Slide 6 - Tipos de Processos Fermentativos

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Prof. Edmar das Mercês Penha
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� Podem ser classificados quanto ao modo de
condução, forma de desenvolvimento do agente e
suprimento de oxigênio.
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Classificação dos
Processos
Fermentativos
Quanto à forma de
condução
Batelada ou
Descontínuo
Batelada
Alimentada ou
Semi-contínuo
Contínuo
Convencional
Por cortes
Com
recuperação do
inóculo
Convencional
Cíclica
Com uma
dorna
Com mais de
uma dorna
Quanto à forma de
desenvolvimento
do agente
Quanto ao
suprimento de
oxigênio
Quanto à forma de
apresentação do
meio
Fermentação em
meio líquido
Com reciclo de
células
Fermentação em
meio sólido ou
Semi-sólido
Em superfície
Em profundidade
Sem aeração
Aerado
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� São processos pelo qual o mosto (esterilizado
previamente ou não) é colocado na dorna de
fermentação, o agente é inoculado e, após a
fermentação, o mosto é descarregado para
separação/purificação do produto.
� Para uma nova fermentação, repete-se todas as etapas,
desde o preparo do inóculo. Um processo em regime de
bateladas pode ser conduzido de três formas:
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� Convencional (com um inóculo para cada
dorna)
◦ Cada dorna recebe um inóculo novo, preparado
especialmente para ela, que não é reutilizado.especialmente para ela, que não é reutilizado.
◦ É a forma mais antiga e que apresenta menor risco de
contaminação, porém é um processo caro, o que faz
com que seja usado somente para produtos nobres
como vitaminas, esteróides, antibióticos e enzimas.
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� Por cortes
◦ Prepara-se o inóculo para a primeira dorna.
◦ Após determinado tempo, transfere-se parte do mosto (já 
fermentado) para uma segunda dorna, completando-se o volume 
de ambas com mosto estéril, e assim sucessivamente.de ambas com mosto estéril, e assim sucessivamente.
◦ Ou seja, utiliza-se apenas um inóculo para uma série de dornas, 
reduzindo o custo do processo.
◦ O número de cortes é determinado pelo rendimento que pode 
começar a cair, devido a contaminação, ou a mutação do agente.
◦ É o processo mais empregado no Brasil, sendo utilizado na 
fermentação do melaço de cana.
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� Com recuperação de inóculo
◦ Após a fermentação, o mosto é levado para a seção de separação e de
recuperação do produto (centrifugação, filtração, etc.), onde as células
são separadas, tratadas e reativadas, sendo utilizadas como inóculo
para outra fermentação.
◦ No processo "Melle-Boinot" (5 a 9 recuperações), largamente utilizado◦ No processo "Melle-Boinot" (5 a 9 recuperações), largamente utilizado
na indústria alcooleira, as leveduras, após serem separadas do mosto,
são tratadas com ácido sulfúrico (pH 2,5) para eliminação de bactérias e
outros contaminantes, novamente centrifugadas e reutilizadas.
◦ Há uma economia de cerca de 30% da matéria-prima, para fazer o
mesmo álcool que o processo em batelada convencional.
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� Muito usados em processos biossintéticos onde o
interesse é a produção de biomassa.
� A alimentação durante a fermentação serve para manter
a concentração ótima de substrato na dorna, evitando-a concentração ótima de substrato na dorna, evitando-
se o "efeito Crabtree", pela necessidade de altas
concentrações de substrato no início.
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� Convencional
◦ Durante o tempo de fermentação, um ou mais 
nutrientes (normalmente, o substrato principal) são 
alimentados de forma contínua ou intermitente e, findo alimentados de forma contínua ou intermitente e, findo 
o tempo, todo o mosto é descarregado.
◦ Ex: fabricação do fermento Fleischmann
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� Cíclica
◦ A alimentação de substrato é contínua ou intermitente,
mas também há retirada parcial de mosto fermentado
em tempos pré-estabelecidos.em tempos pré-estabelecidos.
◦ Pode-se conduzir um processo desta forma durante
meses e o rendimento do mesmo determinará seu
término.
◦ Ex: fabricação de vinagre pelo processo orleanense
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� Um processo contínuo sempre começa com uma batelada.
Normalmente, a 2/3 da fase exponencial de crescimento tem
início o processo contínuo.
� O tipo de reator mais comum é o CSTF ("continuous stirred
tank fermenter"), ou de mistura completa.tank fermenter"), ou de mistura completa.
� Quando se utiliza um fermentador de mistura completa com
uma só dorna, enche-se o reator com mosto estéril e inocula-
se o meio. Após determinado tempo, começa-se a alimentar
continuamente o fermentador com mosto estéril e a retirar
mosto fermentado na mesma vazão.
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� Nestes processos o substrato não é totalmente
esgotado, saindo um pouco no produto. 
