APOSTILA_BIOTECNOLOGIA_ALIMENTOS

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UNIJUI – UNIVERSIDADE REGIONAL DO NOROESTE DO ESTADO DO RS 
DBQ – DEPARTAMENTO DE BIOLOGIA E QUÍMICA 
CURSO - QUÍMICA INDUSTRIAL DE ALIMENTOS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
INDICE 
 
 
APRESENTAÇÃO........................................................................................................................... 1 
INTRODUÇÃO A TECNOLOGIA DE FERMENTAÇÕES........................................................... 2 
MICROORGANISMOS DE USO INDUSTRIAL ....................................................................... 9 
ESTERILIZAÇÃO DE EQUIPAMENTO, MEIOS DE CULTURA E AR..................................... 18 
CRESCIMENTO CELULAR ........................................................................................................... 27 
CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS............................................................................................ 37 
EMPREGO DE CULTIVOS INICIADORES – STARTERS........................................................... 40 
SISTEMAS DE FERMENTAÇÃO.................................................................................................. 48 
INTRODUÇÃO AO ESTUDO DA FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA........................................... 54 
SEPARAÇÃO DOS PRODUTOS DE FERMENTAÇÃO.............................................................. 66 
SEPARAÇÃO DOS PRODUTOS OBTIDOS POR FERMENTAÇÃO COM LEVEDURAS....... 73 
PRODUTOS OBTIDOS POR FERMENTAÇÃO COM BACTÉRIAS.......................................... 77 
DIGESTÃO ANAERÓBICA (FERMENTAÇÃO METANOGÊNICA)......................................... 79 
TECNOLOGIA DE PRODUÇÃO E UTILIZAÇÃO DE ENZIMAS.............................................. 89 
 
 
 
 
 
 
Prof. Raul Vicenzi 1
APRESENTAÇÃO 
 
 
A Biotecnologia é um ramo muito amplo da Tecnologia que se ocupa da 
transformação ou tratamento de materiais de origem biológica. Spinks (1980) define 
Biotecnologia como a utilização de organismos vivos ou sistemas biológicos para a 
produção industrial e seu uso em serviços de saneamento. 
A tendência atual de incluir no termo Biotecnologia, em seu aspecto mais 
essencial, a Microbiologia Industrial, que trata do aproveitamento dos microrganismos 
como agentes de degradação e síntese. Por semelhança dos conceitos fundamentais 
que regem o tratamento biológico de efluentes, o cultivo de células animais e vegetais 
e a produção de certos medicamentos. Assim, também devido ao seu amplo 
significado, pode englobar também aspecto igualmente importante da Ciência, 
Tecnologia e Engenharia de Alimentos. 
De certa forma, os processos de fermentação representa uma elo que liga as 
antigas artes de elaboração de alimentos (queijo, vinho, ...), mediante o uso de uma 
flora microbiana natural com a moderna industria de fermentação de alimentos que 
utilizava cultivos puros e sofisticados equipamentos de controle do processo. A 
produção em larga escala de proteínas de organismos unicelulares, produção de 
antibióticos, produção de células animais e vegetais e a produção compostos químicos 
a partir de matérias-primas renováveis em substituição aos combustíveis fósseis, são 
exemplos de outras áreas onde os processos fermentativos podem ser utilizados. 
O componente curricular Biotecnologia de Alimentos pretende tem como 
objetivo principal estudar alguns elementos essenciais e básicos dos processos 
fermentativos: introdução a microbiologia industrial, sistemas de fermentações, 
desenho de fermentadores, cinética de crescimento, metabolismo microbiano, 
esterilização na indústria fementativa, produção de enzimas, cultivos starters. 
Objetiva, também, abordar de forma mais detalhada alguns tipos de fermentação: 
alcoólica, láctica, acética, metanogênica. 
 
Introdução à biotecnologia de alimentos 
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INTRODUÇÃO A TECNOLOGIA DE FERMENTAÇÕES 
 
 O termo Fermentação deriva do latim fervere (ferver), devido ao aparecimento das bolhas 
devido a produção de dióxido de carbono pela ação das leveduras sobre o extrato de frutas ou grãos 
de malte; 
 
Þ Significado bioquímico: relata a geração de energia pelo catabolismo de compostos orgânicos; 
Þ Produção de vinho: 10.000 a.C. - provavelmente o vinagre foi descoberto na mesma época e as 
bebidas alcoólicas destiladas surgiram a mais de 10.000 a.C. na China; 
Þ Cerveja: 5000 - 6000 a.C. - egípcios deixavam a cevada germinar em potes de barro, após 
estrusavam e amassavam os grãos lavando-os após para obter a bebida, ainda, utilizavam as 
leveduras da cerveja produzir CO2 para o crescimento de pães; 
Þ Leite e derivados lácteos: dados apontam que em 5000 a.C. se observou que o leite quando 
retido no estômago de terneiros jovens coagulava-se (ação enzimática); 
Þ Produtos cárneos: conforme Erichsen (1983), cerca de 1500 a.C. o homem já sabia que a carne 
finamente triturada e misturada com sal e especiarias poderia ser preservada, esta carne era seca 
e enrolada (rolos) mantendo suas principais qualidades, como um flavor agradável 
Este produto foi o precursor da lingüiça fermentada produzida atualmente. 
O nome salame provém da cidade de Salamis, destruída a mais de 2000 
anos, situada na costa oeste da ilha Grega de Cypros. 
 Exame microscópico do sedimento de cerveja escavado de urnas que datam de 3400 a 1440 
a.C. demonstram claramente que na maioria das vezes continham leveduras, observando-se uma 
pureza maior nos sedimentos mais recentes. 
 A necessidade de preservar a carne da caça e de animais domésticos abatidos durante o 
inverno e consumidos no verão (summer sausage), fizeram com que o homem procurasse soluções 
para a preservação do produto. 
 Assim, os produtos cárneos fermentados tornaram-se de grande importância no mercado 
alimentar permitindo preservar a carne e atribuir a ela sabor e aroma característicos da tecnologia 
usada. 
Ø Antonie van Leeuwenhoek, um pioneiro no uso do microscópio, foi o primeiro a examinar em 
1680 gotas de cerveja fermentada. Entretanto esta descoberta foi esquecida...... 
Ø 1856-1857: Louis Pasteur, após investigações detalhadas sobre as leveduras da cerveja e do 
vinho, concluiu finalmente que leveduras vivas fermentavam o açúcar em etanol e CO2 quando em 
anaerobiose. 
Ø Pateur também observou muitas outras fermentações: Ex.: observou provavelmente um 
Penicillium que fermentava D-tartarato de amônio em uma mistura racêmica de D e L-tartarato 
(tartarato de Na, K); 
Ø Observou também como uns microrganismos cilíndricos produziam ácido butírico somente em 
condições anaeróbias e investigou a produção de ácido acético por fermentação; 
Ø 1870 - Pasteur e outros pesquisadores observaram os efeitos antagonistas de um microrganismo 
frente a outros e previram suas aplicações terapêuticas; 
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Ø 1881 - Robert Kock estudou e desenvolveu técnicas de cultivo puro assim como outros métodos 
bacteriológicos clássicos utilizados até hoje; 
Ø Dois elementos vitais deram inicio a era moderna da tecnologia de fermentações industriais: 
· Emprego de fungos e leveduras na modificação de alimentos e bebidas e os estudos 
microbiológicos pioneiros de Pasteur e Kock. 
Ø Desenvolvimento de fermentações em superfície ou semi-sólidas surgiu com o desenvolvimento 
de alimentos orientais e durante as grandes navegações; 
· Capacidade hidrolítica de determinados fungos em hidrolisar o amido e proteínas na produção 
de molho de soja, este foi o inicio das fermentações industriais. 
Ø Cultivo de algas e fungos deu inicio ao processo industrial de obtenção de proteínas alimentícias 
microbianas (SCP - proteínas de organismos unicelulares) e de inóculos de microrganismos 
Ø Produção de vinagre e os estudos de Pasteur sobrea produção de ácidos prepararam o caminho 
para o desenvolvimento de fermentações que produzissem ácidos orgânicos; 
Ø O desenvolvimento da metodologia de cultivos puros por Kock proporcionou o surgimento de 
técnicas que permitiram estudar as aplicações industriais de espécies microbianas individuais, 
iniciando-se o emprego de cultivos puros, meios esterilizados e condições assépticas nas 
fermentações industriais. 
 
FERMENTAÇÃO DE ALIMENTOS 
 Fermentação de pão, queijo e cerveja bem como bebidas alcoólicas desenvolveram-se para 
satisfazer as exigências comerciais modernas de produção em grande escala, com qualidade elevada 
e constante, custos competitivos e variedade de produtos. 
Ø Produção de cultivos “Starters” para produtos lácteos e o emprego de enzimas industriais 
melhoraram a eficiência dos processos, assim como a automação e controle da qualidade na 
produção de pão e produtos lácteos. 
· Fermentação de pão em temperaturas mais elevadas e com maior quantidade de inoculo; 
· Uso de amilases microbianas na produção de açúcares fermentescíveis a partir de grãos de 
amido, proporcionando açúcares as leveduras para que fermentem liberando CO2 (crescer a 
massa de pão e produzir textura característica). 
 
Técnicas de Pasteurização: permitiram a produção de cerveja em escala industrial fazendo com que 
industrias artesanais de cerveja, vinhos, licores passassem rapidamente a grandes complexos 
produzindo em grande escala. 
 
Técnicas de controle de processo como: (Para garantir maior vida-de-prateleira aos alimentos) 
Ø Controle da velocidade de inoculação; 
Ø Viabilidade e condições de armazenamento das leveduras; 
Ø Controle das condições de oxigênio dissolvido; 
Ø Controle da concentração de Nitrogênio solúvel e de açúcares fermentescíveis no álcool; 
Ø Controle da temperatura do processo; 
Ø Fermentação em processos contínuos; 
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Introdução de inovações tecnológicas como: 
Ø Obtenção de cerveja com elevadas concentrações de mosto; 
Ø Emprego de cereais não malteados e enzimas microbianas 
Ø Produção de cervejas com baixos níveis de carboidratos 
Ø Aplicação de técnicas genéticas convencionais para melhorar a qualidade das leveduras e 
eliminar características indesejáveis. 
 
