Processos Fermentativos

PROCESSOS FERMENTATIVOSPROCESSOS FERMENTATIVOS

METABOLISMO MICROBIANO

Soma de todas as reaes qumicas que ocorrem no interior da clula Catabolismo

Anabolismo Anabolismo Reaes enzimticas celulares divididas em:

Reaes degradativas: Transformam glicose do meio de cultura em compostos orgnicos e fundamentais (metablitos-chaves para o anabolismo)

Ex: C6H12O6 + O2 CO2 + H2O, libera 686Kcal/mol

Reaes de biossintese de precursores

Aminocidos: precursores de protenas Nucleotdeos: precursores de cidos nucleicos


Nestas reaes esto includas sntese de vitaminas, coenzimas e cofatores (que no so precursores, mas so necessrios para o funcionamento adequado das enzimas)

Reaes de biossintese macromolculas

Reaes responsveis pela produo de macromolculas caractersticas de cada clula.

Estas reaes so reguladas pelo DNA

Crescimento Microbiano Aumento do material celular em termos de massa ou nmero de

clula=> resultado de uma srie de reaes catalizadas enzimaticamente.

Depende do transporte de nutrientes necessrios para a superfcie


Depende do transporte de nutrientes necessrios para a superfcie das clulas (transferncia de massa) e de outros parmetros, tais como manuteno de temperatura e pH.

Fases do crescimento Fase lag: fase de adaptao

Microrganismos velhos ou meio de cultura novo


Fase de crescimento exponencial Microrganismo est na plenitude de sua capacidade e o

suprimento de nutrientes superior s necessidades do mesmo

Ainda no se acumularam substncias txicasO aumento do nmero de clulas se faz segundo uma O aumento do nmero de clulas se faz segundo uma progresso geomtrica

Para microrganismos que fazem diviso binria:N = No . 2n

Em que, N = nmero de clulas no final de n divises ou geraesNo = nmero inicial de clulas

Pode-se calcular a velocidade especfica de crescimento () para cada microrganismo em cada situao

Fase estacionria: nmero de clulas novas igual ao nmero de clulas que morrem

Pode se dar devido ao acmulo de metablitos txicos, esgotamento de nutrientes e O (para aerbios)


txicos, esgotamento de nutrientes e O2 (para aerbios)

Fase de declnio: nmero de clulas que morrem maior do que as que surgem.

Metablito primrio:forma-se durante a primeira fase do desenvolvimento do microrganismo


microrganismo Ex: fermentao

alcolica

Metablito secundrio:forma-se na fase final de crescimento ou na fase estacionria Ex: biossurfactante

CINTICA DE PROCESSOS FERMENTATIVOS

Anlise da evoluo dos valores de um ou mais componentes dosistema de cultivo, em funo do tempo

Permite aumento de escala Permite aumento de escala Anlise comparativa entre diferentes condies de cultivo =>

otimizao do processo

Sem obteno de valores intermedirios no h estudo cintico

COMPONENTES DO PROCESSO FERMENTATIVO


Microrganismos XMicrorganismos Produtos do metabolismoNutrientes

XPS

X, P e S => quando representados em funo do tempo, permitem traar as curvas de ajuste


Curva de ajuste de um experimento idealizado de fermentao


Velocidade de Crescimento Microbiano: rx=dX/dt

Velocidades instantneas de transformao

rx=dX/dt

Velocidade de Consumo de Substrato rs= - dS/dt

Velocidade de Formao de Produto rp=dP/dt

Velocidade Especfica de Crescimento Microbiano:x = 1/X.dX/dt


Velocidades especficas de transformao

x = 1/X.dX/dt

Velocidade Especfica de Consumo de Substrato s = 1/X.(-dS/dt)

Velocidade Especfica de Formao de Produto p =1/X.dP/dt


Fator de converso de Substrato em Biomassa YX/S = dX/dS => YX/S = (X-X0)/(S0-S)

Fator de converso de Substrato em ProdutoFator de converso de Substrato em Produto YP/S = dP/dS => (P-P0) /(S-S0)

