Lista 1 - Processos Biotecnológicos (1)

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UFV 
UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA 
Prof. Alexandre Pereira 
Aluna: Lindrieli Almeida Rosa 
Matrícula: 96881 
 
LISTA 1 – PROCESSOS BIOTECNOLÓGICOS 
1) Escolha um processo Biotecnológico Genérico (produto industrial), artigos, teses, 
 dissertação, livros. Destacar o microrganismo(s) (inoculo), substrato (nutrientes), 
reator (processo descontínuo, semi-contínuo ou contínuo). Análises físico-químicas 
e microbiológicas para acompanhar a fermentação, recuperação do produto 
(operações unitárias), fazer em forma de esquema ou fluxograma. 
OBS: os arquivos usados na pesquisa da questão 1 deverão ser anexados no 
PVAnet Moodle, completos. 
 
Fluxograma do processo biotecnológico de produção de iogurte: 
 
Figura 1 – Fluxograma de produção do iogurte. 
Fonte: Aquarone, 2011 
 
O iogurte é o produto da fermentação do leite mais consumido no Brasil, as 
características organolépticas e qualidades nutritivas desse produto torna seu consumo 
cada vez maior ao longo dos anos. Há diferentes tipos de iogurte, os quais podem ser 
classificados quanto ao seu teor de gordura, aos ingredientes utilizados, a viscosidade 
e ao processo de fabricação. A forma de condução do processo de produção do iogurte 
geralmente é descontinua e o microrganismo (inóculo) utilizado é composto por uma 
mistura das bactérias Streptococcus thermophilus e Lactobacillus bulgaricus na 
proporção de 1:1, cuja concentração está entre 2.106 a 4.106 células/ml (AQUARONE, 
2011). 
Essas bactérias ácido-lácticas utilizam a lactose do leite como substrato durante a 
fermentação, consequentemente, produzindo o ácido láctico que é responsável pelo 
abaixamento do pH do leite, desejável até pH 4,6, que é o pH correspondente ao ponto 
isoelétrico das caseínas. Nesse caso, a acidificação provocada pelo ácido lático, 
subproduto do metabolismo das células, causa desestabilização das micelas de 
caseína, provocada pela solubilização do fosfato de cálcio coloidal e aproximação do 
ponto isoelétrico das micelas de caseína, consequentemente, acarretando a agregação 
ou coagulação ácida, obtendo, portanto, o iogurte (WALSTRA, 2006 apud PACHECO, 
2022). 
 
Figura 2 - Transformação do leite em iogurte. 
Fonte: Milkpoint, 2022 
 
 
Figura 3 - Representação das fases de crescimento de S. thermophilus (---) e L. bulgaricus (---) 
e os fatores mais importantes que determinam seus comportamentos de crescimento. AA: 
Aminoácidos; LCFA: Ácidos Graxos de Cadeia Longa. 
Fonte: Milkpoint, 2022 
 
Referências: 
AQUARONE, E. BORZANI, W. SCHMIDELL, W.; LIMA, U. A. Biotecnologia Industrial: 
Biotecnologia na Produção de Alimentos. Vol. 4. São Paulo: Edgard Blucher, 2011. 
Protocooperação das bactérias lácticas durante a fermentação do iogurte. Milkpoint, 
2022. Disponível em: https://www.milkpoint.com.br/colunas/lipaufv/fermentacao-do-
iogurte-protocooperacao-das-bacterias-laticas-232132/. Acesso 16 de abril de 2023. 
 
2) A partir da figura abaixo responda: 
 
 
 
 
a) Faça esquema de um reator e modo de condução para favorecer a formação de 
biomassa e multiplicação de leveduras. 
Efeito 
Crabtree 
Efeito 
Pasteur 
https://www.milkpoint.com.br/colunas/lipaufv/fermentacao-do-iogurte-protocooperacao-das-bacterias-laticas-232132/
https://www.milkpoint.com.br/colunas/lipaufv/fermentacao-do-iogurte-protocooperacao-das-bacterias-laticas-232132/
 
De acordo com o gráfico acima, o nível de glicose limitado e alta concentração 
de oxigênio para favorecer a formação de biomassa. O processo descontínuo 
em condições com certa aeração no reator poderia favorecer a multiplicação das 
leveduras de S.cerevisiae. 
 
 
b) O que impacta na produção de etanol o “Efeito Crabtree” e o “Efeito Pasteur”? 
 