LEVEDURAS DE PANIFICAÇÃO 
Ø Século XVII os padeiros obtinham suas leveduras nas cervejarias locais; 
· Devido ao seu sabor amargo e atividades de fermentação variáveis, foram gradualmente sendo 
substituídas por leveduras procedentes de fábricas de bebidas alcoólicas. 
Ø 1781 obtém-se as primeiras leveduras de panificação prensadas, obtidas através do processo 
“Holandês” e posteriormente em 1846 mediante o processo denominado “Viena” 
· Ambos obtinham rendimentos baixos, 5 a 14% respectivamente referente a matéria-prima e 
30% de álcool. 
· 1879-1919 - avanços substanciais nos processos fermentativos com uso de biomassa 
permitindo a obtenção industrial de leveduras para panificação de forma independente de 
bebidas alcoólicas; 
· 1879 - Marquardt introduziu a aeração no processo fermentativo de cereais permitindo 
aumentar o rendimento e diminuindo a produção de álcool a 20%. 
 
INOVAÇÕES TECNOLÓGICAS: 
 
Adição gradual de açúcar 
Surge o primeiro processo de retro-alimentação 
 
Permite elevar a eficiência do processo ate 
próximo do máximo teórico sem a formação 
conjunta de álcool. 
 
 Durante a Primeira Guerra Mundial a Alemanha desenvolve a produção de leveduras de 
panificação usando melaço (todo resíduo dos processos industriais da época) como substrato, com a 
finalidade de produzir proteína para o consumo humano - Primeiro processo moderno para produção 
de SCP. 
 Durante a Segunda Guerra Mundial, também na Alemanha, inicia-se a produção de SCP para 
consumo humano e animal a partir de Candida utilis, utilizando melaço procedente da produção de 
papel e polpa de celulose, obtendo-se os açúcares (substrato) a partir da hidrólise ácida da madeira. 
USA, Suíça, Taiwan e Rússia passam também a utilizar este processo. 
 
ÁCIDOS ORGÂNICOS 
Ø 1881 inicia-se a produção comercial de ácidos orgânicos sendo que até hoje 50% do ácido 
láctico utilizado a nível industrial é produzido via fermentação usando Lactobacil1us delbrueckii. 
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· Ácido Cítrico extraído inicialmente a partir do suco de limão e posteriormente sintetizado a 
partir do glicerol. 
Ø 1923 - inicia-se a produção de Citrato via fermentação industrial, atualmente estima-se uma 
demanda aproximada de 450.000 toneladas/mês produzidas exclusivamente por fermentação, 
inicialmente: 
· Empregava-se cultivo em superfície de Aspergilius niger como organismo produtor (citrato). 
· Após a 2ª Guerra Mundial introduziu-se o processo de cultivo submerso. Entretanto em 1977 
desenvolve-se o processo que utiliza Candida, muito mais eficiente. 
 Outros ácidos orgânicos são produzidos de forma econômica e rentável por fermentação: 
Ex.: produção de Acido Glucônico e Acido Acético, este obtido pela oxidação do etanol 
utilizando Acetobacter aceti. Entretanto, o Ácido Acético em escala industrial é produzido somente 
por via química. 
 
ÁLCOOL E CETONAS 
Ø Durante Primeira Guerra Mundial a Alemanha impedida de importar azeites vegetais utilizados 
na produção de glicerol, componente para produção de explosivos, desenvolve a primeiro processo 
fermentativo de produção de glicerol, produzido por leveduras a partir do etanol em presença de 
bissulfito de sódio; 
Ø Durante a Primeira Guerra na Inglaterra é desenvolvido o processo de fermentação acetona-
butanol por via anaeróbia, utilizando Clostridium acetobutylicum, este foi o primeiro processo em 
grande escala que necessitava métodos de cultivos puros para prevenir a contaminação. 
· Após a Guerra a demanda deste produto diminuiu, entretanto aumentou a procura por n-butanol, 
produzido por fermentação até os anos 50, sendo substituído pelo n-butanol produzido a partir do 
petróleo, cujo preço era mais baixo que o preço do amido e dos substratos a base de açúcar utilizados 
no processo fermentativo. 
· 1941 - Inicia-se a implementação da indústria da fermentação alcoólica nos USA, após revogar-
se a proibição da produção de álcool por bioprocessos, sendo responsável então por 77% do álcool 
industrial produzido 
Ø 1973 - A crise do petróleo faz surgir projetos para produção de combustíveis alternativos. 
· Surge o PROÁLCCOL no Brasil, projeto que em 1987 chegou a produzir 3 bilhões de galões de 
etanol/ano, a partir da cana-de-açúcar. 
· Nos USA inicia-se o “Gasohol Program” que destinava-se a produzir álcool a partir do milho, 
adicionando cerca de 10% na gasolina. Este projeto fez surgir um número muito grande de plantas 
industriais de pequena e grande escala utilizando processos contínuos e descontínuos. 
 
AMINOÁCIDOS 
 Glutamato Monosódico e a Lisina são os que se produzem em maiores quantidades, cerca de 
500.000 e 80.000 toneladas/mês, respectivamente. 
 A produção de aminoácidos é resultado do trabalho de pesquisa sobre os mecanismos 
bioquímicos que regulam a biosíntese destes compostos por microrganismos, obtendo-se 
superproduções a partir de mutações e do controle do processo de fermentação. 
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As novas técnicas passam a: 
Ø Estimular as células para que usem substratos alternativos; 
Ø Prevenção ou impedimento de reações laterais; 
Ø Indução e ativação de enzimas biosintéticas; 
Ø Redução ou inibição de atividades enzimáticas que poderiam degradar o produto e, finalmente 
facilitar a excreção do aminoácido pelo microrganismo.Ø As pesquisas que culminaram com o desenvolvimento do processo de fermentação para 
produção de ácido glutâmico foram as responsáveis pelo grande avanço na produção de aminoácidos 
por fermentação. 
· Hoje a maioria dos aminoácidos comerciais são produzidos por fermentação. Assim como a 
de monofosfatos de inosina e a guanosina utilizados como potencializadores de sabor. 
 
BIOPOLIMEROS 
Ø Goma Xantana - biopolímero mais importante atualmente em função do volume de produção, 
utilizada como gelificante ou estabilizante de suspensões. Produzido por fermentação utilizando a 
bactéria Xanthomonas campestris. 
Outras gomas: 
Ø Alginato produzido pelo Azetobacter vinelandii; 
Ø Pululano produzido pelo Aureobasidium pullulans; 
Ø Escleroglucana produzido pelo Sclerotinum; 
Ø Gelano produzido pela Pseudomonas elodea 
 
 Gomas em geral possuem elevados pesos moleculares e altas viscosidades causando 
problemas nos processos de mistura, transferência de massa e calor em fermentadores. Estes 
aspectos devem ser levados em conta na hora de escolher ou desenhar um aparelho de fermentação. 
 
POLIHIDROXIBUTIRATO (PHB) : poliéster termoplástico acumulado intracelularmente em 
alguns tipos de bactérias (Bacillus subtilis, Pseudomonas oleovorans, Alcaligenes eutrophus, entre 
outras) até um nível de 80% da massa seca celular, sua produção permite a fabricação de plásticos 
biodegradáveis. 
 
VITAMINAS 
 A maioria das vitaminas é produzida por métodos químicos. Entretanto algumas vitaminas 
podem ser produzidas por fermentação. Ex.: vitaminas do grupo B como a tiamina, biotina, ácido 
fólico, ácido pantotênico, piridoxamina, vitamina B12 e riboflavina. 
· A síntese química da vitamina B12 é muito complexa sendo que sua produção comercial só é 
viável por via fermentativa utilizando Pseudomonas. 
Ø Riboflavina: sua produção por fermentação compete eficazmente com os métodos de síntese e 
semi-síntese, sendo que 30% da demanda mundial é produzida por fermentação. 
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· Recentemente uma cepa recombinante de Bacillus subtilis foi patenteada, sendo capaz de 
produzir 4,5g de riboflavina em 24 horas de fermentação, período muito inferior aos 5 dias 
necessários quando se utiliza Ascomycetes. 
 
ANTIBIÓTICOS 
 Pasteur identificou efeitos antagonistas de alguns microrganismos frente a outros e julgou 
que poderiam ter efeito terapêutico. 
Ø 1928 - Alexander Fleming observou que Penicillium notatum, contaminante dos cultivos de 
Staphylococcus aureos, matava as bactérias, identificando o ingrediente ativo, a Penicilina, podia 
inibir outras bactérias. 
Ø Após a penicilina ter sido isolada na sua forma ativa, em 1940 nos USA, Florey e Chain 
demonstraram sua destacada atividade antibacteriana desenvolvendo-se então um processo 
fermentativo comercial para sua produção. Este fato marcou o início da indústria de antibióticos. 
Ø Seguiu-se então a descoberta de 
Ø Estreptomicina a partir de espécies de Streptomyces 
Ø Cefalosporinas a partir de Cephalosporium acremonium 
 
 Com o desenvolvimento a partir de 1940 de técnicas de genética microbiana que implicaram 
em técnicas de mutação e seleção de microrganismos, permitiu aumentar muito o rendimento da 
produção de penicilina de poucas mg/L para até 20g/L de cultivo. 
 Iniciam-se também, nesta época, os estudos sobre a produção de metabólitos secundários, 
pequenas moléculas como os antibióticos que não têm papel importante no crescimento e 
manutenção das células. 
 
