aula 1 aspectos gerais de uso de microrganismos-produtos

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ASPECTOS GERAIS DO USO DE 
MICRO-ORGANISMOS NA INDÚSTRIA 
 
Prof.Dra. Evelyn de Souza Oliveira Lopes 
I – Doenças 
II – Agricultura 
III- Alimentos 
IV – Energia e meio ambiente 
V - Biotecnologia 
 
IMPACTO DOS MICRO-ORGANISMOS SOBRE OS 
SERES HUMANOS 
 “ O papel dos infinitamente pequenos na natureza é 
infinitamente grande” Pasteur 
 Tão antigo quanto a própria civilização; 
 Uso empírico: produtos fermentados 
 
 Início da Microbiologia Industrial : Pasteur 
 Fermentação alcóolica: vinho. 
 
Antibióticos; 
Aditivos alimentares: aminoácidos,vinagre. 
Armamentos: glicerol e acetona - durante a 
2ª guerra. 
 
MICROBIOLOGIA INDUSTRIAL 
 Microbiologia industrial: área que utiliza micro-
organismos, geralmente cultivados em larga escala, 
para gerar produtos de valor comercial, ou realizar 
importantes transformações químicas. 
 
 
 
MICRO-ORGANISMOS NA INDÚSTRIA 
 Microbiologia aplicada: uso de microrganismos pelo 
homem 
• Obtenção de produtos microbianos; 
 
•Aplicação da atividade microbiana. 
 
PRODUTOS MICROBIANOS DE INTERESSE INDUSTRIAL 
INDÚSTRIAS 
 Indústria Farmacêutica: antibióticos, hormônios, 
vacinas, vitaminas, proteínas terapêuticas 
humanas. 
 
 Indústria de alimentos: aminoácidos, goma 
xantana, bebidas alcóolicas, leite fermentados, 
manteigas, queijos, etc. 
 
 Indústria química: etanol, acetona, butanol, glicerol, 
ácido láctico, ácido cítrico, outros ácido orgânicos, 
etc. 
PRODUTOS MICROBIANOS 
 
 
 
 Contexto industrial: 
 Fermentações industriais: micro-organismos utilizados 
em larga-escala para produção comercial 
 
 
 
Independe da via 
metabólica. 
Produtos Microbianos 
Exploração da capacidade biossintética do 
micro-organismo = processos industriais 
Trofofase : fase logarítmica – metabólitos primários 
Composto essenciais ao crescimento 
microbiano: aminoácidos, nucleotídeos, 
proteínas, ácidos nucleicos, lipídeos, 
carboidratos, etc) ou subprodutos do 
catabolismo energético (etanol, acetona, 
butanol) 
Produtos Microbianos 
Exploração da capacidade biossintética do 
micro-organismo = processos industriais 
Idiofase: fase estacionária – metabólitos secundários 
Composto sintetizado quando as células 
crescem lentamente ou não crescem 
CRESCIMENTO MICROBIANO E FORMAÇÃO DE 
PRODUTOS EM BIOCATÁLISES 
USO DO MICRO-ORGANISMO DE INTERESSE 
INDUSTRIAL 
Nutrição Reprodução 
Produto 
Microbiologia industrial x Biotecnologia 
DEFINIÇÕES 
“Entende-se por biotecnologia o conjunto de 
conhecimentos, técnicas e métodos, de base científica 
ou prática, que permite a utilização de seres vivos como 
parte integrante e ativa do processo de produção 
industrial de bens e serviços” 
Prof. Antonio Paes de Carvalho 
(reunião na Academia Brasileira de Ciências) 
“O conjunto de processos industriais que englobam 
processos biológicos” 
Office of Technology Assessment 
MICROBIOLOGIA INDUSTRIAL X BIOTECNOLOGIA 
Processos industriais 
Micro-organismos 
Otimização de reações 
enzimáticas 
Super-produção 
OGM 
Produzem substâncias que 
eles normalmente não são 
capazes de produzir 
Genética: seleção de 
mutantes altamente produtor 
Biologia molecular 
 Revolução da 
Microbiologia 
Industrial: 
 Técnicas de 
engenharia 
genética; 
 Origem da 
BIOTECNOLOGIA
. 
ENGENHARIA GENÉTICA 
 Produção Insulina Humana; 
 Produção de Somatotropina; 
 Produção de enzimas: Dnase I e Alginato liase 
 Otimizações de fermentações industriais 
 
Tecnologia das fermentações: obtenção de 
cepas microbianas altamente produtoras 
MELHORAMENTO DE CEPAS SELVAGENS 
SELEÇÃO DE MUTANTES 
Agentes físicos e químicos Melhoramento específico 
da capacidade produtiva 
Modificações aleatórias no 
DNA da célula Engenharia genética 
Tecnologia do DNA 
recombiante 
BIOTECNOLOGIA E OGMS 
 
 Produção de fragmentos de DNA 
(sequências de interesse) 
 Inserção da informação de interesse 
(Plasmídeos, vetores); 
 Técnicas de transformação; 
Microrganismo produtor otimizado; 
 Produção em larga escala. 
 
 
Micro-organismos e indústria 
Micro-organismos e indústria 
Substrato= matéria-
prima 
Micro-organismos= 
fábrica química 
Novos produtos 
Larga escala industrial 
SUCESSO DE UM PROCESSO INDUSTRIAL 
 Micro-organismos 
 Meio de cultura 
 Forma de condução do processo 
 Etapas de recuperação do produto 
PRÉ-REQUISITOS 
 Micro-organismos: 
 
 
 
 
 
 Meio: substrato 
•Crescimento rápido e bom rendimento 
•Não ser patogênico 
• Custo baixo 
•Resíduos industriais:soro, leitelho, água 
de moagem de milho, etc 
PRÉ-REQUISITOS 
 Produto: 
 
 
 
 
 
• produzir grandes quantidades 
(biorreatores) 
•Mistura heterogênea: células, 
constituintes não utilizados do meio, 
produtos metabólitos 
Separação e purificação 
GRUPOS DE MICRO-ORGANISMOS 
INDUSTRIAIS 
 Bactérias – alimentos; solventes. 
 
 Leveduras; 
 Etanol (cachaça, cerveja, vinho) e fermento . 
 
 Fungos filamentosos (bolores); 
 Antibióticos, enzimas, ácido cítrico. 
 
 Vírus - produção de vacinas. 
Bactérias, leveduras 
e fungos 
filamentosos 
Bacteria Lácticas 
 Bacilos e cocos gram-positivos 
que produzem ácido láctico como 
principal ou único produto de 
fermentação; 
 
 Anaeróbios aerotolerantes; 
 
 Produção de alimentos e ácidos 
láctico 
Streptococcos 
lactis 
Lactobacillus Acidophilus 
MICRO-ORGANISMOS NA PRODUÇÃO DE 
ALIMENTOS 
Fermentação de produtos lácteos: 
 
Iogurte – Lactococcus salivarius subsp. thermophilus, 
Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus 
 
Kefir (leite fermentado) – Lactococcus lactis, L. 
bulgaricus e leveduras 
 
Kefiran 
 Manteiga – Streptococcus cremoris, Leuconostoc 
cremoris e Lactobacillus lactis 
 Queijo: Lactococcus e Lactobacillus 
 Propionibacterium – queijo Suíço 
 Penicillium – queijo camembert, roquefort, brie 
MICRO-ORGANISMOS NA PRODUÇÃO 
DE ALIMENTOS 
MICRO-ORGANISMOS NA PRODUÇÃO DE 
ALIMENTOS 
Fermentação de vegetais: 
 
Chucrute – Enterobacter 
cloacae, Leuconostoc 
mesenteroides, Lactobacillus 
plantarum, L. brevis 
 Picles – L. plantarum, L. 
mesentereoides, Enterococcus 
faecalis, Pediococcus cerevisae, 
Pseudomonas spp., 
Flavobacterium spp., Bacillus 
spp. e leveduras 
Azeitonas – Leuconostoc 
mesenteroides subsp. 
Mesenteroides 
Biotecnologia Aplicada 
Produção de Alimentos 
Fermentados 
Uso de Bactérias Lácticas no processo industrial 
Capacidade rápida de fermentar a matéria-prima barata; 
Exigência mínima de substâncias nitrogenadas; 
Produção alta de ácido láctico específico; 
Capacidade de crescer em condições de baixo pH e alta 
temperatura. 
Culturas iniciadoras- “Starter” 
 Principais gêneros: Acetobacter e Gluconobacter 
- Bacilos móveis, aeróbios, gram-negativos, que 
realizam a oxidação incompleta de alcoóis e açúcares, 
levando ao acúmulo de ácidos orgânicos. 
Etanol Ácido acético 
Vinagre 
Bactéria acéticas 
Produto Bactérias usos 
Polissacarídeos 
(Dextrana) 
Leuconostoc 
mesenteróides 
Estabilizante e agente de 
viscosidade na indústria 
de alimentos 
Polissacarídeos 
(goma Xantana) 
Xanthomonas campestris Controle de viscosidade, 
retenção de aromas, 
Aminoácidos (ácido 
glutâmico) 
Corynebacterium 
glutamicum 
Aditivo em alimentosL-lisina B.. Flavum 
 B. lactofermentum 
Aditivo na alimentação 
L-fenilalanina Corynebacterium 
glutamicum 
Infusões, terapia, 
produção de aspartame 
Vitamina B12 e 
riboflavina 
Propionobacterium 
freudenreichii 
Pseudomonas 
Bacillus subtilis 
recombinante 
Aditivo alimentar 
Micro-organismos de interesse industrial 
MICRO-ORGANISMOS NA PRODUÇÃO DE 
ALIMENTOS 
Produção de pães 
– Saccharomyces cerevisae, 
 
Bebidas alcóolicas: 
 
Cervejas: Saccharomyces 
cerevisae 
Vinho: fermentação usando S. 
cerevisae 
 Saccharomyces cerevisiae é amplamente utilizada 
na indústria de panificação e de bebidas alcoólicas 
Obtenção das células propriamente 
ditas ou componentes celulares 
MICRO-ORGANISMOS NA INDÚSTRIA QUÍMICA 
Etanol 
50 bilhões de litros produzidos anualmente 
 
 
 
 
Saccharomyces cerevisiae 
 
Solvente industrial e suplemento de gasolina (combustível) 
Milho, cana-de-açúcar, trigo, beterraba, 
cavacos de madeira, etc 
Actinomyces 
São insuperáveis na capacidade de produção 
de compostos secundários. 
Streptomyces: Produção de antibióticos e 
outros fármacos 
Solo: moléculas bioativas 
MICRO-ORGANISMOS NA INDÚSTRIA 
FARMACÊUTICA 
Fungos filamentosos 
• São usados na fabricação de antibióticos, produtos 
alimentares, agentes químicos industriais e de enzimas 
Aumento na produção de antibióticos: 
-melhoramento no meio de cultura 
Isolamento do P. chrysogenum: cepa com 
potencial maior de produção 
Desenvolvimento de cultura submersa 
Refinamentos técnicos nos métodos de 
purificação de penicilina 
MICRORGANISMOS PRODUTORES DE 
ANTIBIÓTICOS 
17/03/2
015 
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Produto Micro-organismos usos 
Acetona-butanol Clostridium 
acetobutiricum 
solventes 
2-3 butanodiol Bacillus polymixa Solventes, umectantes 
Ácido 2‐cetoglucônico Pseudomonas spp. Intermediário na fabricação 
de ácido isoascórbico 
(vitamina C) 
Ácido cítrico Aspergillus niger Produtos alimentícios 
Ácido fumárico Rhizopus nigrificans Agente umectantes 
Ácido glucônico Aspergillus niger Produtos farmacêuticos, 
tecido, couro 
MICRO-ORGANISMOS NA INDÚSTRIA 
QUÍMICA 
Desenvolvimento de um processo de produção 
(Fermentação industrial) 
 
Alta produção x curto prazo 
 
Micro-organismo produtor 
Linhagem Microbiana de alto rendimento: 
 
- Manter as características e viabilidade por 
longos períodos 
- Métodos adequados de melhoramento da 
cepa 
- Métodos adequados para sua 
preservação 
Fases de fermentação e 
separação/purificação do produto 
 
Otimizar o processo de produção (controle e 
rendimento maior) 
Desenvolvimento de um processo de produção 
(Fermentação industrial) 
Aplicações microbiológicas em um processo 
industrial 
Seleção do micro-organismos a ser usado no processo; 
A escolha do meio de crescimento microbiano; 
A determinação das condições ambientais para a 
produtividade ótima( pH, temperatura e aeração); 
Controle de contaminação e da qualidade final do 
produto; 
Manutenção do micro-organismos em coleções de 
cultura (propriedades funcionais sejam mantidas) 
Manipulação genética para o bom rendimento do micro-
organismo