Bioquimica Farmacêutica Fermentação

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FARMÁCIA FARMÁCIA –– 2º ano Bioquímica Farmacêutica 2º ano Bioquímica Farmacêutica 
Prof. Evandro S. Prof. Evandro S. RicardiRicardi
FERMENTAÇÃO
Palavra de origem latina “fervere”. 
Descrevia a aparência da ação das leveduras em 
determinados meios, devido ao desprendimento de CO2.
SIGNIFICADO INDUSTRIAL
“Qualquer processo para produção de produto por 
ação de microrganismo”
SIGNIFICADO BIOQUÍMICO
“Processo anaeróbio de transformação de uma 
substância em outra, produzida a partir de 
microrganismos, tais como bactérias e fungos, 
chamados nesses casos de fermentos”
Importância dos Processos Fermentativos 
 Produção de Etanol 
•Qualquer produto que contenha açúcar ( cana-de-açúcar, milho, beterraba)
•Principal: sacarose
 Produção de Vitaminas
•Riboflavina (B2), Cianocobalamina (B12)
•Bactérias: Propionibacterium shermanii
 Produção de Antibióticos 
•Fleming (1929): fungo Penicillum notatum
•Penicilina, Cefalosporina, Ácido Clavulônico
 Produção de Aminoácidos 
•Alimentação humana, enriquecimento de ração animal, realce de sabor (glutamato
sódico), cisteína (antioxidante)
•Isoleucina, fenilalanina, leucina, lisina, metionina, treonina, triptofano, valina
CLASSIFICAÇÃO
A. Fermentação Lática:
1ª Fase: Glicólise
Nesta fase, uma molécula de glicose (C6H12O6), composta por 6 carbonos é
desdobrada em duas moléculas de ácido pirúvico, composto por 3 carbonos
(C3H4O3). Para desencadear a reação são necessários 2ATP (Adenosina
trifosfato), após a glicose é oxidada e duas moléculas NAD+ ficam reduzidas
em NADH . Durante o processo são também sintetizadas 4 moléculas de ATP
a partir de 4ADP + 4P, ficando com rendimento de 2ATP (4ATP-2ATP-gastos
para desencadear a reação)
1C6H12O6 + 2ATP ----------> 2C3H4O3 + 2NADH + 4ATP
glicose ác. pirúvico
CLASSIFICAÇÃO
A. Fermentação Lática:
2ª Fase: Fermentação Lática - Bactéria → lactobacilos utilizados na produção de iogurtes e
coalhadas. Seres Humanos → (Glicólise Anaeróbica) contração de células musculares em estado de baixa oxigenação e sobrecarga
metabólica (intensidade de exercício).
Após a Glicólise, o ácido pirúvico é reduzido pela lactato-desidrogenase ao
combinar-se com os hidrogênios transportados pelo NADH originando-se
ácido láctico (C3H6O3).
2C3H4O3 + NADH ---------> 2C3H6O3 + NAD
+ + 2ATP
ác. pirúvico ác. láctico
CLASSIFICAÇÃO
B. Fermentação Alcoólica - Leveduras: Saccharomyces cerevisiae
Na fermentação alcoólica, o ác. piruúvico sofre descarboxilação (perda de
um átomo de carbono, na forma de CO2), pela ação de uma enzima (piruvato
descarboxilase), formando aldeído acético (acetaldeído). Este aldeído sofre
redução, oxidando o NADH para NAD+ e formando o etanol (processos
intermediados pela enzima álcool desidrogenase ).
2C3H4O3 + 2NADH ---------> 2C3H6O3 + 2CO2 + 2NAD
+ + 2ATP
ác. pirúvico etanol
CLASSIFICAÇÃO
C. Fermentação Acética
Ocorre uma fermentação oxidativa na qual soluções diluídas de etanol são
oxidadas por bactérias acéticas com o oxigênio do ar em ácido acético e água.
Bactérias Acéticas: são bactérias aeróbias pertencente à família Pseudomonodaceae; aos gêneros
Acetobacter e Gluconobacter. As principais espécies de bactérias acéticas são: Acetobacter aceti,
Acetobacter pasteurianus, Acetobacter xylinum, Acetobacter schützenbachii e Gluconobacter
oxydans.
etanol ác. acético
alcooxidase
ETAPAS DE UM PROCESSO 
FERMENTATIVO
• Formulação do meio do preparo do inóculo e do
processo em fermentador
• Preparo do inóculo (cultura pura em quantidade
suficiente para inoculação do reator)
• Esterilização do meio, fermentador e
equipamentos
• Extração e purificação do produto
• Tratamento dos efluentes
PROCESSO FERMENTATIVO GENÉRICO
Fermentador
Microrganismo
Preparo do 
inóculo
Nutrientes
Preparo do meio
Esterilização do meio
Controles
Esterilização do ar Recuperação do 
produtoAr
Tratamento de 
efluente
Produto
Resíduo
MICRORGANISMOS
Agentes de fermentação
Ex: Saccharomyces
Meio preparado deve sofrer a ação 
de biocatalizadores, pela 
inoculação de uma suspensão de 
células ativadas.