O efeito Pasteur indica a repressão da fermentação por aerobiose, prevalecendo 
em condições limitantes de glicose em S. cerevisiae. Enquanto o Efeito Crabtree 
prescreve a fermentação em condições totalmente aeróbicas e em altas 
concentração de açúcar. Logo, o Efeito Crabtree impacta na maior produtividade 
na produção do etanol, ao contrário do Efeito Pasteur que favorece a 
multiplicação da biomassa. Conforme, o gráfico em que esses efeitos foram 
indicados. 
 
 
3) A partir do texto abaixo, responda: 
 
 
 
 
a) Qual solução para aumentar a vida de prateleira do produto. 
 
Uma solução para o processo industrial para aumentar a vida de prateleira do 
produto é a pasteurização, a qual tem como objetivo eliminar microrganismos 
patogênicos e deteriorantes presentes do alimento, aumentando, assim, na vida 
útil do produto. Esse tratamento envolve dois binômios (temperatura e tempo), 
os quais se correlacionam e devem ser bem definidos de acordo com a 
característica de cada alimento, bem como o que deve ser preservado. 
 
b) Como realizar um procedimento de limpeza e sanitização em um reator biológico 
para produção de cerveja (desenvolva procedimento padronizado de higiene 
operacional (PPHO). 
 
Considerando a limpeza e sanitização do reator biológico pelo método CIP 
(Clean in place). O CIP é uma forma de limpeza de equipamentos e linhas de 
tubulações na indústria em circuito fechado por meio da recirculação de agentes 
químicos e água, em condições específicas de velocidade do fluido, temperatura 
e turbulência, e sem a necessidade de abrir ou desmontar o equipamento 
industrial. 
 
Procedimento Padronizado de Higiene Operacional: 
 
1. Pré-enxaguar com água quente a 35°C, em que as sujidades mais grosseiras 
são removidas; 
2. Iniciar o processo de limpeza alcalina com detergente a 1% de alcalinidade 
cáustica, a 80°C/20 min para remoção de sujidades orgânicas. 
3. Circular água de enxágue para remover os resquícios de detergente alcalino, 
para validar o processo usar fenolftaleina como indicador até reação 
negativa. 
4. Circular a solução de ácido nítrico a 0,5% a 70°C para remover depósitos 
inorgânicos da superfície. 
5. Circular água de enxágue a 70°C para remover resquícios do enxágue ácido, 
para validar o processo usar o metilorange como indicador até reação 
amarela (negativa). 
6. Circular a solução de ácido peracético a de 50 a 750 mg/L a temperatura 
ambiente de 20°C a 25°C. 
7. Purgar o sanitizante. 
 
4) Há séculos, existem lagoas naturais, que de forma acidental, recebem despejos e 
realizam depuração dos efluentes, mas a grande desvantagem das lagoas é a 
necessidade de grande espaço físico para implantação. Você deve propor um reator 
ou série de reatores biológicos para substituir a lagoas. 
 
 
a) Faça um esquema de um reator(es) para substituir as lagoas da Figura acima. 
 
 
Fonte: Gratt 
 
Nesse caso, um exemplo de tecnologia usada em determinada etapa no 
processo de tratamento de efluente é os tanques de MMBR (Moving Bed Biofilm 
Reactor). Nessa tecnologia o reator permanece em mistura constante provocada 
pela aeração e se introduz as biomídias, que são pequenos suportes de plásticos 
de baixa densidade que são capazes de criar uma extensa superfície de contato 
em que os microrganismos responsáveis pela degradação da matéria orgânica 
podem se alojar e favorecer o crescimento de biomassa, consequentemente, a 
elevação do tempo de retenção celular. Esses microrganismos compõe o lodo 
ativado que recircula no sistema e é fundamental para boa eficiência do 
tratamento. Esses tanques MBBRs podem ser dimensionados de acordo com a 
capacidade hidráulica requerida pela Estação de Tratamento de Efluente 
 
b) Como avaliar a eficiência do processo? 
 
