Apostila Fermentações

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO RIO DE JANEIRO
INSTITUTO DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA DE ALIMENTOS
IT 213 - TECNOLOGIA DAS FERMENTAÇÕES INDUSTRIAIS
Apostila Teórica
Índice
Introdução a Microbiologia industrial							3
Elementos de Microbiologia								5
Organismos uni e multicelulares						5
Características dos principais grupos de microrganismos		6
Classificação genérica dos microrganismos				14
Microrganismos de importância industrial					17
Bactérias									17
Fungos									21
Vírus										23
Fatores que influenciam na multiplicação microbiana				23
Curva de multiplicação de crescimento					23
Fatores que intrínsecos e extrínsecos						25
Introdução a Microbiologia industrial 1
Há milhares de anos, o homem faz uso da microbiologia aplicada, mesmo sem ter consciência da existência dos microrganismos. A fermentação do pão, vinho, cerveja, leites fermentados, queijos, transcende de muito a era cristã.
O conhecimento da atividade dos microrganismos na conversão de determinadas substâncias em outras e da possibilidade do uso de grande variedade de substratos para obter vários produtos é relativamente recente. Desse conhecimento, adveio a utilização deliberada dos microrganismos para a produção de substâncias específicas, fazendo surgir diversas indústrias.
A fermentação industrial é a exploração racional da potencialidade dos microrganismos, adaptáveis a várias condições ambientais e capazes de produzir um número elevado de diferentes produtos, cuja aplicação prática amplia-se dia a dia. Há meio século, a exploração econômica da fermentação restringia-se quase unicamente à produção de bebidas alcoólicas e de álcool retificado. Hoje, áreas mais amplas, sendo empregada na estabilização de detritos orgânicos, na obtenção de alimentos fermentados, proteínas, graxas, vitaminas, hormônios e antibióticos. No Brasil, a fermentação alcoólica alcança todas as latitudes e longitudes. A produção de antibióticos é elevada, e desenvolve-se a produção de vitaminas.
A obtenção dos ácidos orgânicos constitui uma importante aplicação da atividade dos microrganismos, destacando-se as indústrias de ácido acético e cítrico. Há perspectivas para a produção em escala elevada de ácido dibásicos, empregados na obtenção de poliésteres, usados em indústrias de plásticos e tintas.
Os polissacarídeos, do largo emprego farmacológico, ou o uso de microrganismos como supridores de proteínas e lipídeos, constituem outro assunto de destaque na tecnologia das fermentações.
Os microrganismos, de organização relativamente simples, têm um grande poder de multiplicação e são adaptáveis a variadas situações nutricionais, modificando seu metabolismo com a carência ou com o fornecimento de nutrientes do meio. Isso permite uma ampla flexibilidade em sua utilização, podendo-se dizer, talvez, que é possível induzir os microrganismos a produzirem qualquer substância que se deseje.
Algumas substâncias que eles produzem, das mais simples, como solventes e etanol, hoje, pelo desenvolvimento das técnicas químicas, podem, eventualmente, ser preparadas de forma mais econômica por processos sintéticos. Entretanto o mesmo não se pode dizer de substâncias complexas como os antibióticos e as enzimas, em cuja obtenção não se pode prescindir dos microrganismos.
Até há pouco tempo, todo o esforço no sentido de se obterem metabólitos resumia-se na atividade dos microrganismos sobre substratos estáticos ou em volume estacionário, ainda que sob condições de aeração e agitação. Nas últimas décadas, desenvolveram-se técnicas de fermentação com fluxo contínuo de substrato que exigem conhecimentos mais profundos do metabolismo microbiano e técnicas de controle processual muito mais auradas e, por vezes, sofisticadas. Longe de ser um defeito, esse fato provoca o desenvolvimento da pesquisa e da tecnologia dos processos que envolvem transformações por microrganismos.
Urgel de Almeida Lima
1 (Trecho retirado do livro Tecnologia das Fermentações; Lima & Aquaroni & Borzani; vololume 1; Introdução (Lima, U. A.); série Biotecnologia; Editora Edgard Blücher Ltda.; 5ª reimpressão, 1992)
Elementos de Microbiologia​​​ 2
Organismos uni e multicelulares						
Características dos principais grupos de microrganismos		
Classificação genérica dos microrganismos				
Microrganismos de importância industrial					
Bactérias									
Fungos									
Vírus										
Fatores que influenciam na multiplicação microbiana
Antes do estudo propriamente dito da multiplicação microbiana, faz-se necessário uma análise prévia de fatores que o influem.
Fatores que intrínsecos e extrínsecos2
Curva de multiplicação de crescimento
	