TRANSFORMAÇÕES DE ESTERÓIDES 
 O uso de microrganismo, o domínio das técnicas microbiológicas e fermentativas permitiu 
fazer transformações enzimáticas altamente seletivas e especificas, representando um grande avanço 
na produção de fármacos, como os hormônios esteróides. 
Ø 1940 - descobriu-se que a cortisona, esteróide secretado pela glândula adrenal, aliviava a dor de 
pacientes com artrite reumática, o que fez desenvolver-se um processo de síntese química para 
sua produção que requeria 37 etapas, a um custo de 200 U$/g; 
Ø 1952 - cientistas descobrem que uma cepa de Rhizopus arrhizus hidroxilava a progesterona, 
produzindo 11á-hidroxiprogesterona, permitindo que o custo da síntese de cortisona caísse para 
11 etapas e o custo reduzisse para U$ 16/g. 
Ø 1980 - Introduziram-se modificações no processo e os custos foram diminuindo gradativamente 
de forma que hoje estes custos estão próximos de U$ 0,46/g. 
 Técnicas semelhantes de biotransformação microbiana permitiram a síntese de outros 
esteróides como a aldosterona, prednisona e prednisolona, assim como de outros fármacos 
importantes na medicina. 
 
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ETAPAS DO PROCESSO FERMENTATIVO 
1) Formulação do meio de cultura a ser usado no processo; 
2) Esterilização do meio de cultura, fermentadores e equipamentos auxiliares; 
3) Produção de uma cultura pura e ativa em suficiente quantidade para inocular no fermentador; 
4) Crescimento dos organismos no fermentador sob condições ótimas para a formação do 
produto 
5) Extração do produto e sua purificação; 
6) Disposição dos efluentes produzidos no processo. 
 
ÁREAS DE APLICAÇÃO DA FERMENTACÃO INDUSTRIAL 
A) ALIMENTOS 
v Massas fermentadas (pão, panetone); 
v Carnes fermentadas (salame, lingüiça); 
v Bebidas fermentadas (cerveja, vinho ...); 
v Bebidas destiladas (conhaque, aguardente ...); 
v Leite fermentado (iogurte, queijo ...); 
v Enzimas (proteases, amilases, glicose oxidase ...); 
v Condimentos (vinagre, glutamato...) 
v Aminoácidos (lisina, ácido glutâmico); 
v Polissacarídeos (dextrano) 
 
B) PRODUTOS AGROINDUSTRIAIS 
v Álcool (industrial e carburante); 
v Antibióticos de uso veterinário; 
v Biogás; 
v Hormônios de crescimento vegetal. 
 
C) MEDICAMENTOS 
v Antibióticos; 
v Vacinas; 
v Vitaminas; 
v Hormônios de consumo humano (insulina); 
v Aminoácidos. 
 
D) ÁCIDOS ORGÂNICOS E SOLVENTES 
v Ácido cítrico; 
v Ácido acético; 
v Etanol; 
v Propanol; 
v Butanol; 
v Ácido láctico. 
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INTER-RELAÇÕES ENTRE MICRORGANISMOS E ENZIMAS 
 As relações existentes entre microrganismos e as enzimas neles contidos são muito 
importantes quando se deseja explorar as enzimas que levam a determinadas reações químicas 
especificas. 
 As enzimas podem ser isoladas e assim a biotecnologia enzimática pode convenientemente 
ser manipulada em bio-reatores apropriados. 
 Por outro lado as células microbianas quando encontram-se imobilizadas em um suporte 
sólido, atuam como catalizadores que levam a reações químicas concretas, da mesma maneira que as 
enzimas isoladas, o que denota menos trabalho preparativo. 
 Desta maneira uma grande parte da tecnologia de fermentações se refere ao cultivo de 
microrganismos em grande escala. 
 A seleção e aplicação dos princípios da engenharia genética aplicada a microrganismos 
apropriados permitem manipular o conteúdo enzimático destes em determinadas condições. Também 
o crescimento de microrganismos em um substrato apropriado provocará a indução da enzima 
necessária para a degradação desse substrato de crescimento dentro da célula. 
Ex.: o cultivo de levedura sobre maltose induzirá a biossíntese da enzima maltase, (uma á -
glucosidase) que degrada maltose a glicose, que é necessária para a produção de energia química em 
forma de ATP dentro da levedura. 
 
MICROORGANISMOS DE USO INDUSTRIAL 
Introdução – Os produtos comercialmente importantes das fermentações industriais são de 4 
categorias: células microbianas, moléculas grandes como enzimas e polissacarídeos, produtos básicos 
e metabólitossecundários que não são necessários para o crescimento celular. A produção comercial 
dos produtos de fermentação tem utilizado principalmente diversas espécies de bactérias, leveduras e 
fungos, ainda que os avanços recentes no desenvolvimento de técnicas de cultivos têm permitido 
utilizar células mais complexas nos processos de fermentação. 
 
Microrganismos Industriais – Na natureza existem duas classes principais de células, ambas 
utilizadas nos processo de fermentação industrial: 
procariontes - células bacterianas; 
eucariontes -leveduras, fungos, células animais e vegetais. 
 Os microrganismos também se diferenciam em função de suas exigências de oxigênio, 
podendo dividir-se em estritamente aeróbias, como os Streptomyces e a maioria dos fungos 
filamentosos, que podem desenvolver-se unicamente em presença de O2 e os estritamente 
anaeróbios, como os Clostridios, que unicamente podem crescer na ausência de O2 e os 
microorganismos facultativos, entre eles as leveduras industriais, que podem crescer em situação de 
aerobiose e anaerobiose. 
 As bactérias utilizadas nos processos fermentativos são principalmente quimiorganotróficos, 
isto é, podem obter sua energia e seu carbono por oxidação dos compostos orgânicos. As bactérias 
podem dividir-se em Gram positiva e Gram negativa, em função de suas resposta a coloração de 
Gram. A reprodução se dá por divisão assexuada. Os esporos são produzidos usualmente em resposta 
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as condições adversas do meio, porque são mais resistentes ao calor e aos compostos tóxicos que as 
células vegetativas e posteriormente germinam em condições apropriadas. As bactérias são 
desprovidas de clorofila, mas podem possuir outros pigmentos fotossintéticos 
 Os fungos (bolores) também são quimiorganotróficos e os mais importantes utilizados nas 
fermentações se classificam principalmente em dois grupos: os Zigomycotina, asseptados dos 
gêneros Mucor e Rhizophus e os Deuteromycotina, septados dos gêneros Thicotherma, Aspergillus, 
Penicillium Fusarium e Aureobasidium. Os fungos são desprovidos de clorofila ou outros pigmentos 
fotossintéticos. Sua reprodução pode ser assexuada (esporulação) ou sexuada. 
 As leveduras são fungos geralmente unicelulares e que se reproduzem de forma assexuada 
(por gemação ou divisão binária) ou sexuada. A levedura mais utilizada nos processos fementativos 
industriais é a Saccharomyces cerevisiae, principalmente para produção de álcool e nas panificações. 
Esta levedura não degrada a lactose, por isso para produzir álcool e biomassa a partir de soro de leite 
é utilizada Kluyveromyces lactis, que possuem as enzimas necessárias para degradar lactose. Outras 
leveduras importantes são: Candida utilis e Endomycopsis fibuliger 
 Os vírus não têm estrutura celular alguma, possui o material genético (DNA ou RNA) contido 
por uma camada de proteína. Não possuem atividade metabólica e, portanto, não sintetizam 
protoplasma nem crescem. Em conseqüência disto sua multiplicação não pode ser feita por um 
processo de divisão, como nos microrganismos celulares. Novos vírus são “produzidos” pelas células 
nas quais penetram, de acordo com as informações contidas no seu ácido nucléico. São agentes 
submicroscópicos que infecta as plantas, animais e bactérias. Os vírus bacterianos (bacteriófagos) 
infectam os processos de fermentação de cepas microbianas e causa sérios problemas, 
particularmente nos cultivos “starter” utilizados no processamento de alimentos. 
 Células animais e células vegetais também podem ser utilizadas nos processos fermentativos 
industriais, principalmente para a produção de antibióticos e hormônios vegetais. Necessitam de um 
meio muito nutritivo e são sensíveis a flutuações de fatores externos como temperatura, pH, O2 e CO2 
dissolvidos. 
 
FONTES NUTRICIONAIS PARA OS MICRORGANISMOS 
 Basicamente as necessidades nutricionais dos microorganismos são as mesmas de todos os 
seres vivos, que para renovarem seu protoplasma e exercerem suas atividades, exigem fontes de 
energia e fonte de material plástico. Nos seres superiores encontra-se apenas dois tipos nutritivos: 
a) os vegetais são fotossintéticos (obtém energia da luz solar) e autotróficos, se nutrem 
exclusivamente de substâncias inorgânicas; 
b) os animais são quimiotróficos, pois obtém energia as custas de reações químicas e heterotróficos, 
por exigirem fontes orgânicas de carbono. 
Entre os microrganismos há uma grande variedade de tipos intermediários. 
 
FONTES DE ENERGIA 
a) Algumas bactérias realizam fotossíntese, porém não produzem oxigênio. Podem utilizar fontes 
inorgânicas (liotróficas) ou compostos orgânicos (organotróficas) como doadores de elétrons. 
b) Os fungos, leveduras e a grande maioria das bactérias são quimiossintéticas, obtendo energia as 
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custas de reações químicas, nas quais substratos adequados são oxidados com desprendimento de 
energia. Estes substratos podem ser inorgânicos (litotróficos) ou orgânicos (organotróficos). No 
primeiro grupo encontramos apenas bactérias, como por exemplo, Thiobacillus, capazes de 
oxidar enxofre, produzindo ácido sulfúrico, podem ser utilizados na lixiviação de metais, como 
cobre e urânio. A grande maioria das bactérias e a totalidade de fungos, leveduras e, também, os 
protozoários são quimiorganotróficos. 
 
FONTES DE MATERIAL PLÁSTICO 
 
MATÉRIAS–PRIMAS COMO FONTE DE CARBONO 
Para os autotróficos a única fonte de carbono necessária é o CO2. Para os heterotróficos, há 
necessidade de suprir o meio com outras fontes de carbono, naturais ou sintéticas: 
· Celulose, Amido, Sacarose, Lactose, Glicose (alto custo), Óleos, Metanol, Etanol; 
· Melaço de cana-de-açúcar – Composição variável (rico em aminoácidos, vitaminas, minerais, 
vários açúcares); corrigir deficiências (N, P, S); 
· Extrato de Malte –cevada malteada; 90-95% de CHO; rico em aminoácidos. 
 
MATÉRIAS–PRIMAS COMO FONTE DE NITROGÊNIO 
Quanto às necessidades de nitrogênio há três categorias principais de microrganismos: 
Alguns microrganismos, especialmente bactérias, retiram o nitrogênio diretamente da atmosfera e o 
converte em nitrogênio orgânico. Muitos fungos e quase totalidade das bactérias utilizam compostos 
inorgânicos de nitrogênio, como amônio e nitratos. Algumas bactérias exigem fontes orgânicas de 
nitrogênio. De um modo geral, adicionar aminoácidos ou hidrolisados de proteínas favorece o 
crescimento da maioria dos heterotróficos. 
o Sais de Amônio, Sais (nitratos); Uréia 
o Líquido da maceração do milho (± 4% N); 
o Extrato de levedura e Peptonas (laboratório) 
o Ar atmosférico 
 
ÍONS INORGÂNICOS ESSENCIAIS 
Além de nitrogênio, os microrganismos exigem uma série de outros elementos, sob a forma de 
compostos inorgânicos, alguns em quantidade bem maiores que outros. 
o Macronutrientes – P, S, K, Mg, Ca, Fe 
o Micronutrientes – Cu, Zn, Co, B, ... 
FATORES DE CRESCIMENTO 
 São os compostos orgânicos indispensáveis a um determinado microorganismo, que ele não 
consegue sintetizar. Tais fatores devem estar presentes no meio para que o microrganismo possa 
crescer, como por exemplo vitaminas (especialmente do complexo B), aminoácidos, nucleotídios, 
ácidos graxos, entre outros. 
 Aspecto importante dessa exigência resulta do fato que, quando um microrganismo exige um 
determinado fator, seu crescimento será limitado pela quantidade desse fator presente no meio. 
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 Dentro de certos limites, o crescimento será proporcional ao teor do composto limitante. Isso 
permite a elaboração de um método de dosagem de certos compostos, baseados na medida do 
crescimento microbiano.Essa é a base da dosagem microbiana de uma série de substâncias, 
principalmente aminoácidos e vitaminas. 
 
AGUA 
 A água não constitui um nutriente, mas é absolutamente indispensável para o crescimento dos 
microrganismos. Seu papel é múltiplo. Os microrganismos se nutrem pela passagem de substâncias 
em solução através da membrana citoplasmática. Exerce função na regulação da pressão osmótica e 
regulação térmica. A maior parte dos microrganismos morre rapidamente pela dessecação, a não ser 
quando esta é precedida pelo congelamento brusco (liofilização) 
 
OXIGÊNIO ATMOSFÉRICO 
 Como a água o oxigênio não é um nutriente e funciona apenas como receptor de hidrogênio 
nos processos de respiração aeróbica. Os microrganismos se comportam diferentemente em presença 
de O2 livre: 
Aeróbios – exigem oxigênio livre; alguns, porém, em pequenas quantidades não tolerando as 
pressões normais de O2 atmosférico; 
Anaeróbios – não toleram a presença de O2 livre; 
Facultativos – crescem na presença ou ausência de O2. 
Entre as bactérias encontra-se os três tipos de comportamento. Os fungos (bolores) são estritamente 
aeróbios, enquanto as leveduras são aeróbias ou facultativas. 
 
CLASSIFICAÇÃO DOS MOSTOS 
SINTÉTICO: composição conhecida quantitativamente e qualitativamente é usado em pesquisas 
quando se quer controlar exatamente o curso de uma fermentação. O objetivo é saber a rota de 
fermentação, saber quanto e quando e quais os substratos que estão sendo utilizados pelos 
Microorganismos. Tem um alto custo. 
COMPLEXO: composição não é bem definida, estão enquadrados os meios naturais tais como: 
caldo de cana, melaço, suco de uva, extrato de leveduras, enquadram-se todos os mostos naturais. 
 
CARACTERISTICAS DO MOSTO 
Requerimentos básicos: 
1) Proporcionar o máximo rendimento de produto ou biomassa por grama de substrato usado; 
2) Produzir a máxima concentração de biomassa ou produto; 
3) Permitir o máximo rendimento na formação do produto; 
4) Produzir o mínimo de subprodutos indesejáveis; 
5) Ser de uma qualidade permanente e estar disponível durante o ano todo 
6) Não sofrer degradação durante a esterilização 
7) Não deverá causar problemas em outras etapas do processo fermentativo particularmente: 
aeração, agitação, extração, purificação e tratamentos dos efluentes. 
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SUBSTRATOS UTILIZADOS NA FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA 
a) Açucaradas: neste grupo temos as diretamente fermentescíveis (contém monossacarídeos: Ex.: 
glicose, frutose, suco de uva, maçã, pêra, etc.). 
Principal substrato é um monossacarídeo (glicose) e este é metabolizado diretamente até 
piruvato. 
As matérias-primas indiretamente fermentescíveis são aquelas que contém dissacarídeos, 
predominando a maltose e sacarose. Ex.: caldo de cana-de-açúcar e melaço. 
A composição do melaço de cana-de-açúcar varia em função de fatores como: 
· qualidade da matéria-prima (variedade, idade, sanidade, maturação, queimada ou não, etc); 
· métodos de extração do açúcar (moagem, clarificação, cozimento, etc); 
· condições técnicas das regiões açucareiras; 
· condições e tempo de armazenamento. 
b) Amiláceas: contêm em sua composição polissacarídeos (amido) utilizada para produção de 
vodka, rum, whisky (tem que sofrer sacarificação). 
 
PREPARO DA MATÉRIA-PRIMA 
a) Melaço: deve sofrer uma preparação prévia (de 82 ºBrix 18 -20 ºBrix) 
CRUZ DE COBENGE: regra das misturas, utilizada para calcular os volumes para diluição do 
melaço. 
B M - b = Quantidade de melaço em peso d = volume litros) 
 
 M 
 
b B - M = Quantidade de água em peso d = volume (litros) 
B = Brix do melaço 
b = Brix da água (zero) 
M = Brix desejado (18 –20º) 
d = densidade 
 
Ex.: melaço: 80 ºBrix 
Água; 0 ºBrix 
M = 20 ºBrix 
dmelaço = 1,6284 
dágua = 1,0000 
 
80 20 – 0 = 20 Kg melaço = 12,31 Litros 
 1,6284 
 20 
0 80 – 20 = 60 kg de água = 60 litros 
 1,0000 
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No tanque de diluição controla-se: 
pH: entre 4,5 – 5,5 
Nutrientes: Sulfato de amônio (1 g/L); fosfato (1 g/L) sulfato de Mg (0,1 g/L) {ativador enzimático} 
 
b) Caldo de cana-de-açúcar: não necessita diluição pois a cana sofre adição de água por aspersão na 
moenda para extração do açúcar, neste ponto o brix deve ficar entre 18-20 
 
D = Brix do caldo x Volume do caldo - volume do caldo = Voluma de H2O a ser adicionada 
Brix desejado 
 
Ex.: Brix do caldo = 20 
Volume = 50.000 L 
Brix desejado = 16º 
D = 20 x 50.000 – 50.000 = 12.500 L de H2O a ser adicionada para ter 16º Brix 
 16 
Após fazer a diluição corrige-se o pH para 4,5 - 5,5 usando ácido sulfúrico, cítrico ou ainda suco de 
limão (caseiro) e colocam-se os nutrientes. 
 
DETERMINAÇÃO DE SÓLIDOS SOLÚVEIS TOTAIS POR REFRATOMETRIA 
 
1) Preparo do mosto: 
a) Determinação de sólidos solúveis por refratometria 
- Para cada grau acima de 20 ºC subtrai-se 0,06 por grau; 
- Para cada grau abaixo de 20 ºC soma-se 0,06 por grau: 
 
Ex.: 20 ºBrix a 25ºC 5 x 0,06 = 0,3 20 ºBrix – 0,3 = 19,7 ºBrix 
 20 ºBrix a 15ºC 5 x 0,06 = 0,3 20 ºBrix + 0,3 = 20,3 ºBrix 
 
Um mosto inicialmente com 76 ºBrix preparar 300 ml de mosto com 16% de SST. 
100 g melaço -------- 76 g SST 
 X g --------------------- 16 g SST X = 21,05 g/100mL 
 
Para 300 mL = 63,15 g de mosto + 236,85 g de água 
 
RELACÃO ENTRE DIFERENTES GRAUS DE MEDIDA. 
1 ºBrix corresponde a 0,54 ºBaumé 
1 ºBaumé corresponde a 1,8 ºBrix 
1 ºBrix corresponde a 0,85 ºBabo 
BRIX = % de sólidos solúveis existentes em uma solução de sacarose quimicamente pura. 
 
Fermentadores 
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ELEMENTOS DE UM FERMENTÁDOR (BIOREATOR) 
 O coração de qualquer processo fermentativo é sem dúvida o fermentador. Uma definição 
funcional para um fermentador seria dizer que consiste em um recipiente em que se mantém um 
ambiente favorável para que se desenvolva um determinado processo biológico. 
 A palavra fermentador nos faz visualizar um recipiente de grande tamanho de aço inoxidável 
brilhante e com uma instrumentação muito sofisticada. Ainda que muitos fermentadores industriais 
são assim, outros importantes processos biológicos industriais, desenvolvidos em grande escala, são 
conduzidos em equipamentos muito menos sofisticados. 
 Em alguns processos um fermentador pode consistir em um simples recipiente aberto, 
embora para processos cujas condições são muito sensíveis será necessário um sistema fechado e 
muito bem controlado capaz de manter um ambiente favorável. 
 
MEIO AMBIENTE 
 As condições ambientais existentes dentro de um fermentador podem considerar-se sob três 
aspectos diferentes: condições biológicas, químicas e físicas. 
 
