Semanas 03 e 04 _ Prof Elcio

Prévia do material em texto

<p>1</p><p>Olá, ALUN@ do Período Remoto</p><p>Nessa semana iremos 1) fixar Fundamentos e Categorias nos Ramos da Biotecnologia; 2) Revisitar</p><p>Conceitos e Aspectos microbiológicos de suma importância e sua correlação com a tomada decisões e</p><p>nas 3) Etapas de Bioprocessos; 4) Refletir sobre os preceitos para escolha de m-orgs, preparo de meio</p><p>de cultivo; 5) Contextualizar matérias-primas dentro do Contexto de Biorrefinaria e, por fim,</p><p>Introduzir os 6) Primeiros Parâmetros e Expressões Matemáticas Oriundas para Elucidar Cálculos</p><p>Futuros visando Viabilidade Técnica e Econômica de Projetos em Bioprocessos, como 7) Rendimento e</p><p>Produtividade e outros pautados em Análise de Composição Mínima. Para tanto, o entendimento de</p><p>8) Estequiometria e Suas Reações Globais São cruciais para Compreendermos o Início de Toda</p><p>Engenharia que está por vir nas Próximas Semanas</p><p>Prof. Elcio Borges DEB/EQ-UFRJ</p><p>2</p><p>Ramos da Biotecnologia/ Aspectos Gerais e sua Relação</p><p>com a Fisiologia Microbiana / Etapas em Bioprocessos</p><p>AULA 2A</p><p>Prof. Elcio Borges</p><p>DEB/EQ-UFRJ</p><p>Termos ligados a Atividades da</p><p>Área Biotecnológica</p><p>Em que pesem as especificidades destes termos,</p><p>todos se relacionam à ATIVIDADE BIOLÓGICA</p><p>Biodiversidade; Bioprospecção; Bioética; Biossegurança; Genoma;</p><p>Transcriptoma; Proteoma; Clonagem; OGM’s; Terapia gênica; Engenharia</p><p>metabólica; Biocatalisadores; Biomateriais, Biorreatores, Bioengenharia;</p><p>Bioprocessos, Biorremediação; Biossorção; Biossensores; Bio-refino;</p><p>Biossurfactantes; Bioinseticidas; Biocombustíveis; Biolixiviação;</p><p>Microbiota; Bioma; Bioeletroquímica; Biopolímeros; Biorrefinaria.</p><p>Prof. Elcio Borges</p><p>DEB/EQ-UFRJ</p><p>http://images.google.com.br/imgres?imgurl=http://129.215.156.68/Images/Asexual%20structures%20of%20Aspergillus%20niger.jpg&imgrefurl=http://129.215.156.68/Images/asexual.htm&usg=__xPAyZ_n1f_nTzDLCojqhD-QU-Oo=&h=508&w=500&sz=64&hl=pt-BR&start=3&tbnid=d54S50AuZf9BqM:&tbnh=131&tbnw=129&prev=/images?q=aspergillus&gbv=2&hl=pt-BR</p><p>3</p><p>Biotecnologia:</p><p>Ramos de Atividades</p><p>Setor Atividade produtiva</p><p>Químico</p><p> Orgânico</p><p> Inorgânico</p><p>etanol, acetona, butanol, ácidos orgânicos,</p><p>biopolímeros; lixiviação de metais;</p><p>Farmacêutico antibióticos, vacinas, proteínas terapêuticas, esteróides;</p><p>kits-diagnósticos</p><p>Energético etanol, metano (biogás);</p><p>Alimentício bebida, levedura de panificação, aminoácidos,</p><p>vitaminas, xarope com alto teor de frutose;</p><p>Agrícola/Pecuário vacinas veterinárias, inoculantes bacterianos, melhoria</p><p>genética de vegetais, pesticidas bacterianos;</p><p>Ambiental Processo de Tratamento biológico de resíduos e</p><p>efluentes (serviço social);</p><p>Têxtil Uso de enzimas aplicadas a tecidos (Tratamento de fibras)</p><p>Papel e celulose Uso de enzimas aplicadas a tecidos (Biobranqueamento de</p><p>polpas)</p><p>Prof. Elcio Borges</p><p>DEB/EQ-UFRJ</p><p>Repartição em função de Volume e Valor</p><p>Categoria Atividade produtiva</p><p>volume elevado e</p><p>baixo valor</p><p>metano, etanol, biomassa para</p><p>animais, tratamento de efluentes e</p><p>despejos;</p><p>volume elevado e</p><p>Valor</p><p>intermediário</p><p>aminoácidos e outros ácidos</p><p>orgânicos, gêneros alimentícios,</p><p>levedura de panificação, acetona,</p><p>butanol, biopolímeros, lixiviação de</p><p>metais;</p><p>volume baixo e</p><p>valor elevado</p><p>antibióticos, proteínas terapêuticas,</p><p>enzimas, vitaminas;</p><p>Prof. Elcio Borges</p><p>DEB/EQ-UFRJ</p><p>4</p><p>IMPACTOS DECORRENTES DE INOVAÇÕES BIOTECNOLÓGICAS</p><p>• Melhoria na produção de um produto já comercializado e tradicionalmente</p><p>obtido por rota biotecnológica, com melhoria da qualidade do produto e/ou</p><p>maiores rendimento e/ou produtividade e/ou redução de custos de produção</p><p>• Introdução de processo biotecnológico novo na obtenção de bens já</p><p>comercializados e produzidos por outras rotas tecnológicas, levando à mudança</p><p>da base tecnológica de um dado ramo industrial</p><p>• Introdução no mercado de um produto totalmente novo, viabilizado mediante</p><p>recentes inovações biotecnológicas empregando a biologia molecular como</p><p>ferramenta</p><p>Caros Alunos. Revisitem a Aula final da PRIMEIRA</p><p>SEMANA, com exposição mais erudita das tendências</p><p>Setores Impactados e Áreas de maior Destaque</p><p>BIOTECNOLOGIA ATUAÇÃO DO PROFISSIONAL</p><p>5</p><p>1850 1900 1925 1950 1975 2010 2020 2050</p><p>Os ciclos da Indústria Química</p><p>Adaptado de: ACC 2008 Guide to the Business of Chemistry</p><p>Química</p><p>Inorgânica Petroquímica Nanoquímica e Biotecnologia Carboquímica</p><p>Nascimento</p><p>Crescimento</p><p>Maturidade</p><p>Desafios e perspectivas da profissão</p><p>Nanotecnologia: está associada à produção de compostos em</p><p>escala atômica (ou nano), onde estruturas e novos materiais são</p><p>projetados a partir dos átomos. Atualmente, uma vasta gama de</p><p>produtos de estrutura nano tem sido estudados, dentre os quais</p><p>se destacam medicamentos, novos materiais, cosméticos, entre</p><p>outros.</p><p>Bioprocessos: processamento de biomateriais a partir de</p><p>agentes como enzimas, bactérias e leveduras é o cerne dos</p><p>bioprocessos. O desenvolvimento de tais processos exige</p><p>conhecimentos não só de biologia, mas também de Engenharia</p><p>Química a fim aproximá-los do meio industrial.</p><p>Engenharia metabólica: foca na produção de compostos por</p><p>meio da manipulação de caminhos de transdução de sinais,</p><p>empregando ferramentas da Engenharia Genética.</p><p>http://www.anda.org.br/index.php?mpg=01.00.00</p><p>http://www.anda.org.br/index.php?mpg=01.00.00</p><p>6</p><p>Engenharia verde: desenvolvimentos de produtos e processos</p><p>no contexto de biorrefinarias, onde o impacto sobre o meio</p><p>ambiente é muito pequeno. Além disso, as matérias primas são</p><p>de fontes renováveis. Um exemplo é o polietileno verde, que</p><p>está sendo produzido a partir de etanol.</p><p>Engenharia criogênica: processos que envolvem temperaturas</p><p>muito baixas. Há aplicações de Engenharia Criogênica em</p><p>diversas áreas, tais como separação de compostos do ar,</p><p>produção de hidrogênio, entre outros.</p><p>Engenharia de tecidos: este campo se preocupa com a</p><p>modelagem do funcionamento de órgãos do corpo humano,</p><p>como o pulmão e coração. Além disso, há o desenvolvimento de</p><p>materiais poliméricos biocompatíveis, que podem ser utilizados</p><p>no desenvolvimento de tecidos e órgãos.