A eficiência do processo pode ser avaliada calculando a eficiência de remoção 
de DQO (Demanda Química de Oxigênio) e SST (Sólidos Suspensos Totais) do 
efluente tratado em relação a DQO e SST de entrada. 
 
5) Formular um meio de cultivo, constituído de glicose como fonte de carbono e sais 
de amônio como fonte de nitrogênio para obter bactéria aeróbia, considerando que 
65% do carbono será incorporado a massa celular. 
 Dados: 
 
A quantidadepercentual dos componentes químicos em cada fonte de material 
Fonte de C: 40% de C 
Fonte de N: 21% de N 
Fonte de Mg: 25,8% de Mg 
Fonte de P: 23% de P 
 
Para fonte de carbono: 
 
0,4 g de C ______1 g de glicose 
10 g/L. 0,48 de C ______ x de glicose 
x= 12 g/L de glicose 
Como será incorporada apenas 65%: 
x=12/0,65= 18,46 g/L de glicose 
 
Para fonte de nitrogênio: 
0,21 g de N ______1 g de sulfato de amônio 
10 g/L. 0,12 de N ______ y de sulfato de amônio 
y= 5,714 g/L de sulfato de amônio 
 
Para fonte de magnésio: 
0,258 g de Mg ______1 g de cloreto de magnésio 
10 g/L. 4.10-3 de Mg ______ z de cloreto de magnésio 
z= 0,155 g/L de cloreto de magnésio 
 
Para fonte de fósforo: 
0,23 g de P ______1 g de KH2PO4 
10 g/L. 0,018 de P ______ a de KH2PO4 
a= 0,783 g/L de KH2PO4 
Portanto, esse meio de cultivo deve conter: 18,46 g/L de glicose, 5,714 g/L de sulfato 
de amônio, 0,155 g/L de cloreto de magnésio e 0,783 g/L de KH2PO4. 
 
6) Uma cultura adaptada foi incubada com uma concentração inicial de células de 101 
cél/mL, alcançando, ao final de 46 horas de incubação, uma concentração de 106 
cél/mL. Com base nessas informações, considere o crescimento exponencial. 
 
 
a) Calcule a velocidade específica de crescimento para o microrganismo, nessas 
condições. Qual a taxa de inóculo para uma levedura Lager e outra Ale, em um 
mosto com 14° P? 
 
Nessas condições a velocidade específica µ é: 
 
log 106 = log 101 +
μ
2,3
t 
log 106 − log 101 =
μ
2,3
t 
log 106
log 101
=
μ
2,3
t 
log 105 =
μ
2,3
t 
5. log 10 =
μ
2,3
t 
μ =
5.1.2,3
46
=
11,5
46
 
μ = 0,25h−1 
 
A taxa de inóculo para levedura Lager e Ale em mosto de 14°P: 
• Ale 
 
Taxa de inóculo (TI)= 0,5.106 cel/mL/°P 
Densidade da cerveja (OG)= 14°P 
Concentração de Fermento (CF)=TI.OG 
 
CF = TI. OG 
CF = 0,5.106
cel
mL. °P
. 14°P 
CF = 7,0.106
cel
mL
 
 
• Lager 
 
Taxa de inóculo (TI)= 1,0.106 cel/mL/°P 
Densidade da cerveja (OG)= 14°P 
Concentração de Fermento (CF)=TI.OG 
 
 
 
CF = TI. OG 
CF = 1,0.106
cel
mL. °P
. 14°P 
CF = 1,4.107
cel
mL
 
 
 
b) Cite três parâmetros que podem aumentar a velocidade específica de 
crescimento deste microrganismo com o tempo e explique. 
 
A velocidade específica de crescimento dos microrganismos está relacionada 
com fatores nutricionais e físicos. Para garantir um aumento da taxa de 
crescimento deve-se suprir as necessidades nutricionais de macronutrientes e 
de micronutrientes relativos àquela espécie de microrganismo, como carbono, 
nitrogênio, fosforo, enxofre, fatores de crescimento entre outros. Além disso, os 
fatores físicos são de suma importância para o crescimento das células, a 
temperatura por exemplo, influencia na velocidade das reações químicas do 
metabolismo celular, portanto, favorecer a temperatura ótima impacta na maior 
taxa de crescimento celular. Outro fator físico importante é o pH, o valor de pH 
é crítico para o crescimento microbiano, pois pode afetar a atividade enzimática 
por meio da desnaturação ou inativação de enzimas e levar ao rompimento 
celular, por isso cada microrganismo também tem o pH ótimo, em que se 
desenvolve melhor. 
 
7) Escolha dois métodos de medida de crescimento microbiano, um mais preciso e 
outro mais rápido e explique suas diferenças, vantagens e desvantagens. 
 
Pode-se citar o método de turbidimetria no espectrofotômetro, que consiste na 
medida de turbidez do material analisado, essa medida apresenta uma boa precisão, 
porém um custo maior. Outro método para contagem de células é por microscopia 
com a câmera de Neubauer, essa análise consiste na contagem rápida da população 
de microrganismos numa área do quadrante da lâmina conhecida, porém pode 
apresentar erros sistemáticos relacionados a contagem. 
 
8) Você foi contratado por uma usina de álcool para reaproveitar o fermento e implantar 
um laboratório de baixo custo. 
 
a) Destaque as principais análises físico-químicas e microbiológicas e qual melhor 
opção para essa usina, processo semi-contínuo ou descontínuo com 
reaproveitamento de inoculo? 
 
A melhor opção para condução do processo é o semi-continuo com 
reaproveitamento de inoculo, o qual pode proporcionar aumento de 
produtividade dado o grande volume de produção diária. As principais análises 
a serem realizadas são pH, temperatura, Brix, concentração do produto desejado 
e contagem de células. 
 
b) Qual a quantidade de fermento (volume por dia), considerando manter 20% da 
dorna. Considerando uma produção diária de 100.000 litros de álcool 95% 
v/v, durante 5 dias da semana, por 20 semanas. Sendo o mosto fermentado com 
5% v/v de álcool. O caldo de cana-de-açúcar com 14°Brix inicial. 
 
C1=0,05 
C2=0,95 
V1= volume de mosto/dia produzido 
V2=100.000 L/dia 
 
C1. V1 = C2. V2 
 
0,05. V1 = 0,95.100.000 L/dias 
 
V1 = 1,9. 106 L/dia 
 
V1 representa o volume de mosto retirada por dia, correspondente a 80% do 
volume de mosto total produzido. Assim, os 20% restante permanece na dorna 
para ser reaproveitado. Logo, o volume mantido de mosto é de: 
Vmantido =
1,9. 106 L/dia. 0,2
0,8
 
Vmantido = 4,75. 105 L/dia 
 
9) Explique o processo é o Melle-Boinot e discuta sua aplicação na indústria. Quais 
suas desvantagens e o que fazer na indústria para melhorar esse processo? 
 
A recuperação de células de levedura para sua reciclagem no processo fermentativo 
é feita por decantação ou por centrifugação (processo Melle-Boinot). No processo 
de Melle-Boinot a recuperação do fermento por meio da centrifugação do meio 
fermentado e lavagem, podendo ser com ácido ou com nutriente a fim de 
proporcionar eliminação de contaminantes e de células que estão em fase de 
degeneração. Em seguida, essas células retornam para dorna. 
 
10) Em um reator em regime permanente, com reciclo de células, considere: 
 Massa de microrganismos que entra no reciclo (X0)= 28g/L 
 Massa de microrganismos que sai no final da fermentação (X)= 35g/L em regime 
 permanente com reciclo constante X=cte. 
 Vazão específica de alimentação (D)= 0,11 h-1 
 
a) Calcule a vazão de fluxo da massa que entra no reator. 
No regime permanente µ=D, considerando o volume do reator de V=10 m3 
Sendo: 
D =
F
V
 
F = D. V 
F = 0,11.10 
F = 1,1 m3/h 
 
b) Calcule a velocidade específica de crescimento (µ). 
No regime permanente µ=D, 
Logo: 
 µ = 0,11 h−1