Microbiologia Industrial e História da Fermentação

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MICROBIOLOGIA INDUSTRIAL:54h 
 
MICROBIOLOGIA INDUSTRIAL EXPERIMENTAL:18h 
 
 
A Microbiologia industrial é a área da Microbiologia que utiliza micro-organismos em 
processos industriais com objetivo de produzir bens e serviços. O interesse da 
microbiologia industrial está na aplicação de conhecimentos científicos básicos para o 
uso de micro-organismos com potencial para obter produtos e/ou processos de interesse 
comercial, ambiental e social, como por exemplo, fármacos, vacinas, componentes para 
diagnóstico, alimentos, bebidas, polímeros, combustíveis, produtos agropecuários e 
tratamento de resíduos. A Microbiologia Industrial também pode ser denominada como 
Biotecnologia Microbiana. 
+
 
= 
+
 
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EXEMPLOS 
MICROBIOLOGIA INDUSTRIAL: 54h 
MICROBIOLOGIA INDUSTRIAL EXPERIMENTAL: 18h 
 
- Aulas Teórica: Sala de Aula 
 
 
 
 
- Aulas Práticas: 
AVALIAÇÕES: 
 
 MICROBIOLOGIA INDUSTRIAL: 
(PROVA TEÓRICA 1 + PROVA TEÓRICA 2 + SEMINÁRIO) ÷ 3 
= MÉDIA FINAL 
MICROBIOLOGIA INDUSTRIAL EXPERIMENTAL: 
 
RELATÓRIO DAS AULAS PRÁTICAS = 50% 
BIOREATOR (Projeto + Apresentação do Piloto + Funcionamento do Piloto) ÷ 3 = 35 % 
EXERCÍCIOS DE LEITURA = 15 % 
TEMAS PARA SEMINÁRIOS 
 
1 - Produção de solventes 
2 – Produção de aminoácidos 
3 – Produção de bioinseticidas 
4 – Produção de inoculantes agrícolas 
5 – Produção de vacinas 
6 – Produção de vinagres 
7 – Produção de queijos 
8 – Produção de leites fermentados e iogurtes 
9 – Fermentação lática de hortaliças e azeitonas 
10 – Pescado fermentado 
11 – Conservação de forragens: silagem 
+
 
= 
+
 
= 
EXEMPLOS 
Sociedade Paleolítica 
Colhedores e Caçadores ~ 2 milhões de anos 
A CRESCENTE FÉRTIL 
Um dos principais centros de domesticação há 10.000 anos: Einkorn, 
cevada, trigo, ervilha, grão-de-bico, lentilha, linho, cebola, pêra, 
tâmara, figo, etc 
Origem da agricultura 
Babilônia 
Polinização de Tâmaras 
Algeria, Tassili n' Ajjer 
Colheita de grãos: 5000 - 6000 A.C. 
Antigo Egito 
Colheita de grãos: 2000 - 3000 A.C. 
Inca 
Plantação de Batatas e Irrigação 
HISTÓRICO 
 
PRODUÇÃO DE BEBIDAS ALCOÓLICAS POR FERMENTAÇÃO DE GRÃOS DE CEREAIS 
- SUMÉRIOS E BABILÔNIOS – 8.000 – 6.000 a.C 
- CHINA – 3000 a.C (vasos de cerâmica com DNA ribossomal de levedura) 
 
A biotecnologia e a fermentação...história muito antiga que se confunde com o surgimento 
da humanidade 
 
 O alimento e oferenda aos deuses... 
 
“Se existe uma via metabólica santa é a fermentação alcóolica, pois Jesus na Santa Ceia brindou os 
apóstolos com pão e vinho...” 
FABRICAÇÃO DA CERVEJA E PÃO ( FERMENTO) 
 - Egípcios (4000 anos a.C) fabricavam e degustavam sua cerveja para tratamento de 
doenças e cerimônias religiosas ou festivas. 
 
 - Em Sumério, a palavra cerveja significa pão líquido, pois os ingredientes são 
praticamente os mesmos. 
Primeira bebida alcoólica desenvolvida pelo homem !!! 
HISTÓRICO 
• A cervejaria mais antiga foi descoberta por arqueólogos 
e data de 5400 a.C. 
 
• Durante a idade média (Gregos e Romanos), a produção 
em maior escala começou a ser difundida na Europa pelos 
mosteiros. 
 
1. INTRODUÇÃO 
 
- Microrganismos 
• decompositores de alimentos; 
• fermentação de alimentos e bebidas. 
- Vinho e vinagre – 5.000 AC; 
- Cerveja – 5.000 – 6.000 AC - Egito; 
- Pão – 4.000 – 7.000 AC – Egito; 
- Queijo e leite fermentado – 5.000 AC 
- Soja fermentada – 3.000 AC - China 
 
Histórico 
- Alquimista – fórmula modificada na França: medicação – 
tratamento terapêutico com álcool - Plínio: Al Kuhul – resina 
de cedro; 
- Aguardente: Grécia antiga e Roma: ascensão do cristianismo 
- França: elixir da longevidade: cálice diário de aguardente – 
Eau de Vie: matéria-prima: frutas e grãos 
- Árabes apossaram da fórmula romana + 
equipamentos de destilação: 
 
- Arak – aguardente de anis 
 
- Europa: Grappa: destilado de uva 
 
- Germânia: Kirsh – cereja 
- Escócia: Whisky – cevada sacarificada 
- Oriente Médio: usada para aquecimento 
- Rússia: Vodka – centeio 
- China e Japão: Sakê e Soyu – arroz 
Portugal – Bagaceira – uva 
 
- Cultura canavieira  sacarose  açúcar 
 
- Consumo brasileiro: Bagaceira e Vinho Português 
 
• Pasteur provou que cada tipo de fermentação era realizado por um 
microrganismo específico e que estes podiam viver e se reproduzir na 
ausência de ar. 
 
• As grandes guerras mundiais motivaram a produção em escala industrial 
de produtos advindos de processos fermentativos. 
 
• A partir da primeira guerra, a Alemanha produz grandes quantidades de 
glicerol para a fabricação de explosivos. 
 
• Neuber desenvolveu processo microbiológico de obtenção álcool e na 
Inglaterra a acetona para munições. 
 