</p><p>Desafios e perspectivas da profissão</p><p>http://www.anda.org.br/index.php?mpg=01.00.00</p><p>http://www.anda.org.br/index.php?mpg=01.00.00</p><p>7</p><p>Novas Fronteiras</p><p>NECESSIDADE DE AMPLIAR A</p><p>FORMAÇÃO DO PROFISSIONAL</p><p>Biomassa (Biorrefinarias)</p><p> Biotecnologia</p><p> Nanotecnologia</p><p> Economia do hidrogênio</p><p> Engenharia criogênica</p><p> Recuperação da natureza, etc...</p><p>IMPACTOS DECORRENTES DE INOVAÇÕES BIOTECNOLÓGICAS</p><p>• Melhoria na produção de um produto já comercializado e tradicionalmente</p><p>obtido por rota biotecnológica, com melhoria da qualidade do produto e/ou</p><p>maiores rendimento e/ou produtividade e/ou redução de custos de produção</p><p>• Introdução de processo biotecnológico novo na obtenção de bens já</p><p>comercializados e produzidos por outras rotas tecnológicas, levando à mudança</p><p>da base tecnológica de um dado ramo industrial</p><p>• Introdução no mercado de um produto totalmente novo, viabilizado mediante</p><p>recentes inovações biotecnológicas empregando a biologia molecular como</p><p>ferramenta</p><p>Caros Alunos. Revisitem a Aula final da PRIMEIRA</p><p>SEMANA, com exposição mais erudita das tendências</p><p>• Adoção de Tecnologias Limpas</p><p>Setores Impactados e Áreas de maior Destaque</p><p>http://www.anda.org.br/index.php?mpg=01.00.00</p><p>8</p><p>TECNOLOGIA LIMPA</p><p>Segundo o PNUMA/ONU é a:</p><p>“aplicação continuada de uma estratégia preventiva integrada</p><p>aplicada a processos, produtos e serviços com vista a reduzir</p><p>os riscos para a saúde humana e ambiente e a conseguir</p><p>benefícios econômicos para as empresas”</p><p>• USO DE MATÉRIAS PRIMAS RENOVÁVEIS</p><p>• PROCESSOS COM BAIXO IMPACTO AMBIENTAL</p><p>• PRODUTOS AMBIENTALMENTE CORRETOS</p><p>• REJEITOS DE BAIXA TOXICIDADE</p><p>• MENOR DEMANDA ENERGÉTICA</p><p>Prof. Elcio Borges</p><p>DEB/EQ-UFRJ</p><p>Novas Tendências da Biotecnologia</p><p>• Retorno às fontes renováveis de energia, dentro do contexto do que vem sendo</p><p>denominado de BIORREFINARIA. Ênfase no aproveitamento biotecnológico</p><p>de</p><p>resíduos da agro-indústria de composição lignocelulósica;</p><p>• Biologia molecular aplicada e Engenharia metabólica (construção de biocatalisadores</p><p>ótimos);</p><p>• Biotecnologia ambiental (processos de biorremediação in situ e ex situ);</p><p>• Bio-separação e Integração de processo (separações cromatográficas, com membranas,</p><p>cristalização de proteínas);</p><p>• Desenvolvimento de bio-instrumentos (biossensores) voltados para a área clínica</p><p>(diagnósticos) e ambiental (monitoramento de ecossistemas);</p><p>• Prof. Elcio Borges</p><p>DEB/EQ-URJ</p><p>9</p><p>Novas Tendências da Biotecnologia</p><p>• Retorno às fontes renováveis de energia, dentro do contexto do que vem sendo</p><p>denominado de BIORREFINARIA. Ênfase no aproveitamento biotecnológico de</p><p>resíduos da agro-indústria de composição lignocelulósica;</p><p>• Biologia molecular aplicada e Engenharia metabólica (construção de biocatalisadores</p><p>ótimos);</p><p>• Biotecnologia ambiental (processos de biorremediação in situ e ex situ);</p><p>• Bio-separação e Integração de processo (separações cromatográficas, com membranas,</p><p>cristalização de proteínas);</p><p>• Desenvolvimento de bio-instrumentos (biossensores) voltados para a área clínica</p><p>(diagnósticos) e ambiental (monitoramento de ecossistemas);</p><p>•</p><p>Prof. Elcio Borges</p><p>DEB/EQ-URJ</p><p>Produção Refino Distribuição Combustão</p><p>COMBUSTÍVEIS FÓSSEIS E O CICLO DE CARBONO</p><p>CO2 + H2O</p><p>ACÚMULO</p><p>NA</p><p>ATMOSFERA</p><p>CICLO</p><p>ABERTO</p><p>Prof. Elcio Borges</p><p>DEB/EQ-UFRJ</p><p>10</p><p>Glicose -- 2 etanol + 2 CO2</p><p>ÁLCOOL COMBUSTÍVEL E O CICLO DE CARBONO</p><p>CICLO FECHADO</p><p>Reutilização na Fotossíntese</p><p>COMBUSTÃO</p><p>FERMENTAÇÃO</p><p>CO2 + H2O</p><p>Prof. Elcio Borges</p><p>DEB/EQ-UFRJ</p><p>11</p><p>Ramos da Biotecnologia/ Aspectos Gerais e sua Relação</p><p>com a Fisiologia Microbiana / Etapas em Bioprocessos</p><p>AULA 2B</p><p>Bem-vindos, Alun@s. Na aula passada abordamos Ramos /</p><p>Categorias/ Tendências e Impactos da Biotecnologia</p><p>Agora vamos dar continuidade com Aspectos gerais microbianos importantes e</p><p>suas Implicações nas Etapas do Desenvolvimento de Bioprocessos</p><p>CORRELAÇÕES MICROBIOLÓGICAS NO DIMENSIONAMENTO</p><p>DE BIORREATORES</p><p>C</p><p>É</p><p>L</p><p>U</p><p>L</p><p>A</p><p>S</p><p>A</p><p>N</p><p>IM</p><p>A</p><p>IS</p><p>FILAMENTOSOS</p><p>AGREGADOS MICROBIANOS</p><p>Prof. Elcio Borges</p><p>DEB/EQ-URJ</p><p>http://br.geocities.com/abgalimtec/figuras2/bacteria.jpg</p><p>http://images.google.com.br/imgres?imgurl=http://www.ufrgs.br/alimentus/pao/imagens/saccharomyces3.jpg&imgrefurl=http://www.ufrgs.br/alimentus/pao/ingredientes/ing_fermento01.htm&usg=__uxWEzE9j7MjrDh-AssjrUz1xO9g=&h=1447&w=1285&sz=486&hl=pt-BR&start=8&tbnid=GFeMf96yQ_kIYM:&tbnh=150&tbnw=133&prev=/images%3Fq%3Dleveduras%26gbv%3D2%26hl%3Dpt-BR%26sa%3DG</p><p>http://images.google.com.br/imgres?imgurl=http://129.215.156.68/Images/Asexual%2520structures%2520of%2520Aspergillus%2520niger.jpg&imgrefurl=http://129.215.156.68/Images/asexual.htm&usg=__xPAyZ_n1f_nTzDLCojqhD-QU-Oo=&h=508&w=500&sz=64&hl=pt-BR&start=3&tbnid=d54S50AuZf9BqM:&tbnh=131&tbnw=129&prev=/images%3Fq%3Daspergillus%26gbv%3D2%26hl%3Dpt-BR</p><p>http://images.google.com.br/imgres?imgurl=http://bioinfo.bact.wisc.edu/themicrobialworld/nfA.israelii.jpg&imgrefurl=http://bioinfo.bact.wisc.edu/themicrobialworld/dental.html&usg=__l6VyCJ3kWmDb6wRRxPB6_e0vIDE=&h=240&w=259&sz=53&hl=pt-BR&start=5&tbnid=vyyRa8HebAeCnM:&tbnh=104&tbnw=112&prev=/images%3Fq%3Dactinomyces%26gbv%3D2%26hl%3Dpt-BR</p><p>http://images.google.com.br/imgres?imgurl=http://conganat.uninet.edu/IVCVHAP/POSTER-E/019/P019F11.jpg&imgrefurl=http://conganat.uninet.edu/IVCVHAP/POSTER-E/019/&usg=__tlIlbny9k4_rHD-DUWiq0Pbk3fE=&h=640&w=800&sz=175&hl=pt-BR&start=4&tbnid=0aWcRorEb56puM:&tbnh=114&tbnw=143&prev=/images%3Fq%3Dagregados%2Bcelulares%26gbv%3D2%26hl%3Dpt-BR%26sa%3DG</p><p>http://images.google.com.br/imgres?imgurl=http://www.portalbiologia.com.br/arquivos/arquivos_conteudo/Image/Staphylococcus_Culture.jpg&imgrefurl=http://microbiologiabrasil.blogspot.com/2009_01_01_archive.html&usg=__b6IcVy-m27zBw2ot1NyXgmLZZxg=&h=466&w=700&sz=136&hl=pt-BR&start=8&tbnid=Bs-kFHiD-8YgnM:&tbnh=93&tbnw=140&prev=/images%3Fq%3Dagregados%2Bmicrobianos%26gbv%3D2%26hl%3Dpt-BR%26sa%3DG</p><p>12</p><p>FISIOLOGIA</p><p>MORFOLOGIA</p><p>BIOPROCESSOS</p><p>AGENTES BIOLÓGICOS</p><p>CITOLOGIA</p><p>“O estudo do de culturas microbianas não constitui um assunto</p><p>especializado ou uma área da pesquisa: é o método básico da</p><p>microbiologia.” (Jacques Monod, 1949)</p><p>CONDIÇÕES REPRODUÇÃO</p><p>Prof. Elcio Borges</p><p>DEB/EQ-URJ</p><p>COMPLEXIDADE METABÓLICA X MODELAGEM MATEMÁTICA</p><p>Prof. Elcio Borges</p><p>DEB/EQ-URJ</p><p>http://images.google.com.br/imgres?imgurl=http://129.215.156.68/Images/Asexual%20structures%20of%20Aspergillus%20niger.jpg&imgrefurl=http://129.215.156.68/Images/asexual.htm&usg=__xPAyZ_n1f_nTzDLCojqhD-QU-Oo=&h=508&w=500&sz=64&hl=pt-BR&start=3&tbnid=d54S50AuZf9BqM:&tbnh=131&tbnw=129&prev=/images?q=aspergillus&gbv=2&hl=pt-BR</p><p>13</p><p>BIOPROCESSO</p><p>CATÁLISE</p><p>ENZIMÁTICA</p><p>METABOLISMO</p><p>MICROBIANO</p><p>ESPECIFICIDADE</p><p>Prof. Elcio Borges DEB/EQ-UFRJ</p><p>BIOPROCESSO</p><p>CATÁLISE</p><p>ENZIMÁTICA</p><p>METABOLISMO</p><p>MICROBIANO</p><p>ESPECIFICIDADE</p><p>Prof. Elcio Borges DEB/EQ-UFRJ</p><p>14</p><p>ROTAS METABÓLICAS</p><p>BIOSÍNTESE DEGRADAÇÃO</p><p>Prof. Elcio Borges</p><p>DEB/EQ-UFRJ</p><p>CORRELAÇÕES oriundas do Perfil de Crescimento microbiano</p><p>CRESCIMENTO: aumento ordenado de todos os constituintes de uma célula (efetua-se</p><p>a todo momento).