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FUNDAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DO TOCANTINS 
CAMPUS UNIVERSITÁRIO DE GURUPI 
ENGENHARIA DE BIOPROCESSOS E BIOTECNOLOGIA 
DISCIPLINA: BIORREATORES: PROJETO E MODELAGEM 
DOCENTE: TALITA PEREIRA DE SOUSA FERREIRA 
 
 
 
 
 
 
PRODUÇÃO DE CORANTE NATURAL VERMELHO 
PRODUZIDO POR Streptomyces sp EM BIORREATOR STR. 
 
 
 
 
 
 
DISCENTE: PAULO HENRIQUE DE OLIVEIRA SAMPAIO 
 
 
 
 
 
 
GURUPI – TO 
05 Julho de 2017 
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FUNDAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DO TOCANTINS 
CAMPUS UNIVERSITÁRIO DE GURUPI 
ENGENHARIA DE BIOPROCESSOS E BIOTECNOLOGIA 
DISCIPLINA: BIORREATORES: PROJETO E MODELAGEM 
DOCENTE: TALITA PEREIRA DE SOUSA FERREIRA 
 
 
 
 
 
 
 
PRODUÇÃO DE CORANTE NATURAL VERMELHO 
PRODUZIDO POR Streptomyces sp. EM BIORREATOR STR. 
 
 
Trabalho submetido à disciplina de 
Biorreatores: Projeto e Modelagem, do 
curso de Engenharia de Bioprocessos e 
Biotecnologia. 
 
 
 
 
 
 
GURUPI – TO 
05 de Julho de 2017 
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1. Introdução ................................................................................................................... 5 
2. Revisão Bibliográfica .................................................................................................. 6 
2.1. Carotenoides e Mercado atual. ........................................................................... 6 
2.2. Corantes Naturais ................................................................................................ 7 
2.3 Fontes de obtenção ................................................................................................ 8 
2.5 Utilização na indústria de alimentos ................................................................... 9 
2.6. Biorreator tipo STR ........................................................................................... 10 
3. Descrição do Projeto ................................................................................................. 10 
4. Fluxograma do Processo .......................................................................................... 13 
5. Produção .................................................................................................................... 13 
6. Projeto e Modelagem do Biorreator STR 2.000m3 ................................................ 13 
7. Considerações Finais ................................................................................................ 14 
8. Referências Bibliográficas ....................................................................................... 14 
 
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LISTA DE FIGURA 
Figura 1: Representação das passagens para a produção do inóculo final para a 
fermentação industrial.....................................................................................................11 
 
