Tecnologia dos bioprocessos

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Tecnologia dos bioprocessos
Biotecnologia
● Conjunto de técnicas e
processos industriais que
envolvem a utilização de
organismos vivos (bactérias,
fungos, leveduras, algas,
células vegetais ou animais) na
produção de bens e serviços;
Compostos de interesse industrial
pela ação microbiana
● Biomassa microbiana –
cogumelos comestíveis;
● Inoculantes agrícolas –
Bacillus e Rhizobium;
● Alimentos e bebidas;
● Enzimas;
● Metabólitos - antibióticos
● Vacinas
● Energia – através de
biorreatores;
Bioprocessos
● Processos conduzidos por
agentes biológicos;
Agentes biológicos
● Microrganismos que possam
ter interesse industrial;
Podendo ser obtidos por:
1. Isolamento a partir de
recursos naturais;
2. Compra em coleções de
culturas;
3. Obtenção de mutantes
naturais;
4. Obtenção de mutantes
induzidos por métodos
convencionais;
5. Obtenção de microrganismos
recombinantes por técnicas de
engenharia genética.
Coleção de culturas
● Depósito de linhagens →
Microrganismos que se
enquadram no perfil da CCT
poderão ser depositados na
coleção sob forma restrita ou
aberta. Os depósitos
confidenciais são feitos de
forma sigilosa e seu acesso é
limitado apenas ao
depositante. Os
microrganismos são
preservados na forma
liofilizada ou por
ultra-congelamento a -80°C;
● Distribuição de linhagens →
Os microrganismos podem ser
distribuídos para os
interessados na forma
liofilizada ou reativada. A
qualidade dos microrganismos
é assegurada através de
testes de autenticidade,
pureza e viabilidade realizada
de forma sistemática na CCT.
Características desejáveis nos
microrganismos
● Apresentar elevada eficiência
na conversão do substrato;
● Permitir o acúmulo do produto
no meio;
● Não produzir substâncias
incompatíveis com o produto;
● Estabilidade – resistência e
tolerância;
● Não exigir meios de cultura
caros;
● Atender as necessidades
nutricionais dos
microrganismos;
● Não ser patogênico.
Tipos de microrganismos utilizados
na indústria
● Bactérias;
● Fungos: Bolores e leveduras;
Técnicas de preservação
● Liofilização → É uma
tecnologia de secagem que
consiste na remoção de água
através da sublimação. Ocorre
quando o alimento congelado -
quando todo seu conteúdo de
água está na forma de gelo, é
submetida condições de
pressões muito baixas;
● Técnicas de congelamento→
freezer (-4°C a -20°C);
ultrafreezer (-60°C a 80°C);
nitrogênio líquido (-196°C);
Nutrição microbiana
● Fonte de carbono → Energía;
Macromoléculas; moléculas
menores;
● Fonte de nitrogênio →
orgânico e inorgânico;
● Formação
de aa e ácido
nucléico;
● Utilizam
nitrato, amônio e
às vezes
nitrogênio gasoso
como única fonte de
nitrogênio;
● Nitrogênio de outras fontes;
● Alguns requerem aa
(específicos);
● Fonte de minerais
1. P → formação de ATP e
ácidos nucléicos;
2. S→ aa e proteínas;
3. K → ativador
enzimático e regulador
da pressão osmótica;
4. Mg → cofator
enzimático;
5. Ca → cofator
enzimático.
● Micronutrientes → Cu, Co, Zn,
Mn, Na;
● Fatores de crescimento →
Vitaminas; aminoácidos;
nucleotídeos e ácido graxo;
● Água
Ação enzimática;
Dissolução de materiais
orgânicos e inorgânicos;
Participa em muitos
processos metabólicos;
Regulador térmico;
Regulador da pressão
osmótica.
