Fermentação Contínua

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14/09/2020
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Biotecnologia
Jéssica Ferreira Rodrigues
Fermentação Contínua
Conceitos Básicos
• Caracteriza-se por possuir uma alimentação contínua de
meio de cultura a uma determinada vazão constante,
sendo o volume de reação mantido constante através da
retirada contínua de caldo fermentado;
• A manutenção de V (volume) constante de líquido no
fermentador é importante, a fim de que o sistema atinja a
condição de estado estacionário ou regime permanente
(“steady state”), condição na qual as variáveis de estado
(X, S, P) permanecem constantes ao longo do tempo de
operação do sistema;
Características:
– É um sistema que pode operar por longos períodos de
tempo em estado estacionário;
– Para manutenção de V constante no fermentador:
Valimentação = Vretirada de meio
O que é quase impossível de se obter na prática. Por essa razão são 
usados sistemas de retirada de líquido por transbordamento
(“ladrão”), de forma a manter o nível de líquido constante ou ainda, 
pode-se empregar bombas de alta vazão na saída, acionadas 
intermitentemente, de forma a manter uma massa constante no 
reator.
Características:
• Outro problema que pode comprometer a manutenção do V
constante (principalmente em processos aerados) é a
formação intensa de espuma, que deve ser evitada, através
da utilização de anti-espumantes apropriados ou através de
sistemas mecânicos de quebra de espuma.
Vantagens
– Aumento da produtividade do processo;
– Obtenção de caldo fermentado uniforme, o que facilita o
projeto das operações de recuperação do produto de
interesse (“downstream”);
– 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.
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Desvantagens
– Maior investimento inicial na planta;
– Possibilidade de ocorrência de mutações genéticas
espontâneas;
- Seleção de mutantes menos produtivos
– Maior possibilidade de ocorrência de contaminações:
-Por se tratar de um sistema essencialmente aberto,
necessitando de manutenção de condições de assepsia nos
sistemas de alimentação e retirada de meio, desde que o
processo assim o exija;
Desvantagens
– Dificuldades de manutenção de homogeneidade no
reator:
• Quando se trabalha com baixas vazões, ou quando o caldo
adquire comportamento pseudo-plástico (cultivo de
fungos filamentosos).
– Dificuldades de operação em estado estacionário:
• Formação de espuma;
• Crescimento do microrganismo nas paredes do reator ou
ainda, nos sistemas de entrada e saída de líquido).
Aplicações
1) Fermentação alcoólica em escala industrial p/ álcool
combustível;
- Contínuo com reciclo de células;
- Contínuo em múltiplos estágios.
2) Tratamento biológico de resíduos (lodo ativado)
- Tratamento de resíduos de fábricas de cervejas e
refrigerantes, de laticínios e indústrias alimentícias em
geral.
Aplicação restrita para processos exigentes em manutenção 
de condições assépticas.
Formas de Operação
• Normalmente inicia-se em um processo descontínuo:
1) Inicialmente carrega-se o reator com meio de cultura;
2) Procede-se à inoculação com o microrganismo
3) Após algum período de operação descontínua, inicia-se alimentação 
de meio de cultura e retirada de caldo.
Dependendo do instante em que se inicie o processo contínuo
propriamente dito, bem como da vazão de alimentação empregada, o
sistema poderá convergir com maior ou menor rapidez à situação de
estado estacionário;
• Recomendações:
- Início da alimentação com o cultivo em fase exponencial;
- Concentração celular a mais elevada possível;
Formas de Operação
Existem várias possibilidades de operação com o sistema contínuo:
• Contínuo em um único estágio (um único reator);
- sem reciclo de células;
- Com reciclo de células.
• Contínuo em múltiplos estágios (“n” reatores em série):
- com única alimentação (com ou sem reciclo de células)
- com múltiplas alimentações (com ou sem reciclo de células).
Cada uma dessas operações, resultará em distintos
comportamentos das variáveis de estado (X, S, P) nos diversos
estados estacionários possíveis, podendo-se assim definir
faixas ideais de operação do sistema, tendo como objetivo
básico a obtenção de elevadas produtividades do processo.
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Formação de produtos no sistema contínuo sem reciclo de
células, considerando-se a classificação de GADEN, com
equacionamento correlacionando as velocidades específicas de
crescimento () e de produção (p), conforme proposto
originalmente por Luedecking e Piret:
a) Produção associada ao crescimento:
p =.  (18)
b) Produção não-associada ao crescimento:
p = (19)
c) Produção parcialmente associada ao crescimento:
p =.  +  (20)
Formação de produtos
Considerando a eq. 9 ( ) do balanço material para o 
produto, fazendo-se Po = 0, obtém-se a expressão para P em estado 
estacionário:
(21)
Por outro lado, a produtividade deste produto será dada por:
(22)
Substituindo-se, pois, as equações 18 a 20 nas eqs. 21 e 22 e lembrando que µ =
D, obtém-se as seguintes expressões para a concentração do produto (P) e a sua
produtividade (D.P), em estado estacionário, em função de D:
X.p)PPo.(D
dt
dP

D
X.p
P


XPD p.).( 
Produção associada:
P = . X (23)
(D.P) = . (D.X) = . Px (24)
Produção não-associada:
(25)
(D.P) = ᵦ.x (26)
Produção parcialmente associada:
(27)
(D.P) = (.µ+β).X = X.(α.D+β) (28)
D
X
P
.










D
X
D
X
P



.
)..(
1o Caso: Formação do produto 
associado ao crescimento
Classificação dos Processos Fermentativos
2o Caso: Formação do produto 
parcialmente associado ao 
crescimento
3o Caso: Fermentações complexas 
• Dependendo do tipo de cinética de formação do produto,
haverá determinadas faixas mais adequadas de operação
do sistema contínuo → elevadas concentrações e
produtividades do produto de interesse;
Observação
As curvas são válidas desde que a cinética de Monod seja 
adequada para representar o processo.
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Ex. 1: