Bioprocessos II

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DISCIPLINA: ENGENHARIA BIOQUÍMICA 
CURSO: ENGENHARIA QUÍMICA
OBJETIVOS:
	- ESTUDAR OS ASPECTOS GERAIS DOS PROCESSOS 				FERMENTATIVOS, ENTENDIMENTO E FUNCIONAMENTO DOS 		BIORREATORES.
	- DISCUTIR OS CRITÉRIOS DE VARIAÇÃO DE ESCALA, OPERAÇÕES 		PARA A RECUPERAÇÃO DOS BIOPRODUTOS
	- MOSTRAR EXEMPLOS E APLICAÇÕES
EMENTA:
	- NOÇÕES BÁSICAS DE BIOTECNOLOGIA E MICROBIOLOGIA
	- CINÉTICA DE PROCESSOS FERMENTATIVOS
	- AGITAÇÃO E AEREAÇÃO
	- BIORREATORES
BIBLIOGRAFIA RECOMENDADA
1- BORZANI, W.; SCHIMIDELL, W.; LIMA, U.A.; AQUARONE, E.: Biotecnologia Industrial. Volume I - Fundamentos, Ed. Edgard Blucher, SP, 2011.
2- SCHIMIDELL, W.; LIMA, U.A.; AQUARONE, E.; BORZANI, W.: Biotecnologia Industrial. Volume II – Engenharia Bioquímica. Ed. Edgard Blucher, SP, 2007.
3- LIMA, U.A.; AQUARONE, E.; BORZANI, W.; SCHMIDELL, W.: Biotecnologia Industrial. Volume III – Processos fermentativos e enzimáticos. Ed. Edgard Blucher, SP, 2007.
4- Brown, C. M.; Campbell, I.; Priest, F.G. Introducción a la Biotecnología. Zaragoza (España): Ed. Acribia 1989.
5- Bu'lock, John; Kristiansen, Bjorn. Biotecnología Básica. Zaragoza (España): Ed. Acribia 1991.
6- Crueger, W.; Crueger, A. Biotecnología: Manual de Microbiologia Industrial. Zaragoza (Espanha): Ed. Acribia, 1993.
7- Scriban, R. Biotecnologia. São Paulo: Ed. Manole, 1985.
8- Smith, J. E. Biotechnology, 3ª ed. Cambridge University Press, 1996.
BIOTECNOLOGIA: USO DE MICRORGANISMOS, CÉLULAS DE PLANTAS E ANIMAIS OU PARTES DE CÉLULAS, ASSIM COMO ENZIMAS, IMUNOGLOBULINAS OU GENES PARA A ELABORAÇÃO DE PRODUTOS OU PARA CONDUZIR PROCESSOS.
INTERAÇÃO DA BIOTECNOLOGIA COM OS RAMOS DE CONHECIMENTO
Bios: Vida; Tecnos: Arte ou Profissão; Logos: Estudo
DEFINIÇÃO DE ENGENHARIA BIOQUÍMICA
MICROBIOLOGIA
BIOQUÍMICA
ENGENHARIA 
QUÍMICA
ENGENHARIA 
BIOQUÍMICA
FUNÇÃO:
TRANSFORMAR CONHECIMENTOS OBTIDOS POR MICROBIOLOGISTAS E BIOQUÍMICOS EM PROCESSOS INDUSTRIAIS, COM VISTAS A APERFEIÇOÁ-LOS, ASSIM COMO AUMENTAR A PRODUTIVIDADE E RENDIMENTO.
APROVEITAMENTO DOS MICRORGANISMOS E DAS REAÇÕES ENZIMÁTICAS PELO HOMEM (DESDE A ÉPOCA PRIMITIVA)
CARNE MATURADA
BEBIDAS ALCOÓLICAS (VINHO, CERVEJA)
QUEIJOS, COALHADA
VINAGRE
PÃO
SOJA FERMENTADA
1857
LOUIS PASTEUR
MICRORGANISMOS
LEVEDURAS:
FERMENTAÇÃO
BACTÉRIAS:
DETERIORAÇÃO
 DOENÇAS
HISTÓRICO
1901: PIOCIANASE (O PRIMEIRO ANTIBIÓTICO)
PRODUÇÃO DE LEVEDURA P/ PANIFICAÇÃO
PRODUÇÃO DE ACETONA A PARTIR DO AMIDO (CLOSTRIDIUM)
1923: PRODUÇÃO DE ÁCIDO CÍTRICO (ASPERGILLUS NIGER)
1928: PENICILINA 1940: INDUSTRIALIZAÇÃO
OUTROS ANTIBIÓTICOS (ESTREPTOMICINA)
VITAMINAS (B2, B12, C)
CORTISONA E DERIVADOS
AMINOÁCIDOS (LISINA, GLUTAMATO)
HORMÔNIOS
INSETICIDAS (BACILLUS THURINGIENSIS)
SACHAROMYCES
ÁCIDO CÍTRICO
ÁCIDO GLICÔNICO
ACIDEZ
SORBOSE
ACETONA
BUTANOL, ETANOL
CONC. ALTA
DE SUBSTRATO
OU PRODUTO
MICRORGANISMOS
CONTAMINANTES
PENICILINA
(E OUTROS)
CONDIÇÕES DE OPERAÇÃO
ESTRITAMENTE ASSÉPTICAS
NOVOS
DESAFIOS
DESIGN DE FERMENTADORES
TÉCNICAS DE OPERAÇÃO
EQUIPAMENTOS E ACESSÓRIOS
(PADRONIZAÇÃO, ADAPTAÇÕES)
FILTRAÇÃO
EXTRAÇÃO
ADSORÇÃO
CONCENTRAÇÃO
+
ENGENHARIA
BIOQUÍMICA
ENGENHARIA
QUÍMICA
OPERAÇÕES E PROCESSOS UNITÁRIOS COMUNS
PRINCÍPIOS ESTEQUIMÉTRICOS, CINÉTICOS E
TERMODINÂMICOS SEMELHANTES
OPERAÇÕES UNITÁRIAS:
MISTURA DE TRÊS FASES HETEROGÊNEAS (MICRORG., MEIO E AR)
TRANSPORTE DE MASSA (OXIGÊNIO DO AR P/ O MICRORGANISMO)
TRANSPORTE DE CALOR (DO MEIO DE CULTURA P/ O AMBIENTE)
PROCESSOS UNITÁRIOS (MECANISMOS DE REAÇÃO):
REDUÇÕES / OXIDAÇÕES
CONVERSÕES DE SUBSTRATO
HIDRÓLISE, POLIMERIZAÇÃO, BIOSSÍNTESE
FORMAÇÃO DE CÉLULAS
UTILIZAÇÃO DE MICRORGANISMOS NA INDÚSTRIA
ATUAM COMO BIOCATALISADORES NA OBTENÇÃO DE PRODUTOS ALIMENTÍCIOS, FARMACÉUTICOS, ETC.