Estando cientes das propriedades dos microrganismos e das condições existentes (fatores intrínsecos e extrínsecos), podemos agora fazer um estudo da multiplicação microbiana
Para melhor compreendermos, partiremos de uma única célula e consideraremos sua reprodução por divisão binária:
 
1ª divisão
			
	 2ª divisão
					3ª divisão
2 Retirado do Livro Elementos de Apoio – Boas Práticas e Sistema APPCC (Série Qualidade e Segurança Alimentar – Projeto PAS – SENAI) e adaptado à disciplina de Tecnologia das Fermentações Industriais
Usualmente, desmembra-se esta equação para melhor se trabalhar em termos gráficos:
N = N0 x 2 n
logN = logN0 + nlog2
nlog2 = logN – logN0
n = logN – logN0
 log2
O tempo de multiplicação celular em uma divisão, chamado tempo de geração (tg), é definido como tg = t/n, onde t é o tempo decorrido na multiplicação microbiana.
A velocidade de multiplicação (v), chamada velocidade específica, pode ser, então definida:
v = n/t	ou	v = 1/tg
v = logN – logN0
 tlog2
logN = logN0 + vlog2 t
Podemos trabalhar graficamente para entendermos melhor este comportamento.
				tempo					 tempo
Mas não é suficiente a microrganismos com outros tipos de reprodução. Por isso, podemos usar como parâmetro funcional a variação de massa (X) em função do tempo.
dX = (X 	onde ( é a velocidade específica do crescimento
 dt
Trabalhando na equação: dX = (dt
 X
Integrando-a:		lnX/X0 = (t
			 lnX - lnX0 = (t
 	 lnX = lnX0 + (t
ou		 logX = logX0 + (t
						2,3
Observe o gráfico:
 tempo 						tempo
Perceba que o comportamento é semelhante, mas não é idêntico, pois, cada microrganismo apresenta propriedades funcionais distintas, caracterizando seu comportamento próprio na curva de crescimento.
Para finalizarmos nosso estudo da multiplicação microbiana, imaginemos alguns aspectos:
microrganismo se encontra inicialmente em um sistema novo, tendo que se adaptar;
As condições são controladas e ótimas;
Não há renovação de nutrientes (esgotamento de substrato);
Há produção de metabólitos que podem inibir sua multiplicação.
Vejamos, graficamente como será o comportamento diante de tais aspectos:
 3
 2 4
 
					tempo
A fase lag é justamente o período de adaptação do microrganismo frente às novas condições do sistema (substrato, ambiente, etc).
Na fase exponencial, o microrganismo se encontra totalmente adaptado e apresenta seu potencial máximo. É nesta fase onde o nosso estudo anterior se enquadra.
A fase estacionária caracteriza-se pelo estacionamento populacional possivelmente devido a metabólitos inibidores, esgotamento de nutrientes ou outros limitantes.
E por último, a fase de declínio caracteriza-se pela morte acentuada dos microrganismos.
Nota: imagine que, em todas as fases,haja um gradiente envolvendo multiplicação e morte microbiana, acentuando-se ou não em cada fase.
Nota: repare que a multiplicação se comporta sob uma progressão geométrica
(1, 2, 4, 8, ...). Desta forma podemos atribuir o seguinte:
 N = N0 x 2 n	onde:
N é a população na n-ésima divisão (ou geração)
N0 é a população inicial
n é o número de divisões
N
logN
tg( = v/log2
 lnX ou logX
X
1
N ou X
1 – Fase lag
2 – Fase exponencial
3 – Fase estacionária
4 – Fase de declínio