Aulas de enzimo

Esta é uma pré-visualização de arquivo. Entre para ver o arquivo original

Aula vitaminas.pdf
Produção de Vitaminas 
 
 
Cianocobalamina 
• O radical DBI (5,6 dimetilbenzimidazol) é preponderante na 
atividade e deve ser fornecido ou preexistir na formação. 
 
Microorganismos 
• Mais utilizados: Propionibacterium freundenreichii e P. 
shermanii e Pseudomonas (cepas especiais de P. denitrificans). 
 
 
• Rhodopseudomonas protamicus (engenharia genética) – alto 
rendimento sem adição de DBI ou estimulantes 
Separação 
• Solubilização das cobalaminas e conversão em 
cianocobalamina com cianeto. 
 
• Separação do substrato fermentado por centrifugação, 
lavagem com água e lise celular a 100°C na presença de H2SO4 
diluído (pH=5). Vitamina na fase aquosa, secagem a vácuo, 
manter o pH 5 com sulfito de sódio. 
 
• Sólido microcristalino amarelo-alaranjado, amargo e inodoro. 
• Pouco solúvel em água e etanol (higroscópica) praticamente 
insolúvel em solventes orgânicos. Pouco mais solúvel em soro 
fisiológico do que em água. 
• Resistente a ácido e ao calor, mas decompõe-se em meio 
alcalino ou na presença de luz. 
• Pode-se usar riboflavina-5-fosfato de sódio: mais hidrossolúvel e 
mais de dois terços da atividade original. 
 
 
 
 
 
 
 
Outras vitaminas 
• β-caroteno (provitamina A), biotina 
(vitamina H) e ergosterol (vitamina D2) 
 
• Muitos estudos no sentido de encontrar 
métodos microbiológicos mais 
econômicos que os químicos. 
Obtenção de β-caroteno 
• Usualmente síntese química ou extração. 
• Puro: cristais de cor vermelha, praticamente 
insolúvel em água. Moderadamente solúvel em éter 
etílico, de petróleo e óleos. Pouco solúvel em etanol 
e metanol. Solúvel em benzeno, clorofórmio e 
sulfeto de carbono. 
• Fermentação: Ninet e Renault (1979) usando 
formas sexuadas de Blakeslea trispora. 
Blakeslea trispora 
NRRL 2456 (+) 
Blakeslea trispora 
NRRL 2457 (-) 
Cultura em 
ágar inclinado 
Cultura em 
ágar inclinado 
Pré-cultura 
Pré-culturas misturadas 
Cultura para produção 
Pré-cultura 
• Estocagem dos inóculos (esporos) em solo 
fértil. 
• Culturas em ágar inclinado: 27°C, 168h 
• Pré-culturas: 26°C, 48h, 400mL (g/L) água de 
milho 70, amido de milho 50, fosfato diácido 
de potássio 0,5, sulfato de manganês 0,1, 
cloridrato de tiamina 0,01; em erlen 2L 
agitação em “shaker”. 
• Mistura das pré-culturas (400mL de cada) com 120L 
do meio anterior em fermentador de 170L a 26°C, 
170rpm, aeração, 40h. 
• Fermentação 320L (g/L): destilados solúveis 70, 
amido de milho 60, farinha de soja 30, óleo de 
algodão 30, antioxidante 0,35, sulfato de manganês 
0,2, cloridrato de tiamina 0,5, isoniazida 0,6, 
querosene 20mL e água; pH 6,3. Mosto esterilizado 
a 122°C por 55min, isoniazida e querosene 
separados. 
• Acrescentar 22L da mistura de pré-culturas, 26°C, 
210rpm, aeração, 55min, fermentador de 800L. 
• Após 48h do início add 1g/L de b-ionona e 5mL/L de 
querosene. Continua e lentamente add 4,2g/L de 
glicose até o final. 
• Isoniazida e b-ionona são ativadores, querosene 
solubilidade substrato hidrofóbico, antioxidante – 
baixa estabilidade do β-caroteno dentro da célula. 
Separação 
• Separar o micélio, introduzir metanol para 
retirar a água e extrair com cloreto de 
metileno 
• 75-90% do produto bruto que pode ser 
purificado 
 
Biotina 
• Processos clássicos não mais utilizados hoje. 
• Bacillus sphaericus e Rhodotorula glutinis. 
• Rendimentos baixos. 
• B. sphaericus pode produzir um análogo (Detiobiotina) 
que pode ser transformado em biotina por Aspergillus 
oryzae. 
Separação 
• Filtrar o caldo fermentado para tirar os 
microrganismos e absorver a biotina em carvão 
vegetal ativo, eluir e purificar por cromatografia 
em coluna de troca iônica. 
• O eluído é evaporado até a secura, a biotina 
bruta é recuperada, enxaguando com éter e 
purificando por recristalização com água ou 
álcool em pH 3,5 
 
