Observações da aula - INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS FERMENTATIVOS

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UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA
FACULDADE DE FARMÁCIA
Ayanne Gabrielle Souza Silva
Enzimologia e Tecnologia
das Fermentações
FAR142
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Anotações
INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS FERMENTATIVOS
PROCESSO QUÍMICO X BIOPROCESSO
● Processo químico -> Catalisadores químicos;
● Bioprocesso ou processo biotecnológico - > Biocatalisadores
→ Ação de microrganismos, células animais ou vegetais, enzimas;
• Leite, mel, derivados fermentativos.
BIOPROCESSO
● Um bioprocesso é um processo industrial que usa organismos vivos, como
microrganismos, células vegetais ou animais, para produzir uma variedade de produtos,
como alimentos, medicamentos e produtos químicos.
● Esses processos são altamente controlados e otimizados para garantir a eficiência e a
qualidade dos produtos finais.
● A biotecnologia desempenha um papel essencial na indústria moderna por meio dos
bioprocessos.
● Pode estar presente em:
○ Produção de alimentos e bebidas, compostos farmacológicos e industriais;
○ Biorremediação e desintoxicação de resíduos e/ou efluentes
PROCESSO FERMENTATIVO
● A conversão bioquímica de uma substância específica em energia, sem o uso de oxigênio
livre no ambiente, realizada por um microrganismo.
● Transformação de uma molécula orgânica em ATP, principalmente, quando não se tem
outros recursos metabólicos disponíveis.
○ Efeito Pasteur - propriedade que descreve como a presença de oxigênio afeta o
crescimento de microrganismos. Por exemplo, mostra que a fermentação alcoólica é
feita por leveduras anaeróbicas, que funcionam sem oxigênio. Em presença de
oxigênio, as leveduras não fermentam, produzindo água e dióxido de carbono por
respiração.
FERMENTAÇÃO
● A fermentação é um processo de obtenção de energia que ocorre sem a presença de
oxigênio (O2), portanto, trata-se de uma via de produção de energia denominada
anaeróbia.
● A fermentação envolve reações enzimáticas controladas que degradam moléculas
orgânicas em compostos mais simples. Essas reações liberam energia durante o
processo.
● O aceptor final de elétrons na fermentação é uma molécula orgânica.
● Comumente utilizada por fungos, bactérias e células musculares esqueléticas do corpo
humano durante contrações vigorosas e prolongadas.
● A glicose é uma substância frequentemente usada como ponto de partida para a
fermentação. E o produto é o ácido pirúvico, que serve de substrato para fermentação de
ácido láctico ou fermentação alcoólica
○ A fermentação homoláctica: produz principalmente ácido lático sem
subprodutos significativos, As bactérias homolácticas podem extrair duas vezes
mais energia de uma quantidade definida de glicose.
■ São elas: Todos os membros dos gêneros Pediococcus, Streptococcus,
Lactococcus e Vagococcus são homofermentadores, assim como alguns
Lactobacillus.
○ fermentação heteroláctica: produz ácido lático, juntamente com outros
subprodutos, como etanol e dióxido de carbono. As bactérias heterolácticas são
mais importantes do que as homolácticas na produção de componentes de
aroma e sabor, tais como o acetilaldeído e o diacetil (odor da manteiga).
■ Os heterofermentadores são Leuconostoc, Oenococcus, Weissela,
Carnobacterium, Lactosphaera e alguns Lactobacillus.
ESQUEMA GERAL DE UM PROCESSO FERMENTATIVO
Fontes de Microrganismos de Interesse:
● Isolamento de fontes naturais
● Compra de culturas em coleções
● Obtenção de mutantes naturais
● Obtenção de mutantes induzidos por métodos convencionais
● Aplicação de técnicas de engenharia genética
Características Desejáveis de um Microrganismo Fermentador:
● Alta eficiência na conversão do substrato em produto
● Capacidade de acumular o produto no meio, alcançando alta concentração no caldo
fermentado
● Não ser patogênico nem produzir substâncias incompatíveis com o produto
● Manter um comportamento fisiológico constante
● Não exigir condições de processo complexas nem substratos caros
Crescimento Microbiano:
● Aumento do número de células, não do tamanho celular
● Envolvendo processos de catabolismo (quebra de substâncias para obtenção de energia)
e anabolismo (síntese de novos componentes celulares).