� Por isso, o cálculo e o controle da vazão devem ser 
precisos a fim de minimizar esta perda. 
� Altas vazões provocam baixos tempos de residência na� Altas vazões provocam baixos tempos de residência na
dorna, o que provoca um empobrecimento em número
de células ("wash out") além de altas concentrações de 
substrato na saída. 
� Por outro lado, vazões baixas reduzem a concentração
de substrato no reator, podendo provocar autólise das 
células e/ou diauxia.
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� Com uma única dorna
� Usado quando se consegue dimensionar o fermentador de forma a
conseguir baixas perdas de substrato na saída do fermentador.
� Com mais de uma dorna
� Empregado quando a matéria-prima usada no processo é cara e, é
necessário que o mosto deixe a dorna com o mínimo de substratonecessário que o mosto deixe a dorna com o mínimo de substrato
não fermentado. Se a redução da vazão, por exemplo, não for
suficiente, pode-se conseguir a utilização de forma mais completa
usando-se mais de uma dorna em série. Neste caso, o fermentado
(vinho) passa a ser a alimentação de uma nova dorna.
� Os processos de fermentação em regime contínuo, podem ainda
ser conduzidos com ou sem a recuperação do inóculo.
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� Processo em superfície
� Aplica-se para microrganismos aeróbios estritos como bolores e
algumas bactérias. O agente se desenvolve na superfície do meio
de cultura. É um processo obsoleto, só utilizado em casos
especiais, pois o tempo de fermentação é elevado devido àespeciais, pois o tempo de fermentação é elevado devido à
necessidade de difusão dos nutrientes do meio para a superfície do
mesmo.
� Ex: produção de ácido cítrico por Aspergillus niger, de enzimas por
Bacillus subtilis e de vinagre por espécies de Acetobacter.
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� Processo em profundidade
� Também chamado de submerso, é aquele em que o agente
desenvolve-se no seio do mosto, agitado.
� Devido ao maior contato mosto-microrganismo, são maiores as
taxas de transferência de massa, de nutrientes e de O2 (quandotaxas de transferência de massa, de nutrientes e de O2 (quando
necessário), acarretando menores tempos de fermentação.
� Uma outra vantagem é com relação ao fato de poderem ser
conduzidos continuamente a depender da cinética da fermentação.
� Os processos cujos agentes são anaeróbios estritos, facultativos
ou microaerófilos, são, necessariamente, conduzidos em
profundidade.
� Ex: fermentação acetonobutílica (anaeróbia estrita), alcoólica
(facultativa) e lática (microaerófila).
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� Processos aerados
� Usado para agentes aeróbios estritos, ou seja, aqueles que têm o
oxigênio atmosférico será o aceptor de prótons (H+).
� Ex: produção de ácido cítrico, penicilina e vitamina B12 .
� Tipos de aeração:� Tipos de aeração:
� A) Natural - o mosto é exposto ao ar ambiente, como no caso da
fermentação cítrica em bandejas.
� B) Forçada - o ar é introduzido na dorna, sob pressão, borbulhando
na massa líquida, onde o O2 é dissolvido, para ser posteriormente
utilizado pelo agente da fermentação.
� Ex: processos submersos para produção de penicilina, ácido cítrico
e levedo prensado.
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� 1.3.2 - Processos não aerados
� Aplica-se para agentes que desenvolvem metabolismo 
anaeróbio, onde o aceptor de H+ não é o O2 do ar 
atmosférico e sim outras substânciascomo os nitratos e atmosférico e sim outras substâncias como os nitratos e 
aldeídos.
� Ex: produção de solventes orgânicos por Clostridium
(anaeróbio estrito) e de etanol por Saccharomyces
(anaeróbio facultativo).
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� Fermentações em meio líquido
� Fermentações em meio sólido ou semi-sólido
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� Vantagens
� mais produtivo, devido à diminuição dos tempos mortos
(enchimento, limpeza, esterilização, esvaziamento), permitindo
maior produção num mesmo tempo para o mesmo volume de
reator;
maior uniformidade do produto (microrganismos atuam em� maior uniformidade do produto (microrganismos atuam em
condições ambientais mais uniformes), o processo é conduzido em
regime estacionário ("steady state");
� menores custos com mão-de obra;
� maior facilidade de controle automático;
� permite ser facilmente associado a outras operações contínuas na
linha de produção, como, por exemplo, a esterilização contínua do
mosto e a extração contínua do produto obtido.
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� Desvantagens
� não esgotamento total do substrato (maior custo de 
matéria-prima);
� maior possibilidade de contaminação devido a � maior possibilidade de contaminação devido a 
dificuldade de se manter as condições de esterilidade 
do processo por longos períodos de tempo;
� possibilidade de mutação do microrganismo agente do 
processo.
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