ANÁLISE DA REPRODUÇÃO E DO CRESCIMENTO MICROBIANO -         Tipos de reprodução   Bactérias: apresentam-se nas formas esférica, cilíndrica e espiralada Reprodução por divisão binária simples: uma célula  duas células filhas iguais

Reprodução por brotamento O aumento de massa se dá praticamente pelo aumento do número de células Representação matemática facilitada Fungos Leveduras: geralmente unicelulares e apresentam-se nas formas esférica, elíptica e filamentosa. Reprodução por brotamento

O aumento de massa se dá pelo aumento do número de células e do tamanho das células Correlação complexa

Fungos filamentosos: apresentam-se na forma de hifas (contínuas ou septadas), sendo o conjunto destas chamado de micélio Reprodução por esporos, que se desenvolvem formando hifas.

Imagem de microscopia de varredura eletrônica (cores adicionadas) de micélio fúngico com as hifas (verde), esporângio (laranja) e esporos (azul), Penicillium sp. (aumento de 1560 x).

O aumento de massa se dá pelo aumento do número e do tamanho das hifas. Correlação matemática??...

Vírus Material genético envolvido por proteína. Reprodução por replicação do DNA ou RNA pela células hospedeira (infectada) Aumento de massa se dá pelo aumento do número de indivíduos. Correlação matemática??!!!...

Algas Organismos unicelulares ou multicelulares Reprodução assexuada: divisão binária (unicelulares) ou fragmentação do talo (multice-lulares) Reprodução sexuada (maioria): células maduras se fundem, formando um zigoto diplóide que se divide por meiose, formando quatro novos organismos haplóides.

Crisófitas

Ulva lactrica (alface do mar)

Tanque de cultivo de alga

Tanques de cultivo de algas

Efeito das condições físico-químicas sobre o crescimento Temperatura Mínima, máxima e ótima p/ crescimento p/ atividade desejada Classificação: Termófilos – ótimo em torno de 60 oC Criófilos – ótimo em torno de 40 oC Mesófilos – ótimo entre 20 e 40 oC

Temperaturas entre ótimo e mínimo => desaceleração do crescimento e da atividade desejada Temperaturas abaixo da mínima => cessação do crescimento e da atividade desejada Temperaturas entre ótimo e máxima => desaceleração do crescimento e da atividade desejada Temperaturas acima da máxima => cessação do crescimento e da atividade desejada ==> célula morre

Mínimo, máximo e ótimo p/ crescimento p/ atividade desejada 2. pH Mínimo, máximo e ótimo p/ crescimento p/ atividade desejada Geralmente os valores ótimos de pH, para crescimento, estão em torno da neutralidade. Para processos fermentativos, em torno de 5,0. Exemplos de casos extremos: Thiobacillus thioxidans – transforma enxofre em ácido sulfúrico em pH igual a 1,0 Vibrio comma – causador da cólera asiática, se desenvolve em pH igual a 10,0

Valores entre ótimo e mínimo => desaceleração do crescimento e atividade desejada Valores entre ótimo e máximo => desaceleração do crescimento e atividade desejada Valores acima do máximo e abaixo do mínimo => cessação do crescimento e da atividade desejada, podendo ocorrer morte celular Há casos em que os componentes do meio podem alterar os valores ótimos (p.e. presença de ácido acético)

3. Aeração Microrganismos aeróbios, anaeróbios e facultativos Aeróbios - Quanto mais aeração, mais crescimento (e vice-versa) Porém, existe um valor mínimo de concentração de oxigênio dissolvido abaixo do qual há cessação do crescimento e da atividade desejada (célula morre) Em excesso (aeração muito intensa) o oxigênio pode ser tóxico para a célula Em fermentador, a aeração pode provocar excesso de espuma

Fornecimento de oxigênio provoca morte celular Facultativos - Limitação ou ausência de oxigênio não provoca morte, porém, reduz o crescimento Anaeróbios Fornecimento de oxigênio provoca morte celular Ex. Clostridium, Bacilo do tétano