• A produção de antibióticos por Alexander Fleming foi o grande marco de 
referência na fermentação industrial (1928) com a descoberta da penicilina: 
muitos tipos de antibióticos foram desenvolvidos no mundo. 
1. INTRODUÇÃO 
 
Importância dos processos fermentativos na indústria 
de alimentos: 
Produtos Microrganismos 
Queijo Bactérias e fungos 
Iogurtes Bactérias láticas 
Manteiga Bactérias láticas 
Bebidas Leveduras e fungos 
Produtos de Panificação Leveduras 
Picles, azeitonas e chucrutes Bactérias lácteas 
Carnes fermentadas Bactérias láticas 
Vinagre Bactérias acéticas 
Aromas Fungos 
Proteínas unicelulares Fungos, leveduras e bactérias 
Soja fermentada Fungos, leveduras e bactérias 
 
 
 Produtos Enzimáticos 
 
 
 * amilases: adesivos, sucos 
 
 * invertase (sacarose/maltose): cremes, xaropes 
 
 * proteases: couro, seda, detergentes 
 
 * pectinases: sucos, linho 
 
 * condroitinase: recuperação de injúrias da coluna 
 
 
 
Produto Microrganismo Uso 
 
Enzima Microrganismo Aplicações Reações 
B 
a 
c 
t 
é 
r 
i 
a 
s 
 
 
 
F 
u 
n 
g 
o 
s 
Estreptoquinase Streptococcus spp. Tratamento de pacientes Dissolve fibrina no sangue 
 com ataques cardíacos 
Glicose isomerase Streptomyces spp.; Produção de xaropes com Converte glicose em frutose 
 Bacillus spp. alto teor de frutose 
DNA polimerase (Taq) Thermus aquaticus PCR Síntese de DNA 
 Escherichia coli (recombi- 
 nante) 
Lipase Rhizopus spp. Flavorizante de alimentos Hidrolisa lipídios a glicerol e 
 aumenta poder clareador ácidos graxos 
 de detergentes 
Celulases Trichoderma reesii Digestivo Hidrolisa celulose a celobiose 
Glicose oxidase Aspergillus spp.; Remove glicose de ovos Oxida glicose a ácido glucônico 
 Penicillium spp. p/ secagem, remove oxigê- 
 nio de alimentos enlatados, 
 refrigerantes e cerveja; usada 
 também para fabricação de 
 papéis teste para controle 
 diabete 
Enorme potencial de aplicação das Archaea: indústria do amido, papel e 
celulose. 
 
Exemplos de enzimas e suas aplicações 
Produtos farmacêuticos 
 
Insulina humana: 
 
 1º biofármaco produzido pela engenharia 
 genética 
 
 1982 - produção nos EUA pela empresa Lilly 
 Microrganismo produtor: Escherichia coli com 
 o gene humano para produção de insulina 
 
 
 
Insulina 
 Proteína produzida no pâncreas 
 Regulação do metabolismo de carboidratos 
 
Produção original 
 Extração a partir de animais: porcos,bois 
 Eficiência de ação 
 
 
 
Vacina contra hepatite B (HBV): 1982 
 
 - Vírus difícil de cultivar em laboratório 
 - Proteína viral HBsAgs (antígeno) altamente 
 imunogênica 
 - Altas doses: rápido e elevado nível de imunidade 
 
 Microrganismo: Saccharomyces cerevisiae com o 
 gene para a proteína 
 
 
 
Mecanismo para expulsar o hormônio 
 Hormônio do crescimento humano (GH): 
 
 1982 - Escherichia coli com o gene do hormônio de crescimento humano 
Naldo, 2006 
Bacillus thuringiensis 
cr 
end 
Cristais protéicos contendo toxinas 
com propriedades inseticidas 
Biocontrole 
Bacillus thuringiensis 
Biomineração 
* Redução das reservas mundiais 
* Exploração de minérios de baixa qualidade 
* Poluição causada pelos métodos tradicionais de extração 
 
 uso de microrganismos mineradores 
 Thiobacillus thioxidans e Thiobacillus ferroxidans 
 
ácidos oxidação do minério precipitação 
Companhia Vale do Rio Doce 
1. INTRODUÇÃO 
 
Importância dos processos fermentativos na indústria 
química, farmacêutica e na agricultura: 
- Etanol: químico, doméstico, carburante; 
- Ácidos orgânicos: cítrico, lático, acético, etc.; 
- Solvente: acetona, butanol, etc.; 
- Enzimas: amilases, proteases, lipases, pectinases, 
lactase, entre outras; 
- Vitaminas: ergosterol, ácido ascórbico, etc.; 
- Antibióticos: penicilina; 
- Fertilizantes orgânicos. 
1. INTRODUÇÃO 
 
 
- Tratamento de resíduos agroindustriais; 
- Fixadores de nitrogênio – Rhizobium; 
- Aminoácidos: lisina, triptofano; 
- Gomas: dextrânio, xantana, etc.; 
- Controle biológico de pragas; 
- Silvicultura: fungos ectomicorrízicos 
- Fertilizantes e compostagem 
 
 
+
 
= 
+
 
= 
EXEMPLOS 
Fermentação: processo metabólico realizado por 
organismos vivos (fungos, bactérias, animais - fermentos) 
para obtenção de energia na ausência de oxigênio. 
 
Enzimas: grupo de biomoléculas (normalmente proteína) com atividade 
intra ou extracelular com funções catalisadoras, promovendo reações 
metabólicas – estudo das enzimas com aplicação industrial: 
Enzimologia Industrial 
O processo fermentativo… 
SUCESSO DO PROCESSO FERMENTATIVO 
MEIO DE 
CULTURA 
CONDUÇÃO DO 
PROCESSO 
RECUPERAÇÃO DO 
PRODUTO 
MICRORGANISMO 
São apenas os microorganismos ? 
TAXONOMIA: sistema formal de organização, 
classificação e nomemclatura dos seres vivos 
 Baseado em 7 níveis descendentes 
 REINO 
 DIVISÃO 
 CLASSE 
 ORDEM 
 FAMÍLIA 
 GÊNERO 
 ESPÉCIE 
 SUB-ESPÉCIE 
 VARIEDADE (BIOVAR / CULTIVAR) 
Saccharomyces cerevisiae 
 gênero espécie 
Saccharomyces cerevisiae 
Escherichia coli 
Escherichia coli 
 
 
 
Os Fungos... 
Célula eucariótica 
A célula... 
FUNGOS 
Eucarioticos, heterotróficos, não sintetizam clorofila, não 
realizam fotossíntese, não armazena amido, armazena 
glicogênio, não tem celulose na parede celular 
Morfologia: 
 Leveduras: unicelulares, forma esférica, elíptica ou 
filamentosa 
 Bolores: células multinucleadas, tubos (hifas / micélio) 
contínuos ou septados 
Estas características não possuem valor taxonômico 
 
Formação de esporos 
LEVEDURAS 
- Fungos unicelulares; forma esférica ou oval. 
REPRODUÇÃO 
ASSEXUADA 
 FISSÃO BINÁRIA 
 BROTAMENTO OU 
GEMULAÇÃO 
Saccharomyces cerevisae 
MORFOLOGIA DOS FUNGOS 
MORFOLOGIA DOS FUNGOS 
FUNGOS FILAMENTOSOS (BOLORES) 
- consiste de filamentos longos de células conectadas – HIFAS. 
- Uninucleados ou multinucleados 
 HIFA SEPTADA 
 HIFA CENOCÍTICA 
Aspergillus niger 
As Bactérias... 
Bacilos fusiformes ESTREPTOBACILOS 
Tamanho 
Genoma 
 
Divisão celular 
 
Organelas ligadas à 
membrana 
 
Nutrição 
Metabolismo de energia 
 
 
 
Citoesqueleto 
 
Movimento intracelular 
Geralmente pequeno (1-
10mm) 
DNA sem proteínas 
histonas, genoma em 
nucleoide, não envolto por 
membrana. 
Fissão, sem mitose 
 
Ausente 
 
Absorção; algumas realizam 
fotossíntee 
Sem mitocôndria, enzimas 
oxidativas ligadas a 
membrana plasmática, alta 
variação no modelo 
metabólico 
 
Ausente 
 
Ausente 
Geralmente grande (5-100mm) 
DNA formando complexos com 
histonas e não histonas ; 
Cromossomo no núcleo com 
envelope membranoso. 
Mitose, incluindo fuso mitótico: 
centríolos em muitas espécies. 
Mitocôndria, cloroplastos (plantas e 
algas), retículo endoplasmático, 
complexo de Golgi, lisossomos (em 
animais). 
Absorção, ingestão, fotossíntese em 
algumas espécies. 
Enzimas oxidativas localizadas na 
mitocôndria, maior uniformidade no 
modelo do metabolismo oxidativo. 
 
Complexo, com microtúbulos, 
filamentos intermediários, filamentos 
de actina 
Endocitose, fagocitose, mitose, 
transporte de vesículas. 
Característica Célula procariótica Célula 
eucariótica 
A EXPRESSÃO GÊNICA 
 EUCARIOTOS versus PROCARIOTOS 
 Fungos versus Bactérias 
• Eucariotos: transcrição normalmente envolve apenas 
um gene. 
• Bactérias / Procariotos: transcrição geralmente 
envolve mais de um gene, em série. 
 
 
 
O processo fermentativo… 
SUCESSO DO PROCESSO FERMENTATIVO 
MEIO DE 
CULTURA 
CONDUÇÃO DO 
PROCESSO 
RECUPERAÇÃO DO 
PRODUTO 
MICRORGANISMO 
São apenas os microorganismos ? 
E o metabolismo celular? 
A BIOQUÍMICA... 
O metabolismo ... 
O metabolismo ... 
As fermentações... 
Dois exemplos de fermentação... 
2. PROCESSO FERMENTATIVO 
 
 
 
 
Matérias-primas 
Meio de cultura 
selecionado 
Esterilização 
Ar 
Compressor 
Esterilização 
do ar 
Separação das 
células 
Caldo 
fermentado 
Recuperação 
do produto 
Produto Tratamento 
de efluentes 
Biorreator 
industrial 
Microrganismo 
selecionado 
Preparo do 
inóculo 
Preparo do 
inóculo: etapa 
industrial 
Processo Fermentativo Genérico 
Cultura 
estoque 
Crescimento em 
frascos agitados 
Pré-inóculo em 
fermentador 
Cultura 
estoque 
Esterilização 
Fermentador 
Principal 
Separação 
Concentação 
Purificação 
Acabamento 
“upstream” 
“downstream” 
Fermentador ou Biorreator 
O processo fermentativo… 
SUCESSO DO PROCESSO FERMENTATIVO 
MEIO DE 
CULTURA 
CONDUÇÃO DO 
PROCESSO 
RECUPERAÇÃO DO 
PRODUTO 
MICRORGANISMO 
2. PROCESSO FERMENTATIVO 
 
Os microrganismos de interesse industrial podem ser 
obtidos das seguintes formas: 
 
 Isolamento a partir de recursos naturais 
 Muito trabalho experimental; 
 Custo elevado; 
 Descoberta de novos produtos. 
Biodiversidade 
2. PROCESSO FERMENTATIVO 
 
Microrganismo 
 Compra em coleções de cultura; 
 Existência de muitas coleções de cultura em vários 
países; 
 Pode-se citar: Agricultural Research Service Culture 
Collection (EUA) – NRRL Culture Collection 
(http:/nrrl.ncaur.usda.gov) – Coleção de culturas 
tropical (http´:/www.cct.org.br); 
 
2. PROCESSO FERMENTATIVO 
 
Microrganismo 
 
 Obtenção de mutantes naturais: 
 Surgimento de mutantes naturais na proliferação 
de células; 
 Não são interessantes no que tange ao processofermentativo, mas podem gerar linhagens de 
interesse; 
 Sua obtenção pode demandar muito tempo. 
 
2. PROCESSO FERMENTATIVO 
 
Microrganismo 
 
 Obtenção de mutantes induzidos por técnicas 
convencionais: 
 Suspensões de células ou esporos a radiações 
ultravioleta ou a substâncias químicas mutagênicas; 
 Penicillium chrysogenum – obtenção de penicilina – 
década de 40 ( 100 unidades / cm3) década de 70 
(51.000 unidades / cm3). 
ESTRATÉGIAS DO MELHORAMENTO 
MONOPLÓIDE 
Poliploidia provoca 
aumento das células e 
tecidos 
- Colchicina + Colchicina 
Colchicina interfere com a formação do fuso causando a duplicação dos 
cromossomos e produzindo poliplóides 
2n  8n 2n  8n 
2n  4n 
2n  8n 
ESTRATÉGIAS DO MELHORAMENTO DE PLANTAS 
MUTAGÊNESE 
Tratamento de sementes com raios gama ou com etil 
metil sulfonado: induz mutações gênicas aleatórias 
Mantêm as características da cultivar. Outras culturas já 
modificadas: canola, milho, girassol, trigo 
ATCAGA 
Mutagênese 
ATCTGA 
Susceptível Resistente 
Tangerina Kuvano Wase: seleção de indivíduos 
- amadurecimento precoce, baixo porte e gosto 
Arroz: linhagem resistente a 
herbicida 
2. PROCESSO FERMENTATIVO 
 
 Obtenção de microrganismos recombinantes por 
técnicas de engenharia genética: 
 Produção de cefalosporina C por Cephalosporium 
acremonium; 
 codificação para a síntese de glicoamilase de 
Aspergillus em células de Saccharomyces cerevisiae. 
As Bases Moleculares da Genética 
DNA 
Estrutura e Função 
Linguagem Universal: ATCG 
Prêmio Nobel de Medicina - 1962 
DNA Protein structure AA sequence 
Biological activity 
Genetic code 
Phenotype 
• Anfinsen: 3D structure 
Aprendendo a Engenharia Genética com as Agrobactérias 
T7 promoter 
lacO 
RBS 
EK site 
Ampicillin 
Sac I 
Hind III 
6X His 
Stop 
ori 
lac I 
pET102/PROHGCPv 
6715 bp 
 HP Thioredoxin 
 Pro region of HGCP-Iv 
PLASMÍDIOS 
Etapas da clonagem molecular: 
Inserto 
Vetor 
Vetor com 
inserto 
Restrição Ligação 
2. PROCESSO FERMENTATIVO 
 
Características desejáveis de microrganismos para 
aplicação industrial 
 
 Elevada eficiência na conversão do substrato em 
produto: 
 matérias-primas incidem significativamente nos 
custos de produção –70% do custo total (fonte 
orgânica de carbono). 
2. PROCESSO FERMENTATIVO 
 
Características desejáveis de microrganismos para 
aplicação industrial 
 
 Permitir o acúmulo do produto no meio, de forma a 
se ter elevada concentração do produto no 
mosto/caldo fermentado: 
 Sem sofrer inibição pelo acúmulo – custos de 
recuperação; 
 Fermentação alcoólica – inibição da levedura em 
torno de 8 a 10 % (em volume) em etanol. 
2. PROCESSO FERMENTATIVO 
 
Características desejáveis de microrganismos para 
aplicação industrial 
 
 Não produzir substâncias incompatíveis com o 
produto: 
 Produção de glicosidase – alguns microrganismos 
também produzem a transglicosidase; 
 Dificuldade na recuperação do produto. 
2. PROCESSO FERMENTATIVO 
 
Características desejáveis de microrganismos para 
aplicação industrial 
 
 Apresentar estabilidade quanto ao comportamento 
fisiológico: 
 conhecimento de suas técnicas de conservação; 
 manutenção da sua produção durante todas as 
etapas do processo fermentativo; 
 células que privilegiem o crescimento em 
detrimento do acúmulo de produto. 
2. PROCESSO FERMENTATIVO 
 
Características desejáveis de microrganismos para 
aplicação industrial 
 
 Não ser patogênico; 
 manipulação sem riscos ambientais, principalmente 
no término do processo fermentativo; 
 cultivos de patogênicos exigem cuidados adicionais 
(câmaras assépticas). 
 