BACTÉRIAS: AMPLAMENTE DISTRIBUÍDAS NA NATUREZA
	- AERÓBICAS OU ANAERÓBICAS
	- AUTOTRÓFICAS OU HETEROTRÓFICAS
	-CRESCIMENTO EM MEIO AQUOSO
	- PRODUÇÃO DE PRODUTOS INTERMEDIÁRIOS E FINAIS DO 	METABOLISMO
	- PRODUÇÃO DE ENZIMAS
VÍRUS: OS MENORES MICRORGANISMOS EXISTENTES
	- TESTAR FÁRMACOS ANTIVIRAIS
	- PRODUÇÃO DE VACINAS
	- INSERÇÃO DE INFORMAÇÃO GENÉTICA EM BACTÉRIAS 	(BACTERIÓFAGOS)
UTILIZAÇÃO DE MICRORGANISMOS NA INDÚSTRIA (CONT.)
FUNGOS: AMPLAMENTE ESPALHADOS NA NATUREZA, UMIDADE MAIS BAIXA 	DO QUE AQUELA QUE FAVORECE AS BACTÉRIAS.
	- ESSENCIALMENTE AERÓBICOS
	- BOLORES: FORMAÇÃO DE MICÉLIO (ESTRUTURAS FILAMENTOSAS 	CHAMADAS HIFAS
	- LEVEDURAS: GERALMENTE UNICALULARES, ESFÉRICOS OU 	ELÍPTICOS.
PARA TODOS OS MICRORGANISMOS:
	- TEMPERATURA MÍNIMA
	- TEMPERATURA ÓTIMA, A MAIS COMUM: 25 – 45 °C
	- TEMPERATURA MÁXIMA
	TERMÓFILOS: APROX. 60 °C
	PSICRÓFILOS: APROX. 10 °C
	MESÓFILOS: ENTRE 20 E 40 °C
FONTES DE MICRORGANISMOS DE INTERESSE
ISOLAMENTO A PARTIR DE RECURSOS NATURAIS
COMPRA EM COLEÇÕES DE CULTURAS
OBTENÇÃO DE MUTANTES NATURAIS
OBTENÇÃO DE MUTANTES INDUZIDOS POR MÉTODOS CONVENCIONAIS
OBTENÇÃO DE MICRORGANISMOS RECOMBINANTES POR TÉCNICAS DE ENGENHARIA GENÉTICA
CARACTERÍSTICAS DESEJÁVEIS DE MICRORGANISMOS
ELEVADA EFICIÊNCIA NA CONVERSÃO DE SUBSTRATO EM PRODUTO
PERMITIR O ACÚMULO DE PRODUTO NO MEIO
NÃO PRODUZIR SUBSTÂNCIAS INCOMPATÍVEIS COM O PRODUTO
APRESENTAR CONSTÂNCIA NO COMPORTAMENTO FISIOLÓGICO
NÃO SER PATOGÊNICO
NÃO EXIGIR CONDIÇÕES DE PROCESSO MUITO COMPLEXAS
NÃO EXIGIR SUBSTRATOS DISPENDIOSOS
PERMITIR A RÁPIDA LIBERAÇÃO DO PRODUTO PARA O MEIO
ATIVIDADE
FERMENTATIVA
CARACTERÍSTICAS DESEJÁVEIS EM MUITOS
ALIMENTOS (QUEIJOS, CONSERVAS,
CHUCRUTES, EMBUTIDOS)
ESTABILIDADE (VIDA-DE-PRATELEIRA)
AROMA E SABOR CARACTERÍSTICOS
TEOR DE VITAMINAS
MAIOR DIGESTIBILIDADE
REDUÇÃO DA TOXICIDADE (MANDIOCA)
SUBSTRATO
PRODUTO
MICRORGANISMO
MONITORAMENTO DAS CONDIÇÕES DE FERMENTAÇÃO
(pH, TEMPERATURA, COMPOSIÇÃO DO MOSTO)
ALGUNS ALIMENTOS SUBMETIDOS A PROCESSOS DE FERMENTAÇÃO
ENGENHARIA BIOQUÍMICA
CAPÍTULO 2:
TECNOLOGIA DAS 
FERMENTAÇÕES
CONSIDERAÇÕES SOBRE O METABOLISMO ENERGÉTICO
METABOLISMO: TODAS AS REAÇÕES QUÍMICAS
 QUE OCORREM NA CÉLULA
REAÇÕES QUE PRODUZEM
ENERGIA: CATABOLISMO
REAÇÕES QUE UTILIZAM
ENERGIA: ANABOLISMO
AS CÉLULAS PRECISAM DE ENERGIA PARA:
BIOSÍNTESE DAS PARTES ESTRUTURAIS
SÍNTESE DE ENZIMAS, ÁCIDOS NUCLÉICOS, POLISSACARÍDEOS, FOSFOLIPÍDIOS, PROTEÍNAS E OUTROS COMPONENTES
TRANSPORTE DE NUTRIENTES
REPARO DE DANOS E MANUTENÇÃO DA CÉLULA EM BOAS CONDIÇÕES
CRESCIMENTO E MULTIPLICAÇÃO
ARMAZENAMENTO DE NUTRIENTES E EXCREÇÃO DE PRODUTOS INDESEJÁVEIS
REALIZAR MOVIMENTO
OS MICRORGANISMOS E AS FERMENTAÇÕES
TRATAMENTO DA MATÉRIA PRIMA
PREPARO DOS MEIOS DE PROPAGAÇÃO E PRODUÇÃO
ESTERILIZAÇÃO E TRANSFORMAÇÃO DO SUBSTRATO EM PRODUTO
PROCESSOS DE PRODUÇÃO
PROCESSOS DE SEPARAÇÃO E PURIFICAÇÃO DO PRODUTO
BIOPROCESSO: CONJUNTO DE OPERAÇÕES QUE INCLUEM
A DIFERENÇA ENTRE BIOPROCESSOS E PROCESSOS QUÍMICOS RADICA NA NATUREZA DO CATALIZADOR UTILIZADO EM SUAS REAÇÕES:
 MICRORGANISMOS
 CÉLULAS ANIMAIS OU VEGETAIS
 ENZIMAS
ESQUEMA GERAL DE UM PROCESSO FERMENTATIVO
SUBSTRATO: 
A MATÉRIA PRIMA É UM DOS COMPONENTES MAIS RELEVANTES NOS CUSTOS DE PRODUÇÃO (ATÉ 75 %)
APROVEITAMENTO DE RESÍDUOS AGROINDUSTRIAIS
A ESCOLHA DEPENDE DA ATIVIDADE METABÓLICA DO MICRORGANISMO (EXIGENCIAS NUTRICIONAIS) PARA UM BOM DESEMPENHO
FORTIFICAR OS COMPONENTES QUE FALTAM, RETIRAR OS QUE INIBEM
RÁPIDA E EFICIENTE CONVERSÃO DO SUBSTRATO EM PRODUTO 
COM O RENDIMENTO DESEJADO
OBS.: AS CONDIÇÕES QUE PERMITEM A PRODUÇÃO MÁXIMA DE MASSA CELULAR NÃO SÃO NECESSARIAMENTE AS MESMAS QUE PERMITEM A MÁXIMA PRODUÇÃO DE UM DETERMINADO PRODUTO.