</p><p>0</p><p>5</p><p>10</p><p>15</p><p>20</p><p>25</p><p>30</p><p>35</p><p>40</p><p>45</p><p>0 2 4 6 8 10</p><p>tempo</p><p>m</p><p>a</p><p>ss</p><p>a</p><p>o</p><p>u</p><p>n</p><p>ú</p><p>m</p><p>er</p><p>o</p><p>d</p><p>e</p><p>cé</p><p>lu</p><p>la</p><p>s</p><p>crescimento</p><p>MULTIPLICAÇÃO só se apresenta no instante da divisão celular (...fç integral).</p><p>multiplicação</p><p> aumento da</p><p>Está relacionada ao aumento do NÚMERO DE CÉLULAS.</p><p>MASSA CELULAR.</p><p>C</p><p>re</p><p>sc</p><p>=</p><p>m</p><p>a</p><p>ss</p><p>a</p><p>o</p><p>u</p><p>n</p><p>ú</p><p>m</p><p>er</p><p>o</p><p>d</p><p>e</p><p>cé</p><p>lu</p><p>la</p><p>s</p><p>Prof. Elcio Borges</p><p>DEB/EQ-URJ</p><p>15</p><p>1. Duplicação</p><p>de</p><p>constituintes</p><p>2. Síntese de</p><p>novos materiais</p><p>(DNA,RNA, parede).</p><p>3. Fissão Binária</p><p>0</p><p>5</p><p>10</p><p>15</p><p>20</p><p>25</p><p>30</p><p>35</p><p>40</p><p>45</p><p>0 2 4 6 8 10</p><p>tempo</p><p>m</p><p>a</p><p>ss</p><p>a</p><p>o</p><p>u</p><p>n</p><p>ú</p><p>m</p><p>er</p><p>o</p><p>e</p><p>c</p><p>él</p><p>u</p><p>la</p><p>s</p><p>crescimento</p><p>0</p><p>5</p><p>10</p><p>15</p><p>20</p><p>25</p><p>30</p><p>35</p><p>40</p><p>0 2 4 6 8 10</p><p>tempo</p><p>m</p><p>a</p><p>ss</p><p>a</p><p>o</p><p>u</p><p>n</p><p>ú</p><p>m</p><p>er</p><p>o</p><p>d</p><p>e</p><p>cé</p><p>lu</p><p>la</p><p>s</p><p>multiplicação</p><p>1 2</p><p>Tempo de Geração</p><p>Prof. Elcio Borges</p><p>DEB/EQ-URJ</p><p>Procarióticos x Eucarióticos</p><p>PROCARIÓTICOS</p><p>Poucas organelas, não individualizadas,</p><p>dispersas no citoplasma,</p><p>Facilidade e agilidade em relação a</p><p>multiplicação. Menor tempo de</p><p>duplicação, maior taxa específica de</p><p>crescimento</p><p>EUCARIÓTICOS</p><p>Várias organelas individualizadas por</p><p>membranas disperas no citoplasma</p><p>Maior tempo de duplicação. Portanto,</p><p>menor taxa específica de crescimento.</p><p>Prof. Elcio Borges</p><p>DEB/EQ-URJ</p><p>16</p><p>A Célula Bacteriana</p><p>Gram - Gram +</p><p>• Microrganismos procariontes;</p><p>• Mecanismo de reprodução assexual: divisão binária;</p><p>• Podem apresentar motilidade;</p><p>• Esporulação: forma latente de vida (altamente</p><p>desidratada);</p><p>• Dimensão característica ~ 1m;</p><p>• Densidade ~ 1,05 a 1,1 g/cm3;</p><p>• Massa ~ 10-12 g.</p><p>Prof. Elcio Borges</p><p>DEB/EQ-URJ</p><p>17</p><p>A Célula de Levedura</p><p>• microrganismos eucariontes, fungos verdadeiros não filamentosos</p><p>• imóveis e não fotossintéticos;</p><p>• podem formar pseudo-micélio;</p><p>• forma mais comum de reprodução assexual: gemulação (brotamento);</p><p>• divisão binária (cissiparidade) é rara, podendo ser encontrada no</p><p>gênero Schizosaccharomyces;</p><p>• esporulação: diferenciação sexual;</p><p>• dimensão característica ~ 3 a 5 m;</p><p>• densidade ~ 1,05 a 1,10 g/cm3 ;</p><p>• massa ~ 10-11 g.</p><p>ascosporos</p><p>gemulação</p><p>Prof. Elcio Borges</p><p>DEB/EQ-URJ</p><p>Saccharomyces cerevisiae</p><p>Reprodução assexuada por brotamento (gemulação)</p><p>Schizosaccharomyces pombe</p><p>reprodução assexuada por divisão binária</p><p>Prof. Elcio Borges</p><p>DEB/EQ-URJ</p><p>18</p><p> BOLORES (eucariotos) e ACTINOMICETOS (procariotos)</p><p>predominantemente crescem pelo processo de alongamento de cadeia</p><p>(hifas).</p><p> A hifa é uma estrutura de ramificação tubular, possuindo um</p><p>diâmetro de 2 a 10 m, podendo ou não ser dividida em células</p><p>individuais, através de septos.</p><p> O conjunto das hifas é denominado micélio.</p><p> Nos fungos, as células podem ser multinucleadas e podem conter</p><p>uma variedade de organelas.</p><p>Estrutura filamentosa de</p><p>Actinomicetos</p><p>Micélio de Aspergillus nidulans</p><p>e desenvolvimento de conidiosporos</p><p>Microrganismos</p><p>Filamentosos</p><p>Prof. Elcio Borges</p><p>DEB/EQ-URJ</p><p>Esporos de Actinomicetos</p><p>Esporos de Fungos Filamentosos</p><p>Esporos de Microrganismos Filamentosos</p><p>Órgãos de frutificação</p><p>de fungos filamentosos</p><p>Prof. Elcio Borges</p><p>DEB/EQ-URJ</p><p>19</p><p>ROTAS METABÓLICAS</p><p>BIOSÍNTESE DEGRADAÇÃO</p><p>Prof. Elcio Borges</p><p>DEB/EQ-UFRJ</p><p>PEP</p><p>Metabolismo de</p><p>A. succinogenes</p><p>A. succiniciproducens</p><p>(ZEIKUS et al., 1999)</p><p>Glicose</p><p>Gliceraldeído - 3 - fosfato</p><p>NAD</p><p>NADH</p><p>ATP</p><p>ADP</p><p>ATP</p><p>ADP</p><p>( 1 ) PEP carboxiquinase</p><p>( 2 ) Malato desidrogenase</p><p>( 3 ) Fumarato redutase</p><p>( 4 ) Piruvato quinase</p><p>( 5 ) Piruvato ferro -</p><p>oxirredutase .</p><p>( 6 ) Acetato quinase</p><p>( 7 ) Álcool desidrogenase</p><p>( 8 ) Lactato desidrogenase</p><p>Fosfoenolpiruvato</p><p>Oxaloacetato</p><p>ADP</p><p>ATP ( 1 )</p><p>ADP</p><p>ATP ( 4 ) NADH NAD</p><p>Malato Acetil CoA</p><p>Fumarato</p><p>Acetil Fosfato</p><p>Acetato Etanol</p><p>( 2 )</p><p>NADH</p><p>NAD</p><p>Succinato</p><p>ATP</p><p>ADP</p><p>( 3 )</p><p>HX</p><p>X</p><p>Formato</p><p>X</p><p>HX</p><p>NADH</p><p>NAD</p><p>Acetaldeído</p><p>NADH</p><p>NAD</p><p>( 5 )</p><p>( 8 )</p><p>ADP</p><p>ATP</p><p>( 6 )</p><p>( 7 )</p><p>CoA</p><p>CO 2</p><p>CO2</p><p>Ausência de CO2</p><p>Piruvato Lactato</p><p>Suprimento externo de CO2</p><p>Fermentação</p><p>clássica</p><p>Prof. Elcio Borges</p><p>DEB/EQ-URJ</p><p>20</p><p>PEP</p><p>Metabolismo de</p><p>A. succinogenes</p><p>A. succiniciproducens</p><p>(ZEIKUS et al., 1999)</p><p>Glicose</p><p>Gliceraldeído - 3 - fosfato</p><p>NAD</p><p>NADH</p><p>ATP</p><p>ADP</p><p>ATP</p><p>ADP</p><p>( 1 ) PEP carboxiquinase</p><p>( 2 ) Malato desidrogenase</p><p>( 3 ) Fumarato redutase</p><p>( 4 ) Piruvato quinase</p><p>( 5 ) Piruvato ferro -</p><p>oxirredutase .