2. PROCESSO FERMENTATIVO 
 
Características desejáveis de microrganismos para 
aplicação industrial 
 
 Não exigir condições de processo muito complexas: 
 economicidade de produção; 
 microrganismo apresente uma faixa de valores 
ótimos para produção do produto e não valores 
pontuais; 
 
 
2. PROCESSO FERMENTATIVO 
 
Características desejáveis de microrganismos para 
aplicação industrial 
 
 microrganismos que apresentem bom desempenho em 
pequenas concentrações de oxigênio dissolvido; 
 Microrganismos que excretem proteínas – formação de 
espuma (aumento nos custos de produção – 
antiespumante). 
2. PROCESSO FERMENTATIVO 
 
Características desejáveis de microrganismos para 
aplicação industrial 
 
 Não exigir meios de cultura dispendiosos: 
 economia do processo produtivo; mais barato 
possível 
 estudo e conhecimento das necessidades 
nutricionais de um determinado microrganismo; 
 
 
2. PROCESSO FERMENTATIVO 
 
Características desejáveis de microrganismos para 
aplicação industrial 
 
 Permitir a rápida liberação do produto para o meio: 
 sem inibição pela retenção do produto; 
 separação do microrganismo (centrifugação ou 
filtração); 
 As condições de cultivo podem interferir na excreção 
de um determinado produto – ex: pH na excreção de 
glicoamilase. 
 
 
O processo fermentativo… 
SUCESSO DO PROCESSO FERMENTATIVO 
MEIO DE 
CULTURA 
CONDUÇÃO DO 
PROCESSO 
RECUPERAÇÃO DO 
PRODUTO 
MICRORGANISMO 
2. PROCESSO FERMENTATIVO 
 
Características desejáveis de meios de cultivo 
 
 Auxiliar no controle do processo – variações de pH 
e formação de espuma: 
 utilizar componentes que auxiliem no controle de 
pH (uréia, bicarbonato de sódio, etc); 
 Fonte de carbono (glicose, sacarose, frutose, 
polissacarídeos, etc.); 
 Fonte de nitrogênio (NH4)2SO4, fonte de fósforo e 
ainda outros elementos (Na, K, Fe...); 
 
2. PROCESSO FERMENTATIVO 
 
Características desejáveis de meios de cultivo 
 
 Auxiliar no controle do processo – variações de pH 
e formação de espuma: 
 meios de composição definida ou sintéticos; 
 os meios sintéticos são estáveis e evitam problemas 
quanto a recuperação dos produtos. 
 
2. PROCESSO FERMENTATIVO 
 
Características desejáveis de meios de cultivo 
 
 Não provocar problemas de recuperação do 
produto: 
 utilizar meios de composição definida; 
 utilização de extrato de carne, extrato de malte e de 
levedura. 
 
2. PROCESSO FERMENTATIVO 
 
Características desejáveis de meios de cultivo 
 
 Os componentes devem permitir algum tempo de 
armazenagem: 
 extratos de levedura, carne e peptona de soja – 
composição variável ao longo do tempo. 
 
2. PROCESSO FERMENTATIVO 
 
Características desejáveis de meios de cultivo 
 
 Ter composição razoavelmente fixa: 
 matérias-primas naturais – cana-de-açúcar, 
melaços, farinhas; 
 composição química desconhecida e variável 
(variedade, solo, safra, clima, etc.); 
 
 
2. PROCESSO FERMENTATIVO 
 
Características desejáveis de meios de cultivo 
 
 Não causar dificuldades no tratamento final do 
efluente: 
 Apesar de serem mais baratas, as matérias-primas 
naturais podem causar problemas adicionais no 
tratamento de efluentes. 
 
 
Caracteristicas do meio de cultura: 
1) Atender as condições nutricionais do microrganismo 
2) Ser barato 
3) Não provocar problemas de recuperação do produto 
4) Auxiliar no controle do processo 
5) Componentes podem ser armazenados 
6) Ter composição razoavelmente fixa 
7) Não causar dificuldades no tratamento do efluente 
SUCESSO DO PROCESSOFERMENTATIVO 
MEIO DE 
CULTURA 
CONDUÇÃO DO 
PROCESSO 
RECUPERAÇÃO DO 
PRODUTO 
MICRORGANISMO 
OK 
Contagem em Câmara de Neubauer 
 
‘Azul de metileno’ 
AULA PRÁTICA 
 
Meio de cultura e crescimento microbiano 
• Determinação da biomassa microbiana 
• Matéria seca; 
Separação de células por filtração 
Quantidade de inoculo
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Tempo
X 
(n
o 
de
 c
el
ul
as
 / 
m
l)
Curva de crescimento do microrganismo em cultivo descontínuos 
Fase lag: 
Adaptacao / latencia 
Fase log: 
crescimento 
Fase estacionaria 
Fase de morte 
- Crescimento bacteriano: fissão binária 
- Crescimento de leveduras: brotamento, fissão ou formação de hifas 
Reta da fase Log 
Bactérias: Fissão binária: 15 a 45 min 
Fungos: Brotamento ou Fissão binária: 45 a 120 min 
• Fase lag 
• Rearranjo do sistema enzimático (síntese de enzimas); 
• Traumas físicos (choque térmico, radiação, entre outros); 
• Traumas químicos (produtos tóxicos, meio de cultura). 
 Não há variação da concentração de biomassa no 
tempo, portanto: 
XocteX 
Xo = concentração celular no tempo t =0 
• Aumento gradativo da concentração celular 
• Fase log ou exponencial 
• Células plenamente adaptadas; 
• Velocidades de crescimento elevadas; 
• Consumo de substrato; 
• Interesse prático. 
• Fase de redução de velocidade 
• Diminuição da concentração de substrato limitante; 
• Acúmulo de produto(s) no meio 
• Fase estacionária 
•Acúmulo de produtos tóxicos; 
• Concentração celular constante em seu valor máximo. 
• Fase de declínio 
• Redução do crescimento celular; 
• Consumo de material intracelular (lise). 
Cinética microbiana 
Produto
0
50
100
150
200
250
Tempo
Pr
od
ut
o
Cinética microbiana 
Substrato
0
100
200
300
400
500
600
1 2 3 4 5 6
Tempo
Su
bs
tra
to
C
o
n
ce
n
tr
aç
ão
 (
g
/L
) 
Tempo de Cultivo (h) 
Biomassa 
Produto 
Substrato 
Curvas de biomassa, substrato e produto 
SUCESSO DO PROCESSO FERMENTATIVO 
MEIO DE 
CULTURA 
CONDUÇÃO DO 
PROCESSO 
RECUPERAÇÃO DO 
PRODUTO 
MICRORGANISMO 
OK 
Processo Fermentativo 
Fermentador 
Microrganismo 
Preparo do 
inóculo 
Nutrientes 
Preparo do meio 
Esterilização do meio 
Controles 
Esterilização 
do ar 
Recuperação 
do produto Ar 
Tratamento de 
efluente 
Produto 
Resíduo 
Etapas de um processo fermentativo 
Processo fermentativo do ponto de vista da 
Engenharia das Fermentações: 
 - Tipo de condução: contínua, descontínua, em 
profundidade (submerso) e em superfície (sólido ou 
semi-sólido) 
 - Modo de cultivo e desenvolvimento do agente 
microbiano: propiciar formação celular ou produto 
- Processos aerados ou não aerados 
O produto é a célula ou o derivado .... 
FABRICAÇÃO DO ÁLCOOL 
Terminologia 
Mosto 
 Toda mistura destinada a fermentação alcoólica. 
Brix 
 Porcentagem de sólidos solúveis contidos em uma solução. 
 Exemplos de sólidos sóluveis: sal, açúcar 
Acidez 
 Utilizada para quantificar o índice de infecção 
Açúcares Totais ( ART ) 
 Porcentagem em peso de açúcares contido no caldo da cana , compreendendo sacarose, 
glicose, frutose . 
 
