AULA CAPITULO2

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UNIDADE II – TECNOLOGIA DE 
FERMENTAÇÃO E FERMENTADORES
2.1- Introdução
O sucesso de um dado processo fermentativo depende muito de uma 
correta definição de 4 pontos básicos:
- microrganismo;
- meio de cultura;
- forma de condução do processo fermentativo;
- etapas de recuperação do produto.
Para casos de produtos de alto valor agregado, como antibióticos, 
enzimas ou outras proteínas (insulina, hormônios de crescimento, 
vacinas, etc), as operações de recuperação do produto podem ser 
responsáveis por 50 a 70% do custo do produto final.
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ESQUEMA GERAL DE UM PROCESSO FERMENTATIVO
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Etapas fundamentais de um típico 
bioprocesso
Fonte: https://pt.wikiversity.org/wiki/Aula_3_-
_Princ%C3%ADpios_em_Tecnologia_de_Fermenta%C3%A7%C3%B5es:_Condi%C3%A7%C3%B5es_de_ProcessoBruno 
A, 2017.
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https://pt.wikiversity.org/wiki/Aula_3_-
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II.2- TECNOLOGIA DAS FERMENTAÇÕES
Agentes da fermentação: Microrganismos
 Bactérias - espécies autotróficas (requerem apenas compostos 
inorgânicos para o crescimento) e espécies heterotróficas;
 Fungos – bolores e leveduras 
Bolores: caracterizam-se por formarem um micélio que é um
conjunto de estruturas filamentosas denominadas hifas.
Leveduras: são fungos geralmente unicelulares 
 Vírus (não são considerados seres vivos) - parasitas 
intracelulares obrigatórios;
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UNIDADE II – TECNOLOGIA DE 
FERMENTAÇÃO E FERMENTADORES
2.2- Microrganismos de interesse
 Podem ser obtidos basicamente das seguintes formas:
1) isolamento a partir de recursos naturais: (solo, água, plantas, 
etc)
2) compra em coleções de cultura;
- NRRL Culture Collection (EUA), 
http://nrrl.ncaur.usda.gov/
- Coleção de culturas Tropical (Campinas/SP) – Fundação 
André Tosello http://fat.org.br/
- Fundação Oswaldo Cruz (Rio de Janeiro/RJ)
http://portal.fiocruz.br/pt-br
- American Type Culture Collection /ATCC – (EUA)
https://www.atcc.org/
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http://nrrl.ncaur.usda.gov/
http://fat.org.br/
http://portal.fiocruz.br/pt-br
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UNIDADE II – TECNOLOGIA DE 
FERMENTAÇÃO E FERMENTADORES
2.2- Microrganismos de interesse
3) obtenção de mutantes naturais;
4) Obtenção de mutantes induzidos por métodos convencionais
(submeter suspensões de células ou esporos a radiações
ultravioleta ou a substâncias químicas mutagênicas, como a
nitrosoguanidina)
Literatura: Melhora de linhagens de Penicillium chrysogenum 
para produção de penicilina (100 em 1940 → 51000 
unidades/cm3 em 1976);
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UNIDADE II – TECNOLOGIA DE 
FERMENTAÇÃO E FERMENTADORES
2.2- Microrganismos de interesse
5) Obtenção de microrganismos recombinantes por técnicas de
engenharia genética ( introdução de fragmentos de DNA de certas
células em outras, via vetores como plasmídeos);
plasmídeos ou plasmídios: são moléculas circulares duplas de 
DNA capazes de se reproduzir independentemente do DNA 
cromossômico. Ocorrem geralmente em bactérias e por vezes 
também em organismos eucarióticos unicelulares (ex: o anel de 2-
micra em Saccharomyces cerevisiae) e células de eucariotas 
superiores.
EXEMPLOS: 
- Introdução de gene para síntese de glicoamilase (hidrolisa 
amido) de Aspergillus em células de Saccharomyces cerevisiae;
- Produção de hormônio de crescimento humano, insulina,
interferons ( proteína produzida pelos leucócitos e fibroblastos),
Fator VIII (tratamento de hemofilia).