EX.: ASPERGILLUS NIGER TEM MELHOR RENDIMENTO DE ÁCIDO CÍTRICO QUANDO O CRESCIMENTO É RESTRINGIDO EM CONDIÇÕES DE SEMI-INANIÇÃO DE N e P, E ALTA CONCENTRAÇÃO DE AÇÚCAR.
FONTES DE SUBSTRATO
SUBSTRATOS SOLÚVEIS: FACIMENTE EXTRAÍDOS E APROVEITÁVEIS (SACAROSE, GLICOSE, FRUTOSE, LACTOSE, PROVENIENTES DE CANA-DE-AÇÚCAR, BETERRABA, MELAÇO, SORO DE LEITE, ETC.)
SUBSTRATOS INSOLÚVEIS: PRECISAM DE TRATAMENTO MODERADO PARA SOLUBILIZAÇÃO E HIDRÓLISE ANTES DA CONVERSÃO EM PRODUTO (AMIDO DE MILHO, MANDIOCA, TRIGO, CEVADA, BATATA, ETC.)
SUBSTRATOS INSOLÚVEIS MUITO RESISTENTES: NECESSITAM DE PRÉ-TRATAMENTO FÍSICO, HIDRÓLISE QUÍMICA OU ENZIMÁTICA PARAPRODUZIR SUBSTRATOS NA FORMA MONOMÉRICA E SER CONVERTIDOS A PRODUTOS (CELULOSE E HEMICELULOSE)
FONTE DE ENERGIA:
LUZ
COMP. ORGÂNICOS
ORG. AUTOTRÓFICOS
ORG. HETEROTRÓFICOS
ATP
FONTE DE CARBONO: NAS BACTÉRIAS AUTOTRÓFICAS, É UTILIZADO O 	CO2; 	NAS HETEROTRÓFICAS, COINCIDE COM A FONTE DE ENERGIA.
QUANTIDADE DE CARBONO CONVERTIDO EM MATERIAL CELULAR
METABOLISMO 
ANAERÓBICO
METABOLISMO 
AERÓBICO
10 %
50 – 55 %
FONTE DE NITROGÊNIO: 
	INORGÂNICO: AMÔNIA E SEUS SAIS
	ORGÂNICO: FARELO DE SOJA OU AMENDOIM, FARINHA DE PEIXE OU 	CARNE, BORRA DE CERVEJA, EXTRATO DE LEVEDURA, SORO LÁCTEO
FONTE DE MINERAIS: FÓSFORO E MAGNÉSIO (p/ ATP), CÁLCIO, POTÁSSIO, 	ENXOFRE E MICRONUTRIENTES (Fe, Co, Cu, Zn).
ESTERILIZAÇÃO
OPERAÇÃO PELA QUAL TODAS AS FORMAS DE VIDA (VEGETATIVAS OU ESPORULADAS) SÃO ELIMINADAS (DESTRUÍDAS OU REMOVIDAS) DO MEIO DE CULTURA E DOS EQUIPAMENTOS.
EM ALGUNS PROCESSOS (PRODUÇÃO DE ETANOL, ÁCIDO ACÉTICO, ÁCIDO LÁTICO, ANTIBIÓTICOS...) A ELIMINAÇÃO PARCIAL É SUFICIENTE PARA GARANTIR A QUALIDADE DO PRODUTO, POIS O MESMO ATUA COMO INIBIDOR DO CRECIMENTO DOS MICRORGANISMOS CONTAMINANTES.
EM OUTROS PROCESSOS (BIOTRATAMENTO DE RESIDUAIS E POLUENTES) PRESCINDE-SE TOTALMENTE DA ASSEPSIA POIS A MICROBIOTA NATIVA, ATUANDO DE FORMA CONSORCIADA É EXTREMAMENTE DESEJÁVEL PARA QUE HAJA REDUÇÃO DA CARGA ORGÂNICA POLUIDORA.
ESTERILIZAÇÃO
COM SUCESSO
QUANDO ESTIVER GARANTIDA 
A ASSEPSIA ADEQUADA
ESTERILIZAÇÃO
DESINFECÇÃO
USO DE UMA SUBSTÂNCIA QUE DESTRÓI OU INIBE O CRESCIMENTO DE CERTOS MICRORGANISMOS EM DETERMINADOS MEIOS
AGENTES DE ESTERILIZAÇÃO
E DESINFECÇÃO
FÍSICOS
QUÍMICOS
CALOR (SECO OU ÚMIDO)
FILTRAÇÃO (MEIO OU AR 	ESTÉRIL)
RADIAÇÃO (ULTRA-SONS, 	ULTRAVIOLETA, 	RAIOS GAMMA, RAIOS 	CATÓDICOS
ÁCIDOS, BASES, SAIS
HALOGÊNIOS, ÁLCOOIS, 	ALDEÍDOS, 	ÉTERES, FENÓIS
TENDÊNCIA ATUAL
AGENTES FÍSICOS
AGENTES QUÍMICOS
ESTERILIZAÇÃO
DESINFECÇÃO
(NA MAIORIA DOS PROCESSOS INDUSTRIAIS SÃO USADOS AGENTES FÍSICOS)
ESTERILIZAÇÃO
PASTEURIZAÇÃO
121 °C; 15 min
80 °C; 15 seg
ELIMINA CÉLULAS VEGETATIVAS, PRINCIPALMENTE DE MICRORGANISMOS PATOGÊNICOS, QUE SÃO MAIS SENSÍVEIS
ESTERILIZAÇÃO PELO CALOR SECO: 160 – 170 °C; 2 horas
APLICÁVEL: VIDRARIA E MATERIAL DE LABORATÓRIO, 			RECHEIO FIBROSO DOS FILTROS DE AR
NÃO APLICÁVEL: MEIOS DE CULTURA OU LÍQUIDOS
ESTERILIZAÇÃO PELO CALOR ÚMIDO: 121 °C; 15 – 20 min; 1 atm. 						VAPOR SATURADO
	ELIMINA AS FORMAS ESPORULADAS, MAIS RESISTENTES QUE AS 	VEGETATIVAS, PODE SER FEITA POR DOIS MÉTODOS:
COM VAPOR LATENTE: 100°C, VAPOR A PRESSÃO ATMOSFÉRICA, QUANDO:
NO MEIO HÁ COMPOSTOS QUE SE DECOMPOEM OU REAGEM COM OUTROS A TEMPERATURAS MAIS ELEVADAS
AS CONDIÇÕES DE CULTURA INIBEM O CRESCIMENTO DE CONTAMINANTES (EX., pH BAIXO)
1- ESTERILIZAÇÃO SIMPLES POR VAPOR FLUENTE: 20 – 30 min
2- TINDALIZAÇÃO: AMBIENTE ÚMIDO COM VAPOR FLUENTE A 100 °C; 30 min; E REPETIDO MAIS 2 VEZES COM INTERVALOS DE 24 HORAS. OS ESPOROS SOBREVIVENTES AO PRIMEIRO AQUECIMENTO DESENVOLVEM-SE NAS 24 HORAS SEGUINTES E AS FORMAS VEGETATIVAS RESULTANTES SÃO ELIMINADAS NO SEGUNDO AQUECIMENTO. POR GARANTIA, FAZ-SE O TERCEIRO AQUECIMENTO APÓS 24 HORAS.
b) COM VAPOR SATURADO SOB PRESSÃO: EM AUTOCLAVES, 121 °C, 1 atm. 						15 – 20 min.
ESTERILIZAÇÃO QUÍMICA: 
	* MÉTODO MENOS IMPORTANTE QUE OS ANTERIORES
	* UTILIZADO PARA ESTERILIZAÇÃO DE SUPERFÍCIES
	* MUITO UTILIZADO O ÓXIDO DE ETILENO, MISTURADO COM CO2 OU N. 			(V) DESTRÓI CÉLULAS VEGETATIVAS E ESPOROS 			(D) SÓ É EFETIVO NA PRESENÇA DE ÁGUA
DESINFECTANTES: REAGEM DIRETAMENTE SOBRE ESTRUTURAS 	MICROBIANAS, CAUSANDO A MORTE. SÃO TÓXICOS GERAIS, SEM 	ESPECIFICIDADE.
AGENTES QUIMIOTERÁPICOS: INTERFEREM EM DETERMINADAS VIAS 	METABÓLICAS, E PORTANTO, ESPECÍFICOS A DETERMINADOS 	MICRORGANISMOS. SINTÉTICOS (SULFAS, CLORANFENICOL) OU 	NATURAIS (ANTIBIÓTICOS).
ESTERILIZAÇÃO POR IRRADIAÇÃO DE LUZ ULTRAVIOLETA:
	É ABSORVIDA POR MUITAS SUBSTÂNCIAS CELULARES, ESPECIALMENTE PELOS ÁCIDOS NUCLÉICOS (DNA, RNA), PROVOCANDO LESÕES.
	MELHOR AÇÃO ESTERILIZANTE: 220 – 300 nm (REGIÃO ABIÓTICA)
DESENVOLVIMENTO DOS AGENTES DE BIOPROCESSOS E A EXIGÊNCIA DE OXIGÊNIO
BIOPROCESSOS AERÓBICOS
SUPRIMENTO DE OXIGÊNIO (COMPRESSOR)
(FUNGOS, ALGAS, MUITAS BACTÉRIAS)
BIOPROCESSOS ANAERÓBICOS
OXIGÊNIO
(ALGUMAS BACTÉRIAS)
AERÓBICOS FACULTATIVOS
LEVEDURAS E MUITAS BACTÉRIAS
EX: SACCHAROMYCES, CLOSTRIDIUM...
ESTADO FÍSICO DO SUBSTRATO E DESENVOLVIMENTO DOS AGENTES DE FERMENTAÇÃO
SUBSTRATO LÍQUIDO
SUBSTRATO SÓLIDO OU SEMI-SÓLIDO
SUPERFÍCIE
PROFUNDIDADE (SUBMERSO)
FERMENTAÇÃO EM ESTADO LÍQUIDO:
NA PRESENÇA DE GRANDE QUANTIDADE DE ÁGUA
CONDUZIDO EM TANQUES DE FERMENTAÇÃO (REATORES)
DIFERENTES TAMANHOS
DIFERENTES MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO
ABERTOS OU FECHADOS
PERMITIU O AUMENTO DE ESCALA
PRODUTOS: ETANOL, BEBIDAS ALCOÓLICAS, ANTIBIÓTICOS, VITAMINAS, 	ENZIMAS, etc.
VANTAGENS:
MEDIÇÃO E CONTROLE DE pH, TEMPERATURA, OXIGÊNIO, PRODUTO SUBSTRATO
SEPARAÇÃO E PURIFICAÇÃO DO PRODUTO
MAIOR FACILIDADE P/ PROCESSO CONTÍNUO E AUTOMATIZADO
PROCESSOS DE FERMENTAÇÃO EM MEIO LÍQUIDO NA SUPERFÍCIE:
A BIOMASSA SITUA-SE NA SUPERFÍCIE DO MEIO LÍQUIDO, EM CONTATO 	DIRETO COM O AR ATMOSFÉRICO (OXIGÊNIO) 
DIFUSÃO:
 NUTRIENTES DAS CAMADAS MAIS PROFUNDAS PARA A SUPERFICIAL
PRODUTOS DA CAMADA SUPERFICIAL PARA O MEIO
IMPORTANTE: RELAÇÃO ENTRE A ÁREA OFERECIDA E O VOLUME DO MEIO
REATORES: RECIPIENTES RASOS (BANDEJAS)
TEMPO DE FERMENTAÇÃO LONGO (TAXA DE TRANSFERÊNCIA DE MASSA DE 	NUTRIENTES LENTA)
OPERAÇÃO DIFÍCIL
PROCESSOS POUCO ECONÔMICOS (ALTO CUSTO DE PRODUÇÃO)
MANIPULAÇÃO CUSTOSA DA ESTERILIZAÇÃO
ENCHIMENTO, ESVAZIAMENTO E LIMPEZA DAS VÁRIAS BANDEJAS 	NECESSÁRIAS NA PRODUÇÃO EM LARGA ESCALA.
UTILIZADO PRINCIPALMENTE PARA FUNGOS FILAMENTOSOS, QUE FORMAM UMA PELÍCULA MICELIAL NA SUPERFÍCIE DO MEIO.
PROCESSOS DE FERMENTAÇÃO EM MEIO LÍQUIDO – SUBMERSOS
O MICRORGANISMO PRODUTOR DESENVOLVE-SE NO INTERIOR DO MEIO 	DE FERMENTAÇÃO.
GERALMENTE AGITADOS
O OXIGÊNIO É SUPRIDO ATRAVÉS DE UM COMPRESSOR, POR 	BORBULHAMENTO DE AR (FERMENTAÇÕES AERÓBIAS)
UTILIZADO NA MAIORIA DAS FERMENTAÇÕES INDUSTRIAIS IMPORTANTES
VANTAGENS:
MANIPULAÇÃO DE VOLUMES MAIORES DE MEIO,COM MAIOR 	FACILIDADE
MAIOR FACILIDADE DE AJUSTE DAS CONDIÇÕES IDEAIS DE 	CRESCIMENTO E PRODUÇÃO.
MAIOR EFICIÊNCIA NA ABSORÇÃO DE NUTRIENTES E EXCREÇÃO DE 	METABÓLITOS
MENORES TEMPOS DE FERMENTAÇÃO
MELHOR PRODUTIVIDADE
FERMENTAÇÃO EM ESTADO SÓLIDO:
CULTURA DE MICRORGANISMOS SOBRE OU NO INTERIOR DE 	PARTÍCULAS EM MATRIZ SÓLIDA
O CONTEÚDO DE LÍQUIDO LIGADO À MATRIZ TEM UMA aw QUE 	ASSEGURE O CRESCIMENTO E METABOLISMO DAS CÉLULAS, 	MAS QUE NÃO EXCEDA A MÁXIMA CAPACIDADE DE LIGAÇÃO DA 	ÁGUA COM A MATRIZ SÓLIDA.