LISTA DE TABELA 
Tabela 1: Escalonamento e Dimensionamento do Biorreator de 2.000m3.....................15 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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1. Introdução 
O objetivo do projeto é montar uma unidade produtora de pigmento vermelho, 
obtido através de processos biotecnológicos, utilizando a actinobactéria Streptomyces 
sp, como microrganismo precursor do corante, utilizando um biorreator do tipo STR 
como sistema de produção, através de uma fermentação descontinua simples. 
Cor é ainda a principal qualidade organoléptica que atrai os consumidores de 
alimentos, seguido pelo aroma. Cor e aroma são muitas vezes sensíveis ao calor, ao 
oxigênio, luz e acidez e podem ocorrem mudanças ou perdas durante o processamento e 
a estocagem. (BÜHLER et al, 2013) 
Corantes de alimentos podem ser naturais ou sintéticos e a maioria dos pigmentos 
naturais pode ser obtidos por três fontes principais, dentre elas as plantas (folhas, flores 
e frutos), os animais(insetos), e os microrganismos (fungos e bactérias). (KUMAR, et 
al., 2015) 
 Uma vez que o número de corantes sintéticos está diminuindo devido aos 
indesejáveis efeitos tóxicos, incluindo mutagenicidade e potencial carcinogênico, e 
também os problemas ambientais associados a sua produção e aplicação, o foco no 
desenvolvimento de pigmentos para alimentos de fontes naturais está aumentando. 
(BÜHLER et al, 2013) 
A crescente conscientização do consumidor sobre os benefícios de alimentos 
naturais vem favorecendo a indústria que lida com carotenoides, que movimentou em 
2010 US$ 1.2 bilhões e deve alcançar US$ 1.4 bilhões em 2018. (TINOCO et al, 2015) 
Os carotenoides são corantes naturais responsáveis pelas cores amarelas, laranja e 
vermelho, utilizados nas indústrias alimentícia, farmacêutica, de cosméticos e ração. 
Além de seu amplo uso como corantes e no enriquecimento de alimentos, também são 
utilizados devido a sua atividade pró-vitamínica A e as propriedades que resultam em 
possíveis funções biológicas benéficas à saúde, tais como o fortalecimento do sistema 
imunológico e a diminuição do risco de doenças degenerativas. (MALIK et al, 2012) 
Os carotenoides podem ser biossintetizados por microrganismos, como bactérias, 
fungos e leveduras. Estes pigmentos microbianos, por sua vez, apresentam-se como 
uma alternativa viável aos outros pigmentos de origem animal ou vegetal, porque são 
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considerados naturais, não apresentam problemas de sazonalidade e possuem 
produtividade alta. (KUMAR, et al., 2015) 
Dentre os microrganismos existentes, as actinobactérias, notavelmente os 
Streptomyces, são destacadas como rica fonte de produtos naturais, visto que novos 
metabólitos ainda são descobertos. Sabe-se que as actinobactérias são responsáveis por 
produzir 45% de todos os metabolitos secundários bioativos, sendo que 80% deste total 
são produzidos por Streptomyces, o que equivale a mais de 6.000 compostos produzidos 
por este gênero. (MENDONÇA, 2011) 
Desta forma é possível constatar que os Streptomyces se destacam como uma 
fonte promissora para produção de corantes, considerado que já há relatos na literatura 
de corantes produzidos a partir deste gênero, como exemplo, produção de um corante 
vermelho obtido a partir de Streptomyces sp. (MENDONÇA, 2011) 
Para o cultivo dos microrganismos a utilização de um biorreator é indispensável, 
sendo que o biorreator mais utilizado para este tipo de produção é o tipo STR, ao qual 
possui uma agitação e todo o controle dos parâmetros necessário para o crescimento do 
microrganismo de interesse e obtenção do produto final. A utilização deste equipamento 
auxilia a indústria a produção mais rápida e eficaz dos produtos a serem 
comercializados, e por otimizarem os parâmetros, aumentam a produção. 
2. Revisão Bibliográfica 
2.1. Carotenoides e Mercado atual. 
Carotenoides são compostos químicos relacionados muitas vezes a pigmentos 
naturais que podem estar presentes em frutas e verduras, ou serem produzidos por 
alguns tipos de microrganismo. São corantes naturais responsáveis pelas cores roxo, 
vermelho, amarelo laranja. Tem ampla utilização em vários setores industriais, desde o 
uso em setor farmacológico até o setor alimentício. Sua ampla utilização se deve 
basicamente pela sua alta atividade a favor da vitamina A. (DIAS et al, 2015; 
VALDUGA et al, 2009) 
Nas plantas tem como principal atividade a realização da fotossíntese, já para os 
microrganismos, por serem metabólito secundário, tem como principal função proteção, 