Fator de converso de Biomassa em Produto Yp/x = dP/dX => (P-P0)/ (X0-X) = (massa produto-g)/( biomassa celular (g))

Produtividade em biomassa:produo mdia (clulas ouproduto) referente ao tempo total ou final da fermentao Px = dX/tf => Px= (Xm X0)/ tf


Produtividade de produto

Pp= dP/tf => Pp = (Pm P0)/tf


NaNO3 Concentration - 5,0 g/L

2

4

6

8

P

r

o

t

e

i

n

(

g

/

L

)

2

4

6

8

R

h

a

m

n

o

l

i

p

i

d

s

(

g

/

L

)

Protein (g/L)RL (g/L)

BNaNO3 Concentration - 4 g/L

2

4

6

8

P

r

o

t

e

i

n

(

g

/

L

)

2

4

6

8

R

h

a

m

n

o

l

i

p

i

d

s

(

g

/

L

)


A

0

2

0 20 40 60 80Time (h)

P

r

o

t

e

i

n

(

g

/

L

)

0

2

R

h

a

m

n

o

l

i

p

i

d

s

NaNO3 Concentration - 6 g/L

0

2

4

6

8

0 20 40 60 80Time (h)

P

r

o

t

e

i

n

(

g

/

L

)

012345

R

h

a

m

n

o

i

p

i

d

s

(

g

/

L

)


C NaNO3 Concentration - 7 g/L

0

2

4

6

8

0 20 40 60 80Time (g/L)

p

r

o

t

e

i

n

(

g

/

L

)

0

2

4

6

8

R

h

a

m

n

o

l

i

p

i

d

s

(

g

/

L

)


D

0

2

0 24 48 72Time (h)

P

r

o

t

e

i

n

(

g

/

L

)

0

2

R

h

a

m

n

o

l

i

p

i

d

s

CLASSIFICAO DOS PROCESSOS FERMENTATIVOS Formao de produto diretamente relacionada ao

crescimento => formao de metablitos primrios (aa, alcool, nucleoideos)



CLASSIFICAO DOS PROCESSOS FERMENTATIVOS Formao de produto parcialmente associado ao

crescimento=> formao de metablitos secundarios(antibioticos, micotoxinas, biosurfactantes)

NUTRIENTE LIMITANTE

A disponibilidade do nutriente tem influncia determinante na taxa especfica de crescimento;

Se o nutriente est presente em concentraes que limitam o


Se o nutriente est presente em concentraes que limitam o crescimento das clulas, denomina-se nutriente limitante do crescimento.

Quando o nutriente limitante a principal fonte de carbono e de energia, denomina-se substrato limitante do crescimento.

A maior parte das fermentaes so dimensionadas de forma a que no final da fermentao temos a fonte de carbono como nutriente limitante.

Podemos ter, contudo, o nitrognio e/ou o oxignio como nutrientes limitantes.


EQUAO DE MONOD Proposta para descrever o efeito do crescimento limitante em funo da tx especifica de crescimento

O crescimento da biomassa dependente da disponibilidade do nutriente.

Quando estamos em condies de limitao do nutriente =>X reduz-se at cessar completamente o crescimento, em condies de exausto do nutriente


Equao Matemtica de Monod

max

max

max (h-1)

max taxa especfica de crescimento mxima Ks constante de saturao ou de Monod S concentrao do substrato limitante

Ks

S (mg/L)


Parmetros de Monod

maxA taxa especfica de crescimento mxima a taxa mxima de A taxa especfica de crescimento mxima a taxa mxima de

crescimento obtida para condies no limitantes.

KS A constante de Monod (Ks) a concentrao do nutriente limitante para a qual a taxa de crescimento metade da taxa de crescimento mxima Representa a afinidade do microorganismo com o nutriente Os valores de max e Ks dependem do microorganismo, do nutriente

limitante,do meio de fermentao e de fatores tais como: temperatura e Ph


Linearizao de Linewever- Burk

= a

= b

y = ax + b

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