FORMAS DE CONDUÇÃO DE UM PROCESSO FERMENTATIVO ALANA PELLANDA BEATRIZ EHLKE SANTI GROTT JULIANA CARVALHO MORGANA VICENTE NATHÁLIA NA THÁLIA VANÇAN JUSTO RODRIGO BACILA BORGES DA SILVA
Introdução Um processo fermentativo ocorre quando há a obtenção de um produto através da reprodução de microrganismos que utilizam uma font onte de nutr nutrie ien ntes espe especí cífi ficca.
Introdução Um processo fermentativo ocorre quando há a obtenção de um produto através da reprodução de microrganismos que utilizam uma font onte de nutr nutrie ien ntes espe especí cífi ficca.
Introdução Etapas do Processo Fermentativo • Preparo do meio de fermentação; • Fermentação ; • Tratamento final do produto; produto; • Tratamento dos resíduos.
Introdução Qua Quatro tro Pilar ilares es do Proc Proces esso so Ferme ermen ntativ tivo • Microrganismo; • Meio de cultu turra; • Forma de condução do processo; • Etapa apas de recuperação do produto.
Introdução Microrganismo • conversão substrato/produto eficiente; • acumulação suficiente para permitir uma alta
concentração no reator; • constância fisiológica; • não ser patogênico; • não exigir condições de operação complexas.
Introdução Meio de cultivo • economicamente viável; • suprir as necessidades nutricionais do microrganismo; • auxiliar no controle do processo; • ter certa estabilidade na composição; • não dificultar o tratamento dos resíduos gerados.
Descontínuo Semicontínuo
Um inóculo por tanque
S/ recirculação de células
Recirculação de células
C/ recirculação de células
Por meio de cortes
Descontínuo alimentado
Contínuo
Em um reator
Em vários reatores
FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA
Fermentação Descontínua • Indústria de Alimentos • Batelada • Vantagens: – ↓ risco de contaminação – ↑ flexibilidade – ↑ estabilidade genética
• Desvantagens: – ↓rendimento (inibição, repressão ou produtos
que não interessam)
Um inóculo por tanque • Os m.os. e o meio nutriente são inoculados no
tanque, onde as condições ótimas permitem a fermentação • Após o processo, descarrega-se o tanque para higienização e esterilização • Inicia-se um novo ciclo de fermentação • A assepsia adequada confere baixos níveis de contaminação
Recirculação de células • Destilarias de álcool • Reaproveitamento do m.o. da batelada
anterior como inóculo • Dois modos: – Centrifugação do meio fermentado – Sedimentação do m.o.
Recirculação de células • Limitação: tendência em aumentar o n° de
contaminantes a cada batelada • Solução: tratamento do leite de lêvedo com
água e ác. Sulfúrico • Vantagem: evita o preparo de um novo
inóculo por batelada
Por meio de cortes • Inicia-se a fermentação num tanque A • Após um estágio apropriado, parte do
conteúdo é transferido para um tanque B • Ambos os tanques são enchidos com o meio a
fermentar
Por meio de cortes • Os cortes podem ser empregados na fase de
crescimento mais intensa (propagar o inóculo) • Desvantagem: – ↓ rendimento – N° de cortes imprevisível
• Objetivo: produzir ácido lático utilizando uma
mistura de m.o. presentes em águas residuais de tratamento de água e cascas de batata como fonte de nutrientes, em processo fermentativo em batelada.
• Reatores em duas escalas: 0,8 L e 3 L. • Agitação de 500 rpm • 35° C • A produção de ácido lático por sistema em
batelada foi satisfatória • A metodologia apresentou-se uma alternativa mais barata em relação aos métodos convencionais.
FERMENTAÇÃO SEMI-CONTÍNUA
Fermentação semicontínua •
O processo fermentativo semicontínuo recebe esta denominação quando o meio de fermentação e o inóculo forem colocados no reator e as operações que se seguem obedecerem à seguinte ordem:
Operação nº 1:
• Aguarda-se o término da fermentação.
• Retira-se parte do meio fermentado, mantendo-se, no reator Operação nº 2:
o restante do mosto fermentado. • Adiciona-se ao reator um volume de meio de fermentação
Operação nº 3:
igual ao volume de meio fermentado retirado na Operação nº 2.
Fermentação semicontínua
O meio fermentado não retirado do fermentador na operação nº 2 serve de inóculo ao meio de fermentação adicionado na operação nº 3.
Reinicia-se, desse modo, a sequência de operações acima descrita, que será repetida enquanto não houver queda na produtividade do processo.
Fermentação semicontínua • Com recirculação de células • Separação das células por centrifugação ou mesmo sedimentação
no interior do próprio reator, enviando apenas o líquido fermentado para a recuperação do produto. • Com isso há redução dos custos, uma vez que não é necessário o
preparo de um novo inoculo para cada batelada. • Sem recirculação de células • Ocorre quando há o preparo de um novo inóculo a cada processo.
Fermentação semicontínua
Sistema descontínuo alimentado
Semicontínuo
Objetivo • Avaliar as interações entre Saccharomyces
e cepas selecionadas de lactobacillus em relação à viabilidades de células, e a produção de ácidos orgânicos e de etanol durante a fermentação. cerevisiae
Metodologia e Resultados • Farelos de milho foram inoculados com leveduras
e cepas de lactobacilos selecionadas, e fermentados em modo semicontínuo.
• As taxas de fermentação etanólica e viabilidades
de levedura não foram afetados pelos lactobacilos a menos que o triturado foi précultivados com lactobacilos. Em seguida, o crescimento das leveduras foi inibida e a produção de etanol foi reduzida em aproximadamente 22%.