MEIO BIOLÓGICO 
 Unicamente os microrganismos que contribuem para o processo em questão encontram-se 
presentes, enquanto que os não produtivos, destrutivos ou não desejáveis estejam excluídos do 
processo. Do ponto de vista de produção é importante também que os microrganismos desejados 
estejam presentes em quantidades suficientes para que o processo se desenvolva a um ritmo rentável. 
 Um sistema que contenha somente o microrganismo desejado diz-se um sistema asséptico. 
 A assepsia consegue-se, primeiro, esterilizando o meio, eliminando todos os organismos 
vivos, diz-se então esterilizado, segundo introduzindo o microrganismo desejado. O ato de introduzir 
o microrganismo desejado denomina-se inoculação. 
 
MEIO QUÍMICO 
 Implica na composição do meiode crescimento microbiano, que deverá conter as 
concentrações adequadas de substratos ou nutrientes microbiológicos, assim como dos precursores 
sintéticos, livres de substâncias inibidoras e mantidas a um pH adequado. 
 
MEIO FÍSICO 
 Refere-se fundamentalmente a temperatura do sistema cujo controle é muito importante 
quando se projeta um fermentador. 
 Este parâmetro e a necessidade de manter a uniformidade das condições ao longo da 
fermentação, exigem um bom sistema de agitação, o que pode provocar por sua vez a ruptura dos 
organismos e de seus agregados. 
 
Quando se mantém um ambiente favorável os parâmetros ambientais não têm que 
necessariamente permanecerem constantes ao longo do tempo. 
Fermentadores 
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Fermentação por batelada - características: 
v Diferentes fases de crescimento; 
v Diferentes condições ótimas; 
v Fermentação parece estar programada de acordo com a disponibilidade de nutrientes; 
v pH e temperatura oscilam ao longo do tempo, para que apareçam de acordo com estas trocas as 
sucessivas fases de crescimento 
 
PRINCIPAIS TIPOS DE FERMENTADORES 
 Os fermentadores classificam-se em dois grandes grupos: 
 
v Fermentadores de cultivo disperso: neste sistema os microrganismos estão imersos no meio 
de cultivo e seguem os movimentos dos nutrientes líquidos. O fermentador mais simples consiste em 
um tanque aberto no qual o microrganismo se dispersa no meio líquido. 
Estes fermentadores forma utilizados de geração em geração com muito êxito na indústria 
cervejeira já que ao formar-se na fase anaeróbica da fermentação, uma capa de espuma que contém 
CO2 e leveduras, impedindo que o ar penetre no interior do tanque. Para controlar a temperatura 
durante a fermentação se pode colocar tubos refrigerantes. São muito utilizados no tratamento 
biológico de águas residuais em fluxo lento, onde a superfície do líquido permite que se dissolva o 
O2 do ar e libere o CO2. Estes efeitos podem ser acelerados com a agitação do líquido que aumenta a 
transferência de gases e mantém a homogeneidade. Nos sistemas anaeróbios os próprios gases da 
fermentação podem proporcionar a agitação, através do desenho do fermentador (cônico/cerveja) ou 
por meio mecânico (bombas de recirculação). 
 
v Fermentadores de cultivo imobilizado: nos sistemas imobilizados o microrganismo se 
desenvolve sob forma de uma lâmina ou capa disposta sobre uma superfície que está em contato com 
o meio nutritivo. Em laboratórios se utiliza o “cultivo em superfície” (placas). Inicialmente a 
produção de penicilina era feira em garrafas que eram introduzidas em uma incubadora. Atualmente 
se utilizada o cultivo em superfície na fermentação do ácido cítrico (Aspergillus niger), que se 
cultiva em uma superfície com um meio adequado contendo melaço em bandejas de pouca 
profundidade, colocadas em estantes à temperatura constante e com circulação de ar freqüente. 
Também e pode desenvolver películas microbianas sobre uma superfície de meio sólida adequada. 
Este meio pode ser de leito fixo, em pedras, plástico particulado, lâminas de plástico onduladas, 
através dos quais se faz passar o meio líquido sobre a capa de microbiana da superfície. 
 
v Na prática, porém, ocorre que nos sistemas de cultivo disperso também aparece uma capa sobre 
a superfície do recipiente, e no cultivo imobilizado existe um certo numero de microrganismos 
dispersos no meio de cultivo. 
Fermentadores 
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Qualquer processo fermentativo divide-se em uma etapa puramente fermentativa e outra de 
recuperação do(s) produto(s), conforme o esquema abaixo: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Esterilizador 
 
 
 
 Refrigeração 
 
 
 
 
 
 
 
 Com ou sem ruptura celular 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Formulação 
 
 
 
 
 
 
Armazena,mento de 
Matérias-primas 
Inóculo 
Volume: 1 a 2 litros 
Preparação de 
Meios 
Fermentador 
de produção 
Tanque de 
Semeadura 
(pé-de-cuba) 
Separação de 
células 
Etapas de 
Recuperação do 
Produto 
Envasamento e 
Armazenamento 
PRODUTO 
Tratamento de 
Efluentes 
Utilização de 
Subprodutos 
- água 
- ar 
- vapor 
Água do 
Processo 
Ar Estéril Vapor Energia Inóculo 
Preparado 
1:10 
Esterilização na indústria fermentativa 
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ESTERILIZAÇÃO DE EQUIPAMENTO, MEIOS DE CULTURA E AR 
 
Introdução 
 A esterilização implica a destruição, inativação ou remoção de toda forma de vida 
microbiana. Isso quer dizer que a esterilização provoca nos microrganismos uma perda irreversivel 
da capacidade de reprodução no ambiente considerado. Não implica, entretanto, a inativação total 
das enzimas celulares, toxinas, etc. 
 Antes de entrarmos na discussão dos métodos, é conveniente fazermos algumas 
considerações em torno dos mecanismos de esterilização e das características das populações 
microbianas. 
 O mecanismo letal varia conforme o processo de esterilização empregado. O efeito final, 
entretanto, é o mesmo. Deve ocorrer a destruição e/ou inativação da(s) enzimaas) envolvida(s) em 
processos vitais para o microrganismo. Teoricamente, basta que o agente esterilizante bloqueie uma 
reação enzimática essencial ou destrua uma molécula vital. Na prática, entretanto, agentes com ação 
tão especifica não encontram aplicação como esterilizantes, por vários motivos: A heterogeneidade 
da população microbiana; a possibilidade da existência de microrganismos com capacidade de 
utilizar outras “rotas metabólicas” para vencer o bloqueio estabelecido; a dificuldade do agente em 
atingir um alvo muito específico; etc., podem ser mencionados como fatores que justificam a 
utilização de agentes capazes de atingir o microrganismo de um modo mais grosseiro e inespecífico. 
Principalmente no caso da esterilização de equipamentos industriais, procura-se utilizar processos 
capazes de danificar generalizadamente a célula, em vez de se procurar um ponto específico de sua 
estrutura metabólica. 
 Outra consideração importante, no caso da esterilização de equipamentos, é a cessação do 
efeito esterilizante no final do processo de esterilização. Em outras palavras, o agente ou condição 
esterilizante deve atuar eficientemente durante o processo de esterilização. Terminada a 
esterilização, não deve haver ação residual. No caso de fermentação industrial, por exemplo, uma 
possível ação residual pode ser tão ou mais prejudicial que a presença de certos contaminantes. 
Essas considerações ajudam a apontar os processos físicos como os métodos de escolha na 
esterilização de equipamentos. 
MÉTODOS DE ESTERILIZAÇÃO 
Físicos Químicos 
Calor: 
- Seco: Flambagem ; ar quente 
- Úmido: vapor fluente, vapor sob pressão; 
tindalização. 
Radiação: 
- Ultravioleta 
- Ionizantes (RX e ã) 
Filtração : Membranas 
Líquidos, Gases e vapores 
Esterilizantes gasosos: Óxido de etileno (mais 
eficiente que os demais; utilizado em câmaras 
de esterilização) 
Formaldeído – mais comum 
â-propiolactona- carcinogência 
Ácido peracético 
 
Esterilização na indústria fermentativa 
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 A escolha do método depende das características dos produtos a serem esterilizado e do custo 
do processo. 
 Quando se usa agentes químicos: tempo de contato 
 Quando se usa calor: tempo e a temperatura de contato 
OBS.: O vapor direto acarreta um aumento no volume do mosto 
 
MECANISMOS DE ESTERILIZACÃO 
 Se bem que os métodos usuais de esterilização tenham uma ação generalizada sobre a célula, 
o mecanismo pelo qual isso é conseguido varia conforme o agente empregado. No caso do calor, 
sabe-se, desde os tempos deKoch, que o mecanismo de destruição dos microrganismos pelo calor 
seco não é o mesmo que ocorre quando se utiliza vapor. 
 Exceto em casos em que haja uma destruição física do microrganismo, como é o caso da 
flambagem do equipamento a ser esterilizado, o mecanismo de esterilização não está bem elucidado. 
Em alguns casos, a ruptura da parede celular e a vacuolização da célula são aparentes e poderiam ser 
interpretadas como oriundas da atuação de forças osmóticas. 
 A adsorção de corantes pelas células, a incapacidade de reprodução e, no caso de 
microrganismos móveis e a perda da motilidade, são características que auxiliam na constatação da 
perda de viabilidade de células individuais. 
 Enquanto que a inativação pelo calor seco é, essencialmente, um processo oxidativo, o uso de 
vapor causa uma coagulação das proteínas celulares com prejuízo para a organização estrutural do 
microrganismo, afetando a sua competência fisiológica. 
 
TABELA 1 - Efeito da temperatura sobre o tempo necessário para destruir esporos bacterianos de 
fermentação simples em meio com concentração inicial de 1,6 x 105 esporos/mL 
TEMPERATURA (ºC) TEMPO (minutos) 
100 1200 
105 600 
110 190 
115 7 
120 19 
125 7 
130 3 
135 1 
 
 Tempo de esterilização corresponde ao tempo em que o material foi submetido aquela 
temperatura específica e não ao tempo total do processo, que deve incluir o tempo de aquecimento e 
resfriamento. 
 
DESNATURAÇÃO DE PROTEÍNAS 
 Além das estruturas primária, secundária e terciária, as moléculas de proteína podem ser 
constituídas por mais de uma cadeia de polipeptídios. A conformação estrutural da molécula protéica 
Esterilização na indústria fermentativa 
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é estabilizada por ligações covalentes e não-covalentes. Essas ligações reduzem a flexibilidade das 
cadeias polipeptídicas, garantindo sua disposição de uma forma ordenada, compacta e, 
conseqüentemente, de baixa entropia, em vez de uma associação ao acaso. Entre as ligações 
covalentes, o tipo de ocorrência mais geral é a ligação dissulfeto As ligações não-covalentes podem 
ser pontes de hidrogênio, ligações hidrofóbicas e iônicas. As ligações hidrofóbicas são as que mais 
contribuem para a estabilização da estrutura protéica, pois de um modo geral, 40% dos resíduos de 
aminoácidos de uma proteína possuem ramificações não-polares. 
 Uma alteração estrutural da molécula de proteína é, normalmente, acompanhada de uma 
perda de atividade biológica, pois a ação de enzimas pode ser explicada por uma perturbação 
conformacional especifica induzida pelo substrato no centro ativo da enzima. 
 Considerando-se que as células de microrganismos podem conter, normalmente, de 40 a 60% 
de seu peso seco em proteínas, e considerando-se, ainda, as funções metabólicas e/ou estruturais 
desempenhadas por essas proteínas na célula microbiana, pode-se perceber, com facilidade, o efeito 
que agentes ou condições capazes de desorganizar estruturalmente as proteínas poderão exercer 
sobre a célula. 
 
ALTERAÇÃO DNA 
 Se, de um lado, agentes que atuam sobre as proteínas são capazes de comprometer 
diretamente a competência fisiológica, agentes capazes de causar alterações no material genético do 
microrganismo podem provocar o aparecimento de mutações letais. Donde a possibilidade de se 
utilizarem, na esterilização, substâncias ou condições que apresentem maior afinidade pelo ácido 
desoxirribonucléico (DNA). 
 
- Agentes químicos como propionolactona, ácido nitroso, etc., agem sobre o material genético das 
células, causando alterações que terão conseqüências sobre as características fisiológicas do 
microrganismo. 
- Radiações – Fazendo-se incidir uma radiação sobre microrganismos, os componentes celulares 
poderão absorver energia radiante. O efeito letal das radiações é uma demonstração da presença, na 
célula viva, de moléculas capazes de absorvera energia radiante. Proteínas e ácidos nucléicos, 
constituintes essenciais da matéria viva possuem estruturas que absorvem principalmente luz 
ultravioleta. As alterações fotoquímicas que ocorrem, em virtude da absorção de luz ultravioleta, são 
muito prejudiciais ás células. 
 
POPULAÇÃO MICROBIANA 
 Ao tratar de esterilização, temos de levar em conta, também, as características dos 
microrganismos contaminantes do equipamento a esterilizar. No caso de existirem no equipamento 
apenas formas vegetativas de microrganismos, e se o meio em que se encontram for um meio que 
não as abrigue e proteja da ação do agente esterilizante, e mais ainda, se pudermos estar certos de 
que o agente esterilizante será capaz de atuar sobre as células microbianas em condições favoráveis e 
por tempo suficiente, então o problema de esterilização será relativamente simples. 
 
Esterilização na indústria fermentativa 
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FIGURA 1 - Esterilização de um meio de cultura em autoclave a 121 ºC por 20 minutos. O tempo 
total de esterilização é 100 minutos. 
 
ESTERILIZAÇÃO POR AGENTES FÍSICOS 
 
CALOR SECO 
Ø calor seco mata os microrganismos por oxidação dos componentes celulares. O ar seco não é um 
bom condutor de calor e sua ação não é tão enérgica quanto a do vapor. Por esse motivo é necessário 
uma temperatura e tempo maiores de esterilização. 
Ø o emprego do calor seco ou ar quente, é recomendado quando o contato direto ou completo do 
vapor sobre pressão com o material é indesejável ou improvável, que é o caso de vidraria, óleos, pós 
e substâncias similares. 
 A esterilização pelo calor seco consiste em submeter o equipamento a ser esterilizado a uma 
temperatura tal que, durante o período de aquecimento, haja inativação dos microrganismos 
presentes. 
 A maior resistência demonstrada por microrganismos ao calor seco parece depender de um 
endurecimento da camada mais externa da célula por meio de coagulação das protemas, dificultando 
a penetração do calor no interior da célula propriamente dita e ulterior coagulação das proteínas 
plasmáticas. Devido à muito menor capacidade de penetração do calor seco, é necessário aquecer o 
equipamento a ser esterilizado a temperaturas mais altas por tempo mais prolongado, o que torna 
esse método inadequado quando materiais como papel, algodão, plásticos, etc., estão presentes. 
 Populações homogêneas de esporos apresentam uma relação linear de inativação com relação 
ao tempo de exposição a 125 ºC. A não-linearidade que ocorre com populações naturais, pode ser 
atribuída a uma heterogeneidade da população. As relações não-lineares obtidas com populações 
naturais podem ser reproduzidas por misturas adequadas de esporos com resistências térmicas 
diferentes, isolados daquelas mesmas populações. Aliás, essa heterogeneidade das populações 
Esterilização na indústria fermentativa 
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naturais pode ser devida não só à presença de esporos de espécies diferentes como também a 
diferentes graus de resistência térmica entre esporos de uma mesma espécie. 
 A temperatura empregada tem sido 125 ºC e é comum cotar-se a resistência térmica de um 
microrganismo em relação ao D125. A desorganização molecular que ocorre nas células, devido à 
exposição a temperaturas elevadas, pode se dar dos seguintes modos: 
a) ativação direta das moléculas pela energia térmica, com alteração conformacional por quebra de 
ligações intramoleculares e intervenção subseqüente de outras moléculas; 
b) reação de moléculas complexas com oxigênio, água ou vapor de água (no caso de esterilização 
pelo calor úmido). 
 A exigência básica da esterilização pelo calor seco é que todo o material seja sujeito à 
temperatura esterilizante. As únicas causas possíveis de fracasso na esterilização são o controle 
defeituosoda temperatura; a não penetração do calor; e a presença de microrganismos com 
resistência térmica superior á esperada. 
 
CALOR ÚMIDO 
Ø calor úmido mata os microrganismos por desnaturação protéica, ou seja: pela coagulação das 
proteínas e enzimas celulares, e também a fusão dos lipídeos da membrana celular; 
Ø quanto maior a temperatura menor o tempo necessário; 
Ø Para destruir esporos temos que submeter este vapor de água a uma pressão positiva para 
alcançarmos as temperaturas de trabalho; 
 Sempre que possível usa-se vapor para a esterilização, pelo seu alto conteúdo de calor por 
unidade de peso ou de volume; porque cede facilmente calor a uma temperatura constante e 
controlável; por ser de fácil produção e distribuição; e porque, mesmo sendo de aquecimento rápido, 
a velocidade de aquecimento e a temperatura final do equipamento podem ser controladas. 
 TABELA 2 - Relação entre a pressão de vapor de água em diferentes pressões 
Pressão de vapor da água (atm) Temperatura 
0 100,0 
0,34 109,0 
0,68 115,0 
1,00 121,0 
1,36 126,5 
 
Obs.: 
- Para assegurar a temperatura pela pressão de trabalho precisamos ter certeza de que todo o ar foi 
expulso, primeiro porque o ar não é bom condutor de calor, logo o calor não penetra no material a 
ser esterilizado. Segundo a temperatura do ar aquecido a uma pressão é inferior a temperatura do 
vapor aquecido a mesma pressão. 
Causas da inativação térmica de bactérias pelo calor úmido 
 Os mecanismos propostos para explicar a influência letal do calor úmido sobre as bactérias 
são: (a) coagulação de proteínas; (b) inativação de enzimas; (c) desorganização dos lipídeos 
celulares; (d) desorganização do aparelho genético; (e) ruptura do RNA. 
Esterilização na indústria fermentativa 
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 A morte das células expostas ao calor é exponencial. A base bioquímica desse fenômeno é 
difícil de ser explicada em termos de acontecimentos específicos na célula. O calor úmido age sobre 
vários componentes celulares e, na célula, pode-se observar uma série de efeitos. 
 
Inativação térmica dos esporos 
 Os esporos são dotados de uma camada interna de mucopeptídeo recoberta por uma capa 
protéica rica em cisteína. As seguintes teorias tentam explicar a termorresistência dos esporos: 
impermeabilidade do esporo; enzimas em formas inativas estabilizadas; desidratação do material 
protéico, com estabilização conseqüente da maior interaproximação dos radicais hidrofóbicos e 
imobilização iônica. 
 A inativação dos esporos em presença de vapor de água deve-se à atividade da água e não 
propriamente ao calor latente do vapor. Esse fato mostra que os altos coeficientes de temperatura, 
característicos da inativação térmica de esporos. só podem ser devidos a processos de coagulação de 
proteínas 
 
ESTERILIZAÇÃO DE EQUIPAMENTOS POR RADIAÇÕES UV E IONIZANTES 
 Os princípios básicos da utilização da radiação UV são a redução de microrganismos 
presentes no ar e a destruição de células depositadas na superfície do equipamento e expostas à 
radiação. A radiação UV tem sido empregada como agente auxiliar para diminuir os níveis de 
contaminação. 
 A ação de radiações ionizantes (raios gama) sobre os microrganismos se manifesta como um 
uma inibição do poder de multiplicação dos mesmos. 
 