CONDUÇÃO DO PROCESSO FERMENTATIVO 
pH Temperatura Aeração Concentração Agitação 
FERMENTAÇÃO - DORNAS 
04 tipos de processo de fermentação: 
 Tipos de Processo de Fermentação 
Fermentação Alcóolica 
Fermentação Continua; 
Fermentação Descontinua 
Fermentação em Superfície 
(sólido ou semi-sólido) 
Fermentação em Profundidade 
(submerso) 
CONDUÇÃO DO PROCESSO FERMENTATIVO 
pH Temperatura Aeração Concentração Agitação 
Fermentação 
Início da fermentação: até 3 horas 
2200 L 
Fermentação Alcóolica 
Fermentação:  24 horas 
Pé-de-cuba: malte de milho 
 farelo de arroz 
CONDUÇÃO DO PROCESSO FERMENTATIVO 
pH Temperatura Aeração Concentração Agitação 
Velocidade de Alimentação 
 Ideal : Quanto menor a velocidade menor estresse, 
menor produção de produtos secundários e maior 
rendimento. 
 Crítico : Quanto maior a velocidade: 
 Maior a produção de glicerol; 
 Maior a infecção; 
 Maior estresse da levedura; 
 Alto custo da refrigeração; 
 Alto custo de antibiótico. 
 
 
 Fatores que causam perdas a fermentação 
 Espumas 
 
 
 
 Floculação 
 O que são as espumas: 
 Bolhas de gás; 
 Aprisionada por película líquida. 
 
IDEAL: CÉLULAS ISOLADAS 
FLOCULAÇÃO CAUSADA POR 
BACTÉRIAS 
Características fermentativas 
desejável espuma 
floculação 
CONTAMINAÇÃO BACTERIANA 
CONTAMINAÇÃO BACTERIANA 
• Consumo de açúcar e nutrientes 
• Floculação da levedura 
• Tempo fermentação 
• Gasto de ácido 
• Maior formação de espuma 
Em anaerobiose, ocorre a fermentação ... 
Em aerobiose, ocorre a multiplicação celular... 
Preparo do Mosto: 
 
Oxigênio 
Necessidades Nutricionais 
Necessitam dos mesmos elementos químicos que as 
outras formas de vida. 
Fatores de Crescimento 
Necessitam de determinados fatores de crescimento tais 
como vitaminas 
FERMENTAÇÃO - FISIOLOGIA DAS LEVEDURAS 
Temperatura 
Temperatura ideal ºC. 
pH 
Aceita-se em geral que as leveduras crescem melhor em 
meios ácidos e bactérias em meio básico 
FABRICAÇÃO DO ÁLCOOL 
INTRODUÇÃO 
 Aquecimento da água e mosto: 
• Garante uma maior velocidade na multiplicação da levedura 
e provoca inibição de microorganismos não interessantes 
ao processo. 
• Temperatura ideal. 
 
Princípios Fundamentais: Multiplicação 
FABRICAÇÃO DO ÁLCOOL 
INTRODUÇÃO 
 Brix de alimentação: 
Faixa ideal de operação: de 6° a 15° Brix. 
Para Brix maiores que 10° a velocidade de multiplicação da 
levedura é menor. 
 Utilização de antibióticos: 
Necessário para inibir o crescimento de bactérias. 
Princípios Fundamentais: Multiplicação 
FABRICAÇÃO DO ÁLCOOL 
INTRODUÇÃO 
 Utilização de nutrientes: 
 São importantes também para favorecer a multiplicação 
rápida da levedura ou bactéria. 
 Os mais utilizados são: 
• fontes de nitrogênio (sulfato de amônio); 
• fontes de magnésio (sulfato de magnésio); 
• fontes de potássio . 
• e outros (zinco, fósforo, cálcio etc.) 
 A aplicação é necessária até atingir 5% de 
fermento dentro das dornas. 
Princípios Fundamentais: Multiplicação 
FERMENTAÇÃO - DORNAS 
 São tanques construídos geralmente em aço carbono ou 
inoxídavél com capacidade variável de acordo com o processo. 
 
 Podem ser fechadas ou abertas: 
 
 Abertas: apresentam perda acentuada pois, com a eliminação 
de gases da fermentação, haverá um arraste de produto. 
 Dornas de Fermentação 
TIPOS DE PROCESSO DE FERMENTAÇÃO Fermentação Descontinua 
 Fermentação Descontinua ou Batelada : várias dornas 
geralmente com capacidade menor que as do processo continuo, 
neste tipo de processo são realizadas várias pequenas 
fermentações, pois as dornas são cheias, fermentadas e 
processadas uma a uma. 
 
 
FERMENTAÇÃO - DORNAS 
BATELADA COM CENTRIFUGAÇÃO (MELLE BOINOT) 
ÁGUA ÁCIDO 
DORNA 
ÁGUA 
TROCADOR DE CALOR 
 TANQUE PULMÃO 
VINHO BRUTO 
 VOLANTE 
DE VINHO 
TURBINADO 
CENTRÍFUGA 
 CUBA 
FERMENTO 
TRATADO 
MOSTO 
TIPOSDE PROCESSO DE FERMENTAÇÃO Fermentação Batelada 
 DESTILAÇÃO 
Fermentação Batelada 
FERMENTAÇÃO - DORNAS 
 Características deste processo : 
 Alto custo de instalação e automação; 
 Alto custo de manutenção; 
 Facilidade no controle microbiológico; 
 Limpeza das dornas com maior 
frequência . 
TIPOS DE PROCESSO DE FERMENTAÇÃO Fermentação Descontinua 
FERMENTAÇÃO - DORNAS 
TIPOS DE PROCESSO DE FERMENTAÇÃO 
 Fermentação Continua: Neste processo utiliza-se dorna de 
grandes dimensões, sendo que o processo é ininterrupto 
operando da seguinte forma: 
 1º - O mosto é misturado a levedura na primeira dorna; 
 2º - Passará para as demais num processo continuo até chegar 
a ultima dorna onde a concentração de açúcares estará menor 
possível podendo assim considerar a dorna como morta; 
 3º - O vinho bruto desta ultima dorna é enviado para 
centrifugação; 
 4º - O vinho centrifugado é enviado para o aparelho de 
recuperação de produto. 
 
