Introdução a Bioprocessos Universidade Federal de Pelotas Centro de Desenvolvimento Tecnológico – CDTec Graduação em Biotecnologia Disciplina de BIOPROCESSOS Profa. Dra. Patrícia S. Diaz Introdução a Bioprocessos

Processo Fermentativo Tratamento biológico de resíduos Introdução Importância da Biotecnologia Industrial em nossos dias. Processos fermentativos são utilizados industrialmente na produção de: Processo Fermentativo Bebidas alcoólicas Enzimas Vinagres Etanol Queijos Pão Ácidos orgânicos Solventes Vitaminas Antibióticos Polissacarídeos Aminoácidos Tratamento biológico de resíduos Leites fermentados Proteínas

Produção industrial de microrganismos (‘starters’) para serem utilizados: Como agentes de outros processos fermentativos: leveduras para panificação, produção de etanol, bactérias para tratamento de efluentes; Na alimentação humana e animal: na forma de concentrado protéico-vitamínicos (algas, leveduras do gênero Candida), enriquecimento protéico, principalmente pela ação de bolores, de vários materiais (farinhas, farelos, resíduos da industrialização de frutas); Como fixadores de nitrogênio do ar na agricultura (bactérias do gênero Rhizobium); No controle biológico de pragas (bactérias do gênero Bacillus); Na produção de vacinas (bactérias dos gêneros Corynebacterium, Bordetella, Neissria, Mycobacterium). Quanto a utilização de enzimas, principalmente em meio aquoso, como agentes de transformação em escala industrial: Cervejaria: amilases, amiloglicosidase, papaína; Panificação: amilases, pepsina, lipases; Produção de edulcorantes: alfaamilase, invertase, glicose-isomerase; Indústria têxtil: alfaamilase, celulases; Produção de vinhos e sucos: pectinases; Indústria do leite: lactase, catalase, lipases; Indústria farmacêutica: celulases, bromelina, penicilina-acilase, pancreatina; Indústria de carnes: papaína; Fabricação de queijos: reninas; Produção de detergentes: proteases; Indústria de pescado: proteases; Curtume: pancreatina

Fermentação A fermentação é um processo de transformação de uma substância em outra, produzida a partir de microrganismos, tais como fungos, bactérias, ou até o próprio corpo, chamados nestes casos de fermentos. O termo fermentação deriva do latim fervere (ferver), devido ao aparecimento das bolhas, devido a produção de dióxido de carbono pela ação das leveduras sobre o extrato de frutas ou grãos de malte. Bioquimicamente, a fermentação é uma manifestação fisiológica da célula viva, podendo ser definida como o catabolismo de matéria orgânica (carboidratos, lipídeos, proteínas) através de reações catalisadas por enzimas, acarretando formação de substâncias intermediárias dos produtos finais da oxidação biológica total.

Histórico das fermentações Produção de vinho: 10.000 a.C. - provavelmente o vinagre foi descoberto na mesma época e as bebidas alcoólicas destiladas surgiram a mais de 10.000 a.C. na China; Cerveja: 5000 - 6000 a.C. - egípcios deixavam a cevada germinar em potes de barro, após amassavam os grãos lavando-os para obter a bebida, ainda, utilizavam as leveduras da cerveja para produzir CO2 no crescimento de pães; Leite e derivados lácteos: dados apontam que em 5000 a.C. se observou que o leite quando retido no estômago de terneiros jovens coagulava-se (ação enzimática); Produtos cárneos: cerca de 1500 a.C. o homem já sabia que a carne finamente triturada e misturada com sal e especiarias poderia ser preservada, esta carne era seca e enrolada mantendo suas principais qualidades, como um flavor agradável. Moderna indústria de fermentação que utiliza cultivos puros e sofisticados equipamentos de controle do processo Antigas artes de elaboração de alimentos

Processo Industrial Em qualquer processo biotecnológico industrial, o elemento central é o biorreator, pois nele se desenvolvem, devidamente controladas, as transformações que nos interessam. O reator não constitui a etapa mais importante do processo. Para que o resultado desejado seja alcançado, dois outros conjuntos de operações devem ser considerados, a saber: Upstream processes (tratamentos iniciais) – antecedem a operação no biorreator e tem por finalidade colocar o sistema nas condições previamente escolhidas para que as transformações no reator se desenvolvam adequadamente; Dowstream processes (tratamento finais) – englobam a separação e purificação dos produtos e subprodutos obtidos, bem como o tratamento dos resíduos formados.

Representação esquemática de um processo biotecnológico industrial genérico. Agentes de transformação Preparo do meio de cultura Matérias-primas Biorreator Controles Subprodutos Tratamentos finais Resíduos Produtos Tratamento dos resíduos

Nomenclatura das fermentações quanto ao agente de transformação Processo Enzimático: quando os agentes de transformações que ocorrem no reator são uma enzima (purificada ou não), uma mistura de enzimas (purificadas ou não), ou células inativadas ou mortas (servem como suporte das enzimas). Exemplo: ação das polimerases na obtenção do biopolímero xantana. Processo Fermentativo: quando os agentes de transformações que ocorrem no reator são microrganismos vivos, células de tecidos (animais ou vegetais), ou vírus, de modo que as reações que se desenvolvem no reator são conseqüências da atividade vital das células microbianas. Neste caso, o reator é freqüentemente denominado de fermentador ou dorna. Exemplo: excreção do biopolímero xantana para o exterior da célula. OBS: A atividade vital dos microrganismos responsáveis por um processo fermentativo é sempre resultado de considerável número de reações enzimáticas. As enzimas são os catalisadores das transformações que ocorrem no fermentador.

Principais etapas de um processo fermentativo industrial genérico.