4. Agitação - Promove aeração ( agitação => incorporação de O2) - Favorece crescimento de aeróbios e facultativos - Promove homogeneização do meio - Facilita dispersão de metabólitos 5. Atividade de água (aW) Expressa a quantidade de água disponível para ser utilizada pelas células

A atividade de água, geralmente designada por aw, é a pressão de vapor em equilíbrio com o material ou solução (p) dividida pela pressão de vapor da água pura (po), à mesma temperatura. Varia, portanto, de 0 a 1. p aw = po Quanto menor a atividade de água, menor é o crescimento

fungos filamentosos leveduras bactérias Exemplo: Klebsiella pneumoniae Redução de 50% do valor de µmáx em aW = 0,985 Abaixo de 0,975 apresenta apenas 10% do valor de µmáx observado em condições ótimas A exigência quanto à atividade de água varia em função do tipo de microrganismo fungos filamentosos leveduras bactérias menos exigentes mais exigentes

Atividade de água de alguns produtos Xenomyces bisporus e outros fungos xerofílicos Doces, frutas secas 0,700 Halobacterium, halococcus Peixe salgado 0,750 Saccharomyces bailii, Penicillium Geléias 0,800 Saccharomyces rouxi Salame 0,850 Coccus Gram+ Presunto 0,900 Bastonetes Gram+ Pão 0,950 Pseudomonas, Vibrio Água do mar 0,980 Streptococcus, Escherichia Sangue humano 0,995 Caulobacter, Spirillum Água pura 1,000 Microrganismos que crescem Produto aw

Consequências do crescimento Alteração das características físicas do meio À medida que o microrganismo cresce a viscosidade e a densidade do meio aumentam. Repercussões Dificuldade de manutenção da homogeneidade Dificuldade de transferência de oxigênio Dificuldade de controle da temperatura Maior gasto de energia Dificuldade de coleta de amostra (para fungos filamentosos)

Processos aerados: A espuma é produzida pela agitação e pela aeração 2. Formação de espuma Processos aerados: A espuma é produzida pela agitação e pela aeração Processos não aerados: A espuma é produzida pelos gases liberados durante o crescimento do microrganismo Repercussões Pode ocorrer perda de meio contendo produto e células Probabilidade de contaminação do ambiente e do meio Probabilidade de interferência nos controles Contornável com o emprego de anti-espumante e uso de menor volume de meio no reator

Probabilidade de contaminação 3. Alteração do pH Alguns metabólitos e nutrientes conferem caráter ácido ou básico ao meio. Repercussões Probabilidade de contaminação Probabilidade de precipitação de componentes do meio Diminuição do crescimento e/ou atividade desejada Necessidade de controle Emprego de tampão Automático (biorreator)

4 . Alteração da temperatura Liberação de calor decorrente das reações exotérmicas do metabolismo. Repercussões Probabilidade de contaminação do meio Probabilidade de degradação do produto desejado Diminuição do crescimento e/ou atividade desejada Necessidade de controle Estufa ou sala de fermentação Automático (biorreator) Revolvimento do meio e aeração (FES)

5. Mudança da composição do meio (exceto para processo contínuo) Consumo de substrato e nutrientes e liberação de produto e metabólitos Repercussões Escassez de nutrientes necessários Aparecimento de compostos indesejáveis (prejudiciais) Esgotamento do substrato Probabilidade de inibição pelo produto Contornável com o emprego de pulsos de substrato e uso do sistema descontínuo alimentado

6. Alterações drásticas das características físicas do meio Sobretudo para processos com fungos filamentosos o meio fica heterogêneo Repercussões Comprometimento da transferência de oxigênio Pode inviabilizar o processo mesmo antes da exaustão do substrato Impossibilidade de se manter a homogeneidade do meio Impossibilidade de coleta de amostra representativa