Processos Fermentativos Industriais Etanol Ácido cítrico Antibióticos Enzimas Fermento biológico

1- ETANOL 1.1 Microrganismos Saccharomyces cerevisiae (levedura) Zymomonas mobilis (bactéria) Processos industriais: Saccharomyces cerevisiae

1- ETANOL 1.2 Matérias-primas Matérias açucaradas Matérias celulósicas Cana de açúcar Beterraba açucareira Sorgo sacarino Melaços, mel de abelhas e frutas Matérias celulósicas Palhas Madeiras Resíduos agrícolas Resíduos sulfíticos de fábrica de papel Matérias amiláceas e feculentas Grãos amiláceos Raízes e tubérculos feculentos

1- ETANOL 1.2.1 Preparo do mosto Necessário obter: do Amido  glicose do melaço e caldo de cana  mistura de sacarose, glicose e frutose Nutrientes necessários: Nitrogênio na forma amoniacal, fósforo, enxofre na forma de sulfatos, sulfitos ou tiossulfato, potássio, magnésio, cálcio, sódio e outros elementos em quantidades diminutas 1.2.1.1 Mostos de melaços e de caldo de cana -Melaços diluídos entre 15 e 25º Brix Meio rico em sacarose e açúcares redutores 1.2.1.2 Mostos de materiais amiláceos -Necessário sacarificar (sacarificação) Método químico, biológico ou por ação direta de enzimas

1- ETANOL 1.3 Condições de Processo Inóculo: 10% volume total Temperatura: Faixa de 26 a 35 ºC pH: Mostos industriais na faixa de 4,5 a 5,5 Concentração de açúcares: 15 a 25 ºBrix Controle de contaminantes: Antibióticos Tempo de fermentação: 10 a 12 horas em processos descontínuos utilizando levedura Saccharomyces cerevisiae linhagem catanduva1

1- ETANOL 1.4 Sistemas de fermentação 1.5 Recuperação do produto – Fermentação alcoólica descontínua (cortes, reaproveitamento de inóculo (“pé de cuba”), cultura pura, reciclo de leveduras) – Fermentação alcoólica contínua 1.5 Recuperação do produto – Destilação contínua

2- ÁCIDO CÍTRICO 2.1 Microrganismo 2.2 Matéria-prima - Aspergillus niger (fungo filamentoso) 2.2 Matéria-prima - Depende do processo e utiliza-se: Farelo de trigo, bagaço de laranja, amido de batata, melaço de beterraba e xarope de cana com 30-35% de açúcar invertido (mistura de glicose e frutose)

2- ÁCIDO CÍTRICO 2.3.1 Processo Koji 2.3 Sistemas de fermentação Substrato sólido (farelos) pH entre 4-5 Umidade do farelo 70-80% Temperatura de 28º C O Farelo é distribuído em bandejas com profundidade de 3 a 5 cm Tempo de fermentação de 5 a 8 dias

2- ÁCIDO CÍTRICO 2.3.2 Processo em superfície Utilizam-se Substratos solúveis (sacarose, melaços de cana e de beterraba) Temperatura de 30 ºC pH inicial entre 5 e 6 O mosto é distribuído em bandejas rasas de alumínio com alto teor e pureza O micélio desenvolve-se sobre a superfície do líquido e é mantido flutuando durante todo o processo. Ar úmido é soprado sobre a superfície do mosto por 5-6 dias passando depois a utilizar ar seco até o final da fermentação (8-10 dias). No final do processo o mosto é drenado e substituído por outro novo.

2- ÁCIDO CÍTRICO 2.3.2 Processo submerso (mais utilizado) Exemplo - empresa Cargill Utilizam-se Substratos solúveis (melaço de cana) Temperatura de 30º C pH inicial 4 O mosto é esterilizado previamente Aeração contínua na taxa de 0,5 a 1,15 vvm sem agitação mecânica Tempo de fermentação de 5 a 7 dias Sistema descontínuo.

2- ÁCIDO CÍTRICO 2.4 Processo de separação Em todos os processos o meio é filtrado previamente Precipitação com adição de hidróxido de cálcio Citrato é filtrado e tratado com ácido sulfúrico para precipitar sulfato de cálcio O sobrenadante que contém o ácido cítrico é tratado com carvão ativado O ácido cítrico é desmineralizado por diversas vezes através de colunas com resinas de troca iônica. E finalmente é cristalizado por evaporação

3- ANTIBIÓTICOS 3.1 Microrganismos Bactérias (diferentes de actinomicetos) Ex. Bacillus brevis – antibiótico a tirotricina; gramicidina Actinomicetos (Grupo de bactérias Gram positivas que apresentam como características em comum a produção de filamentos ou hifas vegetativas) Ex. Gênero Streptomyces – antibiótico a estreptomicina Fungos Ex. fungos Penicillium chrysogenum e Penicillium notatum – Antibiótico a Penicilina e Penicillium chrysogenum – Antibiótico a ampicilina