É O MAIS ANTIGO PROCESSO FERMENTATIVO (TAMBÉM CHAMADO DE 	“FERMENTAÇÃO EM MEIO SEMI-SÓLIDO”
(EX.: ALIMENTOS ORIENTAIS FERMENTADOS (KOJI, TEMPEH, NATO 	MISO) A PARTIR DE SOJA E CEREAIS; PÃO NO EGITO, VINAGRE 	DE POLPAS, ÁCIDO CÍTRICO, PENICILINA, HORMÔNIOS 	ESTERÓIDES, ENZIMAS...)
MATERIAIS INSOLÚVEIS NA ÁGUA
O SUPORTE SÓLIDO ATUA COMO FONTE DE NUTRIENTES
OS NUTRIENTES SÃO SOLÚVEIS EM ÁGUA E OS MICRORGANISMOS ESTÃO ADERIDOS A UMA MATRIZ SÓLIDA QUE ABSORVE O MEIO LÍQUIDO
SUBSTRATOS
PRODUTOS AGRÍCOLAS: ARROZ,TRIGO, PAINÇO, CEVADA, MILHO, SOJA
RESÍDUOS AGROINDUSTRIAIS E FORESTAIS: BAGAÇO DE CANA, SABUGO DE MILHO, FARELO DE TRIGO, PALHA DE ARROZ
INTERESSE: 	MATÉRIAS-PRIMAS DE BAIXO CUSTO
		AGREGAR VALOR A RESÍDUOS ABUNDANTES
OPERAÇÃO DOS BIOPROCESSOS EM ESTADO SÓLIDO:
SEM AGITAÇÃO MECÂNICA
COM AGITAÇÃO OCASIONAL
COM AGITAÇÃO CONTÍNUA
REATORES ESTÁTICOS OU DINÂMICOS
REATORES MAIS USADOS NA FMSS
BANDEJA
SISTEMA WINDROW
REATOR TUBULAR HORIZONTAL OU VERTICAL (TORRE)
LEITO FIXO (COM OU SEM AERAÇÃO FORÇADA)		
TAMBOR ROTATIVO
TANQUE AGITADO
ESTEIRA ROLANTE
SACOS PLÁSTICOS
REGIMES DE FERMENTAÇÃO:
DESCONTÍNUA		MENOR CUSTO
			CONTROLE ADEQUADO DIFÍCIL
CONTÍNUA		MAIOR CUSTO
			CONTROLE MAIS ADEQUADO
BIORREATORES TIPO “TAMBOR ROTATIVO” 
USADOS NA FERMENTAÇÃO EM MEIO SEMI - SÓLIDO
FERMENTAÇÃO EM MEIO SÓLIDO
VANTAGENS:
SIMPLICIDADE DOS MEIOSDE FERMENTAÇÃO (ÀS VEZES, SÓ PRECISA 	ACRESCENTAR ÁGUA)
AUSÊNCIA DE REQUERIMENTOS DE MÁQUINAS E EQUIPAMENTOS 	SOFISTICADOS
DEMANDA REDUZIDA DE ENERGIA
BAIXO GRAU DE UMIDADE, REDUZINDO RISCOS DE CONTAMINAÇÃO
AS CONDIÇÕES DE CRESCIMENTO DO MICRORGANISMO SÃO SEMELHANTES ÀS ENCONTRADAS EM SEU AMBIENTE NATURAL
AUSÊNCIA DE FORMAÇÃO DE ESPUMA
FATORES LIMITANTES
MENOR ACESSIBILIDADE E DISPONIBILIDADE DE SUBSTRATO
PROBLEMAS DE TRANSFERÊNCIA DE MASSA (OXIGÊNIO, NUTRIENTES, 	CALOR)
DIFICULDADES NO CONTROLE DE VARIÁVEIS FÍSICO-QUÍMICAS (pH, TEMPERATURA, OXIGÊNIO)
DIFICULDADES NO AUMENTO DE ESCALA
CINÉTICA DOS BIOPROCESSOS
NUTRIENTES ESSENCIAIS
pH FAVORÁVEL			CRESCIMENTO (REPRODUÇÃO)
TEMPERATURA FAVORÁVEL
MICRORGANISMOS UNICELULARES
DIVISÃO CELULAR
AUMENTO DA AUMENTO DO BIOMASSA No. DE CÉLULAS
BOLORES OU FUNGOS FILAMENTOSOS
COMPRIMENTO E No. DE MICÉLIOS
AUMENTO DA AUMENTO DO BIOMASSA No. DE CÉLULAS
CRESCIMENTO
CONSUMO DE MATERIAL DO MEIO (SUBSTRATO)
LIBERAÇÃO DE METABÓLITOS (PRODUTO)
MEDIDA DO PROCESSO DE CRESCIMENTO
MÉTODOS GRAVIMÉTRICOS (PESO SECO)
MÉTODOS TURBIDIMÉTRICOS (DENSIDADE ÓTICA)
CINÉTICA DE UM BIOPROCESSO: ANÁLISE DA EVOLUÇÃO DOS VALORES DE CONCENTRAÇÃO DE UM OU MAIS COMPONENTES DO SISTEMA PRODUTIVO, EM FUNÇÃO DO TEMPO DO BIOPROCESSO.