Ergosterol 
• Por volta de 2% da biomassa seca em leveduras e fungos (na 
superfície das células) selecionados. 
• Transforma-se em vitamina sob ação da luz ou especificamente 
dos raios ultravioleta. Cristais brancos praticamente insolúveis 
em água e muito pouco solúveis em etanol. Razoavelmente 
solúveis em éter e principalmente em clorofórmio. 
• Fusarium sp. IFO 8889 (ATCC 20192), Cephalosporium 
coremioides IFO 8579, ou Trichoderma sp. IFO 635 – 0,65g/L 
palmitato de ergosterol e 0,2g/L ergosterol livre. 
Separação 
• Centrifugar para separar a biomassa, extrair a 
fase líquida com ciclohexano, concentrar e 
diluir com clorofórmio, cromatografia em 
coluna de sílica, eluir com éter de petróleo, 
concentrar e cristalizar em etanol. 
Outras espécies 
• Johnson et al. (1994) – Rhodotorula glutinis 
IIP-3 (4%). 
• Dulaney et al. (1954) – Saccharomyces 
cerevisiae MY 813: 3,8g/L. (OUT 7882) 
Separação 
• Nas leveduras o ergosterol está mais intimamente 
ligado à parede. 
• Tratar a biomassa com amoníaco quente ou com uma 
amina, add metanol (remover impurezas), secar e 
filtrar. Extrair a massa com éter ou acetato de etila, 
após evaporação extrato com 90% de ergosterol e 
outras gorduras e outros esteróis. Saponificar e extrair 
os esteróis do insaponificável com éter etílico, 
recristlizar e separar por cromatografia. 
 
Aula05.pdf
PRODUÇÃO DE ETANOL 
Fermentação, Destilação e Desidratação 
Importância e Vias de Obtenção 
 Utilização: fins farmacêuticos, produção de 
derivados químicos, bebidas, como combustível, 
solvente, etc... 
 Obtenção: 
• destilatória (pouca importância econômica); 
• sintética (a partir de hidrocarbonetos derivados de 
petróleo – grandes reservas e indústria 
petroquímica avançada); 
• fermentativa. 
Via Fermentativa 
 Preparo: tratamento da matéria-prima para 
extração de açúcares fermentescíveis. 
 Fermentação: transformação de açúcares em 
etanol e CO2. 
 Destilação: separação do etanol. Primeiro do 
substrato fermentado e depois para separar 
impurezas. 
Matérias-primas 
 Açucaradas – diretamente e não diretamente 
fermentescíveis. (Cana-de-açúcar, beterraba, 
milho, mel, melaços) 
 Amiláceas e feculentas – grãos amiláceos, raízes 
e tubérculos. 
 Celulósicas – palhas, madeiras, resíduos 
agrícolas e resíduos sulfíticos de fábricas de 
papel. 
Preparação dos meios 
 Pequenas porções de álcool de milho e vínico. 
 A quase totalidade produz-se com cana-de-açúcar 
e melaço. 
 Mosto – substratos açucarados 
 Dornas – recipientes de fermentação 
Matéria - prima Extração Suco bruto 
Purificação 
Água de 
extração 
SÓLIDOS 
Carbonatação e 
filtração 
EVAPORAÇÃO 
(suco concentrado) 
CRISTALIZAÇÃ
O 
MELAÇO AÇÚCAR 
BRUTO 
AÇÚCAR 
MASCAVO 
REFINO 
Dissolução, clarificação 
AÇÚCAR 
REFINADO 
PROCESSO DE FABRICAÇÃO DO AÇÚCAR 
Mosto de melaço 
 Diluição com 
água (com 
vinhaça para 
alguns tipos de 
rum). 
 
+ diluído - diluído 
Fermentação rápida lenta 
Sujar aparelhos suja - suja + 
Vol. útil da dorna > < 
Espaço > < 
Consumo de vapor > <
Água > < 
Período de safra > < 
Infecções > < 
Perda de açúcares < > 
Temperatura < > 
Caldo de cana-de-açúcar 
 Esmagamento + diluição (água) 
 Prática comum – clarificação (aquecimento, 
decantação e filtração) 
 Caldo mais limpo: 
 fermenta melhor 
 espuma menos 
 suja menos as colunas de destilação 
Mosto de materiais amiláceos 
 Sacarificação – transformação do amido ou fécula 
em açúcares fermentescíveis. 
 
 Tipos: 
 química (pouco utilizada) 
 biológica (adição de fungos) (+ comum) 
 enzimática (pelo malte) 
Sacarificação pelo malte 
 Malte – cereal germinado 
 Cervejas e uísque – cevada 
 Destilaria de álcool – milho 
 Preparação do malte – etapas: 
 limpeza 
 maceração 
 germinação (ativação de várias enzimas) 
 Sacarificação – (formar goma) moagem, 
hidratação e cozimento + leite de malte 
Sacarificação biológica 
 Fungos aminolíticos mais usados: Amylomyces rouxii, 
Aspergillus oryzae, Rhizopus japonicus e Mucor 
delemar. 
 Preparo do inóculo – 20g/1L água, autoclavar 
(2atm – 20min), resfriar, add suspensão de 
esporos, incubar 3-4 dias a 35-38ºC – qsp 
100.000L 
 Mosto – formar goma, autoclavar, inocular o 
fungo, 24h de agitação e aeração. 
 