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UNIDADE II – TECNOLOGIA DE 
FERMENTAÇÃO E FERMENTADORES
2.2.1-Características desejáveis de microrganismos e meios de 
cultura para aplicação industrial
a) Características desejáveis de microrganismos
- Apresentar elevada eficiência na conversão do substrato em 
produto; (38 a 73% do custo devido às matérias-primas)
- Permitir o acúmulo do produto no meio, de forma a se ter 
elevada concentração do produto no caldo fermentado;
- Não produzir substâncias incompatíveis com o produto ou 
muitos compostos secundários;
- Apresentar constância quanto ao comportamento fisiológico;
- Não ser patogênico (GRAS - Generally Recognized as Safe)
- Não exigir condições de processo muito complexas;
- Não exigir meios de cultura dispendiosos;
- Permitir a rápida liberação do produto para o meio (produtos 
extracelulares)
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Juliana
Realce
UNIDADE II – TECNOLOGIA DE 
FERMENTAÇÃO E FERMENTADORES
b)Características desejáveis de meios de cultura
-Ser o mais barato possível;
-Atender às necessidades nutricionais do microrganismo;
-Auxiliar no controle do processo, como é no caso de ser 
ligeiramente tamponado, o que evita variações drásticas de 
pH, ou evitar uma excessiva formação de espuma;
-Não provocar problemas na recuperação do produto;
-Os componentes devem permitir algum tempo de 
armazenagem, a fim de estarem disponíveis todo o tempo;
-Ter composição razoavelmente fixa;
-Não causar dificuldades no tratamento final do efluente.
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b1) Nutrientes
FONTE DE CARBONO: açúcares como glicose, sacarose, frutose ou 
ainda, polissacarídeos como amido e celulose.
FONTE DE NITROGÊNIO: sais como sulfato de amônio (NH4)2SO4, 
(NH4)2HPO4 ou aminoácidos, uréia.
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UNIDADE II – TECNOLOGIA DE 
FERMENTAÇÃO E FERMENTADORES
FONTE DE FÓSFORO: fosfatos solúveis como monoamônio fosfato 
(MAP), diamônio fosfato (DAP)
OUTROS ELEMENTOS:
- Na, K, Ca, Fe, Cu, Mg, Mn, Co, etc;
- Fatores de crescimento (aminoácidos específicos ou vitaminas), como 
biotina (vitamina B7), tiamina (vitamina B1), riboflavina (B2), etc.
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UNIDADE II – TECNOLOGIA DE 
FERMENTAÇÃO E FERMENTADORES
b2) Tipos de meios
1) MEIOS SINTÉTICOS OU MEIOS DEFINIDOS:
São meios cuja composição química é bem conhecida e pode ser 
reproduzida a qualquer instante. São geralmente mais onerosos, mas 
podem permitir maior economia nas etapas de recuperação do 
produto.
2) MEIOS DE CULTURA CONTENDO MATERIAIS NATURAIS OU 
MEIOS COMPLEXOS:
Contêm matérias-primas de composição química desconhecida, como 
extrato de levedura (autolisado de leveduras), extrato de carne, extrato 
de malte, peptona (hidrolisado de proteínas), etc;
- materiais onerosos complexos;
- composição variável (ao longo do tempo de armazenagem e na 
dependência do fabricante e do lote empregado).
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Em fermentações industriais:
uso de matérias-primas naturais, como caldo de cana-de-açúcar, 
melaços, farinhas diversas (de trigo, milho, soja, cevada), água de 
maceração de milho, etc..
→ matérias-primas baratas.
Atenção: oscilações no processo produtivo (complemento c/ sais e 
outros nutrientes) Definição adequada do microrganismo e do meio de cultura é 
etapa fundamental !!
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água de maceração de milho (“corn steep liquor”):
No processamento do milho por via úmida, os grãos de milho são
macerados em tanques com água aquecida a 51 a 54ºC), contendo
pequenas quantidades de dióxido de enxofre dissolvido (em tôrno de
0,1 a 0,3%), o que ajuda na separação do amido e das proteínas.
Os componentes solúveis são extraídos do grão. Ao se concluir a
fase de maceração, a água é drenada e concentrada em
evaporadores de múltiplos efeitos para produzir o líquor
concentrado.
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UNIDADE II – TECNOLOGIA DE 
FERMENTAÇÃO E FERMENTADORES
2.3- Produtos de interesse industrial
 Produtos de fermentação podem ser classificados em 3 grupos 
principais:
1) metabólitos primários (em geral resultantes do catabolismo das 
células);
formados durante a fase de crescimento microbiano (etanol, amino
ácidos, nucleotídeos, ácidos graxos, carotenóides, vitamina A, 
riboflavina - vitamina B2)
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UNIDADE II – TECNOLOGIA DE 
FERMENTAÇÃO E FERMENTADORES
2.3- Produtos de interesse industrial
2) metabólitos secundários (produzidos na fase final de crescimento);
formados no fim da fase de crescimento, próximo ou na fase
estacionária. Metabólitos secundários são aqueles que não são
essenciais para o crescimento vegetativo, são frequentemente
associados com a diferenciação e esporulação (ácido cítrico,
penicilina, cefalosporina, alcalóides ergot - medicamento, giberelina
- hormônio vegetal, aflatoxina, ciclosporina – droga
imunossupressora, beauvericina – antibiótico )
3) enzimas.