como ação fotoprotetora. Existem cerca de 900 tipos de carotenoides de origem 
naturais, e sua fórmula estrutural conta com mais de 40 carbonos com ligações duplas 
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conjugadas. São divididos em duas classes a partir da sua composição, os carotenos que 
possuem apenas átomos de carbono e hidrogênio e os oxacarotenoides (xantofilas) que 
possuem a mais, átomos de oxigênio nas cadeias. (VALDUGA et al, 2009; GARCIA-
PICHEL, 2011) 
A produção de carotenoides para utilização industrial normalmente se dá por 
vias químicas ou pela extração em plantas e/ou algas, porém devido à crescentepreocupação com a sustentabilidade, e a utilização de aditivos químicos nos produtos 
destinados ao homem que podem acarretar algumas consequências a saúde, passou a 
existir um grande interesse comercial na produção desses compostos por vias naturais e 
biotecnológicas. Fazendo uma comparação as outras linhas de produção, os produtos 
microbianos podem ser obtidos em prazos menores e em qualquer estação do ano. 
(BÜHLER et al 2013) 
 Se observamos a estrutura molecular dos carotenoides sintéticos, esses possuem 
grandes semelhanças aos carotenoides naturais, o que os difere é a presença de funções 
que proporcionam grandes benefícios para a saúde humana a partir do seu uso. 
(KUMAR et al, 2015) 
O mercado mundial de carotenoides, em 2014 tinha um valor de US $ 1,5 
bilhões. Espera-se que este mercado chegue a quase US $ 1,8 bilhão em 2019, com uma 
taxa de crescimento anual composta (CAGR) de 3,9% (BCC, 2015). 
2.2. Corantes Naturais 
Segundo Kumar et al (2015), os pigmentos naturais foram conseguidos há muito 
tempo atrás e tem havido um crescente interesse devido principalmente aos problemas 
de toxicidade dos pigmentos sintéticos. 
De acordo com Bolzani et al, 2006 pigmentos são substâncias de composição 
química e cores próprias, de origem inorgânica ou orgânica, vastamente distribuídas na 
natureza, encontradas nos tecidos e células, em forma de grânulos, possuindo 
importantes funções. 
Os pigmentos naturais, principalmente de origem microbiana apresentam 
importantes atividades biológicas. Em destaque os efeitos benéficos em relação à saúde, 
como suas propriedades antioxidantes, efeitos antiflamatório e prevenção das doenças 
crônicas não transmissíveis. Grande parte dos metabólitos bioativos apresentam 
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atividades antifúngicas, antibacterianas, antivirais, imunossupressores e citotóxicas e 
são produzidos em especial pela espécie de microrganismo do gênero Streptomyces 
(BÜHLER et al 2013 & IRIMIA‐VLADU, Mihai et al, 2012). 
No entanto, diferentes corantes naturais, a produção e comercialização de 
corantes de origem vegetal de acordo com Kumar et al (2015), apresenta alguns 
problemas, a maioria se deve a variabilidade sazonal e geográfica que são difíceis para 
serem controladas. 
 Conforme explica Pamphile et al (2015), a produção biotecnológica de 
carotenoides vem ganhando destaque, e isso se deve devido alguns fatores, tais como, a 
facilidade de se controlar as condições ambientais e as condições de cultivo, a utilização 
de substratos de baixo custo, uma vez que há a possibilidade de serem utilizados os 
resíduos agroindustriais. 
2.3 Fontes de obtenção 
Os carotenoides naturais podem ser obtidos basicamente de duas formas, por 
métodos de extração líquido sólido de plantas, e por processos biotecnológicos, mais 
usualmente processos fermentativos com microrganismos. Seguindo essas duas formas 
de obtenção, pode se alcançar volumes para fins industriais. (KUMAN et al, 2015) 
São compostos poli-insaturados e solúveis em gordura tendo uma grande 
diversidade sendo bastante comuns na natureza. Existem alguns corantes que são mais 
comumente encontrados, como por exemplo, o β-caroteno, licopeno e luteína. (ZOZ et 
al 2015) 
Para a obtenção destes corantes naturais, os processos químicos e extração de 
líquido sólido de plantas são os mais utilizados, porém esses processos aumentam os 
valores no produto final, já que por meio dessas técnicas há uma baixa produção e 
elevados custos devido compra e uso de reagentes químicos (solventes orgânicos). 
(BÜHLER et al 2013) 
A partir daí, podemos perceber a importância da introdução dos processos 
biotecnológicos para obtenção dos carotenoides/corantes em escala industrial, pois a 
partir deste processos poderia haver uma redução dos custos nos processos de obtenção 
do produto final. (AMAL et al 2011; DUFOSSÉA et al 2005.) 
 