</p><p>( 6 ) Acetato quinase</p><p>( 7 ) Álcool desidrogenase</p><p>( 8 ) Lactato desidrogenase</p><p>Fosfoenolpiruvato</p><p>Oxaloacetato</p><p>ADP</p><p>ATP ( 1 )</p><p>ADP</p><p>ATP ( 4 ) NADH NAD</p><p>Malato Acetil CoA</p><p>Fumarato</p><p>Acetil Fosfato</p><p>Acetato Etanol</p><p>( 2 )</p><p>NADH</p><p>NAD</p><p>Succinato</p><p>ATP</p><p>ADP</p><p>( 3 )</p><p>HX</p><p>X</p><p>Formato</p><p>X</p><p>HX</p><p>NADH</p><p>NAD</p><p>Acetaldeído</p><p>NADH</p><p>NAD</p><p>( 5 )</p><p>( 8 )</p><p>ADP</p><p>ATP</p><p>( 6 )</p><p>( 7 )</p><p>CoA</p><p>CO 2</p><p>CO2</p><p>Ausência de CO2</p><p>Piruvato Lactato</p><p>Suprimento externo de CO2</p><p>Fermentação</p><p>clássica</p><p>NUTRIENTES</p><p>+</p><p>FONTE DE CARBONO</p><p>+</p><p>(OXIGÊNIO)</p><p>PRODUTOS</p><p>+</p><p>SUBPRODUTOS</p><p>+</p><p>ENERGIA</p><p>Prof. Elcio Borges</p><p>DEB/EQ-UFRJ</p><p>21</p><p>Etapas em Bioprocessos / Vantagens e Desvantagens</p><p>AULA 2D</p><p>Prof. Elcio Borges</p><p>DEB/EQ-UFRJ</p><p>Bioprocessos versus Processos Químicos</p><p>Bioprocessos Processos Químicos</p><p>Decorrentes de atividade biológica Decorrentes de reações químicas</p><p>Catalisadores de alta especificidade Catalisadores não específicos</p><p>Condições brandas de T, P e pH Condições drásticas de T, P e pH</p><p>Maiores volumes Menores volumes</p><p>Podem requerer esterilidade Não requerem esterilidade</p><p>Os Bioprocessos compreendem um conjunto de operações</p><p>que efetuam o tratamento da matéria prima, o preparo dos</p><p>meios de propagação e produção, a esterilização e a</p><p>(bio)transformação do substrato em produto por rota</p><p>bioquímica, seguida de processos de separação e</p><p>purificação de produto.</p><p>Prof. Elcio Borges</p><p>DEB/EQ-UFRJ</p><p>22</p><p>ETAPAS DO PROCESSO</p><p>TRATAMENTO DA MATÉRIA-PRIMA</p><p>PREPARO DE MEIOS RESÍDUO TRATAMENTO/APROVEITAMENTO</p><p>ESTERILIZAÇÃO</p><p>BIORREATOR DE</p><p>PROPAGAÇÃO</p><p>BIORREATOR DE</p><p>FERMENTAÇÃO SEPARAÇÃO DE CÉLULAS</p><p>INOCULAÇÃO</p><p>FILTRAÇÃO</p><p>BANCO DE</p><p>MICRORGANISMOS AERAÇÃO</p><p>BIOMASSA MEIO FERMENTADO</p><p>ROMPIMENTO</p><p>CELULAR</p><p>PURIFICAÇÃO DA</p><p>BIOMOLÉCULA</p><p>INTRACELULAR</p><p>PURIFICAÇÃO DA</p><p>BIOMOLÉCULA</p><p>EXTRACELULAR</p><p>EFLUENTES</p><p>RESIDUOS</p><p>TRATAMENTO DA MATÉRIA-PRIMA</p><p>PREPARO DE MEIOS</p><p>ESTERILIZAÇÃO</p><p>BIORREATOR DE</p><p>PROPAGAÇÃO</p><p>INOCULAÇÃO</p><p>BANCO DE</p><p>MICRORGANISMOS</p><p>TRATAMENTO/APROVEITAMENTO</p><p>SEPARAÇÃO DE CÉLULAS</p><p>BIOMASSA MEIO FERMENTADO</p><p>ROMPIMENTO</p><p>CELULAR</p><p>PURIFICAÇÃO DA</p><p>BIOMOLÉCULA</p><p>INTRACELULAR</p><p>PURIFICAÇÃO DA</p><p>BIOMOLÉCULA</p><p>EXTRACELULAR</p><p>EFLUENTES</p><p>RESIDUOS</p><p>Upstream</p><p>Downstream</p><p>Prof. Elcio Borges DEB/EQ-UFRJ</p><p>ETAPAS DE UM BIOPROCESSO</p><p>PREPARO DE MEIOS</p><p>ESTERILIZAÇÃO</p><p>PROPAGAÇÃO</p><p>EM FRASCOS SEPARAÇÃO DE CÉLULAS</p><p>BIOMASSA MEIO FERMENTADO</p><p>DETERMINAÇÃO</p><p>DE BIOMASSA DETERMINAÇÕES</p><p>QUANTITATIVAS</p><p>COLORIMÉTRICO</p><p>CROMATOGRAFICO</p><p>(HPLC)</p><p>INOCULAÇÃO</p><p>FILTRAÇÃO</p><p>TRATAMENTO DA</p><p>MATÉRIA-PRIMA</p><p>BIORREATOR DE</p><p>FERMENTAÇÃO</p><p>ESTERILIZAÇÃO</p><p>PREPARO DE MEIOS</p><p>TRATAMENTO DA</p><p>MATÉRIA-PRIMA</p><p>BANCO DE</p><p>MICRORGANISMOS</p><p>INOCULAÇÃO</p><p>BANCO DE</p><p>MICRORGANISMOS</p><p>PROPAGAÇÃO</p><p>EM FRASCOS</p><p>INJEÇÃO DE GASES INJEÇÃO DE GASES</p><p>BIORREATOR DE</p><p>FERMENTAÇÃO</p><p>DIVISORES DE GASES</p><p>GEOMETRIAS DE FRASCOS</p><p>MEMBRANAS</p><p>FILTRAÇÃO</p><p>Prof. Elcio Borges DEB/EQ-UFRJ</p><p>23</p><p>ETAPAS DE UM BIOPROCESSO</p><p>PREPARO DE MEIOS</p><p>ESTERILIZAÇÃO</p><p>PROPAGAÇÃO</p><p>EM FRASCOS BIORREATOR DE</p><p>FERMENTAÇÃO SEPARAÇÃO DE CÉLULAS</p><p>BIOMASSA MEIO FERMENTADO</p><p>DETERMINAÇÃO</p><p>DE BIOMASSA DETERMINAÇÕES</p><p>QUANTITATIVAS</p><p>COLORIMÉTRICO</p><p>CROMATOGRAFICO</p><p>(HPLC)</p><p>INOCULAÇÃO</p><p>FILTRAÇÃO</p><p>TRATAMENTO DA</p><p>MATÉRIA-PRIMA</p><p>BIORREATOR DE</p><p>FERMENTAÇÃO</p><p>ESTERILIZAÇÃO</p><p>PREPARO DE MEIOS</p><p>TRATAMENTO DA</p><p>MATÉRIA-PRIMA</p><p>BANCO DE</p><p>MICRORGANISMOS</p><p>INOCULAÇÃO</p><p>BANCO DE</p><p>MICRORGANISMOS</p><p>PROPAGAÇÃO</p><p>EM FRASCOS</p><p>INJEÇÃO DE GASES</p><p>FILTRAÇÃO</p><p>INJEÇÃO DE GASES</p><p>MANOBRAS ASSÉPTICAS</p><p>ANAEROBIOSE</p><p>(SERINGAS)</p><p>FERMENTAÇÃO</p><p>EM BIORREATOR</p><p>BIOMASSA MEIO FERMENTADO</p><p>SEPARAÇÃO DE CÉLULAS</p><p>DETERMINAÇÃO DE</p><p>BIOMASSA DETERMINAÇÕES</p><p>SOBRENADANTE</p><p>COLORIMÉTRICO</p><p>CROMATOGRAFICO</p><p>(HPLC)</p><p>Prof. Elcio Borges DEB/EQ-UFRJ</p><p>ETAPAS DE UM BIOPROCESSO</p><p>PREPARO DE MEIOS</p><p>ESTERILIZAÇÃO</p><p>PROPAGAÇÃO</p><p>EM FRASCOS BIORREATOR DE</p><p>FERMENTAÇÃO SEPARAÇÃO DE CÉLULAS</p><p>BIOMASSA MEIO FERMENTADO</p><p>DETERMINAÇÃO</p><p>DE BIOMASSA DETERMINAÇÕES</p><p>QUANTITATIVAS</p><p>COLORIMÉTRICO</p><p>CROMATOGRAFICO</p><p>(HPLC)</p><p>INOCULAÇÃO</p><p>FILTRAÇÃO</p><p>TRATAMENTO DA</p><p>MATÉRIA-PRIMA</p><p>BIORREATOR DE</p><p>FERMENTAÇÃO</p><p>ESTERILIZAÇÃO</p><p>PREPARO DE MEIOS</p><p>TRATAMENTO DA</p><p>MATÉRIA-PRIMA</p><p>BANCO DE</p><p>MICRORGANISMOS</p><p>INOCULAÇÃO</p><p>BANCO DE</p><p>MICRORGANISMOS</p><p>PROPAGAÇÃO</p><p>EM FRASCOS</p><p>INJEÇÃO DE GASES</p><p>FILTRAÇÃO</p><p>INJEÇÃO DE GASES</p><p>MANOBRAS ASSÉPTICAS</p><p>ANAEROBIOSE</p><p>(SERINGAS)</p><p>FERMENTAÇÃO</p><p>EM BIORREATOR</p><p>BIOMASSA MEIO FERMENTADO</p><p>SEPARAÇÃO DE CÉLULAS</p><p>DETERMINAÇÃO DE</p><p>BIOMASSA DETERMINAÇÕES</p><p>SOBRENADANTE</p><p>COLORIMÉTRICO</p><p>CROMATOGRAFICO</p><p>(HPLC)</p><p>Prof. Elcio Borges DEB/EQ-UFRJ</p><p>24</p><p>DECISÕES CRUCIAIS PARA DESENVOLVIMENTO DE BIOPROCESSOS</p><p>TRATAMENTO DA MATÉRIA-PRIMA</p><p>PREPARO DE MEIOS RESÍDUO TRATAMENTO/APROVEITAMENTO</p><p>ESTERILIZAÇÃO</p><p>BIORREATOR DE</p><p>PROPAGAÇÃO</p><p>BIORREATOR DE</p><p>FERMENTAÇÃO SEPARAÇÃO DE CÉLULAS</p><p>INOCULAÇÃO</p><p>FILTRAÇÃO</p><p>BANCO DE</p><p>MICRORGANISMOS AERAÇÃO</p><p>BIOMASSA MEIO FERMENTADO</p><p>ROMPIMENTO</p><p>CELULAR</p><p>PURIFICAÇÃO DA</p><p>BIOMOLÉCULA</p><p>INTRACELULAR</p><p>PURIFICAÇÃO DA</p><p>BIOMOLÉCULA</p><p>EXTRACELULAR</p><p>EFLUENTES</p><p>RESIDUOS</p><p>TRATAMENTO DA MATÉRIA-PRIMA</p><p>PREPARO DE MEIOS</p><p>ESTERILIZAÇÃO</p><p>BIORREATOR DE</p><p>PROPAGAÇÃO</p><p>INOCULAÇÃO</p><p>BANCO DE</p><p>MICRORGANISMOS</p><p>TRATAMENTO/APROVEITAMENTO</p><p>SEPARAÇÃO DE CÉLULAS</p><p>BIOMASSA MEIO FERMENTADO</p><p>ROMPIMENTO</p><p>CELULAR</p><p>PURIFICAÇÃO DA</p><p>BIOMOLÉCULA</p><p>INTRACELULAR</p><p>PURIFICAÇÃO DA</p><p>BIOMOLÉCULA</p><p>EXTRACELULAR</p><p>EFLUENTES</p><p>RESIDUOS</p><p>Upstream</p><p>Downstream</p><p>Prof. Elcio Borges DEB/EQ-UFRJ</p><p>25</p><p>DECISÕES CRUCIAIS PARA DESENVOLVIMENTO DE BIOPROCESSOS</p><p>TRATAMENTO DA MATÉRIA-PRIMA</p><p>PREPARO DE MEIOS RESÍDUO TRATAMENTO/APROVEITAMENTO</p><p>ESTERILIZAÇÃO</p><p>BIORREATOR DE</p><p>PROPAGAÇÃO</p><p>BIORREATOR DE</p><p>FERMENTAÇÃO SEPARAÇÃO DE CÉLULAS</p><p>INOCULAÇÃO</p><p>FILTRAÇÃO</p><p>BANCO DE</p><p>MICRORGANISMOS AERAÇÃO</p><p>BIOMASSA MEIO FERMENTADO</p><p>ROMPIMENTO</p><p>CELULAR</p><p>PURIFICAÇÃO DA</p><p>BIOMOLÉCULA</p><p>INTRACELULAR</p><p>PURIFICAÇÃO