Amilases, pectinases (sucos), proteases (couro, seda, detergentes), 
invertase ou sacarase (inversão da sacarose, açúcar invertido) , 
etc.
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Definição de Fermentação
Significa qualquer processo de cultivo microbiológico que
ocorre com ou sem ar.
Significado bioquímico: é o processo metabólico onde o
substrato orgânico atua como doador e como receptor final
de elétrons, ocorrendo em condições anaeróbias, mas sem a
utilização de uma cadeia respiratória, como acontece na
respiração anaeróbia (TORTORA et al., 2006).
Existem, de forma geral, 2 tipos de fermentação:
1) Fermentação semi-sólida;
2) Fermentação submersa
II.2- TECNOLOGIA DAS FERMENTAÇÕES
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Fermentação submersa
Fermentação semi-sólida
II.2- TECNOLOGIA DAS FERMENTAÇÕES
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UNIDADE II – TECNOLOGIA DE 
FERMENTAÇÃO E FERMENTADORES
2.4.1.1- Fermentação semi-sólida (Fermentação em estado sólido ou 
Fermentação em subtrato sólido ou Fermentação em meio semi-
sólido)
 São “processos que referem-se à cultura de microrganismos
sobre ou dentro de partículas em matriz sólida (subtrato ou
material inerte), onde o conteúdo de líquido (substrato ou meio
umidificante) ligado a ela está a um nível de atividade de água
que, por um lado, assegure o crescimento e metabolismo das
células e, por outro, não exceda à máxima capacidade de
ligação da água com a matriz sólida”, segundo DURANT et al.
(1988);
HISTÓRICO
 Várias formas de alimentos utilizando esse processo microbiano 
fazem parte da dieta de diversos povos há muitos séculos;
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UNIDADE II – TECNOLOGIA DE 
FERMENTAÇÃO E FERMENTADORES
EXEMPLOS:
- molho de soja na China em 1000 A.C.; “chiang” (similar ao miso) 
entre 2500 e 500 A.C.;
- Produtos à base de arroz e trigo ou trigo e soja , inoculados e 
fermentados utilizando-se o “koji” (massa umidificada de um cereal 
cozido, principalmente arroz, na qual houve o crescimento de 
Aspergillus oryzae e a conseqüente produção de um complexo 
enzimático com atividade), na China e no Japão;
- Queijo roquefort em 100 d.C.;
 No Ocidente, entretanto, é insignificante o número de empresas que 
utilizam a fermentação semi-sólida para produção de biomoléculas. 
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Microrganismos comumente utilizados:
- Fungos filamentosos: Rhizopus, Trichoderma, Penicillium ou Aspergillus
para obtenção de enriquecimento protéico e produção de enzimas e 
Fusarium ou Giberella para produção de ácido giberélico;
- Bactérias: Bacillus thuringiensis para produção de bioinseticidas, 
linhagens de Bacillus para produção de -amilase e Zymomonas 
mobilis para produção de álcool.
Substratos: características e composição
- 2 tipos de materiais insolúveis em água:
a) quando o suporte sólido atua ele próprio como fonte de nutrientes;
b) nutrientes são solúveis em água e os microrganismos estão aderidos a 
uma matriz sólida, inerte ou não, que irá absorver o meio de cultura 
líquido.
Ex: solução de glicose e de nutrientes umedecendo bagaço de cana para 
produção de ácido lático.
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UNIDADE II – TECNOLOGIA DE 
FERMENTAÇÃO E FERMENTADORES
 De forma geral, os materiais utilizados são provenientes de 
matérias-primas, produtos e/ou resíduos agroindustriais, como 
por exemplo:
- farelo e palha de trigo, farinha e farelo de soja, farinha e resíduos 
sólidos do processamento da mandioca, bagaço de cana e 
melaço para produção de enzimas;
- soja (“shoyu”) para elaboração de condimentos orientais, etc...