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2.4 Microorganismos produtores (Actinobactérias) 
 Os métodos biotecnológicos para obtenção de carotenoides, desperta grande 
interesse em escala industrial. Alguns exemplos de produtores desses compostos, 
microrganismos fotossintéticos, leveduras, fungos, microalgas. Em meio aos compostos 
encontrados, tem-se: flavinas, quinonas, violaceinas entre outros. (DUFOSSÉA et al 
2005.) 
Em destaque nos microrganismos produtores, pode ser citado as actinobactérias, 
que são amplamente caracterizadas pelo fato de produzirem compostos bioativos, sendo 
bactérias filamentosas que pertencem ao filo das Actinomycetales. São mais utilizadas 
para produção de antibióticos, porém tem sido muito explorada e estudada para a 
produção de pigmentos a partir de processos fermentativos. (TORRES-BELTRAN et al. 
2012) As actinobactérias são gram positivas e sua morfologia é variável podendo ser na 
forma de bastonetes, cocos, cocobacilos e filamentosos. Elas podem ser caracterizadas 
pela vasta produção de pigmentos naturais. Esses pigmentos geralmente são produzidos 
em tons de violeta, azul, vermelho, rosa, amarelo, verde, marrom e preto. (AMAL et al 
2011) 
As Streptomyces são parte das actinobactérias, e possuem um material genético 
rico em guanina e citosina. Tem grande importância técnico - econômica devido a sua 
enorme produção de metabólitos além de possuir um bom desempenho em ciclos 
biológicos orgânicos. (PRÓCOPIO et al 2012) 
2.5 Utilização na indústria de alimentos 
 Os pigmentos são de grande importância comercial, principalmente na área de 
indústrias de alimentos, já que esses devem ter aspectos atraentes e oferecer condições 
saudáveis para os consumidores. Vemos o uso da microbiologia, nos alimentos, como 
produção de probióticos, produção de biofilmes para pós colheita, utilização de 
espessantes e estabilizantes entre outras utilidades. 
Os pigmentos são importantes para a utilização em alimentos como cereais, 
massas, molhos, bebidas de frutas, bebidas energéticas, entre outros. Assim, esses 
corantes naturais são consideradas como sendo atraentes e probióticos, além de serem 
mais favoráveis ao meio ambiente do que os corantes sintéticos, que podem apresentar 
alguns efeitos adversos. (DUFOSSÉA et al 2005.) 
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Nos últimos anos, a coloração de alimentos com pigmentos obtidos a partir de 
fontes naturais tem ganhado interesse e este pode ser atribuído a sua utilização como 
aditivos, intensificadores de cor, antioxidantes, entre outros. Nas indústrias de 
alimentos, os carotenoides são principalmente utilizados como corantes, tendo como 
objetivos repor a cor perdida no andamento do processo e no armazenamento, colorir os 
alimentos que ainda não possuem cor e uniformizar a coloração dos produtos 
alimentícios. Apresentam muitas vantagens, tais como a produção mais barata, extração 
mais fácil, e rendimentos mais elevados. (VALDUGA et al, 2009 & DIAS 2015) 
2.6. Biorreator tipo STR 
O Biorreator é um tanque controlado no qual ocorre reações químicas catalisadas 
por células ou enzimas imobilizadas para a produção de um produto de interesse. Este 
equipamento deve ser capaz de produzir o produto com manutenção da assepsia por 
longo período de tempo, monitorando e controlando os parâmetros da fermentação. 