 
 Fermentação Continua 
CENTRÍFUGA 
 DESTILAÇÃO 
 ÁGUA ÁCIDO 
 TRATAMENTO DO FERMENTO 
MOSTO 
TIPOS DE PROCESSO DE FERMENTAÇÃO Fermentação Continua 
Centrifugação separadora do levedo do 
vinho-saída do vinho por pressão pelo 
centro superior - 
Fermentação Contínua 
FERMENTAÇÃO - DORNAS 
TIPOS DE PROCESSO DE FERMENTAÇÃO 
 Características deste processo : 
 
• Facilidade e custo baixo de automação; 
• Custo baixo de instalação de equipamentos 
 ( menor n° de dornas ); 
• Difícil controle microbiológico; 
• Dificuldade de limpeza das dornas. 
 
 Fermentação Continua 
Processo Fermentativo 
Fermentador 
Microrganismo 
Preparo do 
inóculo 
Nutrientes 
Preparo do meio 
Esterilização do meio 
Controles 
Esterilização 
do ar 
Recuperação 
do produto Ar 
Tratamento de 
efluente 
Produto 
Resíduo 
Etapas de um processo fermentativo 
Fatores que influenciam o processo de fermentação 
Temperatura da Fermentação 
Nesta temperatura a levedura se multiplica menos, e 
aumenta o rendimento. 
se conseguir manter a 
contaminação sob controle. 
Temperatura Ideal 
de 33,0º a 34ºC, 
 sendo a máxima 35ºC 
isto é... 
Exemplo 
Velocidade de Alimentação 
 Ideal : Quanto menor a velocidade menor 
estresse, menor produção de produtos secundários 
e maior rendimento. 
 Crítico : Quanto maior a velocidade: 
 Maior a produção de glicerol; 
 Maior a infecção; 
 Maior estresse da levedura; 
 Alto custo da refrigeração; 
 Alto custo de antibiótico. 
 
 
 Fatores que causam perdas a fermentação 
 Espumas 
 
 
 
 Floculação 
 O que são as espumas: 
 Bolhas de gás; 
 Aprisionada por película líquida. 
 
IDEAL: CÉLULAS ISOLADAS 
FLOCULAÇÃO CAUSADA POR 
BACTÉRIAS 
Fermentação em Superfície (sólido ou semi-sólido) 
- Matéria orgânica com umidade específica ao microorganismo; 
- Aeróbio estrito (bolores, micetos), não podem ser conduzidos de forma 
contínua; 
- Importância: lixo, resíduos agropecuários, agroindustriais, queijos, 
levedurização do pão, biofertilizante – vem ganhando importância; 
- Composição da matéria sólida ou semi-sólida é bastante distinta 
dos meios líquidos: fonte de carbono não é composto de baixo peso 
molecular e sim proteínas, lipídios, fibras – requerem enzimas 
extracelulares. 
Vista da Usina de Compostagem 
 
Pode-se mecanizar o sistema... 
Fermentação em Profundidade (submerso) 
- Crescimento do microorganismo e formação do produto (meio 
líquido nutritivo) – escala laboratorial; 
- Agitação (aeração do meio) para obter produtos metabólicos 
(frascos agitados para suprir oxigênio); 
- Escala industrial: borbulhamento de ar ou agitação mecânica; 
- Produção de ácidos cítrico, penicilina, vitamina: submerso, 
agitado e aerado. 
PROVA... 
(Volume II: 2, 6, 8, 9, 10, 11, 12, 13 ) 
 
Principais etapas de um processo biotecnológico: 
Os bioreatores ou Reatores ou Fermentadores ou Biodigestores 
ou ...dornas de fermentação ou ... 
Dimensionamento: altura, largura, aeração, agitação, saída, entrada, espuma...etc 
Processos Fermentativos 
EQUIPAMENTOS 
Construção de equipamento de fermentação 
(cap. 20.) 
Agitador magnético 
Agitador horizontal 
em facas 
A maioria dos biorreatores em uso 
são de tanque agitado (STR) 
Bioreator para hidrólise 
Bioreator: fermentação em estado sólido 
Dornas abertas e fechadas em aço-inoxídável para fementação 
descontínua 
Um biorreator pode ter inúmeras concepções 
Bioreator para produção de biogás 
Bioreator para produção de biogás 
Biogás 
 
MEIO 
Composição (substratos, nutrientes) 
• Fonte de carbono 
• Fonte de nitrogênio 
• Fonte de fósforo 
• Outros elementos (Na, K, Ca...) 
• Vitaminas 
Laboratório 
Industrial (matéria-prima) 
• Tipos 
AMILÁCEAS, 
SACARÍNEAS, 
CELULÓSICAS, 
GLICOSE e FRUTOSE 
MEIO 
• Definição/ Escolha 
• Tipos 
- Sacaríneas 
Caldo de cana-de-açúcar 
Melaço 
Suco de frutas 
Leite 
Soro de leite 
Licor sulfídrico 
Vinhoto ou vinhaça 
MEIO 
Matéria-prima 
• Tipos 
- Amiláceas 
Grãos/cereais: Trigo, Milho, Cevada, centeio, arroz 
Raízes/Tubérculos: Mandioca, Batata, Batata doce 
MEIO 
Matéria-prima 
• Tipos 
- Amiláceas 
Hidrólise: Uso de enzimas Ligações (α-amilase, β-amilase) 
Ligações α-1,6 (exopululanases, pululanases e isoamilases) 
Ligações α-1,4 e α-1,6 (glucoamilases) 
Produtos: glicose, maltose, dextrinas 
Matéria-prima 
• Tipos 
- Celulósicas 
 
Subprodutos da indústria de madeiras 
Bagaços 
Casca de frutas 
Sabugo de milho 
Resíduos agrícolas 
MEIO 
Matéria-prima 
• Tipos 
- Celulósicas 
Hidrólise: Aquecimento com ácidos orgânicos (70 ou 150 ºC) ou pressão/temperatura 
 Uso de enzimas do complexo celulítico (endo e exoglucanases, βglicosidase) 
 Produtos: glicose, celobiose, oligossacarídeos 
PAREDE 
CELULAR 
Substâncias 
pécticas com 
pontes de Ca++ 
Microfibrilas 
celulósicas 
Hemiceluloses 
Proteínas 
estruturais 
Pontes de H+ com outras 
moléculas celulósicas 
Celulose: polímero linear de glicose com ligações 
-1,4 Glicosídicas (quimicamente muito estáveis) 
Glicogênio e amido são polímeros de glicose com 
ligações -1,4 e -1,6 Glicosídicas, que produzem 
ramificações no carbono 6 
CELULOSE- Moléculas lineares e 
unidas (pontes de H+ ) formam as 
microfibrilas compactas. 
AMIDO- Ramificação limita nº 
de pontes de H+, o que o torna 
menos compacto que a celulose. 
GLICOGÊNIO-Muito rami- 
ficado, logo, é ainda menos 
compacto que o amido 
CELULOSE AMIDO E 
 GLIGOGÊNIO 
A indústria... 
Localização da indústria 
- Situada próxima da fonte da zona produtora de matéria-
prima: diminuir gastos com transporte de matéria-prima 
- Próximo aos pontos de escoamento da produção 
- Topografia acidentada e declividade perfeita para construção 
das instalações industriais em três níveis - representação 
- Disponibilidade de água para processo industrial (diluição do 
mosto, lavagem, caldeira, refrigeração do destilador e limpeza, 
etc) 
Decantação 
Padronização do mosto 
Fermentação 
Destilação 
Cachaça de Coração 38º a 48º GL, a 20º C 
Filtração Envelhecimento em tonéis de madeira 
Engarrafamento 
Comercialização 
VinhotoMoagem Cana-de-açúcar 
Fertilizante 
REQUISITOS DE INSTALAÇÃO E ORGANIZAÇÃO A 
SEREM PREENCHIDOS 
PARA OBTER A FORMALIZAÇÃO 
Formalização legal 
Municipal, Estadual e Federal 
Fase inicial: 
 - Consulta formal junto a Secretaria Estadual do Meio 
Ambiente para verificar se a área está de acordo com as 
exigências legais de proteção ao meio ambiente 
 
