Processos Fermentativos - Escola de Química / UFRJ
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Processos Fermentativos CONCEITOS Reações químicas x Reações Bioquímicas • Processos químicos: Realizado entre compostos químicos usando-se catalisadores químicos. • Processos Enzimáticos: Transformação química realizada por catalisadores biológicos (enzima) na ausência de seres vivos. • Processos Fermentativos ou biológicos: Transformação realizada pelos microrganismos (biocatalisadores). Os mo´s metabolizam o composto químico. Processos Fermentativos ETAPAS DO PROCESSO Processos Fermentativos AGENTES DA FERMENTAÇÃO Definição Características • Apresentar elevada eficiência na conversão de um dado substrato. • Permitir o acúmulo do produto no meio de forma a se ter elevada concentração do produto no caldo fermentado. • Não produzir substâncias incompatíveis com o produto. • Apresentar fisiológico. constância quanto ao comportamento Processos Fermentativos AGENTES DA FERMENTAÇÃO Características • Não exigir condições de processo muito complexas • Não exigir meios de cultura dispendiosos • Permitir a rápida liberação do produto para o meio Culturas puras e consórcio Conservação (genética) Quantificação Processos Fermentativos INÓCULO Definição Ativação/ Propagação Processos Fermentativos INÓCULO Ativação/Propagação X = X0 *2 n tcultivo n= t geração dX = µ dt ln X = µ * t X X = e µ *t X0 Processos Fermentativos INÓCULO Tipo • Cada dorna recebe um inóculo. • Processo por meio de cortes. Processos Fermentativos INÓCULO Tipo • Processo com recirculação do microrganismo. Controle (idade/pureza) Processos Fermentativos MEIO Composição (substratos, nutrientes) • Fonte de carbono • Fonte de nitrogênio • Fonte de fósforo • Outros elementos (Na, K, Ca...) • Vitaminas Laboratório Industrial (matéria-prima) Processos Fermentativos MEIO Matéria-prima • Tipos AMILÁCEAS AMIDO GLICOSE SACARÍNEAS SACAROSE FRUTOSE CELULÓSICAS CELULOSE Processos Fermentativos MEIO Matéria-prima • Definição/ Escolha • Tipos 9 Sacaríneas Caldo de cana-de-açúcar Melaço Suco de frutas Leite Soro de leite Licor sulfídrico Vinhato ou vinhaça Processos Fermentativos MEIO Matéria-prima • Tipos 9 Sacaríneas Cana-de-açúcar Lavagem Caldo de cana-de-açúcar Brix Componente ~ 19º Picador Concentração (g/100 mL) Água 78-86 Sacarose 10-20 Glicose/ Frutose 0,1-2,0 Cinzas (K2O, SiO2, CaO, Na2O, MgO, P2O5, Fe2O3) 0,3-0,5 Ácidos orgânicos 1,0-1,2 Compostos nitrogenados 0,5-1,0 Gomas, ceras, gorgduras 0,1-0,3 Desfibrilador Moagem caldo bagaço Processos Fermentativos Melaço MEIO Brix Matéria-prima Água 18-22 Sacarose 32-34 • Tipos 9 Sacaríneas Glicose 14-16 Frutose 16-18 Cinzas (K2O, SiO2, CaO, Na2O, MgO, P2O5, Fe2O3) 8-10 Ácidos orgânicos 0,05 Compostos nitrogenados 7-9 Gomas, ceras, gorgduras 7-8 Componente Melaço Suco de frutas Maçã Componente Concentração (g/100 mL) Água 65-85 Glicose/ Frutose 12-25 Ácidos orgânicos 4-15 Compostos nitrogenados 0,3-1,0 Minerais 0,1-0,3 ~ 80º Concentração (g/100 mL) Processos Fermentativos MEIO Leite Componente Concentração (g/100 mL) Matéria-prima Água 87 Proteína 3,5 • Tipos 9 Sacaríneas Gordura 3,8 Lactose 5,0 Cinza 0,7 Leite Soro de leite Licor sulfídrico Vinhato ou vinhaça Soro de Leite Componente Concentração (g/100 mL) Água 93 Proteína 0,9 Gordura 0,3 Lactose 5,1 Cinza 0,6*10-3 Cálcio 51*10-3 Fósforo 53*10-3 Vitaminas 0,3*10-3 Processos Fermentativos MEIO Matéria-prima • Tipos 9 Amiláceas Grãos/cereais: Trigo, Milho, Cevada, centeio, arroz raízes/Tubérculos: Mandioca, Batata, Batata doce Amido Processos Fermentativos MEIO Amilose Matéria-prima • Tipos 9 Amiláceas Amilopectina Hidrólise: Uso de enzimas Ligações α-1,4 (α-amilase, β-amilase) Ligações α-1,6 (exopululanases, pululanases e isoamilases) Ligações α-1,4 e α-1,6 (glucoamilases) Produtos: glicose, maltose, dextrinas Processos Fermentativos MEIO Matéria-prima • Tipos 9 Celulósicas Subprodutos da indústria de madeiras Bagaços Casca de frutas Sabugo de milho Resíduos agrícolas Processos Fermentativos MEIO Matéria-prima • Tipos 9 Celulósicas Hidrólise: Aquecimento com ácidos orgânicos (70 ou 150 ºC) Uso de enzimas do complexo celulítico (endo e exoglucanases, β glicosidase) Produtos: glicose, celobiose, oligossacarídeos Processos Fermentativos MEIO Matéria-prima • Tipos 9 Não -convencionais Frações do petróleo Lixo Águas residuais de matadouros FATORES EXTERNOS Condições de cultivo • pH • Temperatura Processos Fermentativos FATORES EXTERNOS Condições de cultivo • Oxigênio • Produto • Inibidores/Ativadores CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS Quanto a condução • Batelada simples Processos Fermentativos CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS Quanto a condução • Batelada alimentada convencional ou cíclica • Batelada por cortes Processos Fermentativos CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS Quanto a condução • Recuperação do inóculo • Contínuo Processos Fermentativos CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS Quanto ao crescimento do agente • Superfície • Submerso Quanto ao suprimento de oxigênio • Aeróbio (natural ou forçado) • Anaeróbio Processos Fermentativos ACOMPANHAMENTO E CONTROLE Estado do sistema Controle (atividade máxima) Variáveis (pH, temperatura, oxigênio, S, P, espuma, contaminantes...) Processos Fermentativos CINÉTICA DOS PROCESSOS Informações obtidas: µ, qs, qp, S, P Importância: otimização e controle Classificação • Deindoerfer (concentração x tempo) Processos Fermentativos CINÉTICA DOS PROCESSOS Classificação • Gaden (velocidades específicas x tempo) Processos Fermentativos EQUIPAMENTOS Processos Fermentativos EQUIPAMENTOS Processos Fermentativos EQUIPAMENTOS Processos Fermentativos CÁLCULOS Fatores de conversão Processos Fermentativos CÁLCULOS Eficiências Produtividade