DA</p><p>BIOMOLÉCULA</p><p>EXTRACELULAR</p><p>EFLUENTES</p><p>RESIDUOS</p><p>TRATAMENTO DA MATÉRIA-PRIMA</p><p>PREPARO DE MEIOS</p><p>ESTERILIZAÇÃO</p><p>BIORREATOR DE</p><p>PROPAGAÇÃO</p><p>INOCULAÇÃO</p><p>BANCO DE</p><p>MICRORGANISMOS</p><p>TRATAMENTO/APROVEITAMENTO</p><p>SEPARAÇÃO DE CÉLULAS</p><p>BIOMASSA MEIO FERMENTADO</p><p>ROMPIMENTO</p><p>CELULAR</p><p>PURIFICAÇÃO DA</p><p>BIOMOLÉCULA</p><p>INTRACELULAR</p><p>PURIFICAÇÃO DA</p><p>BIOMOLÉCULA</p><p>EXTRACELULAR</p><p>EFLUENTES</p><p>RESIDUOS</p><p>Upstream</p><p>Downstream</p><p> Seleção e Melhoramento da linhagem</p><p>produtora</p><p> Otimização do Meio de Cultura</p><p> Testes em Biorreatores (Configurações)</p><p> Operações em Escala Piloto</p><p> Operações em Larga Escala</p><p>Prof. Elcio Borges DEB/EQ-UFRJ</p><p>ESCALA DE PRODUÇÃO</p><p>(2) Escala de bancada</p><p>(até 100 L)</p><p>(3) Escala piloto</p><p>(até 103 L)</p><p>(4) Escala indústrial</p><p>(acima de 103 L)</p><p>(1) Escala de laboratório</p><p>(mililitros)</p><p>ESCALA ORDEM DE GRANDEZA DO BIOREATOR</p><p>LABORATÓRIO 1 a 1L</p><p>BANCADA 1 A 103 L</p><p>INTERMEDIÁRIA/PILOTO 103 – 104 L</p><p>INDUSTRIAL >104 L</p><p>Prof. Elcio Borges</p><p>DEB/EQ-UFRJ</p><p>26</p><p>Prof. Elcio Borges DEB/EQ-UFRJ</p><p>DECISÕES EM ESCALA DE LABORATÓRIO e BANCADA</p><p>Pautadas em Aspectos Microbiológicos</p><p>Prof. Elcio Borges DEB/EQ-UFRJ</p><p>27</p><p>INDÚSTRIA</p><p>Prof. Elcio Borges</p><p>DEB/EQ-UfRJ</p><p>SEPARAÇÃO É A ETAPA MAIS ONEROSA NO</p><p>PROJETO E DIMENSIONAMENTO DE REATORES</p><p>. . . .</p><p>(1) (2) (3) (D)</p><p>SEPARAÇÃO</p><p>PRODUTO</p><p>Haverá uma aula somente para</p><p>cálculo de Volume e Número</p><p>econômico de Reatores</p><p>Posteriormente</p><p>28</p><p>Prof. Elcio Borges</p><p>DEB/EQ-UFRJ</p><p>Auto-clave.</p><p>-Meio: (15 min a 121ºC)</p><p>-Vidraria: (20 min, 121ºC)</p><p>Prof. Elcio Borges</p><p>DEB/EQ-UFRJ</p><p>29</p><p>INDUSTRIAL</p><p>Prof. Elcio Borges</p><p>DEB/EQ-URJ Prof. Elcio Borges DEB/EQ-UFRJ</p><p>Prof. Elcio Borges</p><p>DEB/EQ-URJ</p><p>30</p><p>PROCEDIMENTOS EM LABORATÓRIO</p><p>CAPELAS DE FLUXO LAMINAR</p><p>Em operação usa-se:</p><p>Filtros de ar de alta eficiência (90%)</p><p>Membranas de acetato de celulose</p><p>UV- Esterilização de ambiente</p><p>(fluxo laminar sem operação)</p><p>Prof. Elcio Borges</p><p>DEB/EQ-URJ</p><p>PROCEDIMENTOS EM LABORATÓRIO</p><p>CAPELAS DE FLUXO LAMINAR</p><p>Em operação usa-se:</p><p>Filtros de ar de alta eficiência (90%)</p><p>Membranas de acetato de celulose</p><p>UV- Esterilização de ambiente</p><p>(fluxo laminar sem operação)</p><p>Prof. Elcio Borges</p><p>DEB/EQ-URJ</p><p>31</p><p>Gel</p><p>Prof. Elcio Borges</p><p>DEB/EQ-URJ</p><p>32</p><p>EFEITOS INDESEJADOS</p><p>T</p><p> Reação de Maillard</p><p> Caramelização</p><p>-Em ambos os casos ocorrem degradações dos carboidratos (açúcares),</p><p>conduzindo à modificação na composição dos meios de cultivo e redução do seu</p><p>valor nutricional para a célula;</p><p>-Observação visual nota-se ausência de rigor estéril durante procedimento de</p><p>esterilização (controle inapropriado)</p><p>Prof. Elcio Borges</p><p>DEB/EQ-URJ</p><p>A reação de Maillard é também chamada de escurecimento</p><p>não-enzimático, distinto daquele produzido por enzimas</p><p>comuns em vegetais, as peroxidases, que atuam sobre</p><p>compostos fenólicos (polifenóis) dando origem a produtos</p><p>de intensa cor escura.</p><p>Polifenóis  Pigmentos escuros</p><p>POLIFENOL</p><p>OXIDASE</p><p>33</p><p>Escolha de Agente Biológico, do Meio de Cultivo</p><p>Matérias-Primas/ Estequiometria</p><p>AULA 2F</p><p>Prof. Elcio Borges</p><p>DEB/EQ-URJ</p><p>AGENTES DE FERMENTAÇÃO:</p><p>CARACTERÍSTICAS DESEJÁVEIS</p><p> VIABILIDADE</p><p> POTÊNCIA</p><p> ESTABILIDADE</p><p> INOCUIDADE;</p><p> CULTURAS PURAS E CONSÓRCIO</p><p> CONSERVAÇÃO (GENÉTICA)</p><p> QUANTIFICAÇÃO</p><p> BANCO DE CEPAS</p><p>Prof. Elcio Borges</p><p>DEB/EQ-URJ</p><p>34</p><p>Haverá uma Aula somente sobre os métodos</p><p>diretos e indiretos na aula de Cinética de</p><p>Crescimento, com a Prof. Priscilla</p><p>Métodos Diretos</p><p>• Determinação do número de</p><p>células</p><p> Contagem ao microscópio;</p><p> Contagem de colônias formadas;</p><p> Número mais provável</p><p> Contagem eletrônica (Contador</p><p>Coulter, Citometria de fluxo)</p><p>QUANTIFICAÇÃO CELULAR</p><p>• Determinação da biomassa</p><p>microbiana</p><p> Peso Seco;</p><p> Turbidimetria;</p><p> Volume de Centrifugado;</p><p> Viscosidade</p><p>Métodos Indiretos</p><p>• Constituintes celulares</p><p> Concentração total de N ou C;</p><p> ATP;</p><p> DNA, RNA;</p><p> Conteúdo protéico;</p><p>• Dosagem de elementos do</p><p>meio de cultura</p><p> Substrato;</p><p> Consumo de O2;</p><p> Produção de CO2;</p><p>Prof. Elcio Borges</p><p>DEB/EQ-URJ</p><p>35</p><p>EXIGÊNCIAS NUTRICIONAIS</p><p>CARBONO</p><p> NITROGÊNIO</p><p> FÓSFORO</p><p> ENXOFRE</p><p> SAIS MINERAIS</p><p> VITAMINAS</p><p> Heterotróficos: necessitam do nutriente na forma</p><p>orgânica</p><p>Autotróficos: são capazes de utilizar o nutriente na</p><p>forma inorgânica</p><p>Prof. Elcio Borges DEB/EQ-UFRJ</p><p>EXEMPLOS DE FONTES DE NUTRIENTES</p><p>CARBONO</p><p>Orgânico: açúcares, polissacarídeos</p><p>Inorgânico: CO2</p><p>NITROGÊNIO</p><p>Orgânico: aminoácidos, peptídeos</p><p>Inorgânico: NH4</p><p>+, NO3</p><p>=</p><p>FÓSFORO</p><p>Fosfatos</p><p>ENXOFRE</p><p>Orgânico: aminoácidos sulfidrilados</p><p>Inorgânico: sulfatos</p><p>VITAMINAS</p><p>Extrato de lêvedo, resíduos da indústria de alimentos</p><p>Prof. Elcio Borges DEB/EQ-UFRJ</p><p>36</p><p>Componentes do meio de cultivo</p><p>Fonte de energia: fornece energia livre (de oxidação) necessária</p><p>à formação de tecidos, enzimas e síntese de produto. É</p><p>normalmente um carboidrato, embora proteínas e lipídeos</p><p>também são oxidados para liberar energia.</p><p>Fonte de nitrogênio: fornece o nitrogênio necessário à formação de proteínas</p><p>estruturais e catalíticas (enzimas). Proteínas e aminoácidos são fontes comuns,</p><p>mas fontes inorgânicas também são usadas (amônia e nitratos).</p><p>Substrato: é o reagente primário do qual o produto é obtido por ação química</p><p>direta. Ex: glicose na produção de ácido glutâmico e etanol na produção de ácido</p><p>acético.</p><p>Precursor: é um reagente específico, cuja adição ao meio resulta na</p><p>incorporação de um determinado grupo estrutural à molécula do produto. Não é</p><p>obtenível pela reação de fermentação, tendo que ser dado pré-formado. Ex:</p><p>ácido fenil-acético (produção de penicilina) e íon cobalto na produção de</p><p>cianocobalamina (vit. B12).</p><p>Cofatores: são componentes essenciais, orgânicos ou inorgânicos, necessários</p><p>em pequenas quantidades para a atividade máxima dos sistemas enzimáticos.</p><p>Ex: metais, vitaminas e substâncias químicas complexas.</p><p>Fonte de carbono: material destinado à plasticidade celular (síntese de</p><p>material celular)</p><p>Prof. Elcio Borges DEB/EQ-UFRJ</p><p>CARACTERÍSTICAS DESEJÁVEIS DO MEIO DE CULTIVO</p><p>1- Ser o mais barato possível.</p><p>2- Atender as necessidades nutricionais do microrganismo.</p><p>3- Permitir o acúmulo do produto desejado no meio.</p><p>4- Não permitir síntese de substâncias compatíveis com o produto.</p><p>5- Não causar problemas na recuperação e purificação do produto</p><p>Prof. Elcio Borges DEB/EQ-UFRJ</p><p>37</p><p>responsabilidade</p><p>social</p><p>preocupação</p><p>ambiental</p><p>questão</p><p>econômica</p><p>Prof. Elcio Borges DEB/EQ-UFRJ</p><p>RESÍDUOS:</p><p> BAGAÇO DE CANA-DE-AÇÚCAR</p><p> PALHA DE CANA-DE-AÇÚCAR</p><p> SABUGO DE MILHO</p><p> TORTA DE MAMONA</p><p> RESÍDUOS DA INDÚSTRIA DE CELULOSE</p><p> RESÍDUO DA EXTRAÇÃO DO ÓLEO DE PALMA</p><p> RESÍDUOS URBANOS BASEADOS EM CELULOSE</p><p> BAGAÇO DE SORGO</p><p> MELAÇO</p><p> VINHOTO</p><p>Produtos-alvo:</p><p> ETANOL</p><p> BUTANODIOL</p><p> XILITOL</p><p> ÁCIDO SUCCÍNICO</p><p> ÁCIDO PROPIÔNICO</p><p> ACETONA-BUTANOL-ETANOL</p><p> XILANASES</p><p> CELULASES</p><p> FRUTOSE</p><p> HMF  POLÍMEROS VERDES</p><p> FIBRA DE CARBONO</p><p>Valorização Biotecnológica de Resíduos</p><p>Agrícolas; Agroindustriais; Urbanos e</p><p>Florestais no Contexto de BIORREFINARIA</p><p>PLANTA PILOTO</p><p>MULTIPROPÓSITO</p><p>Prof. Elcio Borges DEB/EQ-UFRJ</p><p>38</p><p>MATÉRIAS-PRIMAS NO CONTEXTO DE</p><p>BIORREFINARIAS E ESTEQUIOMETRIA</p><p>Prof. Elcio Borges</p><p>DEB/EQ-URJ</p><p>Principais matérias-primas glícidicas para</p><p>industrias de bioprocessos e substratos</p><p>correspondentes</p><p>SACARÍNEAS LIGNOCELULÓSICAS AMILÁCEAS</p><p>AMIDO</p><p>GLICOSE</p><p>CELULOSE HEMICELULOSE SACAROSE LACTOSE</p><p>XILOSE MANOSE</p><p>ARABINOSE</p><p>FRUTOSE GALACTOSE</p><p>GALACTOSE</p><p>LIGNOCELULÓSICAS</p><p>CELULOSE</p><p>GLICOSE</p><p>HEMICELULOSE</p><p>XILOSE</p><p>Prof. Elcio Borges DEB/EQ-UFRJ</p><p>39</p><p>MATÉRIA PRIMA: É o produto natural ou subproduto/resíduo</p><p>industrial que contém o substrato na sua composição. Depende</p><p>da localização e dos interesses tecnológicos</p><p>SUBSTRATO: É a principal substância direta ou indiretamente</p><p>acometida pelo agente biocatalítico, ou é o reagente primário</p><p>do qual o produto é obtido. Dependente da finalidade e</p><p>atividade celular</p><p>INSUMO: É um componente essencial do meio, indiretamente relacionado à</p><p>formação do produto. Fontes de sais minerais e de vitaminas, ácidos e álcalis</p><p>são exemplos de insumos</p><p>Requisitos para a Escolha</p><p>da Matéria Prima:</p><p> Deve conter o substrato adequado ao metabolismo do agente biológico,</p><p>para que este se desenvolva e forneça o produto desejado;</p><p> Ser de fácil obtenção, não exigindo tratamentos prévios onerosos;</p><p> Não contribuir para complicar os processos de separação do produto</p><p>do meio fermentado;</p><p> Ser economicamente vantajosa;</p><p> Ser de fácil estocagem;</p><p> Ser disponível.</p><p>Prof. Elcio Borges DEB/EQ-UFRJ</p><p>CRITÉRIOS DE CLASSIFICAÇÃO DE</p><p>MATÉRIAS- PRIMAS</p><p> QUANTO À NATUREZA DO SUBSTRATO</p><p> QUANTO À ACESSIBILIDADE DO</p><p>SUBSTRATO</p><p>Prof. Elcio Borges DEB/EQ-UFRJ</p><p>40</p><p> SUBSTRATOS SOLÚVEIS que podem ser facilmente extraídos e</p><p>convertidos prontamente a produto(s), como por exemplo: sacarose,</p><p>glicose, frutose e lactose, caldo de cana de açúcar, beterraba, melaço,</p><p>etc</p><p> POLISSACARÍDEOS INSOLÚVEIS, que precisam de tratamento</p><p>moderado para solubilização e hidrólise, antes da conversão a</p><p>produto(s) como por exemplo: amido de milho, mandioca, trigo,</p><p>cevada, batata, etc.</p><p> POLISSACARÍDEOS INSOLÚVEIS ALTAMENTE RESISTENTES, que</p><p>necessitam de pré-tratamento físico, seguido de hidrólise química ou</p><p>enzimática para produzir substratos na forma monomérica, que serão</p><p>convertidos a produto(s), como por exemplo: celulose e hemicelulose</p><p>de matérias primas lignocelulósicas.</p><p>MATÉRIAS PRIMAS em função da estrutura</p><p>e complexidade molecular dos substratos</p><p>Prof. Elcio Borges DEB/EQ-UFRJ</p><p>MATÉRIA PRIMA SUBSTRATO EXEMPLO</p><p>SACARÍNEA mono ou dissacarídeos</p><p>(sacarose, glicose,</p><p>frutose, pentoses,</p><p>lactose)</p><p>caldo de cana; melaço;</p><p>soro de leite (resultado</p><p>de coagulação de</p><p>proteína; vinhoto; suco</p><p>de frutas; licor sulfítico da</p><p>indústria do papel.</p><p>AMILÁCEA amido milho; mandioca; trigo;</p><p>cevada; batata etc.</p><p>LIGNOCELULÓSICA celulose e hemicelulose madeira; bagaço de cana;</p><p>sabugo de milho;</p><p>resíduos florestais; palhas</p><p>etc.</p><p>Matérias Primas Sacaríneas</p><p>Desvantagens:</p><p> ARMAZENAMENTO</p><p> ESTOCAGEM</p><p> PERECÍVEIS</p><p> PERDA DA MATÉRIA-PRIMA</p><p> PRODUÇÃO DE ETANOL 1G</p><p>DEPENDENTE DE SAFRA</p><p>http://www.lageado.com.br/imagens/cana.jpg</p><p>41</p><p>MATÉRIA PRIMA SUBSTRATO EXEMPLO</p><p>SACARÍNEA mono ou dissacarídeos</p><p>(sacarose, glicose,</p><p>frutose, pentoses,</p><p>lactose)</p><p>caldo de cana; melaço;</p><p>soro de leite (resultado</p><p>de coagulação de</p><p>proteína; vinhoto; suco</p><p>de frutas; licor sulfítico da</p><p>indústria do papel.</p><p>AMILÁCEA amido milho; mandioca; trigo;</p><p>cevada; batata etc.</p><p>LIGNOCELULÓSICA celulose e hemicelulose madeira; bagaço de cana;</p><p>sabugo de milho;</p><p>resíduos florestais; palhas</p><p>etc.</p><p>Matérias Primas Amiláceas</p><p>PRINCIPAIS FONTES</p><p>RAÍZES</p><p>GRÃOS</p><p>Prof. Elcio Borges DEB/EQ-UFRJ</p><p>MATÉRIA PRIMA SUBSTRATO EXEMPLO</p><p>SACARÍNEA mono ou dissacarídeos</p><p>(sacarose, glicose,</p><p>frutose, pentoses,</p><p>lactose)</p><p>caldo de cana; melaço;</p><p>soro de leite (resultado</p><p>de coagulação de</p><p>proteína; vinhoto; suco</p><p>de frutas; licor sulfítico da</p><p>indústria do papel.</p><p>AMILÁCEA amido milho; mandioca; trigo;</p><p>cevada; batata etc.</p><p>LIGNOCELULÓSICA celulose e hemicelulose madeira; bagaço de cana;</p><p>sabugo de milho;</p><p>resíduos florestais; palhas</p><p>etc.</p><p>Matérias Primas Lignocelulósicas</p><p> RESÍDUOS AGROFLORESTAIS</p><p> RESÍDUOS AGROINDUSTRIAIS</p><p>42</p><p>PALHA DE ARROZ CASCA DE ARROZ</p><p>PALHA DE TRIGO BAGAÇO DE CANA</p><p>CANA-DE-AÇÚCAR</p><p>PESAGEM</p><p>LAVAGEM</p><p>PREPARO DA CANA</p><p>MOAGEM</p><p>BAGAÇO</p><p>ENERGIA</p><p>PREPARO DO</p><p>CALDO</p><p>FERMENTAÇÃOCRISTALIZAÇÃO</p><p>BAGAÇO</p><p>EXCEDENTE</p><p>ÁLCOOLAÇÚCAR</p><p>PRODUTOS ACABADOS</p><p>PROCESSOS INDUSTRIAIS</p><p>RECEPÇÃO E PREPARO</p><p>43</p><p>CANA-DE-AÇÚCAR</p><p>PESAGEM</p><p>LAVAGEM</p><p>PREPARO DA CANA</p><p>MOAGEM</p><p>BAGAÇO</p><p>ENERGIA</p><p>PREPARO DO</p><p>CALDO</p><p>FERMENTAÇÃOCRISTALIZAÇÃO</p><p>BAGAÇO</p><p>EXCEDENTE</p><p>ÁLCOOLAÇÚCAR</p><p>PRODUTOS ACABADOS</p><p>PROCESSOS INDUSTRIAIS</p><p>RECEPÇÃO E PREPARO</p><p>O QUE FAZER COM OS RESÍDUOS AGROINDUSTRIAIS??