 - Consulta formal junto a Prefeitura Municipal para verificar 
se a área está dentro das leis e posturas (Lei de Uso de Solo) 
ELABORAR O PROJETO 
 
 Fatores técnicos e produtivos devem ser trabalhados e 
sistematizados antes e durante o projeto arquitetônico e 
instalação da estrutura comercial, obedecendo exigências 
estabelecidas por lei e as recomendações de Boas Práticas de 
Fabricação (BPF) e Análise de Perigo e Pontos Críticos de 
Controle (APPCC) 
 
 
 
Necessário elaboração de projeto arquitetônico – engenheiro ou arquiteto 
credenciado no CREA: planta baixa e cortes transversais e longitudinais da 
fábrica e da engarrafadora. 
Planejamento do Processo Produtivo 
- Compra ou produção de matéria-prima 
- Recepção e moagem/trituração/desintegração 
- Decantação/filtragem/separação 
- Diluição 
- Fermentação 
- Recuperação: Destilação, Filtração, Decantação, Purificação, etc. 
- Descanso (específico) 
- Distribuição 
Plantas de indústrias de fermentação 
Plantas de indústrias de fermentação 
Plantas de indústrias de fermentação 
Plantas de indústrias de fermentação 
Plantas de indústrias de fermentação 
- Prédio: amplo, espaçoso, com forro, piso impermeável com 
inclinação para escoamento de água, seções com divisórias, 
cobertas, com tinta impermeável e lavável; 
- Seção de moagem/preparação da matéria-prima : destinada 
ao recebimento e moagem, outros, coberta e piso resistente e 
impermeável; 
- Seção de Preparação do Mosto e Fermentação: destinado a 
fermentação, fechada, piso com camada resistente, lisa ou 
adequada e impermeável, com inclinação suficiente para 
perfeito escoamento das águas e proteção que impeça o acesso 
de insetos e animais (telas) 
- Seção de Destilação: destinada à destilação, paredes de 
alvenaria lisa, lavável e impermeável, com área mínima de 
20m2 e pé-direito mínimo de 3 m. 
- Equipamentos (tubulações, balanças, moendas , dornas de 
fermentação, destiladores, alcoômetro, dornas para estocagem 
e/ou envelhecimento); 
 
- Instalações sanitárias; 
 
- Seção de Acondicionamento: destinada ao enchimento e 
fechamento de vasilhames, com área mínima de 25 m2, e 
paredes revestidas até a altura de 2 m, no mínimo, com azulejos 
de cores claras ou outro material impermeável, liso, resistente e 
inócuo; 
 
- Seção de Lavagem: destinada exclusivamente a realizar as 
operações de lavagem dos vasilhames (pé direito mínimo de 3,5 
m e área inferior a 25 m2) apenas para alambiques que 
trabalham com embalagens reutilizadas; 
- Caixa de Descarte do Vinhoto: destinada ao armazenamento 
de vinhoto ou vinhaça, deve ser impermeável, distante pelo 
menos 25 m, distante pelo menos 300 m de mananciais de 
águas, com capacidade de três vezes a produção mensal. 
 Ex: Produção diária de 100 l vinhoto 
 Produção mensal de 2200 l de vinhoto 
 Capacidade da caixa: 6600 l de vinhoto 
 
- Seção de envelhecimento: destinada ao armazenamento e ao 
envelhecimento da aguardente, quando necessária. Deve ser 
úmido e silencioso 
FABRICAÇÃO DO ÁLCOOL 
Terminologia 
Mosto 
 Toda mistura destinada a fermentação alcoólica. 
Brix 
 Porcentagem de sólidos solúveis contidos em uma solução. 
 Exemplos de sólidos sóluveis: sal, açúcar 
Acidez 
 Utilizada para quantificar o índice de infecção 
Açúcares Totais ( ART ) 
 Porcentagem em peso de açúcares contido no caldo da cana , compreendendo sacarose, 
glicose, frutose . 
 
Aparelhos Usados 
 Brix: 
 Teor de sólidos solúveis (açúcares e sais sólidos) 
 
- Sacarímetro de Brix – escalas: 0-10; 10-20; 0-30 
(porcentagem) 
 Teor de açúcares totais 
Refratômetro – maior custo (porcentagem) - Brix 
 Aplicações: uso no campo / cana 
 
Termômetros – escala 0-100º C 
 
 Aplicações: caldo, fermentação, destilação 
Cultura da cana-de-açúcar 
- cultivo orgânico 
- 18 meses 
- corte sem queima 
inflorescência 
 
 
Chochamento ou isoporização 
. 
 
 
Obtenção do caldo de cana-de-açúcar: lavagem 
Obtenção do caldo de cana-de-açúcar: moagem 
Moenda 
Esteira para bagaço 
Moenda de três ternos 
Grandes Usinas / Destilarias de Álcool : capacidade de 
extração  90% 
 - Número de ternos de moendas, preparo de cana, 
embebição, controle de alimentação de cana na 
esteira, reguladores de pressão das moendas, etc. 
Esquema de conjunto de quatro ternos de moendas – adiciona-se água no 
bagaço que passa pela 2ª e 3ª moenda / melhor extração: embebição 
Cana desfibrada ou desfiada 
Cana desfibrada (preparo de moagem) 
Preparação do mosto 
Caixa de decantação 
Caixa de diluição, aquecimento e controle de pH 
- 12 a 15º Brix 
- até 30ºC 
- pH 
Correção do Mosto: 
-Decantação: 
Decantador 
 
- impurezas grosseiras 
– terra, areia, bagaço, 
bagacilho, etc 
Preparo do Mosto 
 - Após extração o caldo, deve ser decantado: caldo 
“limpo”. 
- Impurezas causam: 
  contaminação, compromete qualidade, incrusta 
destiladores, 
  tubulação de caldo deverá ter inclinação suficiente 
ou removível para impedir que caldo fique retido, 
parado, dando condições para desenvolvimento de 
microorganismos e formação de compostos 
secundários (furfural, acidez) – lavagem diária com 
água das tubulações e semanalmente água com cloro 
(3-5%) por algumas horas ou tubulação cheia 
 
Preparação do mosto 
Caixa de decantação 
Caixa de diluição, aquecimento e controle de pH 
- Diluição: evitar fermentação incompleta – caldo deve ter 
controle de Brix 
 
- Temperatura: aquecimento no inverno e resfriamento 
no verão 
 
- Acidez do Mosto: reação neutra ou alcalina favorável a 
bactérias. Uso de ácido fosfórico, ácido sulfúrico, limão, 
ou bases... 
 