Deve consumir o mínimo possível de energia, prevenir as perdas por evaporação, conter 
uma dorna o mais lisa possível (uso de solda em vez de parafusos), conter dorna 
geometricamente similar à dorna do biorreator de escala piloto e industrial, facilitando o 
escalonamento e impedir a contaminação ambiental com o microrganismo cultivado 
(BRASILEIRO et al., 2013). 
Existem vários tipos de biorreatores um exemplo deles é o STR que consiste em 
um tanque cilíndrico com agitação mecânica por turbinas (pás), pode conter também 
chicanas para evitar formação de espumas e formação de vortéx. O agitador é montado 
num eixo central do biorreator. Para manter um funcionamento saudável deve conter em 
seu preenchimento apenas 70 a 80% do volume total, chamado de volume de trabalho,e 
todo o escalonamento deve ser feito antes de se iniciar o processo (STUANI et al., 
2015). 
3. Descrição do Projeto 
O objetivo do projeto é montar uma unidade produtora de pigmento vermelho, 
obtido através de processos biotecnológicos, utilizando a actinobactéria Streptomyces 
sp, como microrganismo precursor do corante, onde a meta de produção mensal será de 
320.000 kg de pigmento, utilizando um biorreator do tipo STR como sistema de 
produção, através de uma fermentação descontinua simples. 
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O primeiro parâmetro de análise na produção do pigmento por fermentação é o 
banco de cepas a ser utilizado e o preparo do inóculo. A unidade produtora contará com 
um banco de cepa máster, cepas referências e cepas trabalhos. O micro-organismo 
selecionado será adquirido de Bancos Nacionais de micro-organismo, como o CBMAI – 
cepa: CBMAI 0001/DSM41805. 
Para a conservação do banco do micro-organismo; a actinobactéria Streptomyces 
sp será mantida em meio TSBA 5%, composto por: 0,85g do produto da digestão 
enzimática da caseína, 0,15g do produto da digestão enzimática do farelo de soja, 0,25g 
de NaCl e 0,12g de dextrose em 1L de água destilada acrescida de 2% em massa de 
ágar. Foi preservada utilizando dois diferentes métodos: (1) em meio de cultura sólido 
de aveia, o qual é composto por 40g de aveia (Quaker®) em 1L de água destilada, 
acrescido de 2% em massa de ágar pelo processo de repique e (2) em solução de 25% de 
glicerol a 4°C. 
A ativação da cepa trabalho será feita em meio BD (Batata- Dextrose), este 
seguirá por todo o processo. O meio é constituído de 80ml de água destilada, 2g de 
dextrose e 20ml de caldo de batata para cada 100ml de meio. O caldo de batata será 
preparado da seguinte maneira, 200g de batata foram cozidas em 500ml de água 
destilada durante 30 minutos. A água resultante do cozimento foi filtrada e utilizada no 
preparo do caldo, na qual foi transferida para uma proveta de 500ml e o volume 
completado com água destilada. 
A produção do inóculo irá seguir uma proporção de 5% do volume final do 
biorreator utilizado, com volume máximo de 2.000.000 L, onde 70% representam o 
volume de trabalho escolhido (1.400.000 L). O inóculo final terá que conter 70.000 L, e 
o volume do meio será em 1.330.000 L. Serão feitas 4 passagens da cepa trabalho até o 
inoculo final, onde a transferência é feita na fase log do crescimento microbiano, cerca 
de 4 dias de fermentação. A figura 1 demonstra as passagens feitas até a obtenção do 
inóculo final. 
 
 
 
 
 
Cepa trabalho 
V1= 8,75L 
 
esto
que V2= 175L 
 
estoque 
V3= 3500L 
 
V4= 70.000L 
Inóculo final 
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Figura 1: Representação das passagens para a produção do inóculo final para a 
fermentação industrial. 
A esterilização e preparo do meio de cultura será feita no próprio biorreator 
principal (2.000 m3) durante o tempo morto do biorreator a uma temperatura de 120°C 
durante 20 min, onde a esterilização será feita por calor indireto, através do sistema de 
manta de controle de temperatura, que além de auxiliar no processo de esterilização, irá 
manter estabilizada a temperatura ideal do processo, que é 28°C. Durante o processo de 
esterilização para melhor distribuição do calor e homogeneização do meio será realizada 
a agitação mecânica. 
A fermentação será conduzida em sistema descontínuo simples, para evitar 
contaminação e possíveis mutações do microrganismo, além de melhorar o controle dos 
aspectos e parâmetros físico-químicos definidos. O processo de fermentação irá durar 
12 dias, com temperatura de 28°C, com baixa rotação e pH 7. 
Serão realizados no total de duas fermentações mensais, já contabilizados os dias 
de formulação, preparo e esterilização do meio de cultura onde será realizado no próprio 
biorreator, além do tempo de limpeza entre as fermentações. 
O processo de recuperação do produto se dará com o mosto fermentado após os 
12 dias de fermentação, onde ele será centrifugado, em centrifuga de discos, a fim de se 
separar os resíduos sólidos, como as células, do sobrenadante, já que é neste 
sobrenadante que se encontra o produto de interesse. 
Posteriormente o liquido resultante da centrifugação, será submetido á separação 
do corante por método de purificação de alta resolução, sendo feita uma separação 
liquido-liquido onde a extração ocorre com a utilização de acetato de etila e éter, o meio 
clarificado será submetido a três extrações com o solvente extrator e como resultado, 
após a evaporação do solvente, teremos a concentração do extrato bruto, que é nosso 
produto de interesse, em massa seca, cerca de 16.000 kg de extrato. 
13 
 
 
4. Fluxograma do Processo 
5. Produção 
A produção do pigmento esperada, após o processo de purificação, em cada 
fermentação realizada é de 16.000 Kg de pigmento concentrado para cada 1.400.000 
litros fermentado, podendo divergir para mais ou para menos em cada fermentação. 
Logo, sendo adotadas duas fermentações a cada mês, a produção de pigmento mensal é 
aproximadamente de 320.000 Kg. Dessa maneira a estimativa de produção anual de 
pigmento vermelho é de 3.840.000Kg de pigmento concentrado. 
6. Projeto e Modelagem do Biorreator STR 2.000m3 
As dimensões utilizadas seguiram as relações já descritas na literatura para a obtenção 
dos valores de: Altura do Biorreator (Ht), Diâmetro (Dt), Altura do Líquido (Hl), Diâmetro 
do impelidor (Da), Largura das Chicanas (Lb), Altura da pá (W), Largura da pá (L), 
Distância entre o impelidor e a altura da pá (E). 
Os valores obtidos estão expressos na tabela 2: 
Tabela 1: Escalonamento e Dimensionamento do Biorreator de 2.000m3 
Parâmetros Valor em (m) 
Ht 21,60 
Dt 10,80 
Hl 17,28 
Da 5,40 
14 
 
 
Lb 1,08 
W 1,08 
L 1,35 
E 1,08 
 
O desenho do biorreator projetado em AutoCAD está anexado ao final do trabalho 
em folha A3, seguindo as proporções encontradas na tabela 1. 
7. Considerações Finais 
Portanto a produção do corante vermelho a partir da utilização de cepas de 
Streptomyces sp., apresentou-se como um grande potencial para a aplicação industrial 
deste produto com um excelente rendimento. Logo os corantes obtidos de forma 
biotecnológica tem-se mostrado uma tecnologia inovadora, visto que apresentam 
importantes atividades biológicas como efeitos benéficos à saúde, acrescentando a 
produção de pigmentos uma nova estratégia de produção. 
No entanto alguns fatores devem ser levados em consideração para o processo de 
produção biotecnológica, como a utilização de matérias-primas de baixo custo como os 
resíduos agroindustriais, controle das condições ambientais e de cultivo, adequação das 
formas de condução do processo e utilização da engenharia genética que pode ser uma 
ferramenta promissora e que uma permitiria uma maior produção de pigmentos. 
8. Referências Bibliográficas 
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