● Oxigênio → Aeróbios;
microaerófilos; anaeróbios;
aeróbios facultativo;
Reprodução de Microrganismos
● Bactérias;
● Leveduras e fungos;
Curva de crescimento microbiano
● Fase lag ou de adaptação:
Não há aumento no número de
células. É uma fase de intenso
metabolismo onde as células
individuais aumentam de
tamanho. Células
fisiologicamente ativas e
sintetizando novas enzimas
para se adaptarem ao novo
meio. O período de tempo em
que permanecem nesta fase é
dependente da cepa.
● Fase log ou exponencial: O
crescimento é máximo em
taxas exponenciais. Alta
atividade metabólica com
células aproximadamente
uniformes em termos de
composição química e
atividades metabólicas e
fisiológicas. Pico da atividade
e eficiência metabólica. Fase
de interesse industrial, porém,
os micro-organismos podem
estar mais suscetíveis a
antimicrobianos.
● Fase estacionária: O número
de indivíduos novos é
equivalente aos mortos, não é
mais observado crescimento.
Há acúmulo de produtos
metabólicos tóxicos e/ou
exaustão de nutrientes.
● Fase de declínio ou morte:
Acúmulo adicional de produtos
metabólitos inibitórios e
depleção dos nutrientes
essenciais. A taxa de morte é
acelerada e o número de
células viáveis diminui de
forma exponencial.
Dependendo da espécie, pode
haver destruição da cultura ou
restarem algumas células vivas
que resistirão até o final da
curva. Tipicamente, todas as
células normalmente morrem
em dias a meses.
Medida da concentração de
componente do meio de fermentação
● Concentração celular;
Concentração expressa
em massa seca;
Centrifugação para
determinação do volume
celular;
Densidade óptica;
Contagem microscópica;
Contagem em placas;
Medida de componentes
celulares;
Concentração expressa em massa
seca
Centrifugação para determinação do
volume celular
Densidade óptica
● A densidade óptica dá uma
aproximação instantânea da
contagem de células
bacterianas medida usando um
espectrofotômetro. A
densidade óptica é uma
medida de absorção de
partículas de luz que passam
por 1cm de cultura e
detectadas por um sensor de
fotodiodo;
Contagem microscópica
Contagem em placas
● É um dos métodos mais
utilizados em laboratórios, e
ajuda a determinar o
verdadeiro tamanho de uma
população de bactérias. A
principal vantagem de utilizar
essa técnica está na
possibilidade de quantificar a
exata quantidade de células
vivas presentes;
Medida de componentes celulares
● Proteínas;
● DNA/RNA;
Meios de Cultivo
● São preparações químicas
geralmente usadas para a
realização de análises
laboratoriais, que possuem na
sua fórmula nutrientes entre
outras substâncias que provém
as condições necessárias para
que os microrganismos
inoculados multipliquem-se em
um meio artificial, para entre
outras funções, o seu estudo e
análise;
● Conter nutrientes→ auxilia na
máxima atividade do
microrganismo;
● Condições ótimas para o
crescimento celular que nem
sempre são as mesmas para o
processo produtivo;
Importância do conhecimento das
exigências nutricionais do Mo
● Fortalecer componentes que
faltam;
● Retirar aqueles que inibem;
● Escala de laboratório;
● Escala industrial;
Tipos de meio
● Complexos
É aquele no qual a exata
constituição não é
conhecida e podem
conter extratos moídos
ou digeridos de animais,
peixes, leveduras e
vegetais, que fornecem
os nutrientes, as
vitaminas e os minerais
necessários;
Subprodutos
industriais;
Composição variável;
Requerem
suplementação;
● Quimicamente definidos
É aquele no qual todos
os constituintes são
conhecidos;
Produtos puros;
https://pt.wikipedia.org/wiki/Micro-organismo
Composição química
conhecida e
reproduzível;
Contendo fontes e
nutrientes essenciais;
Pesquisa e
desenvolvimento de
Bioprocessos ;
Exemplo: meio mínimo;
Diferenças entre os meios de cultivo
Formulação dos meios de cultivo