O crescimento microbiano ocorre em quatro fases principais:
● Fase de Latência:
○ Nenhuma multiplicação aparente.
○ As células se adaptam ao ambiente.
○ Preparação para o crescimento ativo.
● Fase Logarítmica (Exponencial):
○ Crescimento rápido e exponencial das células.
○ As células se dividem rapidamente.
○ Taxa máxima de crescimento.
● Fase Estacionária:
○ Crescimento equilibrado.
○ Taxa de reprodução igual à taxa de morte.
○ Recursos limitados ou acumulação de produtos tóxicos podem causar essa fase.
● Fase de Morte:
○ As células começam a morrer ou morrem a uma taxa maior do que se
reproduzem.
○ Geralmente devido à exaustão de recursos ou acúmulo de produtos tóxicos.
○ Essas fases refletem as mudanças no crescimento microbiano ao longo do tempo
e são importantes para entender a dinâmica das populações microbianas em um
ambiente.
CRESCIMENTO MICROBIANO→ CONDIÇÕES NECESSÁRIAS
• Características intrínsecas
• Água e pressão osmótica
• pH
• Macro e micronutrientes
• Fatores de crescimento
• Características extrínsecas
• Temperatura
• O2
CARACTERÍSTICAS DESEJÁVEIS DO SUBSTRATO
• Ser o mais barato possível
• Atender às necessidades nutricionais do microrganismo
• Não provocar problemas na recuperação do produto
• Os componentes devem permitir algum tempo de armazenagem
• Ter composição razoavelmente fixa
• Não causar dificuldades no tratamento final do efluente
Esterilização:
Esterilização
• Processo físico ou químico que destrói ou inativa todas as formas de vida presentes
em um determinado material, especialmente microrganismos (bactérias, fungos - na forma
vegetativa e esporulada - e vírus); O Método destrói ou compromete estruturas microbianas,
como paredes celulares, ácidos nucléicos, ou inativam enzimas, proteínas, etc.
• Tratamento térmico da matéria prima
● Ar→ Filtração em cartuchos esterilizantes
● Embalagens→ Radiação, calor úmido, desinfecção
• Tratamento térmico do meio de suspensão do inóculo
● Meios de cultivo→ Calor úmido. Se a inativação térmica de nutrientes
significativa, emprega-se a filtração em membranas ou cartuchos
esterilizantes
• Esterilização dos equipamentos
● Reatores bioquímicos e tubulações→ Calor úmido
● Equipamentos→ Calor úmido (preferencialmente). Quando não for
possível, agentes químicos adequados
● Material de laboratório→ Calor úmido ou seco ou UV
O calor úmido provoca a desnaturação e coagulação das proteínas e a
fluidificação dos lipídeos. O vapor tem maior poder de penetração e
elimina as formas vegetativas dos procariotos, vírus e fungos e seus
poros. Exemplos: autoclavagem, fervura e pasteurização.
Desinfecção
• Processo menos rigoroso de eliminação de microrganismos, envolvendo usualmente o
uso de um agente químico, denominado desinfectante ou germicida, geralmente líquido e à
temperatura ambiente.
PRODUÇÃO, SEPARAÇÃO E PURIFICAÇÃO DOS PRODUTOS:
BIORREATORES
• Dornas de fermentação→ Tanques construídos geralmente em aço carbono com
capacidade variável de acordo com a necessidade e capacidade do processo.
• Podem ser fechados ou abertos:
• Abertos→ perda acentuada pois, com a eliminação do CO2, haverá um
arraste de álcool.
Tratamento dos efluentes gerados:
● Dentre os principais tratamentos de efluentes da indústria cervejeira, tanto físicos como
químicos, destacam-se o gradeamento/peneiramento, decantação, flotação, equalização,
coagulação e floculação, neutralização de pH e cloração, além dos processos biológicos
para remoção de carga orgânica.