ESTERILIZAÇÃO DE EQUIPAMENTOS POR AGENTES QUÍMICOS 
 Apresenta a vantagem de ser feita a temperatura inferior a 50ºC. Os fatores que influenciam 
na eficiência da esterilização são: tempo de contato, temperatura, pH, matéria orgânica, estabilidade 
ao oxigênio umidade, etc. detergentes, líquidos (ácidos e álcalis, glutaraldeído, formaldeído, iodófors, 
ácido peracético) Gases e vapores (ozônio, brometo de metila, formaldeído, â-propionolactona, óxido 
de etileno, ácido peracético) 
 
ESTERILIZAÇÃO DO MEIO DE CULTURA 
 De acordo com um conceito bem amplo, a esterilização de um meio é a operação que tem por 
finalidade remover ou destruir todas as formas de vida, animal ou vegetal, macro ou microscópicas, 
saprófita ou não, existentes no meio considerado. 
 O grau de esterilização dos meios de fermentação varia conforme o processo a que se destina. 
Algumas vezes é totalmente dispensável (fermentação láctica de hortaliças e polvilho; tratamento 
biológicos de resíduos); realizada de forma incipiente (fermentação alcoólica; produção de leveduras 
para panificação; fermentação acética do vinagre); realizada com alto grau de exigência (produção de 
antibióticos, enzimas, vitaminas, acetona, butanol). Em ensaios laboratoriais sempre é necessário 
(devido ao uso de culturas puras) 
· Em plantas industriais o calor úmido é a principal forma de se efetuar a esterilização. Pode 
Esterilização na indústria fermentativa 
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ser feita nos próprios recipientes destinados a fermentação (processo descontínuo) ou em separado 
(processo contínuo) 
 
Ø ESTERILIZAÇÃO EM BATELADA: 
· Vários meios de cultura são esterilizados no fermentador a 121 ºC (para destruir esporos), o 
tempo é calculado em função dos constituintes do mosto(pH, material em suspensão, etc) e do 
tamanho do fermentador. 
· Esterilizar ás válvulas e eletrodos e outros equipamentos que entram em contato direto com o 
fermentador 
· Método indireto - injetar vapor no fermentador através de camisa ou da serpentina; 
· Método direto - injetar vapor direto na solução nutriente, assim o vapor deve estar livre de aditivos 
químicos 
OBS.: O vapor gerado pela indústria normalmente contém substâncias potencialmente tóxicas aos 
microrganismos, derivadas de anticorrosivos utilizados no processo de geração de vapor. Com 
injeção direta de vapor no meio de cultura o volume deste aumentará, pois uma parte do vapor se 
condensa aumentando o volume do líquido dentro do fermentados. 
Vantagem 
a) tem a vantagem de esterilizar o fermentador e o meio simultaneamente, evitando perigos de 
contaminações; 
Desvantagem 
a) Manutenção de temperaturas altas por períodos longos, favorecendo possíveis alterações no meio; 
b) Consumo elevado de vapor e água de resfriamento; 
c) Problemas de corrosão pelo contato do equipamento com o meio aquecido. 
d) Elevado tempo ocioso do equipamento; 
e) interações químicas com nutrientes 
 
Ø ESTERILIZAÇÃO CONTINUA 
· As principais desvantagens apresentas podem ser evitadas pela esterilização contínua; melhor 
controle de temperatura; temperaturas mais elevadas diminui o tempo da operação; Fornece meio 
esterilizados para fermentadores de vários tamanhos 
· Etapa preliminar obrigatória nos processos fermentativos contínuos, também tem valor nos 
processos em batelada, pois diminui o tempo de esterilização e a área física necessária para o 
processo, devido a relação exponencial entre taxa de morte e temperatura tomando bem menor o 
tempo necessário para a destruição de todos os microrganismos quando temperaturas maiores são 
utilizadas; 
· Na esterilização em batelada são necessários 30 a 60 minutos a 121 ºC, a esterilização contínua 
normalmente é realizada em 30 a 120 segundos a 140 ºC; 
· Meio de cultura torna-se diluído pois a condensação do vapor aumenta o volume do líquido, 
para resolver este problema o meio aquecido é bombeado através de uma válvula de expansão e o 
condensado é removido por uma bomba de vácuo até que o meio de cultura fique com a mesma 
concentração de antes da esterilização. 
Esterilização na indústria fermentativa 
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· Pode se feita pela injeção direta de vapor ou por meio de trocadores de calor. 
· Em certos casos a pasteurização já pé suficiente para eliminar grande parte do flora microbiana. 
É uma operação rápida utilizando temperaturas próximas de 100 ºC seguida de resfriamento.Em 
meio ácidos equivale a uma esterilização 
· Para pequenas quantidade de meio pode-se lançar mão da tindalização. 
 
FIGURA 2 - Esquema de esterilização contínua do meio de cultura em trocadores de calor 
 
DESTRUIÇÃO DE NUTRIENTES 
 A esterilização do meio pelo calor acarreta alterações na sua composição química. A 
experiência mostra que, quanto mais elevada for a temperatura de esterilização de um dado meio, 
menor será a destruição de nutrientes e, conseqüentemente, melhores serão os resultados da 
fermentação posterior. Esta menor destruição de nutrientes é uma conseqüência de fato – observada 
experimentalmente – de ser a energia de ativação de destruição térmica dos microrganismos maior 
do que a de destruição térmica dos nutrientes. Essa afirmativa é de importância prática, tanto na 
esterilização de meios de fermentação como na esterilização de alimentos. 
 
ESTERILIZAÇÃO DO AR 
As fermentações aeróbias, com o microrganismo em suspensão, constituem os processos 
fermentativos de maior importância industrial atualmente. Em tais fermentações a quantidade de ar 
introduzida no sistema é grande e é perfeitamente aceitável, que haja grande preocupação quanto a 
esterilização do ar a ser admitido nos fermentadores. Tais cuidados devem ser tomados 
principalmente nas horas iniciais da fermentação. 
- A maior parte dos processos fermentativos é conduzido com agitação vigorosa, e o ar fornecido 
ao fermentador deve ser estéril. 
- O número de partículas e microrganismos depende da localização da indústria, do movimento do 
ar e do tratamento prévio que o ar foi submetido. 
 
 
Esterilização na indústria fermentativa 
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MÉTODOS PARA ESTERILIZAÇÃO DO AR 
 
Calor seco - normalmente antieconômica ou de difícil realização; 
Radiações – Apenas as radiações UV poderiam ter aplicação prática, porém pouco usada devido ao 
grande tempo de exposição. Pode ser usada em pequenas instalações (laboratórios, pesquisa). Atua 
mais como desinfetante. 
Filtração –É sem dúvida o processo mais importante por ser o de maior aplicação na industria. 
Filtros feitos de lã de vidro, acetato de celulose, etc 
Os filtros pode ser de dois tipos principais: 
Filtros que apresentam poros - retenção mecânica dos microrganismos (cartuchos de membranas de 
ésteres de celulose, nylon); 
Filtros de camadas de material fibroso (lã-de-vidro, ) - Atua na combinação de vários efeitos 
físicos: inércia, bloqueio, difusão, separação por gravidade e atração eletrostática. 
 
 
 
Metabolismo e cinética de crescimento microbiano 
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CRESCIMENTO CELULAR 
 
O crescimento dos microrganismos é uma parte integral de quase todos os processos de 
fermentação. Sabe-se que as bactérias se reproduzem por divisão binária, produzindo duas células de 
mesmo tamanho, entretanto a reprodução de muitas leveduras se dá por gemação;os mofos crescem 
por extensão das hifas e a morfologia de seu micélio pode variar em função do meio ambiente. 
quando um fungo cresce na superfície de um meio sólido produz uma rede miceliana , cuja natureza 
reflete a natureza do meio. Nos cultivos submersos, as células fúngicas podem crescer unidas a 
partículas de nutrientes suspensas na forma de micélio filamentoso difuso ou como massa densa. A 
morfologia e crescimento influem na velocidade de crescimento e na formação de produtos 
Quando um microrganismo é inoculado em um meio de volume e composição conhecidos, o 
cultivo passa por uma série de fases, como se pode observar na figura 1. Depois da inoculação, 
existe uma fase de latência, em que o microrganismo se adapta as condições do meio. Após um certo 
período de tempo em que a velocidade de crescimento das células aumenta gradualmente, as células 
crescem a uma velocidade constante máxima ; esta fase se denomina exponencial ou logarítmica. À 
medida que o crescimento continua, os nutrientes se vão esgotando e os produtos vão sendo 
excretados pelo organismo, a velocidade de crescimento diminui e finalmente o crescimento cessa, 
devido freqüentemente ao esgotamento de um nutriente ou pelo acumulo de algum produto tóxico; 
esta fase se denomina estacionária. 
 
FIGURA 3 – Crescimento de um microorganismo em um cultivo desontínuo 
 
 
FATORES QUE INFLUEM NA VELOCIDADE DE CRESCIMENTO 
 A velocidade de crescimento varia com o tipo de célula microbiana e também em função das 
condições físico-químicas do meio ambiente. Em geral, o tempo para que se duplique a biomassa 
aumenta com a complexidade do microrganismo, de forma que os tempos de duplicação médio para 
as células animais e vegetal são substancialmente maiores que os de mofos e leveduras, que por sua 
vez são maiores que das bactérias. 
Metabolismo e cinética de crescimento microbiano 
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 O crescimento celular varia com a temperatura. A maioria dos microrganismos cresce entre 
25 e 35 ºC. Dentro deste espaço o crescimento aumenta com o aumento da temperatura até um valor 
máximo, acima do qual a velocidade cai rapidamente devido ao incremento da taxa de morte 
microbiana. 
O pH influi no crescimento da mesma forma que na atividade enzimática. A maioria dos 
microrganismos cresce em uma escala de pH variando de 3 a 4. 
A velocidade de crescimento da célula microbiana depende da atividade de água (Aw) e da 
umidade relativa. As bactérias necessitam uma Aw �0,95 enquanto os mofos podem crescer em 
valores de atividade de água menores, de até 0,7 como mínimas. 
 Como em qualquer reação química, a velocidade de crescimento depende da concentração de 
nutrientes químicos, e pode ser descrita pela equação de Monod. Os valores típicos de Ks para as 
diversas fontes de carbono estão compreendidos entre 1 e 10 mg/dm3 . As células podem crescer a 
velocidades próxima as ìmax quando a fonte de carbono limitante é maior que 10 Ks ou 10 a 100 
mg/dm3. As concentrações de carboidratos elevadas podem inibir o crescimento devido ao efeito 
osmótico que tem uma influencia maior sobre as bactérias do que sobre os mofos 
Foi comprovado que a quantidade de massa celular total, formada durante o crescimento 
celular, é freqüentemente proporcional a quantidade de substrato utilizado. 
 