Fermentação alcoólica
SUBSTRATOS
Fornecimento de nutrientes para 
síntese de macromoléculas 
essenciais para a obtenção de 
energia. 
Uma grande variedade de matérias-
primas, geralmente provenientes da 
agroindústria, são utilizadas com 
fontes de substrato e outros 
nutrientes.
Tipos de Substratos
Agrupamento das fontes de substrato em função da estrutura e 
da complexidade molecular dos substratos: 
• Substratos solúveis: que podem ser facilmente extraídos 
produto(s) como por exemplo, sacarose, glicose, frutose e 
lactose, provenientes de cana-de-açúcar, beterraba, melaço, 
soro de leite, etc.
• Substratos insolúveis: que precisam de tratamento 
moderado para solubilização e hidrólise, antes da 
conversão em produto(s) como por exemplo, amido de 
milho, mandioca, trigo, cevada, batata, etc.
Elemento Bactéria Levedura Bolor 
Carbono 50 – 53 45 - 50 40 – 63 
Hidrogênio 7 7 
Nitrogênio 12 – 15 7,5 – 11 7 – 10 
Fósforo 2 – 3 0,8 – 2,6 0,4 – 4,5 
Enxofre 0,2 – 1,0 0,01 – 0,24 0,1 – 0,5 
Potássio 1,0 – 4,5 1,0 – 4,0 0,2 – 2,5 
Sódio 0,5 – 1,0 0,01 – 0,1 0,02 – 0,5 
Cálcio 0,01 – 1,1 0,1 – 0,3 0,1 – 1,4 
Magnésio 0,1 – 0,5 0,1 – 0,5 0,1 – 0,5 
Cloro 0,5 --- --- 
Ferro 0,02 – 0,2 0,01 – 0,5 0,1 – 0,2 
 
Composição elementar (%)
1.1 Fonte de energia:
A adenosina-trifosfato (ATP) é o composto mais 
importante nas transformações de energia das 
células. 
Nas indústrias de fermentação, a fonte mais comum 
de energia é amido ou melaço.
2) Fonte de carbono
Os carboidratos são freqüentemente utilizados 
como fonte de carbono em processos 
industriais.
Glicose e sacarose
- São raramente utilizadas (razões econômicas)
Melaço
- Sub-produto da produção de açúcar.
- Contém cerca de 50 % de açúcar
- Composição depende da matéria prima (cana, 
beterraba)
3) Fonte de nitrogênio
Sais de amônia, nitrato e uréia
- Sulfato de amônia reduz o pH do meio durante a fermentação 
Extrato de levedura
- Obtido a partir de levedura de panificação
- Contém aminoácidos, peptídeos, vitaminas e carboidratos.
Peptonas
- Hidrolisado de proteína
- Custo elevado (pouco usada industrialmente)
Farinha de soja
- Resíduo obtido após a extração de óleo de soja
- Contém 50 % de proteína e 30 % de carboidrato
Líquido de maceração do milho
- Obtido durante a extração de amido do milho
- O extrato concentrado contém cerca de 4 % de nitrogênio
4) Sais minerais
São necessários em maior quantidade:
Magnésio, fósforo, potássio, enxofre, cálcio e 
cloro.
São necessários em quantidade mínima:
Cobalto, cobre, ferro, manganês e zinco.
Esterilização do meio de cultura
Processo físico ou químico que destrói todas as 
formas de vida presentes em um determinado 
material, especialmente microrganismos, 
incluindo bactérias, fungo e vírus.
Calor Seco
Úmido
Químicos Desinfetantes
Quimioterápicos
Radiações Ionizante
Não Ionizante
CALOR
Mais eficiente e econômico
1. Calor seco: 
• oxidação violenta de compostos do 
protoplasma.
• eficiência é relativamente baixa, pois 
tem pouca capacidade de penetração. 
• nem todo tipo de material pode ser 
submetido às temperaturas necessárias 
para esterilização pelo calor seco (160 a 
180°C) durante um tempo mínimo de 
uma ou duas horas.
CALOR
2. Calor úmido:
• mais eficiente.
• age promovendo a
destruição de proteínas e
dissolução delipídeos.
• tem alta capacidade de
penetração e pode ser
utilizado para uma grande
variedade de materiais.
• a forma mais comum de
emprego do calor úmido
consiste na utilização de
vapor de água
superaquecido sob pressão.
QUÍMICOS
• Usados para esterilizar superfícies
• Desinfetantes: substâncias que agem diretamente 
sobre os microrganismos, causando a morte; Ex: 
fenóis, álcoois, iodo, cloro, glutaraldeído.
• Quimioterápicos: interferem nas vias metabólicas 
dos microrganismos: bacitracina, vancomicina.
RADIAÇÃO UV
• A radiação UV é absorvida por muitas
substâncias celulares, mas de modo mais
significativo por ácidos nucléicos, onde
geralmente ocorrem as lesões.
• A região do espectro de UV com ação
esterilizante é de 220 a 300 nm, muitas vezes
chamada de região “abiótica”.
FERMENTADORES
• Recipientes onde ocorre a fermentação;
• Biorreatores: equipamento central do processo
fermentativo onde ocorrem as reações de
transformação dos substratos nos produtos de
interesse através da ação dos microrganismos.
Classificação dos Biorreatores:
Grupo 1: Biorreatores bioquímicos: as reações ocorrem na
ausência de células vivas, tipicamente enzimáticos.
Grupo 2: Biorreatores biológicos: as reações ocorrem na
presença de células vivas.
bancada
piloto Fermentador tipo 
cone
Reator tipo tanque agitado 
AGITAÇÃO E MISTURA
 Terminologias
 Mosto: toda mistura açucarada (caldo-mel-água) destinada a fermentação.
 Dornas: são tanques construídos geralmente em aço carbono com capacidade variável.
 Inóculo: “pé-de-cuba ou pé-de-fermentação”, é o volume de suspensão de microrganismo de
concentração variada para garantir a fermentação do mosto.
FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA
(batch)
Operação:
• preparação do substrato adequado ao 
desenvolvimento do microrganismo;
• Colocar esse substrato em um biorreator;
• Adicionar o microrganismo;
• Fermentação;
• Retirada do caldo do biorreator e 
purificação do produto.
meio
inóculo
Meio fermentado
FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA
(batch)
FERMENTAÇÃO - DORNAS 
BATELADA COM CENTRIFUGAÇÃO (MELLE BOINOT)
ÁGUA ÁCIDO
DORNA
ÁGUA
TROCADOR DE CALOR
VINHO BRUTO
CENTRÍFUGA
CUBA
FERMENTO 
TRATADO
MOSTO
TIPOS DE PROCESSO DE FERMENTAÇÃO Fermentação Batelada
DESTILAÇÃO
FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA 
ALIMENTADA (fed-batch)
Operação:
• Inicialmente se 
introduz o inóculo 
ocupando um volume 
útil de 10 a 20%;
• Inicia-se a alimentação 
com o meio de cultura.
meio
inóculo
Meio fermentado
FERMENTAÇÃO CONTÍNUA
Operação:
• o mosto é misturado 
com o fermento na 
primeira dorna;
• Passará para as demais 
num processo contínuo 
até chegar a dorna onde 
a concentração de 
açúcares estará menor 
possível, podendo assim 
considerar a dorna 
morta. fermento
mosto
FERMENTAÇÃO CONTÍNUA
FERMENTAÇÃO - DORNAS 
CENTRÍFUGA
DESTILAÇÃO
ÁGUAÁCIDO
TRATAMENTO DO FERMENTO
MOSTO
TIPOS DE PROCESSO DE FERMENTAÇÃO Fermentação Continua
Biorreator batelada
Biorreator contínuo
Vantagens e inconvenientes dos 
processos contínuos e descontínuos 
de fermentação
CINÉTICA DOS BIOPROCESSOS
• Consiste na análise da evolução dos valores
de concentração de um ou mais
componentes do sistema produtivo, em
função do tempo do bioprocesso.
• Entendem-se como componentes, o
microrganismo (biomassa), os produtos do
processo (metabólitos) e os nutrientes ou
substratos que compõe o meio de cultura.
CINÉTICA DOS BIOPROCESSOS
CINÉTICA DOS BIOPROCESSOS
Fase LAG (adaptação) As células que foram
inoculadas se adaptam ao novo meio. As células
sintetizam as enzimas necessárias ao metabolismo dos
componentes presentes no meio. Não há reprodução
celular. A duração dessa fase varia com a concentração
do inoculo, com a idade do microrganismo (tempo de
pré-cultivo) e com o seu estado fisiológico.
Fase exponencial ou logarítmica - Caracterizada por uma 
grande velocidade de crescimento. A produção de biomassa 
atinge velocidade máxima.
• Fase de transição - A velocidade de 
crescimento começa a diminuir por motivos 
como:
• a) inibição por produtos da fermentação
• b) inibição pela alta [ ] de biomassa 
• c) deficiência de oxigênio
• d) inibição por produtos secundários tóxicos
• Fase estacionária - A taxa de crescimento 
iguala-se à taxa de morte de células.
• •Fase de morte - Caso o processo seja 
continuado , observa-se uma fase 
decrescente na curva de desenvolvimento 
celular porque a taxa de morte de células 
passa a ser maior do que a de crescimento.