fermentação em estado solido

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Fermentação em Estado Sólido 
 
Profa. Celidarque da Silva Dias 
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Definição segundo A. Durand, 
2003 
 
 
“É um Processo que se refere a 
cultura de microorganismos 
sobre ou dentro de partículas em 
uma matriz sólida.” 
2 
Histórico 
Mais antigo que o próprio homem; 
 
Não se tem precisão do início de sua 
prática; Em 1936 produção de ácido 
cítrico. 
 
Houve negligenciamento desse processo 
durante a Segunda Guerra Mundial - opção 
pelos processos submersos de 
fermentação, para agilizar a produção de 
penicilina. 
 
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Generalidades: Fermentações ao acaso 
(ocorrem naturalmente) 
 
 Laranjas com camadas verdes ou negras: 
 
 
 Pão embolorado: 
 
 
 Sapato ou bolsas mofadas: 
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Sinônimos da Fermentação 
em Estado sólido (FES) 
Fermentação em Substrato Sólido 
(FSS); 
 
Fermentação em Meio Semi-sólido 
(FMS*); 
 
Fermentação Semi-sólida. 
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Condições de escolha do 
microorganismo para FES 
Microorganismo em estado natural, ou 
culturas puras, pois possuem maior 
capacidade de crescimento em condições 
de baixos níveis de água. 
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Microorganismos utilizados 
para FES 
Rhizopus, Trichoderma, Penicillium, 
Aspergillus (enriquecimento protéico de 
alimentos e produção de enzimas); 
 
Mucor ou Rhizopus na produção de 
renina; 
 
Penicillium na produção de penicilina; 
 
 
 
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Microorganismos utilizados 
para FES 
Fusarium ou Giberella na obtenção do 
ácido giberélico; 
 
Bacillus thuringiensis (esporos) na 
produção de bioinseticidas (piretróides) 
e alfa-amilase; 
 
Zymomonas mobilis ou leveduras 
tropicais na produção de álcool. 
 
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Classificação da FES 
1. PRINCIPAL: A fonte de 
nutrientes é a própria matriz 
sólida; 
Ou 
 
1. SECUNDÁRIA: Quando o 
MICROORGANISMO ESTÁ 
ADERIDO A MATRIZ SÓLIDA 
INERTE que irá absorver o meio 
de cultura líquido. 
 
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EXPLICAÇÃO 
No processo de reprodução de leveduras 
em MEIO SEMI-SÓLIDO a fonte de 
nutriente pode ser: 
 
A própria matriz sólida; 
 OU 
A Levedura pode está aderida a matriz 
sólida inerte que irá absorver o meio de 
cultura líquido. 
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Exemplos de Fermentação secundária 
 Produção de esporos de Aspergilus niger 
em sabugo de milho umedecido com 
sacarose para produção de ácido cítrico; 
 
 Bagaço da cana umedecido com melaço 
para produção de álcool etílico; 
 
 No estudo de cinética de fermentação na 
FES usa-se argila (inerte) que não exerce 
influência sobre o consumo do substrato. 
 
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Características do cultivo Semi-sólido para 
reprodução de leveduras 
 
 
Técnica com baixos teores de água; 
 
 
Pode-se empregar materias primas diversas, 
inclusive subprodutos industrias. 
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Matéria prima (Substrato) 
 Sintético: solução de glicose, sacarose; 
 
 Natural: resíduos agroindustriais e de 
baixo valor comercial (melaço), pode 
haver a necessidade de correção com 
compostos nitrogenados ex: uréia, 
amônia, caseína, triptona, água de 
maceração de milho (como fatores de 
crescimento). 
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Cereais moídos, farinha de soja, água 
de milho (licor de milho macerado); 
 
Extrato de levedura, peptonas, resíduos 
de destilação, hidróxido de amônia, 
fosfato dipotássico, fosfato 
monopotássico, uréia, ácido lático ou 
clorídrico, polpa de citros e bagaço de 
maça. 
 
14 
Matérias-primas (naturais) 
Matérias-primas (naturais) 
Celulose, esterco de animal para 
produção de compostos orgânicos; 
 
Farelo e palha de trigo, bagaço de 
vegetais (cana de açucar, laranja); 
 
Espiga de milho, entre outros. 
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Reatores 
 Escala laboratorial-reatores de vidro 
 
 Erlenmayers; 
 Frascos de Fernbach (útil na produção de esporos); 
 Garrafas de cultura. 
 
 Em escala industrial: 
 Bandejas (com fundo intacto ou vazado); 
 Tambores horizontais e verticais; 
 Esteiras rolantes. 
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Escala Laboratorial 
17 
Frascos de Fernbach Garrafas de cultura. 
Escala industrial 
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Os reatores industriais possuem fundo intacto ou em tela, ou perfurações que 
permitem a entrada de ar circulante e úmido e a inoculação é realizada 
através dessa borrifação junto com o ar. 
 
e 
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Nos tambores horizontais o substrato é esterilizado 
diretamente no tambor, contém um eixo central que 
realiza a rotação horizontal, tem o custo mais 
elevado para o volume de material produzido, e na 
qualidade do micélio produzido; 
 
20 
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Características do substrato 
como matriz sólida 
 Porosidade 
 
FAVORECE a absorção de água, facilitando 
o transporte de enzimas e metabólitos por 
entre o meio e os microorganismos. 
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Características do substrato 
como matriz sólida 
Tamanho da partícula: 
 
Quanto menor o tamanho maior a área 
superficial maior a transformação- 
dever ter granulometria própria para 
permitir a circulação do ar e 
dissipação do gás produzido, que se 
uma vez ineficiente prejudicará o 
processo. 
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Conforme diminui o tamanho das 
partículas, aumenta a quantidade de gás 
carbônico produzido, assim como diminui 
o tempo em que o processo atinge o 
máximo de produção de CO2. 
 
P. ex. Partícula da farelo de trigo 
(diâmetros 425-500 m ); 
 
 
Farinha de milho (diâmetros 500-600 
m ). 
 
 
24 
Processos de pré-tratamento 
do substrato 
Esmagamento, quebra, moagem e 
peneitamento-granulometria; 
Suprir nutrientes e corrigir pH; 
Hidrólise de celulose; 
Umidificação; 
Vaporização (Inchamento do 
substrato); 
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Processos de pré-tratamento do 
substrato 
 
 Adição de agentes sequestrantes (retirada de 
íons metálicos); 
 
 Esterilização pelo calor (pode ocorrer 
modificações nas características do substrato, 
nutricionais e de textura). 
 
 Pode-se evitar esse tratamento na produção de álcool ou 
penicilina, ou pela adição de grandes quantidades de 
inóculo. 
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Controles do processo 
 Umidade; 
 Atividade da água; 
 Temperatura; 
 pH; 
 Aeração; 
 Agitação; 
 Estimativa e características de crescimento; 
 Determinação das proteínas (método indireto); 
 Análise das proteínas por IV 
 Medida dos gases por analisadores de gases (CO2 e O2) 
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Vantagens da FES 
 Contato direto micro-organismo/substrato 
aumentando a taxa reacional; 
 
 Substrato simples; 
 
 Usa-se alta concentração de inóculo por isso 
elimina contaminantes; 
 
 Simula condições naturais; 
 
 Menor volume de reatores. 
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Vantagens da FES 
 Altos teores de inóculo com relação com baixa [ ] de água 
desfavorece contaminantes; 
 
 Condições de crescimento próxima ao natural, levando a 
maiores teores; 
 
 Produto final mais concentrado, havendo a possibilidade já 
ocorrer o processo de secagem e embalagem; 
 
 Processo simples, espaço de estocagem menor; 
 
 Rendimento maior que a fermentação submersa. 
 
 
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Desvantagens da FES 
 Dificuldade de dissipar o calor produzido e os 
gases gerados, aumentando a T e baixando 
rendimento, mais heterogeneidade no 
processo; 
 
 Se for necessário agitação o gasto de energia é 
bem maior que no processo submerso; 
 
 Dificuldade de controle dos parâmetros de T, 
umidade, pH, aeração e crescimento; 
 
 Literatura reduzida. 
 
 
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Aplicaçao industrial 
 Produção de álcool etílico (S. cerevisiae, Schwanniomyces catelli, Zymomonas 
mobilis); 
 
 De ácidos orgânicos (Láctico e giberélico, cítrico); 
 
 Produção de antibióticos (penicilina-bagaço da cana c/sol.glicosada - P. 
chrysogenum e Farelo de trigo-Bacillus subtilis); 
 
 Produção de biopesticidas (o próprio microorganismo); 
 
 De esporos; 
 
 Enriquecimento protéico; 
 
 Produção de enzimas (Fitase, alfa-amilase,pectinase, celulase, enzimas 
proteolíticas) 
 
 Alimentos orientais; 
 
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Exemplos de alimentos 
obtidos por FES 
 China: 
 
 Produção de molho de soja (1.000 a.C.); 
 
 Queijo Roquefort (100 d.C.); 
 
 PRINCIPAL UTILIZAÇÃO: Produção de enzimas microbianas. 
Principal país-Japão32 
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Meio de cultura a base de farelo de trigo 
umedecido, esterilizado com vapor 
Resfriamento e inoculação com esporos de 
Aspergillus 
Mistura e colocação em bandejas ou 
tambores rotativos 
Incubação a 20-45oC por 1 a 7 dias 
Secagem e moagem da 
cultura 
Extração da enzima com água 
ou solução tampão 
Farelo enzimático Extrato enzimático 
SEQUÊNCIA TÍPICA DE UM PROCESSO DE PRODUÇÃO DE ENZIMAS EM 
MEIO SÓLIDO