3- ANTIBIÓTICOS 3.2 – Métodos de produção Meio de cultivo: Depende da cepa e geralmente consiste de: Água de milho, farinha de soja, extrato de levedura ou soro de leite. Utiliza-se também Glicose ou melaço - Penicilina G e penicilina V são produzidas por processos submersos Reatores de 40 a 200 m3 Dificuldade de aeração não permite tanques maiores Aeração na faixa de 0,5 a 1,0 vvm São usados agitadores tipo turbina na faixa de 120 e 150 rpm Temperatura ótima de 25-27 ºC pH constante em 6,5 Inóculo se inicia utilizando esporos liofilizados Tempo de fermentação entre 120 e 160 horas Extração : Utiliza-se um solvente orgânico altamente hidrofóbico, como o acetato de amila, para separação do antibiótico do meio de cultivo

4- ENZIMAS MICROBIANAS 4.1 – Microrganismos - Aplicação comercial: bactérias, fungos filamentosos e leveduras - Escolha do microrganismo: Produtor da enzima de interesse em grande quantidade, Estável; Não-patogênico e de Fácil manipulação Ex. Produção de enzimas extracelulares industriais: Bacillus e Aspergillus (80-85% do mercado de enzimas extracelulares)

4- ENZIMAS MICROBIANAS 4.2 – Processos de produção - Tempo de fermentação: 30 a 150 horas - depende do processo utilizado. - Sistemas de Cultivo: a) Superfície - Dificuldades de controle operacional; - Severos problemas de contaminação - Vantagens importantes em relação a transferência de oxigênio e recuperação do produto. A principal tecnologia de fermentação em superficie é a fermentação em estado sólido. E é empregada para produzir, em escala comercial, celulases, amilases fúngicas, pectinases, proteases fúngicas e lipases. Microrganismo: fungos filamentosos do gênero Aspergillus.

4- ENZIMAS MICROBIANAS b) Submerso: Descontínuo - O sistema mais empregado na produção de enzimas. - Algumas enzimas são relativamente instáveis depois da etapa de produção. Efeito das variáveis operacionais mais relevantes: pH e temperatura (compromisso entre os valores ótimos para produção e crescimento) Ex.: Produção de celulase de Trichoderma reesei em meio celulósico onde o pH ótimo de crescimento é 4,8, enquanto que o ótimo de produção é 3,5. Solução: valores intermediários ou alterações programadas de pH

4- ENZIMAS MICROBIANAS c) Submerso: Descontínuo alimentado - Fase descontínua seguida de alimentação de forma contínua ou intermitente até alcançar o volume final de operação dentro do reator. -Vantagens: Controlar a velocidade específica de crescimento do microrganismo; controlar a produção de metabólitos secundários, metabólitos sujeitos à inibição por alta concentração de substrato e metabólitos sujeitos a repressão catabólica por substratos altamente metabolizáveis Esta situação é aplicável à maioria das enzimas de interesse comercial.

4- ENZIMAS MICROBIANAS 4.3 – Recuperação do produto Etapas envolvidas na recuperação e processamento pós fermentação.

4- ENZIMAS MICROBIANAS 4.3 – Recuperação do produto Etapas de separação e purificação Finalidade: Remover substâncias tóxicas OBS.: Para a obtenção de preparação enzimática de uso farmacêutico, processos mais sofisticados de purificação, como as separações cromatográficas, são utilizados. - O caldo é resfriado a 5 ºC com o objetivo de assegurar condições de estabilidade do produto e evitar crescimento de contaminantes; pH ajustado para valor ótimo da atuação da enzima produzida. Separação das células: Pode ser feita: centrifugação;filtração. Fungos – centrifugação; Bactérias e leveduras – prévia floculação (cloreto de sódio); eficiente; baixo custo. A filtração, como alternativa a centrifugação – utilização de filtros prensa, filtros rotativos á vácuo Solução concentrada final – filtração em meio filtrante de celulose – preparado enzimático líquido – diluído e acondicionado com estabilizantes da atividade enzimática – embalado para comercialização.

5- FERMENTO BIOLÓGICO 5.1 – Microrganismos O que é fermento biológico? Fermento biológico ou levedura de panificação é um microorganismo vivo cuja denominação científica é Saccharomyces cerevisiae O fermento biológico promove o crescimento das massas de pães, bolos, etc., através da fermentação que ocorre antes do forneamento. A levedura “ingere” os nutrientes da massa e, como consequência, libera gases e substâncias aromáticas, responsáveis pelo volume, textura, aroma e sabor característicos dos produtos alimentícios.

5- FERMENTO BIOLÓGICO 5.2 – Processo de produção Melaço de cana é o substrato usado atualmente nos processos modernos Sistema descontínuo alimentado: Evita-se a repressão catabólica cultivando a levedura com baixas concentrações de glicose. Produção de leveduras para panificação ocorre entre 3 a 4 horas. Biotina é necessário quando na presença de oxigênio (suplemento) pH inicial 4,5 Temperatura de 30 ºC Aeração controlada Produção de 50 g de levedura seca para cada 100 g de sacarose