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PROCESSOS FERMENTATIVOS

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Processos 
Fermentativos 
 
INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E 
TECNOLOGIA DE MINAS GERAIS 
Campus Bambuí 
Bambuí 
Outubro de 2013 
Profa. Marina Leopoldina Lamounier 
marina.lamounier@yahoo.com.br 
INTRODUÇÃO 
 
- Microrganismos 
• decompositores de alimentos; 
• fermentação de alimentos e bebidas. 
- Vinho e vinagre – 10.000 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 
 
1. INTRODUÇÃO 
 
- Muitos alimentos devem sua produção e suas 
características às atividades fermentativas dos 
microrganismos; 
- Produtos como queijos maturados, chucrutes, 
lingüiça fermentada – vida de prateleira maior que 
a matéria–prima da qual eles foram feitos; 
- Alimentos fermentados possuem aroma e sabor 
característicos que resultam direta ou 
indiretamente dos organismos fermentadores. 
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 
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; 
 
Período Acontecimento 
6.000 a. C. bebidas alcoólicas (cerveja e vinho) são produzidas por sumérios e 
babilônios 
2.000 a.C. panificação e bebidas fermentadas são utilizadas por egípcios e 
gregos 
1875 d. C. Pasteur mostra que a fermentação é causada por microrganismos 
1880-1910 surgimento da fermentação industrial (ácido láctico, etanol, 
vinagre) 
1910-1940 síntese de glicerol, acetona e ácido cítrico 
1940-1950 antibióticos são produzidos em larga escala por processos 
fermentativos 
1953 estabelecida a estrutura do DNA 
1973 início da engenharia genética 
1982 insulina humana é produzida 
PROCESSOS FERMENTATIVOS 
 
 
Vinhos e cervejas  1 processo 
fermentativo industrial 
 
Século XX 
microbiologia industrial = bioprocessos (metabolismo 
microbiano)  produção de diversas substâncias (acetona, 
butanol, ácido cítrico, antibióticos, etc) 
 
 
“processos fermentativos”  qualquer processo 
microbiano(agente biológico) em grande escala, seja 
fermentação ou não 
 
 
FERMENTADOR = BIORREATOR (recipiente onde ocorre 
o processo) 
 
 
OBJETIVOS: com ou sem manipulação genética 
 
 Multiplicação de microrganismos  obtenção de 
biomassa (proteína de célula única) 
 
 Obtenção de produtos microbianos (antibióticos, 
aditivos, álcool, enzimas, etc) 
 
Conversão de um substrato em outro  microrganismo 
ou enzima (transformação de esteróides, isomerização de 
glicose em frutose) 
 
Purificação de um solvente (tratamento de efluentes, 
transformação de poluentes em substância biodegradável) 
 
FORMA GERAL DO PROCESSO FERMENTATIVO 
 
Escolha do agente biológico adequado (microrganismo ou 
enzima) 
 
Transformação da matéria prima (esterilização, aeração e 
controle do processo – pH, temperatura, etc) 
 
Separação e purificação do produto final 
PREPARO DO 
MEIO 
PREPARO DO 
INÓCULO 
TRATAMENTO 
FINAL 
CONTROLES 
ESTERILIZAÇÃO 
pH 
TEMPERATURA 
BIORREATOR 
FASE DE LABORATÓRIO 
FASE INDUSTRIAL 
ESTERILIZAÇÃO 
AR 
PRODUTOS SUBPRODUTOS RESÍDUOS 
Processo economicamente viável matéria prima barata 
 procedimento bem controlado 
 forma de recuperação simples 
 
MICRORGANISMOS INDUSTRIAIS 
 
 
METABOLISMO  REAÇÕES QUÍMICAS 
 
Células e microrganismos  retiram dos compostos 
orgânicos energia para manutenção da estrutura e 
atividades 
 
METABOLISMO 
METABOLISMO PRIMÁRIO METABOLISMO SECUNDÁRIO 
ANABOLISMO 
(CONSOMEM ENERGIA) 
ATP + calor 
FERMENTAÇÃO 
RESPIRAÇÃO 
Ativação depende do 
microrganismo e 
condições 
CATABOLISMO 
(LIBERAM ENERGIA) 
Degradação de compostos orgânicos 
VIAS 
CATABÓLICAS 
Nutrientes 
Liberadores 
de energia 
Carboidratos 
Gorduras 
Proteínas 
Produtos finais 
Pobres em 
energia 
CO2 
H2O 
NH3 Moléculas precursoras 
Aminoácidos 
Açucares 
Ácidos graxos 
Bases nitrogenadas 
VIAS 
ANABÓLICAS 
ENERGIA 
Moléculas 
celulares 
Proteínas 
Polissacarídeos 
Lipídeos 
Ácidos nucléicos 
GLICOSE 
ÁCIDO PIRÚVICO 
Respiração: 
Ciclo de Krebs 
e 
Cadeia 
respiratória 
FERMENTAÇÃO 
GLICÓLISE 
(2ATPs) 
CITOPLASMA 
Com 
CO2 
Sem 
CO2 
Citoplasma (células 
procarióticas) 
Mitocôndria (células 
eucarióticas) 
CO2, H2O e 36-38 ATPs 
 
 
Compostos 
orgânicos: 
Etanol, ácido láctico 
FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA (levedura Saccharomyces cerevisiae ) 
 
C6H12O6 + 2ADP + 2Pi CH3 CH2 OH + CO2 + 2ATP 
GLICOSE ETANOL 
FERMENTAÇÃO LÁCTICA (bactérias Streptococcus e Lactobacillus) 
 
C6H12O6 + 2ADP + 2Pi CH3 CHOH COOH + 2ATP 
GLICOSE ÁCIDO LÁCTICO 
 
METABOLISMO PRIMÁRIO 
X 
METABOLISMO SECUNDÁRIO 
 
PRIMÁRIO: relacionado com o crescimento do 
microrganismo e a transformação de nutrientes em 
biomassa (etanol, ac. láctico ou aminoácidos) 
 
SECUNDÁRIO: desnecessário para o metabolismo 
microbiano – sobrevivência em ambientes 
extremamente competitivos com nutrientes 
escassos 
Número de células 
Tempo 
Fase 
lag 
Fase log Fase 
estacionaria 
Fase de 
declínio 
 
Fases de crescimento de uma população 
 
MEIO 
NUTRIENTE CÉLULAS 
METABÓLITO 
 PRIMÁRIO 
METABÓLITO 
 SECUNDÁRIO 
A 
B 
 
LINHAGENS INDUSTRIAIS 
 
•Cultivo em fermentados economicamente viável: 
 
multiplicação rápida do microrganismo 
sintetizar grandes quantidades de produto 
utilizar matéria prima barata 
 
•Linhagens estáveis e aptas para cultivo em grande escala 
(cultura pura) 
 
•Linhagens com alteração genética (mutação e 
recombinação) 
 
•Vias metabólicas alteradas – produtos desejáveis 
 
 
 
MATÉRIA PRIMA 
 
•Depende das necessidades metabólicas do microrganismo 
escolhido 
•Diferentes em função do microrganismo e objetivo do 
processo 
 
EM LABORATÓRIO: água, fonte de energia e carbono 
(glicose, amido, etc), fonte de nitrogênio (orgânica, 
inorgânica ou complexa), sais minerais (CaCL2, K2HPO4, etc) 
e elementos traços (Fe, Zn, etc) 
 
NA INDÚSTRIA: soro de leite, melaço de cana,ou 
beterraba, amido de milho, etc 
 
 
PROCESSOS FERMENTATIVOS 
 
 
 
 
PROCESSOS SUBMERSOS 
 
Fermentadores ou Biorreatores 
Cubas de 20L, 75% de meio (ar ou espuma)  agente biológico submerso 
 
 
 
PROCESSOS SUBMERSOS 
 
Adequação do processo: 
 
REATOR esterilização do sistema, aeração e 
homogeneização do meio, acréscimo de nutrientes e de 
aditivos antiespuma, manutenção de pH, etc 
 
MICRORGANISMO aeração e agitação mecânica 
(distribuição do meio na cuba), calor dissipado por 
resfriamento 
 
 
 
PROCESSOSSUBMERSOS 
 
Exigência de assepsia: esterilização do meio (dentro ou fora 
da cuba); desinfecção ou esterilização do equipamento por 
vapor ou calor de serpentinas (ductos de entrada e saída e 
válvulas); esterilização do ar por filtros 
 
Uso de culturas livres ou imobilizadas (mais econômicas com 
reutilização de células, suporte inerte ou polímero, 
purificação do produto mais simples) 
 
 
MUDANÇA DE ESCALA 
 
 
 
1-10L (fermentação de laboratório) 
 
50-200- 500L (planta piloto) 
 
5.000-50.000L 
 200.000L (escala industrial) 
 
 
necessidade de ajustes à mudanças de escala são 
de grande complexidade 
 
 
200 – 400ml 
CONDUÇÃO DO PROCESSO 
 
 
CONTÍNUO: acréscimo de nutrientes e retirada 
do produto ocorrem continuamente (> contaminação –
proteína microbiana, álcool, tratamento de água) 
 
DESCONTÍNUO (BATELADA): matéria prima + 
inoculo = fermentação até esgotamento dos 
nutrientes (<contaminação – indústria farmacêutica) 
 
SISTEMA DE BATELADA ALIMENTADA: 
 
 
RECUPERAÇÃO DO PRODUTO 
 
fração considerável do custo de um processo 
 fermentativo 
 
 produto excretado: separação por 
 decantação ou filtração 
 
 produto dentro da célula: células 
 desintegradas 
 
Obtenção do produto: sedimentação, precipitação, filtração, 
centrifugação, extração por solventes, destilação, evaporação 
e secagem. A purificação envolve cristalização ou métodos 
cromatográficos 
 
 
 
PROBLEMA 
 
 
 
despejo dos resíduos de uma fermentação, 
representando perigo para o meio ambiente 
(vinhoto da produção de etanol, soro das indústrias de 
laticínio)

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