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UNIDADE II – TECNOLOGIA DE 
FERMENTAÇÃO E FERMENTADORES
Características do substrato:
- Alto grau de acessibilidade do microrganismo a todo 
meio:
- Porosidade, tamanho e formato das partículas 
afetam rendimento do processo.
Controles do processo:
- Teor de umidade do substrato (natureza do 
substrato, necessidades do mo. e tipo do produto 
determinam o grau de umidade) – umidade p/ 
Bactérias: > 60%
- Aw: mínima de 0,7 para fungos; 0,8 para leveduras e 
0,9 para bactérias
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UNIDADE II – TECNOLOGIA DE 
FERMENTAÇÃO E FERMENTADORES
- Temperatura ( atividades metabólicas dos
Mos. e dependendo da altura da camada de substrato
grande quantidade de calor produzida)
- pH (difícil controle)
- Aeração (para bom rendimento e rápida fermentação,
uso de grande área superficial do meio de
fermentação)
Exemplos de Aplicação:
- produção de cogumelos comestíveis;
- Processos de ensilagem ou compostagem;
- Produção de algumas enzimas fúngicas como 
amilases, celulases, pectinases, etc
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FERMENTADOR:
Geralmente, usa-se o fermentador de bandejas (Método
de Koji). Trata-se de uma estufa com temperatura e
umidade controlável, onde são colocadas bandejas
contendo o meio de cultura (normalmente farelo
acidificado, complementadode alguns sais, inoculado
com o respectivo microrganismo).
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UNIDADE II – TECNOLOGIA DE 
FERMENTAÇÃO E FERMENTADORES
 fermentador de bandejas 
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UNIDADE II – TECNOLOGIA DE 
FERMENTAÇÃO E FERMENTADORES
 Tambores rotativos ou tubulares horizontais. A rotação do reator pode 
ser ocasionada tanto por um eixo central como pela movimentação de 
roletes sobre os quais o fermentador esteja montado e a rotação pode 
variar de 1 até 180 rpm.
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UNIDADE II – TECNOLOGIA DE 
FERMENTAÇÃO E FERMENTADORES
2.4.1.2- Fermentação submersa
 Processo em que o meio de cultura ou mosto é líquido e o
microrganismo desenvolve-se dentro deste meio.
FERMENTADORES
1) para culturas aeróbicas
 é constituído por uma cuba ou dorna, geralmente fechada, que pode
ser esterilizada, aerada, agitada e tendo temperatura e pH controlados;
 Pode ser equipado com defletores ou chicanas e com sistemas de
agitação através de pás. O ar estéril é introduzido na parte inferior do
fermentador, de forma a ser bem espalhado pelos agitadores;
 Filtros no tubo de exaustão;
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UNIDADE II – TECNOLOGIA DE 
FERMENTAÇÃO E FERMENTADORES
- Nível de espuma deve ser controlado pela adição de anti-espumante
(silicones, poliéteres, álcoois e ésteres graxos, sílica silanizada – óleos 
insolúveis);
 Todos os tubos para alimentação (inóculo, nutrientes, anti-espumantes) 
devem ser munidos de sistema de esterilização.
2) para culturas anaeróbicas ou micro-aeróbicas
 possui as mesmas características, exceto para agitação e aeração. A
aeração é necessária apenas para bom desenvolvimento do
microrganismo e a agitação apenas para homogeneizar e manter a
temperatura do meio.
 Processos completamente anaeróbicos são raros na indústria.
EX: bactérias do tétano.
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UNIDADE II – TECNOLOGIA DE 
FERMENTAÇÃO E FERMENTADORES
COMPARAÇÃO ENTRE OS PROCESSOS:
Semi-sólido Submerso
- requer muito espaço p/ 
bandejas;
- requer muita mão-de-obra;
- ar a baixa pressão;
- pouco consumo de energia;
- requer pouco controle;
- poucos problemas de
contaminação;
- usam-se fermentadores 
compactos;
- mínima mão-de-obra;
- ar a alta pressão;
- alto consumo de energia com 
compressores e agitadores;
- requer controle cuidadoso;
- problemas freqüentes de 
contaminação;
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UNIDADE II – TECNOLOGIA DE 
FERMENTAÇÃO E FERMENTADORES
- obtenção envolve extração c/ 
solução aquosa, filtração ou 
centrifugação e talvez 
evaporação e/ou precipitação;
- Pouca aplicação industrial.
- obtenção envolve filtração ou 
centrifugação e talvez evaporação 
e/ou precipitação;
- muito usado industrialmente.
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