	COMPONENTES:
	* O MICRORGANISMO (BIOMASSA)		X
	* OS NUTRIENTES (SUBSTRATO)		S
	* OS METABÓLITOS (PRODUTO)		P 
CINÉTICA DE UM PROCESSO FERMENTATIVO
CURVA DE CRESCIMENTO MICROBIANO
FASE “LAG” (ADAPTAÇÃO):
AS CÉLULAS INOCULADAS SE ADAPTAM AO NOVO MEIO
AS CÉLULAS SINTETIZAM AS ENZIMAS NECESSÁRIAS P/ METABOLIZAR OS NUTRIENTES PRESENTES NO MEIO
NÃO HÁ REPRODUÇÃO CELULAR
A DURAÇÃO DA FASE DEPENDE DE:
CONCENTRAÇÃO DO INÓCULO
IDADE DO MICRORGANISMO (TEMPO DE PRÉ-CULTIVO)
ESTADO FISIOLÓGICO DO MICRORGANISMO
FASE EXPONENCIAL OU LOGARÍTMICA:
ALTA VELOCIDADE DE CRESCIMENTO
A PRODUÇÃO DE BIOMASSA ATINGE A VELOCIDADE MÁXIMA
FASE DE TRANSIÇÃO:
A VELOCIDADE DE CRESCIMENTO COMEÇA A DIMINUIR
INIBIÇÃO POR PRODUTOS DA FERMENTAÇÃO
INIBIÇÃO PELA ALTA CONCENTRAÇÃO DE BIOMASSA
DEFICIÊNCIA DE OXIGÊNIO
INIBIÇÃO POR PRODUTOS SECUNDÁRIOS TÓXICOS
FASE ESTACIONÁRIA:
A TAXA DE CRESCIMENTO IGUALA-SE À TAXA DE MORTE
FASE DE MORTE:
SE O PROCESSO CONTINUAR, A CURVA DE CRESCIMENTO TORNA-SE DECRESCENTE (A TAXA DE MORTE É MAIOR QUE A TAXA DE CRESCIMENTO
O PROCESSO DE FERMENTAÇÃO
CARACTERÍSTICAS PRÓPRIAS DO MICRORGANISMO
COMPOSIÇÃO DO MEIO DE CULTIVO
FORMAS DE CONDUZIR UM REATOR BIOLÓGICO
OBJETIVOS ESPECÍFICOS DO PROCESSO
O PROCESSO DE FERMENTAÇÃO
DESCONTÍNUO
COM UM INÓCULO POR TANQUE
COM RECIRCULAÇÃO DE CÉLULAS
SEMI-CONTÍNUO
SEM RECIRCULAÇÃO DE CÉLULAS
COM RECIRCULAÇÃO DE CÉLULAS
DESCONTÍNUO ALIMENTADO
SEM RECIRCULAÇÃO DE CÉLULAS
COM RECIRCULAÇÃO DE CÉLULAS
CONTÍNUO
EM UM REATOR (COM OU SEM RECIRCULAÇÃO DE CÉLULAS)
EM VÁRIOS REATORES (COM OU SEM RECIRCULAÇÃO DE CÉLULAS)
DESCONTÍNUO SIMPLES: UM INÓCULO POR TANQUE
PREPARAÇÃO DO SUBSTRATO ADEQUADO
COLOCAR O SUBSTRATO EM UM BIORREATOR
ADICIONAR O MICRORGANISMO RESPONSÁVEL PELO BIOPROCESSO
CONDUZIR E CONTROLAR O BIOPROCESSO
RETIRAR O CALDO DO BIORREATOR
RECUPERAÇÃO E PURIFICAÇÃO DO PRODUTO
BAIXA EFICIÊNCIA
PROBLEMAS DE INIBIÇÃO POR SUBSTRATO, PRODUTO OU OUTROS 	METABÓLITOS
DESCONTÍNUO COM RECIRCULAÇÃO DE CÉLULAS 
		OU BATELADA REPETIDA
 NO FIM DA BATELADA, AS CÉLULAS SÃO SEPARADAS POR 	CENTRIFUGAÇÃO OU SEDIMENTAÇÃO NO INTERIOR DO PRÓPRIO 	BIORREATOR
O CALDO FERMENTADO É ENVIADO PARA RECUPERAÇÃO DO PRODUTO
AS CÉLULAS SEPARADAS SERVEM DE INÓCULO PARA A PRÓXIMA 	BATELADA
VANTAGENS
EVITA O PREPARO DE UM NOVO INÓCULO PARA CADA BATELADA
REDUZ CUSTOS E TEMPO PARA A OBTENÇÃO DE ALTAS CONCENTRAÇÕES CELULARES NO BIORREATOR
DESVANTAGEM
MAIOR RISCO DE CONTAMINAÇÃO / MUTAÇÃO
SEMI – CONTÍNUO
O LÍQUIDO PROCESSADO É RETIRADO
O REATOR É PREENCHIDO COM MEIO NOVO A UMA VAZÃO MUITO ELEVADA 	(COMO SE O PREENCHIMENTO FOSSE INSTANTÂNEO)
NO FIM DO NOVO CICLO, RETIRA-SE UMA PARTE DO CALDO FERMENTADO 	(30 – 60 %) E PREENCHE-SE O REATOR INSTANTANEAMENTE COM 	MEIO ESTÉRIL.
(EM REATORES DE GRANDES VOLUMES O PREENCHIMENTO INSTANTÂNEO NÃO OCORRE, RECAINDO NO REATOR DESCONTÍNUO ALIMENTADO)
PARA CONSEGUIR O MÁXIMO DESEMPENHO, MUITAS VEZES DIFERENTES CONCEITOS SÃO COMBINADOS (FLEXIBILIDADE DE OPERAÇÃO)
DESCONTÍNUO ALIMENTADO – “FED BATCH”
INICIALMENTE INTRODUZ-SE O INÓCULO (10 – 20% DO VOLUME ÚTIL) 
SEGUIDAMENTE INICIA-SE A ALIMENTAÇÃO COM MEIO DE CULTURA, A 	UMA VAZÃO ADEQUADA, SEM RETIRAR O LÍQUIDO PROCESSADO.
APÓS O PREENCHIMENTO DO VOLUME ÚTIL DO REATOR, INICIA-SE A 	RETIRADA DO CALDO FERMENTADO PARA A RECUPERAÇÃO DO 	PRODUTO
CONSTANTE OU INTERMITENTE
COM VAZÃO CONSTANTE OU NÃO
COMPOSIÇÃO DO MEIO CONSTANTE OU VARIÁVEL
ALIMENTAÇÃO
CONTROLADA OU NÃO POR UM MECANISMO DE RETROALIMENTAÇÃO
CONTÍNUO
ESTABELECE-SE UM FLUXO CONTÍNUO DE LÍQUIDO ATRAVÉS DE UM REATOR OU DE VÁRIOS REATORES DISPOSTOS EM SÉRIE (ONDE O EFLUENTE DE UM REATOR É A ALIMENTAÇÃO DO SEGUINTE)
CONTÍNUO
VANTAGENS DO PROCESSO CONTÍNUO
AUMENTO DA PRODUTIVIDADE, PELA REDUÇÃO DOS TEMPOS MORTOS 	OU NÃO PRODUTIVOS
OBTENÇÃO DE CALDO FERMENTADO UNIFORME, FACILITANDO O 	PROJETO DAS OPERAÇÕES DE RECUPERAÇÃO E PURIFICAÇÃO 	DO PRODUTO
MANUTENÇÃO DAS CÉLULAS EM UM MESMO ESTADO FISIOLÓGICO
POSSIBILIDADE DE ASSOCIAÇÃO COM OUTRAS OPERAÇÕES CONTÍNUAS 	NA LINHA DE PRODUÇÃO
MAIOR FACILIDADE NO EMPREGO DE CONTROLES AVANÇADOS
MENOR NECESSIDADE DE MÃO DE OBRA
DESVANTAGENS DO PROCESSO CONTÍNUO
MAIOR INVESTIMENTO FIXO NA PLANTA
POSSIBILIDADE DE OCORRÊNCIA DE MUTAÇÃO GENÉTICA ESPONTÂNEA, 	RESULTANDO EM MUTANTES MENOS PRODUTIVOS
MAIOR POSSIBILIDADE DE OCORRÊNCIA DE CONTAMINAÇÃO, POR SE 	TRATAR DE UM SISTEMA ESSENCIALMENTE ABERTO
NECESSIDADE DE MANUTENÇÃO DAS CONDIÇÕES DE ASSEPSIA NOS 	SISTEMAS DE ALIMENTAÇÃO E RETIRADA DO MEIO
DIFICULDADE DE MANUTENÇÃO DE HOMOGENEIDADE NO REATOR 	QUANDO SE TRABALHA COM BAIXAS VAZÕES OU QUANDO O 	CALDO ADQUIRE COMPORTAMENTO PSEUDOPLÁSTICO (EX: 	CULTIVO DE FUNGOS FILAMENTOSOS)
DIFICULDADE DE OPERAÇÃO EM ESTADO ESTACIONÁRIO EM 	DETERMINADAS SITUAÇÕES (FORMAÇÃO DE ESPUMA, 	CRESCIMENTO DO MICRORGANISMO NAS PAREDES DO REATOR 	OU NOS SISTEMAS DE ENTRADA E SAÍDA DE LÍQUIDO 
DEFINIÇÃO DOS PARÂMETROS CINÉTICOS
VELOCIDADES INSTANTÂNEAS DE CRESCIMENTO E DE TRANSFORMAÇÃO (EX.: CULTIVO EM BATELADA - SIMPLES E AMPLAMENTE USADO)
			CONCENTRAÇÃO CELULAR 		(X)
PERFIS DE		CONCENTRAÇÃO DE SUBSTRATO 	(S)
			CONCENTRAÇÃO DE PRODUTO 		(P)
VELOCIDADES INSTANTÂNEAS:
rx = dX / dt
rs = - dS / dt
rp = dP / dt
CÁLCULO: A PARTIR DAS TANGENTES (INCLINAÇÃO) DAS CUVAS OBTIDAS NUM DADO TEMPO DE CULTIVO.
