Aula2 BIO outubro2017

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Calendário
 Primeiro Estágio: 14/11
Seminário: 21 e 22/11
Fermentação: 20, 21 e 22/02/18
 Análises: 6, 7 e 8/03/2018
 Artigo: 20, 21 e 22/03/18
 Entrega: Até 26/03/2018
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE
CENTRO DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA AGROALIMENTAR
UNIDADE ACADÊMICA DE TECNOLOGIA DE ALIMENTOS
Processos Fermentativos e Fermentadores
Prof. Osvaldo Soares
outubro2017
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1. Introdução
1.1. Histórico
1.2. Definições
1.3. Aplicações e objetivos
2. Microorganismos industriais
2.1. Tipos de microorganismos
2.2. Metabolismo microbiano
2.3. Nutrição microbiana
2.4. Crescimento microbiano
3. Substratos de fermentação
Tópicos
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4. Processos de fermentação
4.1. Fermentação descontínua ou batelada
4.2. Fermentação descontínua alimentada
4.3. Fermentação semi-contínua
4.4. Fermentação contínua
4.5. Comparação entre processos de fermentação submersa
4.6. Fermentação em meio sólido
5. Cinética de processos fermentativos
6. Principais processos fermentativos
6.1. Fermentação alcoólica
6.2. Biossíntese acética
6.3. Fermentação láctica
Tópicos
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1. HISTÓRICO
1. Há milhares de anos o ser humano fazia uso da fermentação sem a noção dos acontecimento químicos e biológicos envolvidos.
a) 8000 – 10000 aC => os antigos egípcios produziam cerveja a partir da fermentação da cevada;
b) 6000 aC => primeiros vinhos produzidos no Oriente Médio;
c) 3000 aC => os chineses usavam coalho de feijão-soja mofado para curar infecções de pele;
c) Século XIX = >  cientista francês Louis Pasteur, enquanto estudava problemas dos cervejeiros e vinicultores da França, descobriu que um tipo de levedura produz vinho bom, mas um segundo tipo torna-o azedo.
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1. HISTÓRICO
d) Entre o final do século XVII e início do século XVIII foi descoberto que secreções estomacais eram capazes de digerir a carne; era também conhecida a conversão de amido a açúcares pela saliva e extratos vegetais.
e) 1897 => Eduard Buchner descobriu que os extratos de levedo podiam fermentar o açúcar até álcool e provou que as enzimas envolvidas na fermentação continuavam funcionando mesmo quando removidas das células vivas;
f) Século XX ao XXI – Vitaminas, polímeros, álcool, enzimas, alimentos, etc.
Enzimas
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O que tem em incomum esses produtos (vitaminas, enzimas, álcool, vinagre, etc.)?
FERMENTAÇÃO
Definições:
1. Processo anaeróbio por meio do qual diversos organismos decompõem substâncias orgânicas com liberação de energia. Fonte: sistemasdeproducao.cnptia.embrapa.br/FontesHTML/Feijao/FeijaoVarzeaTropical/glossario.htm
2. Sob o ponto de vista bioquímico, fermentação é um processo de trocas ou decomposições químicas produzidas nos substratos orgânicos mediante a atividade de microrganismos vivos. Fonte Gava (2004).
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FERMENTAÇÃO
Definições:
3. Processo no qual uma ou mais espécies de microrganismos desenvolvem-se, de forma controlada ou não, consumindo um substrato e sintetizando um produto desejado. (Borzani et al, 2001)
4. A fermentação do ponto de vista bioquímico é um processo anaeróbio de transformação de uma substância em outra, produzida a partir de microorganismos, tais como bactérias e fungos, chamados nesses casos de fermentos.
5. É um conjunto de reações químicas controladas enzimaticamente, em que uma molécula orgânica (geralmente a glicose) é degradada em compostos mais simples, liberando energia. 
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FERMENTAÇÃO
Toda fermentação ocorre sempre em condições anaeróbicas?
Sim
Não
Pode-se ter:
Fermentação aeróbica (ácido cítrico, acético, penicilina, etc.);
Fermentação anaeróbica (vinho, pão, vinagre, etc.).
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FERMENTAÇÃO: Aplicações
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FERMENTAÇÃO: Aplicações
Na indústria 
de alimentos 
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1. Etanol - carburante, farmacêutico, químico, doméstico 
2. Ácidos orgânicos- cítrico, láctico, acético, giberélico, etc. 
