6- Fermentaçoes 2014 1

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M E L I S S A L I M O E I R O E S T R A D A G U T A R R A 
Fermentação 
Classificação 
Quais são os 
principais 
tipos de 
fermentação? 
São classificadas em relação ao tipos de fase 
 
 Fase aquosa – fermentação submersa (em 
profundidade) ou fermentação em superfície 
(processo utilizado antigamente para produção de 
ácido cítrico) 
Fermentação submersa – grande maioria dos processos 
industriais – inclui os reatores mostrados anteriormente 
 
 Fase não-aquosa - fermentação no estado sólido 
Fermentação submersa (FS) 
 
 
Características 
- meio de cultivo líquido contendo nutrientes solúveis – 
podem ser complexos ou de composição definida 
 
 
- equipamento: fermentadores fechados equipados com 
agitadores, aeradores e controladores (pH, T, O2, …) 
 
 
Resíduos 
agroindustriais 
 
 
inóculo: esporos ou células propagados em frascos agitados 
e pré-fermentadores 
 
 
A maioria dos micro-organismos podem ser 
cultivados por FS (algas, fungos filamentosos, 
leveduras, bactérias, arqueias e células animais) 
 Biorreatores 
 
- Geralmente agitado - diferentes tipos de agitação 
 
- Aerados e não aerados (produção de etanol, ácido 
lático) 
Apresenta uma fase liquida contínua e uma fase gasosa 
acesso ao oxigênio se dá pela fase liquida 
Gargalo do escalonamento – solubilidade do oxigênio 
na fase liquida 
 
 
 
 
 
-Homogeneidade - Calor, nutrientes, produtos e O2 
uniformemente distribuídos 
Permite maior medida e controle dos parâmetros – 
pH, temperatura . 
• Biorreatores convencionais 
– tanques agitados 
• Biorreatores não-convencionais 
– air-lift ou coluna de bolhas, biorreatores com 
células imobilizadas e de membranas 
Principais etapas da FS 
 Aplicações 
- antibióticos 
- enzimas 
- levedura de panificação 
- cerveja 
- ácidos orgânicos 
- etanol 
 
Fermentação no estado sólido (FES) 
 
 
Fermentação no estado sólido (FES) é geralmente definida 
como o crescimento de microorganismos em materiais 
sólidos úmidos na ausência ou quase ausência de água livre, 
apresentando fase contínua de gás no espaço entre as 
partículas. 
Fase 
gasosa 
contínua 
Fase 
líquida 
Gotas de 
água 
Água e 
nutrientes 
absorvidos no 
material sólido 
 Características: 
- Ausência ou quase ausência de água livre 
- Meio de cultivo : compostos de origem vegetal ou meio 
definidos ou semi-definidos 
- Matriz sólida: compostos vegetais ou matrizes inertes 
 
 Emprego de rejeitos agroindustriais 
 
- compostos vegetais 
 
(amberlite, perlite, vermiculite, polipropileno, poliuretano) 
- Suportes inertes 
 
Que microrganismos 
crescem em FES? 
- Bactérias (enzimas, compostagem, alimento) 
Bacillus sp., Pseudomonas sp., Serratia sp., Streptococcus 
sp., Lactobacillus sp. 
- Leveduras (Alimento, etanol, ácido cítrico) 
Saccharomyces cerevisiae, Candida tropicallis, Yarrowia 
lipolytica 
- Fungos filamentosos (muitas aplicações) 
Aspergillus sp., Fusarium sp., Mucor sp., Rhizopus sp., 
Penicillium sp. 
Características dos microrganismos que crescem 
em FES 
 
- São quimiotróficos e heterotróficos 
-Geralmente mesofílicos 
- São geralmente aeróbios 
- Crescem em baixa atividade de água 
- São capazes de utilizar compostos complexos como fonte 
de carbono e energia 
- produzem enzimas extracelulares 
 
Por que os fungos 
filamentosos são os mais 
empregados em FES? 
 
 
• crescimento em superfície sólida – mais próximo ao seu 
habitat natural 
•Crescimento em baixa atividade de água 
•penetração do material sólido – maior acesso aos 
nutrientes 
• Crescimento de hifas aéreas – capitação de oxigênio 
• Produção de esporos – dispersão e resistência 
• Produção elevada gama de enzimas extracelulares 
 
 
Figura Rahrdjo 2006 
Crescimento de fungos 
filamentosos 
Crescimento em FES 
 
- Fungo filamentoso – pode crescer na superfície e no interior 
dos grãos (depende da porosidade da partícula) 
- Bactérias e leveduras – crescimento na superfície 
 
FES FS 
Meio de cultivo sem fase líquida Meio de cultivo com fase líquida 
Substratos insolúveis em água Substrato solúveis em água 
A água em quantidade apenas suficiente 
para o crescimento 
Grande quantidade de água 
A absorção de nutrientes ocorre a partir do 
substrato sólido umedecido 
Ocorre a absorção de nutrientes 
dissolvidos no líquido 
Presença de gradientes de calor, 
nutrientes, produtos e O2 
Calor, nutrientes, produtos e O2 
uniformemente distribuídos 
Maiores concentrações de inóculo Menores concentrações de inóculo 
Aeração disponibiliza O2 e remove o calor 
metabólico e os produtos gasosos 
Aeração disponibiliza O2 e remove os 
produtos gasosos, mas o calor metabólico 
é removido por dispositivos específicos 
para troca de calor 
Agitação facultativa Agitação geralmente essencial 
Produtos mais concentrados Produtos menos concentrados 
O crescimento fúngico envolve penetração 
de hifas no substrato sólido 
Ocorre em forma de micélios individuais ou 
em aglomerados uniformemente 
distribuídos 
Bactérias e leveduras crescem aderidas ao 
substrato sólido 
Bactérias e leveduras crescem 
uniformemente distribuídas 
 
 Vantagens da FES 
- Baixo custo 
- menor espaço requerido para os fermentadores em relação 
ao rendimento do produto 
- maior concentração do produto 
- menor probabilidade de contaminação por bactérias 
- apresenta condições de cultivo mais próximas às condições 
do habitat natural dos microrganismos 
- Maior produtividade 
- Enzimas com características melhores 
 
 Desvantagens da FES 
- Sistema heterogêneo - Baixa transferência de calor e de 
massa 
- Dificuldade de monitoramento e controle de parâmetros 
-Dificuldades na ampliação de escala. 
-Avanços ainda recentes no desenvolvimento de biorreatores 
-Emprego de elevada concentração de inóculo 
 
4) Microrganismos 
- principalmente fungos filamentosos 
 24h 48h 
Penicillium 
simplicissimum 
Principais etapas da FES 
Funções do biorreator 
 
- Deve suportar o leito e evitar liberação do microrganismo 
produtor e a entrada de contaminantes. 
- Permitir da melhor forma possível o controle das condições 
do ambiente, como temperatura e atividade de água, 
modificadas pelo crescimento do microrganismo. 
Aplicações da FES 
- Produtos: 
 # produtos bioativos - alto valor agregado (micotoxinas, 
antibióticos, fatores de crescimento de plantas) 
 # enzimas - redução de custos (proteases, celulases, 
lipases) 
 # ácidos orgânicos (ácido cítrico, ácido lático) 
# biopesticidas - maior produtividade 
# aromas - maior produtividade 
- Processos: biorremediação e biodegradação de compostos; 
detoxificação de resíduos agro-industriais