Conclusão • Leveduras inibiram a multiplicação de lactobacilos e isto
resultou na redução da produção de ácidos acético e láctico. • A natureza da auto regulação do sistema semicontínuo da
levedura permite recuperar, mesmo quando os lactobacilos tinham um ponto de partida, e reduziu o tamanho da população de Lactobacillus contaminante para um nível que tinha um efeito sobre a taxa de insignificante fermentação ou produção de etanol.
FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA ALIMENTADA
Fermentação descontínua alimentada • Fed batch • Reator é preparado e inoculado, mas os
nutrientes concentrados são periodicamente adicionados ao meio • No descontínuo a reação ocorre até que o
nutriente-chave tenha sido completamente utilizado
Fermentação descontínua alimentada
Controla-se a concentração de Substrato
Metabolismo microbiano deslocado
Acúmulo do produto desejado
Estratégias • 1) Adição do mesmo meio usado na carga inicial • 2) Adição de solução do substrato limitante em []
igual a adicionada inicialmente
• 3) Solução concentrada do substrato limitante adicionada a uma taxa ↓ que 1 e 2
• 4) Solução muito concentrada do substrato limitante adicionada a uma taxa ↓ que 1, 2 e 3
Descontínua alimentada • Vantagens
• Desvantagens
• Obtenção de alta
• Risco maior de
[] celular: • A presença de substratos inibitórios é baixa • A de substratos indutores é alta
contaminação • Maior necessidade
de controle de processo devido a adição de nutrientes
Introdução • A astaxantina é um pigmento oxicarotenóide de cor
vermelhoalaranjado presente no meio marinho. • A levedura Phaffia rhodozyma, além da glicose e xilose,
fermenta outros açúcares (como a sacarose), que podem ser obtidos a partir do amido, materiais lignocelulósicos, beterraba e cana de açúcar. • Objetivos: Testar técnicas alternativas de fermentação
para aumentar o rendimento do processo pela manutenção de baixa [ ] de açúcar
Resultados • Cultivo 1 (Controle): Processo descontínuo, em
caldo de cana diluído 1:10 (20 g/L açúcares totais) suplementado com uréia a 1 g/L.
• Cultivo 2: Alimentou-se com 2 mL de caldo
concentrado após 48 e 72 horas de cultivo (Processo descontinuo alimentado)
• Cultivo 3: Alimentando-se a cultura com o mesmo
volume de caldo concentrado após 48, 72 e 96 horas (Processo descontinuo alimentado)
Produção de astaxantina e de biomassa de Phaffia rhodozyma em sistema de cultivo descontínuo (cultivo 1), descontínuo alimentado após 48 e 72 horas (cultivo 2) e descontínuo alimentado após 48, 72 e 96 horas (cultivo 3)
Produtividade volumétrica de 0,024 mg astaxantina/L.h. em relação aos 0,013 mg astaxantina/L.h. obtidos no cultivo controle, que não sofreu
Conclusão • Aliando a utilização do caldo de cana com a
introdução de um processo de fermentação descontínuo alimentado para o cultivo da levedura Phaffia rhodozyma, consegue-se aumentar a produtividade do processo em 84%, comparativamente ao cultivo controle.
FERMENTAÇÃO CONTÍNUA
Fermentação Contínua • Vazão controlada e constante: – Meio de cultura; – Fração fermentada; – Volume constante. • Sistema em condições estáveis: – Concentração de células – Quantidade de substrato Constantes. – Quantidade de produto
Fermentação Contínua • Controle da vazão: – Sistema de transbordamento: • Volume limitado pela capacidade do reator.
– Sistema automático: • Controle das vazões com base na quantidade de massa.
• Fermentação contínua: – Executada em um reator; – Executada em vários reatores.
Fermentação Contínua •
Executada em um reator:
– Normalmente envolve reciclo de células;
• ↑ Densidade celular; • ↑ Produção. – Reciclo interno: • Operação no interior do reator → Sedimentação
ou filtragem
– Reciclo externo: • Operação de separação à parte → Centrífugas ou
filtros; • Fração concentrada retorna ao reator.
Fermentação Contínua • Vantagens: – Reciclo interno → assepsia do ambiente; • Mais viável para a produção de enzimas e antibióticos. – Reciclo externo → larga escala; • Mais viável para o tratamento biológico de resíduos.
Fermentação Contínua •
Executada em vários reatores:
– Múltiplos estágios; – Reatores acoplados em série: • Alimentação única; • Alimentação múltipla; • Sistema de reciclo de células.
• Vantagem: – Ambientes diferentes para cada reator; • Crescimento celular ≠ formação de produto.
Introdução Processos fermentativos para a produção de etanol: • Processo em batelada; • Processo descontínuo alimentado; • Processo contínuo.
Introdução Recirculação de células • Suporte: não adequado ; • Membranas; • Estirpes floculantes.
Introdução Estudos teóricos mostraram que a utilização de reatores em série diminuem os processos inibitórios no processo. Sendo assim, o artigo tem como objetivo testar a produção de etanol utilizando um sistema
dois tanques equipados
para as recirculação da estiper floculenta.
Experimental Em um primeiro momento, a fermentação foi realizada analogamente ao processo em batelada nos dois tanques: • 80 g/L Sucrose; • Saccharomyces diastaticu; • pH 5, 35ºC e agitação à100 rpm.
Quando a concentração de açúcar chegou a 10 g/L no segundo reator, deu-se início ao processo contínuo.
Resultados Produtividade: 80 g/L = 6,9 g/l . h -1 160 g/L = 7,5 g/l. h -1 200 g/L = 7,0 g/l. h -1
Conclusão O sistema de fermentação contínua utilizando um sistema com dois reatores e com recirculação de células se mostrou eficiente para a produção de etanol com diferentes quantidades de alimentação.