- Adição de sais minerais: pé-de-cuba e periodicamente 
nas dornas de fermentação 
 
- Adição de Sulfato de Amônio: 1 g/l 
- Superfosfato simples: 20 g /1.000 litros de caldo 
- Desinfestante: uso no mosto de fermentação, ação 
efetiva sobre bactérias (fluoreto de sódio, sulfato de 
cobre) 
- Antibióticos: cloranfenicol e penicilina (dose: 500 a 1000 
UI/l de mosto) 
- Vitaminas: 50 g de vitaminas do complexo B / 1000 l de 
mosto / farelo de arroz (vitaminas B1 e B6 e ácido 
pantotênico) – adição feita dentro dos sacos de algodão de 
malha grossa. 
 
Salles (2002) – vitamina B e sais de amônio apresentaram 
resultados mais expressivos que isoladamente e em relação a 
outras combinações 
Escada, tubulações e dornas em aço inox 
Sala de fermentação da USP - Piracicaba 
Fermentação 
Início da fermentação: até 3 horas 
Fermentação Alcóolica 
Fermentação:  24 horas 
Destilação: alambique de cobre de três corpos 
Pré-aquecedor 
Destilador 
1200 L 
Condensador 
Torre: 84-90ºC 
Panela: 84-90ºC 
Caixa de amostragem 
Amostras de cachaçaEnvelhecimento 
Quercus spp. 
Planejamento do Processo Produtivo 
- Compra ou produção de matéria-prima 
- Recepção e moagem/trituração/desintegração 
- Decantação/filtragem/separação 
- Diluição 
- Fermentação 
- Recuperação: Destilação, Filtração, Decantação, Purificação, etc. 
- Descanso (específico) 
- Distribuição 
CONTROLES NA INDÚSTRIA 
DE FERMENTAÇÃO 
Características fermentativas 
desejável espuma floculação 
Cap. 18 
CONTAMINAÇÃO BACTERIANA 
CONTAMINAÇÃO BACTERIANA 
• Consumo de açúcar e nutrientes 
• Floculação da levedura 
• Tempo fermentação 
• Gasto de ácido 
• Maior formação de espuma Cap. 18 
 Parâmetros controlados no processo de fermentação: 
- volume de mosto 
- pH do mosto ao longo do processo 
- temperatura do ambiente, do mosto no início e término da 
fermentação – medidor térmico de vazão mássica 
- tempo de alimentação da dorna de fermentação 
- concentração do substrato (ex.sacarose) e produto (ex.teor alcoólico) 
do mosto fermentado 
- tempo de fermentação 
- Pressão /medição da vazão gasosa 
- medição das vazões 
- velocidade da agitação 
- medição da espuma – antiespumante 
- cheiro 
 
 TABELA DE CONTROLE DA FERMENTAÇÃO (EXCEL) 
 
Cap. 18 e 19 
 Medidas físico-química de controle no processo de 
fermentação: 
- Acidez (pH; acidez fixa, volátil e total) 
- Oxigênio dissolvido (pO2) no meio e Oxigênio na fase gasosa 
- CO2 na fase gasosa (desce) 
 
 
Medidas de biomassa 
- Turbidez do meio 
- Contagem de inóculo 
- Massa do inóculo 
 
 
Cap. 18 
 Determinação de substratos e produtos na fase líquida 
- Métodos bioquímicos 
- Cromatografia líquida, gasosa, líquido-sólida, troca catiônica 
Análises físico-químicas do produto final 
 
Exemplo para etanol e bebida destilada: 
- teor alcoólico real 
- aldeídos totais 
- furfural 
- hidroximetilfurfural 
- ésteres totais 
- cobre 
- álcool metílico 
- álcoois superiores 
- acidez total, fixa e volátil 
- extrato seco 
 
 
-Fundamental: 
 
CORRELAÇÃO FÍSICO-QUÍMICA E O BIOPROCESSO 
UTILIZADO 
Análises estatísticas 
 
- Variáveis que interferem na produtividade, rendimento, 
qualidade físico-química e sensorial do produto final - traçar as 
relações entre as variáveis e seu ponto ideal para alta 
qualidade 
 
- análise de regressão linear simples, 
 
- análises de resíduos 
 
- análises de diferenças significativas entre valores 
dentro das variáveis através da ANOVA e Teste de 
Médias Tukey 
EXEMPLO 
 
Resultados 
y = 710,13x + 125,03 
R 
2 
 = 0,42 
80 
100 
120 
140 
160 
180 
200 
220 
240 
00:50 01:18 01:47 02:16 02:45 03:14 03:42 
C
o
r
a
ç
ã
o
 (
L
 
 b
a
te
la
d
a
)
 
Tempo de alimentação (h) 
Análise de regressão linear (2005-2006-2007):  concentração de 
sacarose e etanol – diversidade e dinâmica de sucessão microbiana 
Exemplo Resultados 
y = 56,566Ln(x) + 210,84
R
2
 = 0,2497
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
24 30 34 38 41
Temperatura inicial do mosto (oC)
C
or
aç
ão
 (L
 / 
ba
te
la
da
)
Análise de regressão linear (2005-2006-2007): tempo de alimentação e 
temperatura do mosto para aumentar coração 
0
2 0
4 0
6 0
8 0
10 0
12 0
14 0
10 0 % a t e mp e rat ura inic ia l d o
c a ld o d iluí d o 
10 0 % a 3 0 o C 4 0 % a t e mp e rat ura inic ia l d o
c a ld o d iluí d o + 6 0 % a 3 0 o C
Temperatura do mosto
És
ter
es 
(m
g /
 10
0 m
L)
Efeito da temperatura inicial do mosto sobre a produção 
de ésteres totais – composição lipídica e fluidez da membrana da levedura 
Exemplo Resultados 
y = 46,023Ln(x) + 42,233
R
2
 = 0,9816
0
20
40
60
80
100
120
140
160
1 2 3 4 5
Tempo de alimentação da dorna de fermentação (h)
É
st
er
es
 (m
g 
/ 1
00
 m
L
)
Safra 2005
Safra 2006
Safra 2007
Média entre safras
Log. (Média entre safras)
Sinergismo entre temperatura do mosto e tempo de alimentação da 
dorna de fermentação 
Exemplo Resultados 
Operações de instalações industriais de fermentação 
- Diferentes exigências: ex: tratamento de esgoto, destilaria e 
produção de vitaminas e sais minerais 
 
► Condições Gerais (controle): 
- Matéria-prima (composição e conservação: cana, madeira, melado, etc) 
- Preparo do substrato (em condições de pH, oC, acidez, assepsia) – hidrólise, 
sacarificação, diluição, etc 
- Inoculação (1 inóculo : 10 substrato; conservação - repicagem de culturas 
puras, micoteca 
- Processo fermentativo: assepesia total, características da sala de 
preparação do mosto e fermentação. 
Cap. 19 
BIOPROCESSOS: ESCALAS E EQUIPAMENTOS 
Construção de equipamentos e otimização do bioprocesso