominado de suporte, sob condições controladas. Para imobilização pode-se empregar 
células propriamente ditas como vivas ou até mesmo aquelas não vivas, contudo seus 
sistemas bioquímicos e enzimáticos que serão requeridos para originar o produto final 
desejado devem estar ativos.
Podem ser empregados diferentes tipos de material de suporte para a imobilização 
de células, de origem natural, sintética ou inorgânica. 
52UNIDADE IV Biorreatores
No quadro 1 podemos visualizar alguns exemplos dos principais suportes utilizados 
na imobilização de células de acordo com Pradella (2001):
QUADRO 1: MATERIAIS UTILIZADOS NA PRODUÇÃO DE MATERIAIS DE SUPORTES 
PARA IMOBILIZAÇÃO DE CÉLULAS
Fonte: Pradella (2001).
Além disso, as células podem ser imobilizadas ao suporte por ligações covalentes ou 
envolvimento. Na ligação covalente os suportes que serão utilizados possuem características 
químicas que possibilitará sua ligação a célula, todavia, muitos sistemas de imobilização por 
ligação covalente podem apresentar alta toxicidade quando as células alvo são as vivas. 
Ao contrário da ligação covalente, os sistemas de imobilização por envolvimento 
acontecem a imobilização das células por confinamento em uma matriz (gel), ou seja, as 
células são envolvidas por um gel. Em comparação, a imobilização por envolvimento é menos 
tóxica e de mais fácil execução quando comparamos com os sistemas de imobilização por 
ligação covalente. 
FIGURA 1: EXEMPLO DA TÉCNICA DE IMOBILIZAÇÃO DE CÉLULAS POR ENVOLVIMENTO
 
Fonte: Pradella (2001).
ORIGEM NATURAL ORIGEM SINTÉTICA ORIGEM INORGÂNICA
Alginato Poliestireno Sílica
Agar Poliacrilamida Alumina
Pectina Polietileno glicol Vidro
Colágeno Poliuretano Diatomita
Celulose Polivinila Vermiculita
53UNIDADE IV Biorreatores
Como já estudamos anteriormente, na Unidade II – tópico 4, as enzimas são 
catalisadores biológicos. No que tange os processos fermentativos, as enzimas podem ser 
utilizadas de forma:
● Intracelulares: enzimas que são produzidas e mantidas no interior das células 
microbianas. Comumente são aplicadas nos processos industriais por meio de 
células vivas ou inativadas.
● Extracelulares: são aquelas que são produzidas por micro-organismos e 
excretadas para o meio onde estão sendo cultivadas. Elas podem ser aplicadas de 
forma conjunta com as células microbianas ou de forma isolada.
De uma maneira geral, as enzimas que são aplicadas nos processos industriais 
de forma isolada apresentam uma maior produtividade em comparação com a aplicação 
de células vivas ou não vivas, por exemplo, uma vez que por estes catalisadores 
biológicos apresentarem uma alta especificidade com o substrato utilizado, e também os 
contaminantes (restos celulares, metabólitos contaminantes e outros) resultantes no final 
do processo são quase que inexistentes.
De acordo com Vitolo (2001), podemos encontrar quatro principais tipos de reatores 
enzimáticos, dos quais estão descritos e apresentados no quadro 2:
QUADRO 2: TIPOS DE REATORES EMPREGANDO ENZIMAS IMOBILIZADAS
Fonte: Vitolo (2001).
Todas essas enzimas imobilizadas ou não, podem ser aplicadas em muitos setores 
econômicos. As amilases na panificação, cervejaria, papelaria; proteases e pectinases na 
produção de alimentos como queijos ou derivados e sucos.
Além disso, tanto os reatores que empregas células imobilizadas como os enzimáticos, 
atualmente vem apresentando um grande desenvolvimento em relação a sua tecnologia, 
notadamente no que tange a tecnologia. Muitos deles já são produzidos com microcomputadores 
acoplados para permitir e facilitar o controle automatizado, permitindo muitas vezes uma alta 
reprodutibilidade de todos os procedimentos envolvidos no processo de fermentação realizado.
BATELADA LEITO FIXO
Após o termino do processo de fermentação a enzima 
utilizada de forma imobilizada pode ser retirada do caldo 
fermentado resultante por filtração ou decantação.
A enzima imobilizada permanece de maneira 
estacionária devido a um empacotamento, enquanto 
o substrato flui por ela.
AGITADO CONTÍNUO LEITO FLUIDIZADO
Entrada e saída continua de mosto ou outros líquidos. 
Devido a este fluxo continuo de líquidos, as enzimas 
empregadas podem ser perdidas durante o processo 
sendo necessário o acoplamento de um sistema 
para recuperar as mesmas (filtração, por exemplo).
A enzima encontra-se de forma suspensa (em 
suspensão) no interior do reator. A velocidade com que 
o mosto contendo o substrato é bombeado permite um 
pequeno movimento no interior do reator, impedindo a 
aglomeração ou decantação das enzimas.
54UNIDADE IV Biorreatores
2. PROCESSOS DE ESTERILIZAÇÃO
Como já vimos anteriormente, tanto o cultivo dos micro-organismos em fase de 
preparação do inóculo como posteriormente no processo de fermentação no biorreator, um 
fator primordial que cerca estas etapas trata-se da esterilização do ambiente e materiais.
Mas, o que significa esterilizar um determinado material?
Do ponto de vista da microbiologia, a esterilização trata-se do processo pela 
qual busca-se a eliminação de qualquer forma de vida contida naquele material ou 
ambiente. Vamos imaginar que estamos preparando uma solução de meio de cultura 
para o crescimento de bactérias que serão aplicadas em um determinado processo de 
fermentação. O meio será preparado empregando os reagentes do respectivo meio e 
diluídos em água destilada. Na água utilizada, e até mesmo no ar do laboratório, existem 
micro-organismos que ocorrem de maneira natural ali, caso eles não sejam eliminados, 
eles também crescerão no meio de cultura quando incubados.
O crescimento destes micro-organismos será uma contaminação, pois eles não 
são os micro-organismos alvos que se deseja cultivar. Para garantir que estes micróbios 
não crescem no meio que será utilizado, após seu preparo deve ocorrer a autoclavagem 
do mesmo. O material quando submetido a autoclave, que analogamente é como se fosse 
uma panela de pressão gigante, por meio de pressão e alta temperatura, mata todos os 
micro-organismos ali presente eliminando a possibilidade de contaminações.
55UNIDADE IV Biorreatores
A autoclave, no entanto, é apenas um exemplo e tipo de esterilização. Os 
procedimentos que visam esterilizar podem ser de caráter:
A) Físicos: aqueles que utilizam mecanismos físicos para esterilizar. Exemplos: