Uma Introdução aos Processos de Fermentação (1)

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Delcy Tavares Soares 1 
Uma Introdução aos Processos de Fermentação 
O termo fermentação (derivado do verbo latim fervere, ferver) descreve a aparência da ação 
da levedura em extratos de frutas ou grãos maltados. A verosimilhança de ebulição deve-se à 
produção de bolhas de dióxido de carbono provocada pelo catabolismo anaeróbico. O 
catabolismo dos açúcares resulta na produção de nucleotídeos de piridina reduzidos que são 
reoxidados. Contudo, a fermentação passou a dispor de conceito diferenciado na área 
Bioquímica (geração de energia pelo catabolismo) e da Microbiologia industrial (não somente 
a geração de energia, mas também envolvem conteúdo muito mais extenso). 
A produção de álcool pela ação da levedura, foi o primeiro processo 'industrial' para a 
produção de um metabólito microbiano. A produção de cerveja e a de solventes orgânicos 
traduz como fermentações nos dois sentidos (bioquímico e microbiologia industrial). 
A gama de processos de fermentação são: 
• Biomassa microbiana 
• Enzimas microbianas. 
• Metabólitos microbianos. 
• Produtos recombinantes 
• Processos de transformação 
Biomassa microbiana 
A biomassa microbiana é classificada (de acordo com a sua produção comercial) em dois 
processos principais baseados em matérias-primas de hidrocarbonetos: 
• Produção de leveduras para a indústria de panificação (produzido em larga escala no 
início dos anos 1900); 
• Produção de células microbianas para uso humano ou alimento animal. 
Enzimas microbianas 
As enzimas foram produzidas comercialmente a partir de fontes vegetais, animais e 
microbianas, mas as microbianas têm grande vantagem de ser produzido em enormes 
quantidades, salvo que é infinitamente mais simples aperfeiçoar a produtividade de um 
sistema microbiano em comparação com um sistema vegetal ou animal. Através da tecnologia 
de DNA recombinante permitiu que enzimas de origem animal fossem sintetizadas por 
microorganismos, o uso das enzimas é na maioria aplicadas nas indústrias alimentícia. Os 
microrganismos controlam (esse controles podem ser explorados (indução) ou modificados 
(repressão)) rigorosamente a produção de enzimas. 
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Metabólitos microbianos 
O crescimento microbiano pode ser dividido em uma série de estágios ou fases, mas também 
pode ser descrito a partir dos produtos resultantes das fases: 
• Adaptação 
• Logarítmica ou exponencial (nessa há produção de produtos primários do 
metabolismo, como aminoácidos, nucleotídeos, proteínas, ácidos nucleicos, lipídios, 
carboidratos, etc., (trofofase)) 
• Estacionária (certas culturas sintetizam compostos secundários do metabolismo 
(idiofase)) 
• Morte 
Muitos metabólitos secundários têm atividade antimicrobiana, inibidores enzimáticos 
específicos, promotores de crescimento e a maioria têm propriedades farmacológicas. 
Produtos recombinantes 
A tecnologia de DNA recombinante estendeu uma vasta possibilidade de produtos da 
fermentação. Os genes de organismos superiores podem ser introduzidos nas células 
microbiana (resultando na síntese de proteínas 'estranhas' (ou heterólogas. Os produtos 
resultantes dessas manipulações incluem interferon, insulina, albumina de soro humano, 
fatores VIII e IX, fator de crescimento epidérmico, quimosina de bezerro e somatostatina 
bovina, em que resultam em aspectos oportuno desses processos. 
Processos de transformação 
As células microbianas podem ser usadas para converter um composto em um outro 
estruturalmente relacionado. Por causa do comportamento dos microrganismos (como 
catalisadores quirais com alta especificidade posicional e processos microbianos de 
estereoespecificidade,, elas são mais específicos que os puramente químicos e permitem a 
adição, renovação ou modificação de grupos funcionais em locais específicos em uma 
molécula complexa sem o uso de proteção química, operar em temperaturas e pressões 
relativamente baixas. A anomalia desse processo é que uma grande biomassa deve ser 
produzida para catalisar uma única reacção, com isso muitos processos foram simplificados 
(imobilizando as células ou as enzimas isoladas em suporte inerte) para então ser consideradas 
como catalisadores que podem ser reutilizados muitas vezes. 
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O desenvolvimento cronológico da indústria de fermentação 
No estágio 1 (pré-1900) com a produção de produtos principais como o álcool e vinagre, em 
que álcool era produzido em vasos de madeira de até 1500 barris de capacidade, enquanto 
vinagre era produzido em barris, bandejas rasas, filtros de gotejo. Nessa época o processo de 
controle era a partir de uso de termómetro, hidrómetro e trocas de calor na produção 
alcoólicas, em que o método de cultura era por lote, mas o controle da qualidade na altura era 
praticamente nulo. Houve uma primeira cultura de levedura pura usada na cervejaria de 
Carlsberg (1886). 
No estágio 2 (1900-1940) houve uma expansão na produção (Glicerol de levedura de padeiro, 
ácido cítrico, ácido láctico e acetona/butanol) com o uso de embarcações de aço de até 200 
𝑚3 para acetona/ butano e aspersão de ar usados para a levedura de padeiro. Nesse estágio o 
processo de controle tornou-se mais sofisticado com o uso de Eletrodos de pH com controle 
off-line e controle de temperatura, mas o controle de qualidade permaneceu praticamente nulo 
e foram usadas culturas pura. 
No estágio 3 (1940) com a produção de Penicilina, estreptomicina, outros antibióticos, 
giberelina, aminoácidos, nucleotídeos, transformações, enzima obrigou o uso envoltório 
mecanicamente gaseificadas, fermentos “assepticamente-verdadeira” e foram introduzidos 
nova forma de controle de processo como eletrodos esterilizáveis de pH e oxigénio e de 
“loops” de controle que foram posteriormente informatizados. Nesse estágio o controle da 
qualidade tornou-se um ponto participativo da qualidade muito importante e programas de 
mutação e seleção essenciais na escolha de cepas da produção. 
No estágio 4 (1964) com a produção de Proteína de célula única usando hidrocarboneto e 
outras matérias-primas em ciclo de pressão e vasos de jato de pressão desenvolvidas para 
superar problemas de troca de gás e calor. E foi nessa época que “loops” de controle foi 
computadorizado, emprego de engenharia genética nas programas de mutação e seleção das 
cepas. 
E por fim no último estágio (5) (1979) através da produção principal de proteínas heterólogas 
por células microbianas e animais e anticorpos monoclonais produzidos por células animais 
através de fermentadores desenvolvidos no estágios anterior (3 e 4) e reatores de células 
animais desenvolvidos, usando métodos de cultura por sistemas de lote e alimentação 
contínuo e a perfusão contínua desenvolvida para processos de células animais. Houve 
Introdução de genes estrangeiros em anfitriões microbianos e de células animais e também 
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introdução de técnicas de DNA recombinantes in vitro usadas na melhoria do produto no 
estágio 3. 
As peças componentes de um processo de fermentação 
Independentemente do tipo de fermentação (com a possível exceção de alguns processos de 
transformação), um processo estabelecido pode ser dividido em seis componentes básicas: 
• Elaboração dos meios utilizados na cultura durante o desenvolvimento do inóculo e no 
fermentador de produção; 
• A esterilização do meio, fermentadores e equipamentos; 
• Produção de uma cultura ativa e pura; 
• Condições ótimas para a formação do produto; 
• Extração do produto e sua purificação; 
• Descarte deefluentes produzidos pelo processo.