Fermentação alcoólica 
 Geração de energia (ATP) pela metabolização 
anaeróbica da glicose. 
 CO2, etanol e outros produtos (glicerol, ácidos 
orgânicos) são produtos de excreção – podem 
ser transformados em + ATP em aerobiose. 
 Aparecimento de rotas alternativas com outras 
utilidades para a levedura – rendimento da 
fermentação pode cair! 
Fatores que afetam a fermentação 
 Agente de fermentação 
 Nutrição mineral e orgânica 
 Temperatura 
 pH 
 Inibidores da fermentação 
 Concentração de açúcares 
 Concentração de inóculo 
 Contaminação bacteriana 
 Anti-sépticos 
 Antibióticos 
Preparo do inóculo 
 Leveduras de panificação – 10 a 20g/L de mosto 
diluído, fermentação, divisão em vários recipientes 
a realimentação com mostos diluídos. 
 Leveduras selecionadas – tubos de cultura, 
aumentando o volume de meio em 1:5 ou 1:10 até 
atingir o volume útil para fermentação (10% vol da 
dorna) 
Prática da fermentação 
 Fase preliminar (lag-fase): inicia-se no contato do 
lêvedo com o mosto – multiplicação celular 
 Fase tumultuosa: elevação da % de álcool e 
acidez, +Tº, -densidade, espuma. 
 Fase complementar: -CO2, - agitação, -Tº, [açúcar] 
= 0 
 Velocidade = fermento/mosto 
Verificação prática da pureza das 
fermentações 
 Tempo de fermentação 
 Odor da fermentação 
 Aspecto da espuma 
 Drosófilas 
 Temperatura 
 Densidade do mosto 
 Açúcares no mosto 
 Acidez no substrato em fermentação 
Sistemas descontínuos de fermentação 
 Sistemas de cortes 
 
 Sistema de reaproveitamento do inóculo 
 
 Sistema de cultura pura 
 
 Sistema de recuperação de leveduras 
 
Fermentação contínua 
 Entrada e saída constantes do fermentador – vários 
desenhos 
 
 
 Processo Biostil 
Salas e dornas de fermentação 
Destilação 
 Líquidos miscíveis – mistura de vapores com 
predominância do mais volátil 
 Mistura azeotrópica 
 Vinho – meios açucarados após fermentação. 
 Constituição: 88 a 93% - água 
 12 a 7% - etanol 
Destilação descontínua 
 Alambiques – aguardentes (50% etanol) ou 
bebidas alcoólicas de vinhos 
 Colunas de baixo grau 
 Destilado de cabeça 
 Destilado de coração 
 Destilado de cauda 
 Água fraca 
Destilação contínua 
 Alimentação contínua com vinho e retirada contínua 
de vinhaça pela base e do destilado no topo. 
 Coluna de baixo grau – deflegmação pelo topo 
 Coluna de alto grau – deflegmação pela altura 
média do aparelho 
Retificação 
 Flegma – líquido alcoólico mais rico, mas ainda 
impuro 
 Separação se substâncias voláteis 
 Não se consegue fazer purificação completa do 
etanol por vários fatores: marcha imperfeita, 
dificuldade de separar as cabeças, variação da 
temperatura, pureza das fermentações, oscilações 
na composição dos vinhos, reações de 
esterificação, combinação e decomposição. 
Desidratação do etanol 
 Destilação: álcool 97,2% em volume – mistura 
azeotrópica 
 Processos industriais: 
 químicos – substâncias que absorvem a água do álcool 
(óxido de cálcio, acetato de sódio, carbonato de 
potássio, ...) 
 físicos – variação de pressão, destilação de misturas 
hiperazeotrópicas, absorção de vapores por corpos 
sólidos, atmólise, destilação em presença de um terceiro 
corpo, uso de absorventes regeneráveis e separação por 
membranas (peneiras moleculares) 
Uso de arrastadores 
 Mais utilizada pelas destilarias 
 Formação de uma substância azeotrópica de 3 
componentes 
 3º componente – insolúvel em um dos 2 
componentes iniciais – duas frações 
 Destilação de líquidos mutuamente insolúveis – 
temperatura de ebulição é inferior a dos dois 
componentes 
 Add 50% benzol a uma mistura de etanol-água 
95% 
 Mistura ternária PE 64,85ºC, mistura azeotrópica 
benzol-etanol PE 68,24ºC, álcool anidro PE 
78,35ºC 
 Ciclohexano, tricloroetileno, formiato de etila e 
cloreto de butila 
 Substituição do benzol (cancerígeno) por 
ciclohexano 
Absorvente regenerável 
 Processo Mariller ou da glicerina 
 
 Absorventes: glicóis, glicerina e solução de 
carbonato de potássio em glicerol. 
 
 Etanol 99,9% a 100% 
Peneiras moleculares 
 Passagem dos vapores de álcool entre camadas 
de resinas capazes de reter as moléculas de 
água. 
 
 Patente de Hunt/Phoenix 
 
 Mais rápido e mais eficiente que os arrastadores 
e substâncias absorventes (99,9%) 
Curiosidade!!! 
 
 
Como acontece o Metabolismo do álcool no 
organismo?