</p><p>Fonte: Adaptado de AGE (2006) e NAE (2005)</p><p>44</p><p>MATÉRIA PRIMA SUBSTRATO EXEMPLO</p><p>SACARÍNEA mono ou dissacarídeos</p><p>(sacarose, glicose,</p><p>frutose, pentoses,</p><p>lactose)</p><p>caldo de cana; melaço;</p><p>soro de leite (resultado</p><p>de coagulação de</p><p>proteína; vinhoto; suco</p><p>de frutas; licor sulfítico da</p><p>indústria do papel.</p><p>AMILÁCEA amido milho; mandioca; trigo;</p><p>cevada; batata etc.</p><p>LIGNOCELULÓSICA celulose e hemicelulose madeira; bagaço de cana;</p><p>sabugo de milho;</p><p>resíduos florestais; palhas</p><p>etc.</p><p>PROTEICA proteína milhocina; extrato de</p><p>carne etc.</p><p>DIVERSAS</p><p>(MATÉRIAS-PRIMAS</p><p>NÃO CONVENCIONAIS)</p><p>álcool etílico;</p><p>esteróis,</p><p>hidrocarbonetos</p><p>Vinho; hidrocarbonetos</p><p>alifáticos e aromáticos</p><p>etc.</p><p>Tipos de Matérias Primas</p><p>Fermentação de</p><p>Glicose (C6)</p><p>Fermentação de</p><p>Xilose (C5)</p><p>Pré-tratamento</p><p>Produção de</p><p>Celulases</p><p>Hidrólise da</p><p>Celulose</p><p>Destilação</p><p>Concepções Tecnológicas e Integração de Processo</p><p>na Produção de ETANOL 2G segundo a Plataforma</p><p>Bioquímica da Biorrefinaria</p><p> Inibição das celulases</p><p>por celobiose e glicose</p><p> concepção</p><p>mais avançada</p><p>SHF SSCF SSF CBP</p><p>45</p><p>Fermentação de</p><p>Glicose (C6)</p><p>Fermentação de</p><p>Xilose (C5)</p><p>Pré-tratamento</p><p>Produção de</p><p>Celulases</p><p>Hidrólise da</p><p>Celulose</p><p>Destilação</p><p>Concepções Tecnológicas e Integração de Processo</p><p>na Produção de ETANOL 2G segundo a Plataforma</p><p>Bioquímica da Biorrefinaria</p><p> Inibição das celulases</p><p>por celobiose e glicose</p><p> concepção</p><p>mais avançada</p><p>SHF SSCF SSF CBP</p><p>GRAU DE INTEGRAÇÃO</p><p>Produção de Ácido Succínico pelo Processo SSF</p><p>(Simultaneous Saccharification and Fermentation)</p><p>0</p><p>5</p><p>10</p><p>15</p><p>20</p><p>25</p><p>30</p><p>35</p><p>40</p><p>45</p><p>0</p><p>10</p><p>20</p><p>30</p><p>40</p><p>50</p><p>60</p><p>70</p><p>80</p><p>90</p><p>0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60</p><p>B</p><p>io</p><p>m</p><p>a</p><p>s</p><p>s</p><p>a</p><p>,</p><p>Á</p><p>c</p><p>.</p><p>s</p><p>u</p><p>c</p><p>c</p><p>ín</p><p>ic</p><p>o</p><p>e</p><p>S</p><p>u</p><p>b</p><p>p</p><p>r</p><p>o</p><p>d</p><p>u</p><p>t</p><p>o</p><p>s</p><p>(</p><p>g</p><p>/</p><p>L</p><p>)</p><p>G</p><p>li</p><p>c</p><p>o</p><p>s</p><p>e</p><p>e</p><p>C</p><p>e</p><p>lo</p><p>b</p><p>io</p><p>s</p><p>e</p><p>(</p><p>g</p><p>/</p><p>L</p><p>)</p><p>Tempo (h)</p><p>Glicose</p><p>Celobiose</p><p>Ác. succínico</p><p>Ác. fórmico</p><p>Ác. acético</p><p>[Glicose] inicial 81,0 g/L , [X] inicial 3.0 g/L (37ºC, 150 rpm, pH 7.0), relação sólido-líquido 3:10 (g/mL), carga</p><p>enzimática 25 FPU/g e suprimento externo de CO2 a 0,05 vvm.</p><p>P.E: pré-hidrólise enzimática; SSF: fermentação e sacarificação simultâneas</p><p>38,4</p><p>4,0</p><p>1,42</p><p>P.E SSF</p><p>46</p><p> ETANOL DE 1a GERAÇÃO CALDO DE CANA & GRÃOS/CEREAIS</p><p> Energia vs Alimentos.</p><p>BIOMASSA LIGNOCELULÓSICA</p><p>BIOMASSA ALGAL</p><p> Não compete com a produção de alimentos.</p><p> Não compete com culturas agrícolas.</p><p>ETANOL E SUAS DIFERENTES GERAÇÕES</p><p> ETANOL DE 2a GERAÇÃO</p><p>TECNOLOGIAS MADURAS</p><p>TECNOLOGIAS EMERGENTES (EM CRESCIMENTO)</p><p>TECNOLOGIAS PORTADORAS DE FUTURO</p><p> ETANOL DE 3a GERAÇÃO</p><p>BIOMASSA</p><p>GLICOSE</p><p>ETANOL</p><p>ÉTERES</p><p>ÉSTERES</p><p>CELULOSE</p><p>REGENERADA</p><p>BUTANOL</p><p>ACETONA</p><p>GLICEROL</p><p>ÁC. CÍTRICO</p><p>ÁC. BUTÍRICO</p><p>ÁC. GLUTÂMICO</p><p>ÁC. LÁTICO</p><p>ÁC. GLUCÔNICO</p><p>ÁC. SUCCÍNICO SCP</p><p>CELULOSE</p><p>SORBITOL</p><p>HIDROXIMETIL</p><p>FURFURAL</p><p>ETILENO</p><p>BUTADIENO</p><p>ÉSTERES</p><p>BORRACHAS</p><p>PLÁSTICOS</p><p>VITAMINA C</p><p>NYLON</p><p>RESINAS ÁC. LEVULÍNICO</p><p>POLIÉSTERES</p><p>BIORREFINARIA: Produtos da Celulose</p><p>PHA’s</p><p>ENZIMAS</p><p>47</p><p>HEMICELULOSE</p><p>BIOMASSA</p><p>CELULOSE</p><p>MONOSSACARÍDEOS</p><p>Glicose; Manose; Arabinose; Galactose; Xilose</p><p>SCP ETANOL BUTANOL ACETONA FURFURAL</p><p>FURANO LISINA</p><p>TETRA HIDRO FURANO</p><p>NYLON</p><p>ÁCIDO ACÉTICO ÁCIDO URÔNICO</p><p>BIORREFINARIA:</p><p>Produtos da Hemicelulose</p><p>ÁCIDOS ORGÂNICOS</p><p>PHA’s</p><p>ÁCIDO</p><p>GLUTÂMICO</p><p>RESINAS E</p><p>PLÁSTICOS</p><p>XILITOL</p><p>SORBITOL</p><p>MANITOL</p><p>GALACTOL</p><p>ARABITOL</p><p>ENZIMAS</p><p>TECNOLOGIAS DE PRÉ-TRATAMENTO</p><p>Característica</p><p>Tecnologia de Pré-Tratamento</p><p>Explosão com</p><p>vapor</p><p>Explosão com vapor</p><p>catalisada</p><p>Hidrólise com ácido</p><p>diluído</p><p>Termohidrólise</p><p>Condições</p><p>operacionais</p><p>Batelada ou</p><p>contínuo</p><p>190-270oC</p><p>1min a 10 min</p><p>Batelada ou contínuo</p><p>160-200oC</p><p>1 a 10 min</p><p>Batelada ou contínuo</p><p>150-180oC</p><p>5 a 30 min</p><p>Batelada</p><p>170-230oC</p><p>5 a 60 min</p><p>Consumo de</p><p>insumos químicos</p><p>Não Sim Sim Não</p><p>Recuperação de</p><p>pentoses</p><p>35 a 70% > 80% > 80% > 80%</p><p>Formação de</p><p>inibidores</p><p>Sim, sob condições</p><p>severas</p><p>Sim, sob condições</p><p>severas</p><p>Sim, sob condições</p><p>severas</p><p>Pouca</p><p>Redução de</p><p>tamanho de</p><p>partícula requerida</p><p>Média Média Alta Média</p><p>Eficiência de</p><p>hidrólise</p><p>enzimática da</p><p>celulose</p><p>> 70%</p><p>> 80%</p><p>> 90%</p><p>> 80%</p><p>Problemas</p><p>ambientais</p><p>(geração de</p><p>rejeitos)</p><p>Pouco significativos</p><p>Medianos</p><p>Significativos</p><p>Pouco significativos</p><p>Corrosividade do</p><p>meio</p><p>Baixa Baixa a moderada Moderada a alta Baixa</p><p>Simplicidade do</p><p>processo</p><p>(potencial)</p><p>Alta Moderada a alta Moderada Não avaliada</p><p>Estado da arte</p><p>Várias plantas</p><p>piloto</p><p>Várias plantas piloto</p><p>Plantas piloto e</p><p>demonstrativas</p><p>Escala de bancada</p><p>48</p><p>Hidrólise Ácida de Polissacarídeos do Complexo Lignocelulósico</p><p>VARIÁVEIS</p><p>eficiência de hidrólise </p><p>concentrações de açúcares no hidrolisado </p><p>formação de inibidores </p><p>Relação Sól:Líq</p><p>Concentração de ácido</p><p>Tempo de exposição</p><p>Temperatura</p><p>Tipo de ácido</p><p>H2SO4; HCl;</p><p>HNO3 e H3PO4 98O  T  260OC</p><p>0,5%  [Ácido]  10%</p><p>1:20  S:L  1:4 seg    hs</p><p>GS=log { . exp [(T-100)/14.75] - pH</p><p>Sinergismo entre as variáveis resulta no GS</p><p>Composto aromáticos</p><p>(lignina), Furfural, HMF, etc.