3. Solventes: acetona, butanol, isopropanol 
4. Aminoácidos: glutâmico, lisina, triptofano 
5. Nucleotídeos, nucleosídeos e compostos afins:
amilases, proteases, lipases, pectinases, lactase, glicose 
6. Enzimas: isomerase, renina, etc. 
7. Vitaminas: ácido ascórbico, riboflavina, ergosterol, caroteno, B 12
8. Antibióticos - penicilinas, estreptomicina, tetraciclinas, etc. 
9. Vacinas - Neisseria, Mycobacterium, Corynebacterium, etc. 
10. Alcalóides 
11. Gomas – dextrana, xantana, levana 
12. Transformações moleculares: esteróides, antibióticos e pesticidas 
13. Tratamentos de resíduos agroindustriais: lixo e esgoto 
14. Lixiviação Rhizobium 
15. Fixadores de nitrogênio do ar em raízes 
16. Controle biológico de pragas: Bacillus 
Na indústria química, farmacêutica , agricultura e de alimentos 
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FERMENTAÇÃO
Objetivos:
1. Obter novos produtos (enzimas; biopolímeros;
vitaminas, álcool, vacinas, lipídeos, etc.);
2. Conferir sabor e textura para alimentos (queijos, embutidos, conservas, etc.);
3. Conservar alimentos (reduz pH, inibem o crescimento de outros microrganismos, CO2, etc.) 
4. Novas propriedades nutricionais;
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Toda fermentação é benéfica?
FERMENTAÇÃO
Algumas fermentações podem resultar em produtos indesejáveis:
Fermentação acética na produção de álcool;
-Fermentação butírica na produção de derivados de leite;
Fermentações proteolíticas e lipolíticas;
- Produção de agentes tóxicos (microtoxinas, toxinas);
Para isso é preciso ter cuidados no processo de fermentação
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FERMENTAÇÃO
Vantagens:
1. Condições brandas de pH e temperatura;
2. Consumo energético reduzido;
3. Tecnologia simples;
4. Obtenção de produtos únicos.
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FERMENTAÇÃO: Curiosidades
1. A Penicilina é um antibiótico que destrói muitas bactérias causadoras de doenças. É derivado de um mofo que cresce em uma mistura fermentativa de substâncias cuidadosamente selecionadas para este propósito. 
2. A fermentação reduz a toxina (cianeto) que está naturalmente presente na mandioca, especialmente nas variedades amargas. 
3. Na Tanzânia, as crianças que comem mingau fermentado têm menos diarréias do que as crianças que comem mingau não fermentado. O mingau é contaminado freqüentemente com bactérias que causam a diarréia devido à água impura ou à falta de higiene. 
3. As acetobactérias provocam o azedamento do vinho e dos sucos e frutas, sendo responsáveis pela produção do vinagre.
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Esquema de um processo fermentativo industrial 
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Revisão
Preparo do inóculo (microrganismo)
- Multiplicações sucessivas do inóculo;
- Cada etapa pode durar até 24 horas.
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Revisão
Propagação: O termo “propagar” significa: “multiplicar sob condições controladas de temperatura, pressão e assepsia uma determinada massa de fermento”.
As propagações iniciam-se a partir da cultura pura existente no laboratório central até a obtenção de quantidades de células suficientes para envio às unidades, onde o processo de propagação tem continuidade até atingir massa de fermento suficiente para garantir a produção de mosto / renovação do fermento.
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Revisão
Por quê devemos propagar o microrganismo?
 Número de células velhas é pouco viável, pois aumenta com o número de reutilizações.
 Diminuição do poder fermentativo com o envelhecimento da célula (formação de cicatrizes na membrana celular que dificulta a assimilação de nutrientes do meio para o interior da célula, reduzindo o poder fermentativo).
 Maior chance de mudanças do comportamento do fermento, mutação, com aumento de reutilizações, podendo provocar alterações nas características do produto acabado, paladar, flavor...
 Riscos de contaminação microbiológica aumentam com o manuseio (trasfegas, estocagem, dosagens, etc.)
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Revisão
PROPAGAÇÃO NO LABORATÓRIO CENTRAL
O fermento é diluído continuamente com mosto até alcançar o volume suficiente para a inoculação de um tanque.
É feita aeração das parcelas e a transferência é feita por atenuação de extrato
ou tempo.
200L 900L 2.700L 496.000L
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Revisão
Tratamento do meio de cultura
Nutrientes;
pH;
Sujidades (filtração);
Pasteurização, esterilização, etc. (químico ou físico);
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Revisão
Tratamento do meio de cultura
Filtração – Extração de caldo de cana
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Revisão
Fermentação
Fermentação caldo-de-cana
Fermentação láctica de salame
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Revisão
Fermentação
Fermentação caseira de cerveja
Biorreator microprocessado de bancada
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Revisão
Recuperação do produto e
Separação das células
CENTRÍFUGA
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