VÁLIDO PARA DIFERENTES FORMAS DE CULTIVO
VELOCIDADES ESPECÍFICAS DE CRESCIMENTO E TRANSFORMAÇÃO:
A CONCENTRAÇÃO CELULAR VARIA (PROCESSOS DISCONTÍNUOS)
AS CÉLULAS SÃO OS CATALISADORES DAS REAÇÕES
AUMENTO DA CONCENTRAÇÃO CELULAR
AUMENTO DA CONCENTRAÇÃO DO COMPLEXO ENZIMÁTICO RESPONSÁVEL PELA TRANSFORMAÇÃO DO SUBSTRATO NO PRODUTO
FATORES DE CONVERSÃO (COEFICIENTES DE RENDIMENTO)
DEFINIDOS COM BASE NO CONSUMO DE UM MATERIAL PARA A FORMAÇÃO DE OUTRO
EM UM INTERVALO DE TEMPO
EM RELAÇÃO AO ESPAÇO
(PARA PROCESSOS DESCONTÍNUOS)
(PARA PROCESSOS CONTÍNUOS) 
COEFICIENTE DE RENDIMENTO CELULAR 
	(RENDIMENTO DE SUBSTRATO A CÉLULAS)
COEFICIENTE GLOBAL DE CONVERSÃO DE SUBSTRATO EM CÉLULAS 	(RENDIMENTO APARENTE OU OBSERVADO)
VARIA AO LONGO DO CULTIVO
ALCANÇA O VALOR MÁXIMO DURANTE A ETAPA DE CRESCIMENTO 	EXPONENCIAL (EM CULTIVOS DESCONTÍNUOS)
2. COEFICIENTE DE RENDIMENTO DE PRODUTO 	(RENDIMENTO DE SUBSTRATO A PRODUTO)
COEFICIENTE GLOBAL, VARIÁVEL DURANTE O CULTIVO (CONSUMO 	TOTAL DE UM MATERIAL PARA A FORMAÇÃO DE OUTRO)
PARA UM DETERMINADO TEMPO (t):
PORTANTO:
DETERMINAÇÃO DA VELOCIDADE DE CRESCIMENTO
ENTÃO, PARA N GERAÇÕES TEMOS:
	X = Xo * 2N
PARA 	g: TEMPO DE GERAÇÃO OU DUPLICAÇÃO 	t: TEMPO DE CRESCIMENTO
ENTÃO:
X = Xo * 2t/g
CINÉTICA DE CRESCIMENTO DE MONOD
CONSIDERANDO UM SUBSTRATO COMO LIMITANTE (NORMALMENTE A FONTE DE CARBONO) E OS OUTROS EM EXCESSO
IDÉNTICA À EXPRESSÃO DE MICHAELISE MENTEN PARA AS ENZIMAS
LINEARIZAÇÃO DE LINEWEAVER E BURK:
tan = y/x
METABOLISMO ENDÓGENO:
DESVIO DA EQUAÇÃO DE MONOD, EM FERMENTADOR CONTÍNUO, 
COM TAXA DE DILUIÇÃO MUITO BAIXA 
(REAÇÕES ENVOLVENDO O MATERIAL INTRACELULAR)
ke: TAXA DE METABOLISMO ENDÓGENO; kd: TAXA DE MORTE
(pags 36 – 38: Outros modelos de crescimento)
BIORREATORES
SÃO O CORAÇÃO DOS PROCESSOS BIOQUÍMICOS
REAÇÕES RESULTANTES DO CRESCIMENTO DE MICRORGANISMOS
REAÇÕES CATALISADAS POR ENZIMAS
REATORES BIOLÓGICOS FERMENTADORES
REATORES BIOQUÍMICOS
CINÉTICA DAS REAÇÕES 	BIOLÓGICAS
BALANÇOS DE ENERGIA E 	MASSA
- PROJETO E DIMENSIONAMENTO 
É O AMBIENTE ONDE ACONTECE:
CONTATO ENTRE A FASE BIÓTICA E A FASE ABIÓTICA
TRANSFERÊNCIA DOS NUTRIENTES DO MEIO EXTERNO PARA A 	CÉLULA
DISTRIBUIÇÃO HOMOGÊNEA DAS CÉLULAS / PARTÍCULAS NO MEIO DE 	CULTURA
CLASSIFICAÇÃO GERAL DOS BIORREATORES
REATORES EM FASE AQUOSA (FERMENTAÇÃO SUBMERSA)
	(I.1) CÉLULAS / ENZIMAS LIVRES
		* REATORES AGITADOS MECANICAMENTE (STR: “stirred tank reactor”)
		* REATORES AGITADOS PNEUMATICAMENTE
			- COLUNA DE BOLHAS (“bubble column”)
			- REATORES “AIR LIFT”
		*REATORES DE FLUXO PISTONADO (“plug flow”)
REATORES EM FASE AQUOSA (FERMENTAÇÃO SUBMERSA) CONT.
