01 Introdução TecFerm Enzimo

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PROCESSOS FERMENTATIVOS 
E ENZIMOLOGIA 
Wagner Santos Coelho 
Histórico 
 6.000 a. C.: bebidas alcoólicas (cerveja e vinho) 
são produzidas por sumérios e babilônios; 
 2.000 a.C.: panificação e bebidas fermentadas são 
utilizadas por egípcios e grego; 
 
 1875 d. C.: Pasteur mostra que a fermentação é 
causada por microrganismos; 
 1897 d.C.: Eduard Buchner 
 1880-1910: Início da fermentação industrial (ácido 
láctico, etanol, vinagre); 
 1910-1940: síntese de glicerol, acetona e ácido cítrico; 
 Influência das Grandes Guerras 
 1928: Descoberta da Penicilina 
 1940 – 1950: Produção em larga escala de vários 
antibióticos. 
 
Histórico da Biotecnologia 
 1953 – Estabelecida a estrutura do DNA 
 1973 – Início da Engenharia Genética 
 1982 – Insulina humana é produzida 
 
Histórico da Biotecnologia 
Início da Biotecnologia 
 A descoberta dos processos da síntese química de 
DNA (década de 1950) 
 Desenvolvimento de técnicas de manipulação 
gênica: DNA recombinante, silenciamento, super-
expressão, fusão celular, hibridoma. 
DNA Recombinante 
 Criação sintética de novos organismos vivos, com 
características não encontradas na natureza 
(Hibridização do DNA) 
 
 Permite o enxerto de genes humanos que 
determinam a produção de alguma proteína ou 
peptídeo de interesse em um microrganismo (ex:. 
Insulina) 
 
Hibridoma 
 Possibilita a manipulação genética, onde duas ou 
mais células vivas são fundidas para formar novos 
microrganismos. 
 Células animais que produzem anticorpos são 
incorporadas a outras malignas ou perniciosas, 
resultando em uma nova que se torna eficiente 
produtora de anticorpos. 
 
Animais Trangênicos 
FERMENTAÇÃO E PRINCIPAIS 
MICROORGANISMOS 
Fermentação 
 O processo fermentativo, é caracterizado pela 
transformação de substratos em produtos, através 
de reações bioquímicas catalisadas por diferentes 
microorganismos. 
FERMENTAÇÃO 
FERMENTAÇÃO ou respiração celular 
As células vivas necessitam de energia para a 
realização de suas funções vitais. 
 
Degradam o “combustível” celular. 
 
FERMENTAÇÃO 
A Biotecnologia visa obter produtos 
metabólicos a partir de material biológico. O 
processo consiste em duas fases distintas e de 
igual importância. 
 Fermentação: produção da substância. 
 Separação e purificação do produto. 
FERMENTAÇÃO 
Controle 
Escolha de microrganismos 
Escolha dos substratos 
Escolha da temperatura adequada 
Escolha do pH adequado 
FERMENTAÇÃO 
 As substâncias resultantes dos processos de 
fermentação, de acordo com suas características, 
são transformadas em produtos. 
 Quando são originados álcoois como produtos, 
estes são utilizados em bebidas alcoólicas. 
 Quando são originados ácidos como produtos, 
estes são aproveitados para preparar iogurte, 
queijos, bebidas fermentadas e vegetais 
fermentados (picles, chucrute, azeitona). 
 
Principais Microrganismos 
 
 Procariontes: 
 Bactérias 
 
 Eucariontes: 
 Fungos filamentosos ou bolores 
 Leveduras 
 Cultivo de células animais e vegetais 
 
 Vírus 
 Patogênicos 
 Bacteriofágos 
FERMENTAÇÃO 
Por bactérias Por leveduras Por bolores 
Acética 
Lática 
Propiônica 
Glucônica 
Alcoólicas 
Glicéricas 
Ácido cítrico 
Ácido glucônico 
Ácido lático 
Ácido fumárico 
Manitol 
Produtos da Microbiologia Industrial 
IMPORTÂNCIA DOS PROCESSOS 
FERMENTATIVOS INDUSTRIAIS 
Industria química 
 Etanol – combustível, farmacêutico, doméstico 
 
 Ácidos orgânicos – cítrico, láctico, acético 
 
 Solventes – acetona, butanol, isopropanol 
Industria de alimentos 
Industria farmacêutica 
 Aminoácidos – Glutamina, lisina e triptofano 
 
 Nucleotídeos e nucleosídeos 
 
 Enzimas – Amilase, proteases, lipases, lactase. 
 