 Biomassa produzida (g) 
ãx/s = ------------------------------ ãx/s =coeficiente de rendimento de biomassa 
 Substrato consumido (g) 
 
 
METABOLISMO MICROBIANO 
O crescimento microbiano depende da capacidade da célula para utilizar os nutrientes de 
meio ambiente e sintetizar os compostos macromoleculares das estruturas celulares e também os 
principais compostos de baixo peso molecular, necessário para a atividade celular. O metabolismo 
intermediário inclui as reações que transformam os compostos de carbono e nitrogênio que entram 
na célula em novo material celular ou em produtos que são excretados. A síntese desses compostos 
necessita energia e a maioria das células utilizada nas fermentações, são heterotróficas e obtém sua 
energia a partir da quebra de compostos orgânicos. Nos processos respiratórios ou aeróbios, os 
microrganismos são capazes de oxidar completamente alguns dos substratos a CO2 e H2O, obtendo o 
máximo de energia para a conversão dos substratos remanescentes em nova massa celular. No 
metabolismo fermentativo ou anaeróbio, as células são menos eficazes para converter os substratos 
orgânicos em material celular e usualmente excretam intermediários degradados parcialmente. 
O crescimento de urna cultura microbiana pode ser dividido em fases ou estágios. Após a 
inoculação de uma cultura em um meio nutriente existe um período durante o qual o crescimento 
parece não ocorrer; este período refere-se à fase lag e pode ser considerado como uma fase de 
adaptação. Seguindoum período durante o qual a taxa de crescimento das células aumenta 
gradualmente, as células crescem a uma taxa constante, este período é conhecido como fase 
exponencial. Quando o crescimento diminui ou cessa e as células entram fase estacionária. Após um 
Metabolismo e cinética de crescimento microbiano 
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longo período de tempo o número de células viáveis decresce e a cultura entra na fase de morte ou 
declínio. Tanto quanto esta cinética de crescimento, o comportamento de uma cultura pode ser 
descrito de acordo com os produtos, os quais são gerados durante os estágios da curva de 
crescimento. 
Quando um microrganismo é inoculado em um meio rico em nutrientes, a velocidade da 
divisão celular, e portanto a produção de biomassa, varia de acordo com uma seqüência 
característica. A fase lag pode virtualmente ser eliminada aumentando o tamanho do inóculo e 
otimizando as condições físicas dentro do fermentador. Em um processo industrial a duração da 
fermentação contribui pra o custo do produto, logo uma fase lag mínima é aconselhável. 
 
 
FIGURA 4. Curva de crescimento de biomassa e consumo de glicose em um cultivo em batelada. 
 
Quando um microrganismo cresce em um ambiente no qual todos os seus nutrientes 
essenciais estão em excesso, esses nutrientes se transformam em produtos finais do metabolismo 
energético, em calor, ou em compostos requeridos para a reprodução de novas células. Durante a 
fase exponencial de crescimento a divisão celular ou velocidade de aumento da biomassa chega a ser 
máxima e os produtos gerados são essencialmente para o crescimento das células e incluem: 
aminoácidos, nucleotídeos, proteínas, ácidos nucléicos, lipídios, carboidratos, etc. Estes produtos são 
conhecidos como os primeiros produtos do metabolismo ou METABOLITOS PRIMÁRIOS e a 
fase a qual eles são produzidos (fase log ou exponencial) como trofofase. Também se inclui nesta 
categoria a biomassa celular que pode ser considerada como o metabólito mais primário. 
Muitos produtos do metabolismo primário são considerados economicamente importantes e 
são produzidos por fermentação. 
Durante a desaceleração e na fase estacionária, algumas culturas microbianas sintetizam 
compostos os quais não são produzidos durante a trofofase e os quais parecem não ter nenhuma 
função óbvia no metabolismo celular. A estes compostos nos referimos como METABÔLITOS 
SECUNDÁRIOS e a fase na qual eles são produzidos (equivalente à fase estacionária) como 
idiofase. É importante salientar que os metabólitos secundários ocorrem em cultivos contínuos a 
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baixas taxas de crescimento sendo uma propriedade destas, baixas taxas de crescimento, e também, 
da fase onde não tem crescimento celular. 
 
TABELA 3. Produtos do metabolismo primário microbiano e sua significância comercial. 
Metabolismo Primário Significância Comercial 
Etanol Ingrediente ativo em bebidas alcoólicas, usado como combustível em 
motores quando misturado ao petróleo 
Ácido Cítrico Vários usos na indústria alimentar 
Ácido glutâmico Intensificador de Flavor 
Lisina Suplemento alimentar 
Nucleotídeos Intensificador de Flavor 
Fenilalanina Precursor do Aspartame - Adoçante 
Polissacarídeos Aplicação na indústria alimentar 
Vitaminas Suplementa Alimentar 
Fonte: Stanbury, Whitaker & Hall in Principles of Fermentation Technology. 1995. 
 
Os metabólitos secundários são compostos que não são necessários para a biossíntese celular, 
não tendo um papel direto no metabolismo energético. A biossíntese destes compostos está 
intimamente ligada com o metabolismo primário das células que os produzem, já que normalmente 
seus precursores são metabólitos primários ou modificados, como ácidos orgânicos, aminoácidos, 
derivados de açúcares e bases nitrogenadas. Um conceito apropriado para os metabólitos secundários 
é “são os compostos não essenciais para o crescimento exponencial” (Wiseman, A.) 
Os metabólitos secundários mais importantes do ponto de vista comercial são os antibióticos, 
entre eles a Penicilina, cuja produção anual chega a 10.000 ton/ano. As toxinas e os alcalóides 
representam o resto dos metabólitos secundários de importância industrial. 
Quando se observa que microrganismos crescem a taxas relativamente baixas de crescimento 
no seu meio ambiente natural, isto sugere indicio de que é a idiofase que prevalece sobre a trofofase, 
a qual pode ser mais uma das propriedades da cultura de microrganismos. 
 
METABOLISMO ENERGÉTICO 
A energia necessária aos microrganismos pode ser fornecida pela luz (organismos 
fototróficos), ou pela oxidação de substâncias químicas (organismos quimiorganotróficos). Nos dois 
casos a energia vai ser estocada pela forma de energia de ligação química, biologicamente utilizável. 
Trata-se essencialmente da ligação anidridofosfórica do trifosfato de adenosina (ATP), formada pela 
fosforilação do difosfato de adenosina (ADP). 
 
ORGANISMOS QUIMIORGANOTRÓFICOS 
A maioria das bactérias, leveduras e mofos são incapazes de efetuar a fotossíntese, utilizam a 
energia liberada no decorrer das reações químicas de oxidação. São chamadas quimiorganotróficas. 
As reações de oxidação podem ser efetuadas de vários modos: 
 
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- Perda de elétron: 
Fe++ Fe+++ + e- + energia 
 
- Desidrogenação: 
R-CH2OH R-CHO + 2H+ + 2e- + energia 
 
- Hidratação-desidrogenação: 
R-CHO + H2O R-COOH + 2H+ 2e- + Energia 
 
- Descarboxilação-desidrogenação: 
R-CO-COOH + H20 R-COOH + CO2 + 2H+ + 2e- + Energia 
 
Em todos os casos há perda de elétrons freqüentemente acoplada a uma perda de prótons. 
Estes elétrons e prótons, após transferência mais ou menos longa, feita por intermédio de uma cadeia 
de oxiredução, vão reduzir um aceptor final. Os microrganismos quimiorganotróficos tiram sua 
energia da oxidação de substâncias orgânicas elaboradas, as quais devem obrigatoriamente 
encontrar-se no meio, logo, trata-se de microrganismos heterotróficos. A grande maioria dos 
microrganismos que intervém na biotecnologia faz parte deste grupo. 
 
ACEPTOR FINAL DE ELÉTRONS 
O sistema de transporte de elétrons é mais ou menos complexo e recorre as enzimas 
(desidrogenases, citocromos redutases, etc.) e co-enzimas (FAD, NAD, NADP, citocromos, etc.) que 
são intermediários aceptores de elétrons (e de prótons); trata-se de um seguimento de reações 
acopladas com oxiredução. No final desta cadeia, elétrons (e prótons) servem para reduzir um 
aceptor final que pode ser de diversas naturezas: Oxigênio molecular, composto mineral oxidado ou 
composto intermediário do metabolismo. Existe, também, um mecanismo de eliminação de elétrons 
e prótons próprio de numerosas bactérias anaeróbias, sob a forma de hidrogênio, devido a 
hidrogenase. 
Se o substrato for completamente oxidado, diz-se que há respiração (fala-se às vezes, de via 
oxidativa). Se o substrato for parcialmente oxidado e, por isso, incompletamente degradado, o que 
acarreta a formação de metabólitos, diz-se que há fermentação. A fermentação traz geralmente o 
nome da(s) substância(s) produzida(s) ou da mais abundante se a produção for complexa. 
 
RESPIRAÇÃO AERÓBIA 
Existem vários mecanismos de respiração aeróbia. O fato comum entre eles é que o aceptor 
final de prótons é o oxigênio do ar e não podem intervir senão quando os microrganismos são 
cultivados em condições de aerobiose. Para cada par de prótons transformados em água, há formação 
de 3 moléculas de ATP, podendo às vezes haver uma oxidação direta. Esta via leva a formação de 
peróxido de hidrogênio (H202) que é tóxico para