	(I.2) CÉLULAS / ENZIMAS IMOBILIZADAS EM SUPORTES
		* REATORES COM LEITO FIXO
		* REATORES COM LEITO FLUIDIZADO
		* OUTRAS CONCEPÇÕES (FLUXO PARALELO)
	(I.3) CÉLULAS / ENZIMAS CONFINADAS ENTRE MEMBRANAS
		*REATORES COM MEMBRANAS PLANAS
		*REATORES DE FIBRA OCA (“hollow fiber”)
(II) REATORES EM FASE NÃO-AQUOSA (FERMENTAÇÃO SEMI-SÓLIDA) 
		*REATORES ESTÁTICOS (BANDEJAS)
		*REATORES COM AGITAÇÃO (TAMBOR ROTATIVO)
		* REATORES COM LEITO FIXO OU FLUIDIZADO (GÁS – SÓLIDO)
TANQUES CIRCULARES
ESTEIRA ROLANTE
TAMBOR ROTATIVO 
(REATOR TUBULAR HORIZONTAL)
90% DOS REATORES UTILIZADOS INDUSTRIALMENTE
REATORES AGITADOS MECANICAMENTE (REATORES DE MISTURA)
CAPACIDADE:
100 L - 2 m3 : MICRORGANISMOS PATOGÊNICOS, CÉLULAS VEGETAIS E 			ANIMAIS (ÁREA DA SAÚDE)
10 m3 – 200 m3: PRODUÇÃO DE ENZIMAS, ANTIBIÓTICOS E VITAMINAS
ATÉ 2.000 m3: FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA, TRATAMENTO DE RESIDUAIS
EXEMPLOS DE APLICAÇÕES
	PRODUTO	ORGANISMO	BIORREATOR	REGIME
	RIBONUCLEASE	Aspergillus clavalus	COLUNA DE BOLHAS	BATELADAS REPETIDAS
	a - AMILASE	Bacillus subtilis	AIR LIFT	CONTÍNUO
	ETANOL	Saccharomyces	PLUG FLOW (TUBULAR)	CONTÍNUO
	LACTATO DE AMÔNIO	Streptococcus cremois	STR	CONTÍNUO (SÉRIE)
	CEFALOSPORINA		AIR LIFT	
	ÁCIDO CÍTRICO	Candida lypolitica	STR	CONTÍNUO c/RECICLO DE CÉLULAS
	AMILO-GLICOSIDASE	Aspergillus sp	STR	DESCONTÍNUO ALIMENTADO, CONTÍNUO 
(2,5 X)
BALANÇOS DE MASSA
ENTRADA + GERAÇÃO - SAÍDA - CONSUMO = ACÚMULO
REATORES DE MISTURA – SISTEMA DE BATELADA
MODOS DE OPERAÇÃO DE UM SISTEMA EM BATELADA
PROCESSOS EM QUE A DORNA RECEBE UM INÓCULO
PROCESSOS COM RECIRCULAÇÃO DO MICRORGANISMO
PROCESSO POR MEIO DE CORTES
BALANÇO DE CÉLULAS			BALANÇO DE SUBSTRATO
SOMANDO AS EQUAÇÕES:
OU SEJA, PARA X(0) = X0 e S(0) = S0:
REATORES EM BATELADA ALIMENTADA
O SUBSTRATO É ALIMENTADO CONSTANTEMENTE DURANTE O PROCESSO FERMENTATIVO
CONCENTRAÇÃO DE SUBSTRATO APROXIMADAMENTE CONSTANTE
SISTEMA COM VOLUME VARIÁVEL
ELIMINA A INIBIÇÃO POR SUBSTRATO
ALTAS PRODUTIVIDADES
BALANÇOS SIMILARES À BATELADA SIMPLES, EXCETO
V: 	VOLUME DO REATOR NUM TEMPO t
F: 	VAZÃO DE ALIMENTAÇÃO
rS: 	VELOCIDADE DE CONSUMO DE SUBSTRATO
rX: 	VELOCIDADE DE CRESCIMENTO
LEMBRANDO: [S] É CONSTANTE PELO EFEITO DA ADIÇÃO DE SUBSTRATO E PORTANTO: m TAMBÉM TORNA-SE CONSTANTE
REATORES EM BATELADA ALIMENTADA (CONT.)
SABENDO QUE: 
XV
(XV0)
INTEGRANDO
VAZÃO DE ALIMENTAÇÃO NECESSÁRIA PARA MANTER S CONSTANTE:
SUBSTITUINDO F POR dV/dt E INTEGRANDO:
ESTIMATIVA DA VARIAÇÃO DO VOLUME E DA CONCENTRAÇÃO DA BIOMASSA
REATORES DE MISTURA CONTÍNUOS
MONOD (1950): “AS CULTURAS DE MICRORGANISMOS PODEM SER MANTIDAS EM ESTADO ESTACIONÁRIO POR LONGOS PERÍODOS, EM QUALQUER TAXA DE CRESCIMENTO ATÉ mmax
REATORES DE MISTURA CONTÍNUOS (CONT.)
QUIMIOSTATO: O MEIO NOVO (ESTÉRIL) É INTRODUZIDO EM UMA VELOCIDADE IGUAL À DA RETIRADA DO MEIO FERMENTADO, MANTENDO AS PROPRIEDADES QUÍMICAS DO AMBIENTE CONSTANTES, QUANDO O SISTEMA OPERA EM REGIME PERMANENTE.
TURBIDOSTATO: QUIMIOSTATO PROVIDO DE UMA CÉLULA FOTOELÉTRICA PARA REGULAR A TURBIDEZ DA CULTURA, AUMENTANDO A VAZÃO DE ENTRADA DO MEIO (F) QUANDO A CONCENTRAÇÃO CELULAR ULTRAPASSA O NÍVEL DESEJADO.
O VOLUME DE LÍQUIDO É MANTIDO CONSTANTE ATRAVÉS DE UM CONTROLADOR DE NÍVEL
BALANÇO DE CÉLULAS:
CÉL. ENTRANDO – CÉL. SAINDO + CÉL. CRESCENDO = ACÚMULO 
BALANÇO DE CÉLULAS (FERMENTADOR CONTÍNUO)
SABENDO QUE rX = mX; Fo = F; V é CONSTANTE, PORTANTO:
NORMALMENTE X0 = 0 PORTANTO:
EM REGIME PERMANENTE dX / dt = 0; LOGO:
CHAMANDO F / V DE TAXA DE DILUIÇÃO (D) TEMOS:
			m = D
PORTANTO, EM REGIME ESTACIONÁRIO, A TAXA ESPECÍFICA DE CRESCIMENTO SERÁ IGUAL À TAXA DE DILUIÇÃO
BALANÇO DE SUBSTRATO (REGIME CONTÍNUO)
SUB. ENTRANDO – SUB.SAINDO – SUB. CONSUMIDO = ACÚMULO DE SUB. 
EM REGIME ESTACIONÁRIO: dS / dt = 0
COMO m = D
EM CONDIÇÕES DE TEMPERATURA, pH e O2 CONSTANTES, E EXCESSO DE TODOS OS OUTROS NUTRIENTES:
YX/S INDEPENDE DE m E D
X INDEPENDE DE TODOS OS NUTRIENTES, EXCETO O LIMITANTE
YX/S É AFETADO SOMENTE PELO TIPO DE SUBSTRATO
LEMBRANDO:	m = D
(EQUAÇÃO DE MONOD)
ENTÃO, PARA UM QUIMIOSTATO EM REGIME PERMANENTE:
Dc: TAXA DE DILUIÇÃO CRÍTICA (MÁXIMA DILUIÇÃO EM QUE O 	QUIMIOSTATO PODE OPERAR) Dc = mmax
E SUBSTITUINDO:
COMPORTAMENTO TEÓRICO DE UM QUIMIOSTATO
(VARIAÇÕES DA TAXA DE DILUIÇÃO EM FUNÇÃO DE X, S e P)
WASHOUT: 
O PONTO ONDE A CONCENTRAÇÃO DE CÉLULAS ATINGIRÁ O VALOR ZERO, EM REGIME PERMANENTE, DEVIDO À TAXA DE ALIMENTAÇÃO SER SUPERIOR À TAXA DE REPRODUÇÃO DO MICRORGANISMO