Bioprocessos

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BIOTECNOLOGIA: ENSINO E DIVULGAÇÃO (http://bteduc.com) 
C A P Í T U L O 6 
 
 
BIOPROCESSOS 
 
 
 
BIOPROCESSOS, PROCESSOS FERMENTATIVOS E INDÚSTRIA 
 
A produção de vinhos e cervejas é o primeiro processo fermentativo desenvolvido em escala industrial. 
Ao longo do século XX, a expansão da Microbiologia Industrial possibilitou, mediante o 
desenvolvimento de processos baseados no metabolismo microbiano, a produção de diversas 
substâncias (acetona, butanol, etanol, ácido cítrico, antibióticos etc.). Atualmente, as fermentações 
encontram aplicações novas, tanto no tratamento ambiental como na produção de alimentos e 
aditivos, de produtos químicos e de medicamentos. 
Tradicionais ou revigorados pelas possibilidades oferecidas pela manipulação gênica, os 
bioprocessos ou "fermentações" visam um dos seguintes objetivos: 
o A multiplicação de microrganismos para a obtenção de biomassa (leveduras, rizobios, proteína de 
célula única); 
o A obtenção de produtos microbianos (antibióticos, aditivos, álcool, enzimas etc.); 
o A conversão de um substrato em outro, por ação de microrganismos ou de enzimas 
(transformação de esteroides, isomerização de glicose em frutose) ou 
o A purificação de um solvente (tratamento de efluentes, transformação de algum poluente em 
alguma substância facilmente degradável etc.). 
Por motivos históricos, os biotecnólogos ainda utilizam o termo processos fermentativos para qualquer 
processo microbiano operado em grande escala, independentemente de ser ou não uma fermentação. 
O recipiente onde ocorre o processo é chamado de biorreator ou fermentador (Figura 6.1). Células 
animais e vegetais também podem ser cultivadas em escala, como será visto no próximo capítulo sobre 
cultura de tecidos. 
 
OS MICRORGANISMOS INDUSTRIAIS 
 
NOÇÕES SOBRE O METABOLISMO PRIMÁRIO E SECUNDÁRIO 
 
Denominamos metabolismo o conjunto de reações químicas de degradação (catabolismo) e de síntese 
(anabolismo) de substâncias em um organismo. As primeiras liberam energia, as outras a consomem. 
As células e a maioria dos microrganismos retiram dos compostos orgânicos a energia que 
precisam, para a manutenção de sua estrutura e para suas atividades. Nas vias catabólicas, a 
degradação de compostos orgânicos em moléculas menores libera energia; uma parte desta será 
acumulada sob a forma de ATP (trifosfato de adenosina), e a restante dissipada como calor. 
 
OS BIOPROCESSOS 
59 
Respiração e fermentação são as principais vias catabólicas (Figura 6.2). A quantidade de energia 
liberada e os produtos finais diferem se a oxidação do composto orgânico for total ou parcial. Na 
glicólise, a glicose é degradada até uma molécula de três carbonos, o piruvato. Em presença de 
oxigênio, a entrada do piruvato no ciclo de Krebs e a fosforilação oxidativa permitem a quebra total da 
glicose em CO2 e H2O, liberando uma grande quantidade de energia sob a forma de ATP (respiração 
aeróbia). 
Mediante a redução do piruvato ou de algum de seus derivados (fermentação), vários 
microrganismos geram outras substâncias orgânicas: acetona, butanol, etanol, ácido láctico, ácido 
acético, glicerol etc. 
Estas reações ocorrem geralmente em ambientes onde o substrato é abundante, sendo pequena 
a quantidade de energia obtida. Dependendo das condições ambientais, isto é, da presença ou 
ausência de oxigênio, algumas leveduras e bactérias (assim como as células musculares) podem 
respirar ou fermentar. 
 A respiração e algumas fermentações são representadas mediante equações, como a seguir: 
o Respiração aeróbia: 
 C6H12O6 + 6 O2 +38 ADP + 38Pi 6 CO2 + 6 H2O + 38 ATP 
 Glicose 
o Fermentação alcoólica (leveduras como S. cerevisiae e algumas bactérias): 
 C6H12O6 + 2 ADP + 2Pi CH3 CH2OH + CO2 + 2 ATP 
 Glicose Etanol 
o Fermentação láctica (bactérias como Streptococcus e Lactobacillus): 
 C6H12O6 + 2 ADP + 2Pi CH3 CHOH COOH + 2 ATP 
 Glicose Ácido láctico 
 