 Vitaminas – Ácido ascórbico, riboflavina, B12 
 
 Vacinas, Antibióticos 
 
RESUMO DAS FASES DO 
PROCESSO FERMENTATIVO 
Preparação do Inóculo 
 Volume de suspensão de microorganismos 
adequados para a fermentação do mosto. 
 
 Garantir alta produtividade 
 Permitir o acúmulo do produto 
 Não ser patogênico 
 Baixo custo 
 
Fases do processo fermentativo 
 Preparação do meio de fermentação ou mosto 
 
 Nutrição microbiana 
 
 Metabolismo do microorganismo 
 
 Cinética de crescimento 
 
 
METABOLISMO DOS 
MICROORGANISMOS 
Nutrição microbiana 
 Fontes de nitrogênio (Síntese de material plástico) 
 Orgânico (Aminoácidos, proteínas) 
 Inorgânico (Sais de amônio – nitrito, nitrato) 
 
 Fontes de esqueleto de carbono 
 Carboidratos, Aminoácidos, proteínas, lipídeos 
 
 Elementos secundários, micronutrientes, vitaminas e 
fatores de crescimento 
 
Ciclo de Calvin 
Biossíntese de Produtos a partir da 
fixação de Carbono (CO2) 
Bioenergética para Biossíntese 
Bioenergética para Biossíntese 
Fundamentos da Fermentação 
Fermentação da glicose 
Fundamentos da Fermentação 
CRESCIMENTO MICROBIANO 
Crescimento microbiano 
 Reprodução 
 Bactérias  Fissão binária 
 
 Leveduras  Brotamento ou gemulação 
 Fissão binária 
 Esporulação 
 
 Bolores  esporulação 
Curva de crescimento 
CONTROLE DOS PROCESSOS 
FERMENTATIVOS 
Meio de fermentação adequado 
 
 Água 
 Fontes de Carbono 
 Carboidratos 
 Óleos e gorduras 
 Hidrocarbonetos e derivados 
 Fontes de Nitrogênio 
 Minerais 
 Precursores 
 Inibidores 
 Indutores 
Controle de fatores químicos 
 pH 
 O2 dissolvido 
 Força iônica 
 Potencial redox 
 Concentração do substrato 
 
Controle de fatores físicos 
 Temperatura 
 Viscosidade 
 Turbidez 
 Agitação 
 Pressão 
 
 
 
Sistemas de controle de crescimento 
 Quimiostato: controle pela taxa de diluição. 
 
 Turbidostato: controle pela turbidez através de 
células fotoelétricas. 
 
 Biostato: controle por outros parâmetros (pH) 
 
 Termômetros 
 
BIORREATORES 
Biorreatores 
 Reatores de fase aquosa 
 Células ou enzimas livres 
 Agitados mecanicamente, pneumaticamente, air-lift, 
empistonado. 
 
 Células ou enzimas imobilizadas em suportes 
 Reatores de leito fixo, fluidizado. 
 
 Células ou enzimas confinadas em membranas 
 Reatores com membranas planas, ou de fibra oca. 
 
 
 
Esquema de fermentador 
de cultivo submerso 
Biorreatores 
 Reatores de fase não aquosa 
 
 Reatores estáticos (bandejas) 
 Reatores com agitação (tambor rotativo) 
 Reatores com leito fixo 
 Reatores com leito fluidizado gás-sólido 
 
Perspectivas 
 Engenharia genética (DNA recombinante) 
 Otimização da produção 
 
 Redução dos custos 
 
 Maior qualidade 
 Insulina, cortisona, interferon, GH, peptídeos neuroativos. 
 
 Novos agentes imunizantes 
 Influenza A e B, herpes, hepatite A e B