</p><p>CONCEITO DE BIORREFINARIA</p><p>TECNOLOGIA LIMPA MINIMIZAÇÃO DE RESÍDUOS</p><p>BIOMASSA</p><p>• Cultivos energéticos</p><p>• Resíduos agrícolas/agroindustriais</p><p>Plataforma Sucro-química</p><p>• hidrólise (química/enzimática)</p><p>• conversão da lignina</p><p>Plataforma Termo-química</p><p>• Pirólise</p><p>• Gaseificação</p><p>PRODUTOS</p><p>• combustíveis</p><p>• substâncias químicas</p><p>• energia</p><p>Intermediários</p><p>líquidos ou gasosos</p><p>intermediários</p><p>glicídios ou derivados</p><p>de lignina</p><p>BIORREFINARIA: CONSISTE NO APROVEITAMENTO INTEGRAL E INTEGRADO DE UMA DADA BIOMASSA,</p><p>VISANDO A OBTENÇÃO DE BIOPRODUTOS E/OU ENERGIA, POR ROTA QUÍMICA OU BIOTECNOLÓGICA.</p><p>49</p><p>ESQUEMA SIMPLIFICADO DO POTENCIAL DE PRODUÇÃO ATRAVÉS</p><p>DO CONCEITO DE BIORREFINARIA 2G ATRAVÉS DAS</p><p>PLATAFORMAS BIOQUÍMICA E TERMOQUÍMICA</p><p>Fonte: Pereira Jr. & Schilliter (2008).</p><p>PLATAFORMA INTEGRADA</p><p>Estequiometria e Perfil Cinético</p><p>X</p><p>X</p><p>Tempo</p><p>dX/dt</p><p>dS/dt</p><p>S</p><p>S</p><p>P</p><p>dP/dt</p><p>P</p><p>Evolução dos valores de concentração de um ou mais componentes do sistema de</p><p>cultivo em função do tempo de fermentação. COMPONENTES DO SISTEMA:</p><p>Produto (s) do metabolismo</p><p>Nutrientes ou Substrato que compõe o meio</p><p>Microorganismo (Biomassa)</p><p>valores</p><p>50</p><p>ESTEQUIOMETRIA DE BIOPROCESSOS</p><p>INDUSTRIAIS</p><p>NOMENCLATURA</p><p>P: concentração de produto (mg/L, g/L (escalas de bancada), Kg/m3)</p><p>S: concentração de substrato (g/L)</p><p>X: concentração de células (g/L)</p><p>Y: fator de rendimento ou fator de conversão (g/g) rel mássica</p><p>QP: produtividade volumétrica em relação ao produto (g/L.h)</p><p>QX: produtividade volumétrica em relação ao células (g/L.h)</p><p>PRM: produtividade mássica (g/h) – produção horária da instalação</p><p>Ef : eficiência do bioprocesso</p><p>Eg: eficiência global da planta</p><p>FATORES DE RENDIMENTO OU DE CONVERSÃO</p><p>YP/S : fator de rendimento de produto em relação ao</p><p>substrato consumido ou fator de conversão de substrato e</p><p>[YP/S] = g de produto/g de substrato consumido</p><p>consumidosubstratodemassa</p><p>obtidoprodutodemassa</p><p>Y SP /</p><p>  dtdS</p><p>dtdP</p><p>SS</p><p>PP</p><p>S</p><p>P</p><p>YSP</p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p>0</p><p>0</p><p>/</p><p>YX/S : fator de rendimento de células em relação ao substrato</p><p>consumido ou fator de conversão de substrato em células.</p><p>consumidosubstratodemassa</p><p>formadascélulasdemassa</p><p>YSX/</p><p>  dtdS</p><p>dtdX</p><p>SS</p><p>XX</p><p>S</p><p>X</p><p>Y SX</p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p>0</p><p>0</p><p>/</p><p>51</p><p>RELAÇÃO ENTRE OS FATORES DE CONVERSÃO</p><p>dtdS</p><p>dtdX</p><p>dtdX</p><p>dtdP</p><p>YYY SXXPSP</p><p></p><p> ///</p><p>FATOR DE RENDIMENTO DE PRODUTO EM RELAÇÃO AO</p><p>SUBSTRATO INICIAL</p><p>substratodeinicialmassa</p><p>obtidoprodutodemassa</p><p>YSoP/</p><p>0</p><p>0</p><p>0</p><p>/</p><p>S</p><p>PP</p><p>S</p><p>P</p><p>Y SoP</p><p></p><p></p><p></p><p></p><p>FATORES DE CONVERSÃO RELACIONADOS À MATÉRIA</p><p>PRIMA</p><p>FATOR DE RENDIMENTO DE PRODUTO EM RELAÇÃO À MATÉRIA PRIMA</p><p>meiodepreparonoempregadaprimamatériademassa</p><p>obtidoprodutodemassa</p><p>YMPP</p><p></p><p>/</p><p>FATOR DE RENDIMENTO DE CÉLULAS EM RELAÇÃO À MATÉRIA PRIMA</p><p>meiodepreparonoempregadaprimamatériademassa</p><p>formadascélulasdemassa</p><p>YMPX</p><p></p><p>/</p><p>52</p><p>EFICIÊNCIAS</p><p>EFICIÊNCIA DO BIOPROCESSO</p><p> </p><p> </p><p>100</p><p>/</p><p>/</p><p></p><p>teóricoSP</p><p>processoSP</p><p>f</p><p>Y</p><p>Y</p><p>E</p><p>100x</p><p>triaestequiomeporobtenívelprodutodemassa</p><p>obtidoprodutodemassa</p><p>Ef</p><p>EFICIÊNCIAS</p><p>EFICIÊNCIA GLOBAL DA PLANTA</p><p>100</p><p></p><p></p><p>primamatérianacontidosubstratodopartiraobtenívelprodutodemassa</p><p>recuperadoprodutodemassa</p><p>Eg</p><p>ALGUMAS PERDAS POSSÍVEIS</p><p>tratamento da matéria prima</p><p>preparo do meio</p><p>esterilização do meio</p><p>separação de células</p><p>recuperação do produto</p><p>Destinado ao consumo</p><p>53</p><p>PRODUTIVIDADES VOLUMÉTRICAS</p><p> EM RELAÇÃO AO PRODUTO</p><p>mostof</p><p>P</p><p>Vt</p><p>obtidoprodutodemassa</p><p>Q</p><p></p><p></p><p> EM RELAÇÃO ÀS CÉLULAS</p><p>mostof</p><p>X</p><p>Vt</p><p>formadascélulasdemassa</p><p>Q</p><p></p><p></p><p>PRODUTIVIDADE MÁSSICA</p><p></p><p>plantadaoperaçãodetempo</p><p>recuperadoprodutodemassa</p><p>gPr</p><p>54</p><p>ESTEQUIOMETRIA DE ALGUNS BIOPROCESSOS INDUSTRIAIS NÃO AREADOS</p><p>Produção de Etanol</p><p>Glicose  2 Etanol + 2 CO2</p><p>180 g 2 x 46 g 2 x 44g</p><p>(YP/S) Teórico = 0,511g etanol / g de glicose consumida</p><p> Produção de Ácido Láctico</p><p>Glicose  2 Ácido Láctico</p><p>180g 2 x 90g</p><p>(YP/S)Teórico = 1,0 g de ácido láctico /g de glicose consumida</p><p>ESTEQUIOMETRIA DE ALGUNS BIOPROCESSOS INDUSTRIAIS AERADOS</p><p> Produção de Ácido Acético</p><p>Etanol +  Ácido acético</p><p>46 g O2 60g</p><p>(YP/S)Teórico = 1,304 g de ácido acético /g de etanol consumido</p><p> Produção de Ácido Cítrico</p><p>Glicose  Ácido Cítrico</p><p>180g O2 192g</p><p>(YP/S)Teórico = 1,067 g de ácido cítrico /g de glicose consumida</p><p> Produção de Ácido Glutâmico</p><p>Glicose  1 Ácido Glutâmico</p><p>180g O2 147,06g</p><p>(YP/S)Teórico = 0,817 g de ácido glutâmico /g de glicose consumida</p><p>55</p><p>UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO</p><p>ESCOLA DE QUÍMICA</p><p>CLASSIFICAÇÃO DE BIOPROCESSOS</p><p>Caros Alunos PLE. Foi um Prazer poder Contribuir com vocês no decorrer</p><p>dessas duas semanas. A partir daqui, o Prof. Daniel Tinoco assume a Semana 3</p><p>.... Nos reencontramos na Semana 9 com Aeração em Bioprocessos.</p><p>Classificação de Bioprocessos</p><p>1. Quanto ao modo de operação (condução)</p><p>1.1. Processos em Batelada Simples (descontínuos)</p><p>• Com um inóculo para cada biorreator</p><p>• Com recuperação do inóculo</p><p>• Por cortes (seqüencial ou repetida)</p><p>1.2. Processos por Batelada Alimentada</p><p>• Com alimentação intermitente (em intervalos)</p><p>• Com alimentação contínua (estendida)</p><p>• Seqüencial (repetida)</p><p>1.3. Processos Contínuos</p><p>• Com um único biorreator</p><p>• Com reciclo</p><p>• Com mais de um biorreator</p><p>Olá, Alunos. Nos</p><p>encontramos na</p><p>SEMANA 3</p><p>56</p><p>Classificação de Bioprocessos</p><p>2. Quanto ao desenvolvimento do agente</p><p>• Em Superfície</p><p>• Em Profundidade (Submerso)</p><p>3. Quanto ao suprimento de oxigênio ao agente</p><p>3.1. Processos Aerados</p><p>• Aeração natural (por turbilhonamento superficial)</p><p>• Aeração forçada (por borbulhamento de ar)</p><p>3.2. Processos Não Aerados</p><p>4. Quanto à cinética</p><p>• Processos com produção associada ao crescimento</p><p>• Processos com produção semi-associada ao crescimento</p><p>• Processos com produção não associada ao crescimento</p><p>Acessem a Guia na</p><p>semana 3</p>