No metabolismo, os caminhos de degradação e de síntese se entrecruzam. Em determinados pontos 
da via catabólica da glicose, outras moléculas (aminoácidos, ácidos graxos) convergem para a produção 
de energia e de pequenas moléculas simples (CO2, H2O e NH3). Inversamente, alguns dos compostos 
intermediários do catabolismo são os pontos de partida para vias anabólicas. 
Entretanto, as vias metabólicas não são reversíveis: o caminho seguido na degradação de uma 
substância é parcial ou totalmente diferente do caminho de síntese correspondente, podendo 
inclusive ocorrer em compartimentos celulares diferentes. Esta separação facilita a regulação 
enzimática do metabolismo, que ocorre com menor desperdício de matéria e energia. 
 
AS FASES DE CRESCIMENTO DA POPULAÇÃO MICROBIANA 
 
De um modo geral, quando os microrganismos se desenvolvem em um meio com uma quantidade 
limitada de nutrientes, a população passa por diversas fases (Figura 6.3A). 
o Fase lag: período de adaptação em que, apesar de não se multiplicar, os microrganismos sintetizam 
enzimas e constituintes celulares. 
o Fase log: a população cresce de maneira exponencial, sendo sintetizados numerosos metabólitos 
primários. 
o Fase estacionária: devido ao esgotamento dos nutrientes e à acumulação de excretas, algumas 
células morrem, enquanto outras se dividem. No fim da fase log e início da fase estacionária 
começam a ser sintetizados os metabólitos secundários. 
o Fase de declínio: sem a renovação dos nutrientes, as células morrem em um tempo variável. 
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FIGURA 6.1. O processo fermentativo genérico 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
FIGURA 6.2. Respiração e fermentação 
Na respiração, onde o último aceptor de elétrons é o oxigênio, a oxidação de glicose se completa até chegar a 
CO2 e H2O, produzindo 36-38 moléculas de ATP. Na fermentação, o último aceptor de elétrons é o piruvato ou 
algum outro derivado, produzindo 2 ATP. 
 
 
 Glicose 
 GLICÓLISE (2 ATP) 
 Citoplasma 
 Ácido pirúvico Substância orgânica 
 Sem O2 (etanol, ácido láctico) 
 Com O2 
 
 
 Citoplasma (procariontes) 
 Mitocôndria (eucariontes) 
 
 
 
 CO2 , H2O e 36-38 ATP 
 
 
 
RESPIRAÇÃO 
Ciclo de Krebs e cadeia respiratória 
FERMENTAÇÃO 
 FASE DE LABORATÓRIO 
 
 Preparação do inóculoFASE INDUSTRIAL 
 
 
 Preparação do meio 
 
 Esterilização 
 
 
Ar 
 Controles (temperatura, pH) 
 Esterilização 
 
 
 
 
 Tratamento final 
 
 
 
 Subprodutos Produtos Resíduos 
OS BIOPROCESSOS 
61 
Além das vias metabólicas primárias, que são comuns a todos os microrganismos, existem outras vias 
metabólicas secundárias específicas. A ativação de umas e/ou de outras depende do microrganismo e 
das condições em que ele se desenvolve em seu ambiente natural ou em que irá ser cultivado. 
Os metabólitos primários estão relacionados com o crescimento dos microrganismos e a 
transformação de nutrientes em biomassa; sendo os principais exemplos o etanol, o ácido láctico ou 
os aminoácidos. Mesmo não sendo essenciais, os metabólitos secundários permitem a sobrevivência 
em ambientes extremamente competitivos e com escassos nutrientes. São metabólitos secundários 
os antibióticos, os alcaloides, os pigmentos, algumas enzimas e toxinas. 
Com vistas ao desenvolvimento de um bioprocesso, a escolha do microrganismo terá que ser feita 
em função de suas vias metabólicas; e as condições de cultivo dependerão do objetivo da fermentação, 
um metabólito primário ou um metabólito secundário (Figura 6.3B). 
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FIGURA 6.3. As diversas fases do crescimento de uma população microbiana e a produção de metabólitos 
 
A. As fases de crescimento de uma população 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
B. A produção de metabólitos primários e secundários 
Os nutrientes do meio permitem a multiplicação celular e a formação do metabólito primário, que pode ser 
utilizado pelas células para sintetizar o metabólito secundário (a); este pode também ser sintetizado diretamente 
a partir de alguma substância do meio (b). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
a 
 
 
 
b 
Meio nutriente Metabólito secundário Metabólito primário Células 
 
Log do número 
de células 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Tempo 
 
 Fase lag Fase log Fase estacionária Fase de declínio 
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MEIOS DE CULTURA E MATÉRIA-PRIMA 
 
A composição do meio de cultura depende das necessidades metabólicas do microrganismo escolhido. 
Este deve conter todos os nutrientes necessários nas concentrações adequadas, que variam em função 
do microrganismo e do objetivo do processo. Em geral, os meios de cultura utilizados no laboratório 
incluem: 
o Água. 
o Uma fonte de energia e de carbono: glicose, amido etc. 
o Uma fonte de nitrogênio: inorgânica (sulfato de amônia, nitrato de potássio etc.), orgânica (asparagina, 
succinato de amônia, glutamato, ureia etc.) ou complexa (farinha de soja, peptona etc.). 
o Sais minerais, tais como fosfato de potássio (K2HPO4 ou KH2PO4), sulfato de magnésio (MgSO4 7H2O), cloreto 
de cálcio (CaCl2) etc. 
o Elementos-traço: ferro, zinco, manganês, cobre, cobalto, molibdênio. 
Com vistas a uma exploração comercial, os meios definidos são substituídos na indústria por matérias-
primas de baixo custo como, por exemplo, soro de leite, melaço de cana ou de beterraba, amido de 
milho etc. Em alguns casos, a matéria-prima passa por um tratamento prévio com métodos físicos e/ou 
químicos. 
No caso de se tratar de um processo enzimático, o meio deverá levar, além do substrato adequado, 
os elementos necessários para que a enzima possa desenvolver sua atividade catalítica (precursores, 
cofatores etc.). 
 
A OBTENÇÃO DAS LINHAGENS 
 
De um modo geral, para que o cultivo em um fermentador resulte economicamente viável, o 
microrganismo deve ser capaz de se multiplicar rapidamente, sintetizando grande quantidade do 
produto a partir de uma matéria-prima barata. Existem Bancos e Coleções de Cultura que vendem esse 
tipo de linhagens de microrganismos como culturas puras, geneticamente estáveis e aptas para o 
cultivo em grande escala. 
Apesar de terem sido isoladas do meio ambiente, as linhagens industriais diferem substancialmente 
das linhagens originais, em virtude de uma série de alterações genéticas (mutações, recombinações) 
obtidas no laboratório. Atualmente, as grandes empresas selecionam os microrganismos mais 
eficientes mediante um processo de evolução dirigida, miniaturizado em plataformas robóticas (Figura 
6.4). 
A triagem de alta produtividade (HTS, do inglês high throughput screening) permite a seleção em 
paralelo de milhares de linhagens e a realização dos ensaios biológicos básicos, em menos tempo e 
com menor consumo de reagentes que os métodos tradicionais. Testes com centenas de milhares de 
amostras diárias tornam-se rotineiros e acessíveis, graças aos recentes avanços em métodos 
fluorescentes e sistemas robóticos que colocam líquidos em quantidades nanométricas. 
Nas linhagens industriais, algumas vias metabólicas, especialmente as do metabolismo secundário, 
podem ter sido alteradas, de maneira a aumentar ao máximo a síntese do produto desejado e evitar a 
produção de algumas substâncias desnecessárias. Em geral, por estar tão selecionadas geneticamente, 
tendo inclusive algumas vias metabólicas anuladas ou desbalanceadas, estas linhagens sobrevivem 
pouco tempo no meio ambiente. Porém, como norma geral, as linhagens industriais não devem ser 
patogênicas nem produzir toxinas. A produção de medicamentos ou de vacinas é um caso crucial, 
porque exige medidas de segurança estritas. 
 
OS BIOPROCESSOS 
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Os microrganismos constituem um grupo biológico muito diversificado e, ainda, pouco conhecido, por 
isso existem muitas expectativas em relação à prospecção de linhagens em ambientes extremos ou 
pouco usuais. Não se precisa desenvolver um processo novo para cada microrganismo que apresente 
alguma característica comercial interessante. A tendência atual é transferir os genes correspondentes, 
por engenharia genética, a algum dos microrganismos conhecidos, adaptados às condições industriais. 
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FIGURA 6.4. A metodologia HTS para triagem e evolução dirigida de linhagens bacterianas 
 
 
 
OS DIFERENTES TIPOS DE BIOPROCESSOS 
 
OS PROCESSOS TRADICIONAIS 
 
Algumas fermentações se desenvolvem sobre resíduos agroindustriais ou florestais, como grãos, 
palha, bagaço, serragem etc. Este tipo de fermentação em meio sólido umedecido é utilizada na 
produção de alimentos como, por exemplo,o levedo da massa na panificação, a maturação de queijos 
por ação de fungos (roquefort, gorgonzola), o cultivo de fungos, a fermentação do cacau, do café e do 
chá etc. Na Ásia, a preparação do koji, soja fermentada, é a base de alimentos tradicionais como o tofu, 
o missô, o shoyu e o sakê. 
Em alguns lugares, estas fermentações ainda ocorrem artesanalmente, dentro de folhas de 
bananeira e cestas de bambu ou mesmo em montões; também existem hoje equipamentos 
sofisticados com bandejas, colunas, frascos e tambores rotativos, alguns totalmente automatizados 
(Figura 6.5 A). 
Outra variante interessante do processo fermentativo é a produção tradicional de vinagre 
(processo francês ou de Orléans) em barris de carvalho. O vinho é inoculado com bactérias do gênero 
Acetobacter que formam na superfície a "mãe do vinagre", uma película que flutua, presa a um 
quadriculado de madeira que a impede de afundar. Deste modo, o microrganismo cresce na superfície 
de um meio líquido, em contato simultâneo com o ar e com o meio. 
O processo fornece excelentes vinagres, mas é lento e exige muito espaço, sendo a capacidade de 
cada barril de 200 litros (Figura 6.5 B). Existem outros processos semelhantes, conduzidos por fungos, 
que formam uma película de micélio na superfície do líquido. 
 
 Biblioteca de mutantes 106 – 1010 de variantes 
 Gene parental Mutação bacterianas 
 
 Transformação 
 Próxima rodada seletiva 
 
 
 Mutante mais eficiente 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Triagem Transferência das colônias Triagem por métodos colorimétricos, 
 a microplacas fluorescentes ou por luminescência 
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FIGURA 6.5. Modelos de biorreatores utilizados em processos tradicionais 
 
C. Biorreator para fermentações em fase sólida 
 
 
 
 
 
 
 
 
D. A produção de vinagre (Método de Orléans) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
FIGURA 6.6. Modelo de biorreator utilizado em fermentações submersas 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Motor 
 Vapor Entrada de ácido ou de base 
 Bomba Indicador de pressão 
 
 
 
 Sonda de pH 
 (controle) 
 Misturador Saída 
 de gases 
 Sonda de temperatura 
 (controle) 
 
 
 
 
 
 Vapor Entrada de ar 
 
 Saída do produto 
 
 Tubo para adicionar o vinho 
 
 
 Entrada de ar 
 Mãe do vinagre 
 Mosto 
 Retirada do vinagre 
 
 Controles 
 Injeção de ar Saída de ar 
 Umidade 
 
 
 Bandejas com a matéria-prima para 
 o cultivo de microrganismos 
 
 
 
OS BIOPROCESSOS 
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OS PROCESSOS SUBMERSOS 
 
O desenho do biorreator deve se adequar ao objetivo do processo, respondendo eventualmente a 
diversos imperativos, tais como a esterilização do sistema, a aeração e homogeneização do meio, o 
acréscimo de nutrientes e de aditivos antiespumantes, a manutenção do pH etc. 
 A maioria dos processos industriais se desenvolve em cubas de vidro ou de aço. Os agentes 
biológicos submersos no meio de cultivo ocupam somente 75% da cuba porque, se for necessário 
injetar ar, formará espuma. 
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FIGURA 6.7. Fermentações, agentes biológicos e biorreatores 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Reatores 
em torre 
ou de leito 
fluidizado 
 Livres Imobilizadas 
FERMENTAÇÕES SUBMERSAS 
 Podem ser conduzidas por 
CÉLULAS E ENZIMAS 
Reatores de 
 fibra oca 
Reatores de 
leito fixo 
Em suportes inertes 
 Reatores com 
agitação mecânica 
Entre membranas 
 Reatores com 
agitação pneumática 
Coluna de bolhas Reatores air-lift 
Reatores STR ou com 
 membranas planas 
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LABORATÓRIO PILOTO INDÚSTRIA 
Os modelos de fermentadores mais utilizados com microrganismos contam com aeração e agitação 
mecânica. Esta facilita a distribuição dos nutrientes, mas o calor gerado deve ser eliminado mediante 
a circulação de água fria (Figura 6.6). Se o processo exigir assepsia, esta será conseguida mediante: 
o A esterilização do meio, dentro ou fora do fermentador. 
o A desinfecção ou esterilização do equipamento, por injeção de vapor ou mediante o calor gerado 
por serpentinas, sendo esta medida extensiva a todos os dutos de entrada e saída e às válvulas 
correspondentes. 
o A esterilização do ar, mediante filtros adequados. 
Existem fermentadores adaptados às necessidades de cada agente biológico e de cada tipo de 
processos. Nos biorreatores em coluna ou torre, a homogeneização depende da injeção de ar (Figura6.7). Os tanques podem chegar a 3.000 m3 de capacidade como, por exemplo, os fermentadores para 
a produção de proteínas de célula única, da Imperial Chemical Industries (ICI), no Reino Unido. O 
monitoramento do processo acompanha o crescimento da população microbiana, ou a quantidade do 
produto, nas amostras extraídas ao longo da fermentação. 
 Os sistemas submersos são apropriados para o cultivo de microrganismos livres, mas resultam 
pouco econômicos quando se trabalha com células ou enzimas caras. Neste caso, é preferível a 
imobilização do agente biológico a um suporte inerte ou sua inclusão dentro de um polímero que 
permita o contato com o meio de cultura. Além de facilitar a reutilização das células ou das enzimas 
que permanecem dentro do biorreator, os sistemas imobilizados simplificam a purificação do produto 
(Figura 6.7). 
 
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FIGURA 6.8. A mudança de escala, do laboratório à indústria 
A mudança de escala entre o processo laboratorial e o processo industrial cria vários problemas de índole tecnológica. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Fermentador de laboratório Fermentador piloto Fermentador industrial 
 1 - 10 litros 50 – 200 – 500 litros 5.000 – 50.000 – 200.000 litros 
 5 – 50 – 200 m3 
Bancada 
OS BIOPROCESSOS 
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DO LABORATÓRIO À INDÚSTRIA 
 
A MUDANÇA DE ESCALA 
 
Uma operação simples de laboratório pode ser impraticável, ou pouco econômica, quando realizada 
em grande escala. No laboratório, após a triagem das linhagens mais eficientes ou das primeiras 
experiências realizadas na bancada, o processo passa a ser estudado em um biorreator de até 10 litros 
de capacidade, onde se analisam o rendimento da linhagem selecionada e as variáveis físico-químicas 
em outra escala. 
A capacidade de uma cuba varia entre 1 e 10 L para um fermentador de laboratório, chegando a 
5.000 l em uma planta piloto e 100.000 l em uma planta industrial. Ao aumentar o tamanho do 
equipamento, altera-se a relação superfície/volume, de modo que as condições de operação do 
fermentador na planta piloto deverão ser ajustadas até se aproximar das correspondentes a um 
processo comercial. Se a experiência na planta piloto for bem-sucedida, o processo poderá ser 
desenvolvido em um fermentador industrial (Figura 6.8). 
A automatização do monitoramento e do controle da fermentação permite que a informação 
relativa aos parâmetros físicos e químicos (pH, temperatura, oxigênio, velocidade de agitação, o nível 
do meio etc.) seja recolhida on-line por sondas e sensores. Para que o processo se aproxime das 
condições ideais, a informação é analisada em relação a um modelo previamente estabelecido. Como 
este se elabora a partir da experiência obtida com cubas menores (laboratório, piloto), os ajustes à 
mudança de escala são de grande complexidade. 
 
A CONDUÇÃO DO PROCESSO 
 
O processo fermentativo pode ser conduzido de maneira contínua ou descontínua (batelada), sendo 
que ambas as formas apresentam vantagens e inconvenientes. 
Em um sistema descontínuo de produção, uma vez que o fermentador é carregado com a 
matéria-prima e o inóculo correspondentes, a fermentação prossegue até o esgotamento dos 
nutrientes. Concluído o processo e extraído o produto, o fermentador é esvaziado, limpo e esterilizado 
antes de receber outra carga. 
Apesar do tempo improdutivo entre uma batelada e a seguinte, o sistema é relativamente 
flexível, já que o mesmo equipamento pode ser utilizado na fabricação de produtos diferentes. A 
produção em bateladas é bastante utilizada na indústria farmacêutica porque o risco de contaminação 
permanece relativamente baixo. 
Já no sistema contínuo de produção, o acréscimo de nutrientes e a retirada do produto ocorrem 
simultaneamente ao longo do processo, eliminando-se quase totalmente o tempo improdutivo. Como 
o risco de contaminação aumenta, o sistema se adapta a processos que não exigem assepsia, como a 
produção de proteína microbiana e de álcool e, obviamente, o tratamento de água. Entre o sistema 
em batelada e o sistema contínuo existe um sistema intermediário de batelada alimentada em que, 
periodicamente, parte do conteúdo (meio de cultivo + produto) é retirada e substituída por meio 
fresco. 
 
A RECUPERAÇÃO DO PRODUTO 
 
A recuperação do produto representa uma fração considerável do custo de um processo fermentativo. 
Se o produto for secretado fora da célula, estará disperso em um volume grande de água e será 
necessário separá-lo por decantação ou filtração. Mas se o produto permanecer dentro das células, 
estas terão que ser desintegradas antes de proceder a sua extração. 
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O produto se concentra por sedimentação, precipitação, filtração, centrifugação, extração por 
solventes, destilação, evaporação do solvente e secagem. Se a purificação for necessária, esta 
envolverá outros procedimentos, como a cristalização e os métodos cromatográficos. 
O acondicionamento final dependerá do tipo de produto. Isto é fundamental no caso das enzimas 
usadas em cosméticos, onde os problemas técnicos principais são a manutenção da estabilidade do 
produto e sua ativação pela hidratação da pele. 
Um problema a considerar é o despejo dos resíduos de uma fermentação, alguns dos quais podem 
representar um perigo para o meio ambiente como, por exemplo, o vinhoto resultante da produção 
de etanol ou o soro das indústrias de laticínios. Existem formas de tratamento, como o crescimento de 
biomassa sobre resíduos industriais, que eliminam o problema e ainda permitem a obtenção de mais 
um produto. 
 
BIOPROCESSOS NA INDÚSTRIA 
 
Na produção de bens e serviços, os bioprocessos participam em vários setores produtivos. Os dois 
exemplos escolhidos referentes à produção de ácido cítrico e de fertilizantes ilustram sua importância 
em áreas tão diversas como a indústria química e a agricultura. 
 
O ÁCIDO CÍTRICO 
 
Descoberto no século XVIII no suco de limão, o ácido cítrico é ainda extraído das frutas cítricas em 
alguns países da África e no México. No entanto, a maior parte da produção atual depende do fungo 
Aspergillus, do qual tem-se obtido mutantes muito produtivos. Os três procedimentos que garantem 
atualmente a produção industrial de ácido cítrico são os seguintes: 
o O processo Koji. 
 A fermentação ocorre na superfície, em meio sólido, com Aspergillus niger como agente biológico. 
Depois de 80 a 100 horas de fermentação a 280C, o ácido cítrico é extraído com água quente e 
purificado. Muito desenvolvido nos países asiáticos, este tipo de bioprocesso garante ao Japão uma 
parte importante da produção anual de ácido cítrico. 
o Fermentação na superfície do meio líquido. 
Em meio estéril, incubação a 300C com injeção de ar esterilizado. Inoculação com esporos de 
Aspergillus niger que germinam e, em 24 horas, cobrem a superfície do líquido, diminuindo o pH a 
um valor inferior a 2. O processo demora entre 7 e 15 dias e, a seguir, o ácido cítrico é extraído do 
meio de cultivo. Para recuperar uma quantidade maior de ácido cítrico, o micélio é exprimido e 
lavado. Este processo responde por 20% da produção anual de ácido cítrico. 
o Fermentação submersa em meio líquido. 
Em grandes biorreatoresde acero inoxidável com agitação mecânica ou em torres air-lift. É o 
procedimento preferido porque resulta fácil de automatizar e fornece rendimentos altos (125 g/L). 
Responde por 80% da produção anual de ácido cítrico. A figura 6.9 mostra o procedimento de 
separação downstream do ácido cítrico e sua purificação. 
A produção de ácido cítrico por fermentação é um exemplo clássico de sucesso na utilização de 
bioprocessos para a produção de insumos que atendam outras indústrias. O ácido cítrico é um 
composto muito versátil, utilizado nas indústrias farmacêutica, de alimentos, de cosmética e de 
detergentes. Devido a facilidade com que forma complexos metálicos, também é usado como 
antioxidante e na limpeza de metais. 
 
OS BIOPROCESSOS 
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FIGURA 6.9. A obtenção de ácido cítrico por fermentação 
Uma vez retirado o micélio por filtração, acrescenta-se cal no caldo restante para elevar o pH e precipitar o citrato 
de cálcio. Este último é retirado por filtração e tratado com ácido sulfúrico concentrado, formando-se sulfato de 
cálcio. Outra filtração retira o sulfato de cálcio, deixando o ácido cítrico dissolvido no líquido. Eliminam-se as 
impurezas com carvão ativado, e o cálcio residual e outros cátions por intercâmbio iônico. A evaporação do 
solvente facilita a cristalização do ácido cítrico, que é recuperado por centrifugação e filtração. Uma vez seco, o 
ácido cítrico é empacotado e distribuído. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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OS BIOFERTILIZANTES 
 
O termo biofertilizante se aplica aos produtos que contém agentes biológicos vivos capazes de 
favorecer o desenvolvimento vegetal. Um destes agentes é o Rhizobium, uma bactéria simbionte das 
raízes de leguminosas que fixa o nitrogênio atmosférico, reduzindo a necessidade de aplicar 
fertilizantes nitrogenados nas lavouras e permitindo assim a substituição de produtos químicos 
derivados do petróleo por agentes biológicos, menos prejudiciais para o meio ambiente. 
 
Filtração 
 Solução de ácido cítrico impuro 
 
 + Ca (OH)2 
 
 
 
 Precipitado de citrato de cálcio Restos do meio nutriente 
 
 + H2SO4 concentrado 
 
 
 Ácido cítrico + precipitado de sulfato de cálcio 
 
 Filtração 
 
 
 
 Solução de ácido cítrico puro Gipsita 
 
 Evaporação, cristalização, centrifugação, secagem e empacotamento 
 
 
 Ácido cítrico CO2H-CH2-C(OH)(COOH)- CO2H-CH2 
 
 
20 m3 de cultivo de Aspergillus niger (starter) 
 
Controles de pH, temperatura, CO2, O2 
 
BIORREATOR (200 m3) 
Injeção de ar esterilizado 
Materiais estéreis: açúcar, melaço, nutrientes, 
algum agente antiespumante 
Retirada semanal do meio 
Micélio Metano 
 
 
 
 
 Descarte 
 
Fermentador 
anaeróbico 
 Caldeiras 
M.A.MALAJOVICH - BIOTECNOLOGIA (2016) http://bteduc.com 
 
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Na América Latina, a produção de biofertilizantes envolve numerosas empresas, pequenas e médias, 
que contam com um sólido suporte tecnológico originado em universidades e instituições públicas de 
pesquisa agronômica. Vários países produzem inoculantes agrícolas; entre eles: Argentina, Brasil, 
Chile, Colômbia, Cuba, México, Peru e Uruguai. 
As linhagens bacterianas são estirpes selecionadas por sua eficiência em uma ampla gama de 
cultivares e amplamente adaptadas às condições locais. O crescimento da população microbiana 
ocorre em etapas sucessivas, utilizando recipientes cada vez maiores até chegar a biorreatores de 
1.500 litros. Os microrganismos recuperados são veiculados em meio líquido ou em turfa estéril e, uma 
vez empacotados, vendidos aos agricultores. Segundo a legislação do Mercosul, durante o prazo de 
validade do produto, a concentração deverá ser de 108 microrganismos viáveis por grama de produto. 
Até o presente, a indústria baseia a produção dos microrganismos na tecnologia clássica, mas com 
mapeamento do genoma de microrganismos como o Rhizobium etli (México) e o Gluconacetobacter 
diazotrophicus (Brasil), a biotecnologia moderna começa a se inserir neste campo. Frente as mudanças 
climáticas e a necessidade de aumentar a produtividade agrícola, os novos métodos de triagem de 
estirpes são uma ferramenta de incalculável valor para o estudo da relação simbionte entre o 
microrganismo e a planta hospedeira.