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Conteúdo Programático Unidade I• Processos Fermentativos (alimentos e bebidas). 1. Introdução; Biotecnologia clássica e atual. Importância dos processos fermentativos; Conceitos Gerais (Fermentação x Respiração (oxidação); Micro-organismos industriais; Tipos de Micro-organismos; Metabolismo e nutrição microbiana; Crescimento microbiano. Fermentadores e Principais Tipos de Produção; Técnicas de Separação e Recuperação de produtos (Downstream); Legislação dos Processos Fermentativos. Produção de Aditivo Alimentar através de processo biotecnológico (batelada simples). Alimentos Funcionais.
Objetivos• Objetivos específicos: Conhecer a importância do papel biotecnológico dos Micro-organismos como produtores e interferentes nas transformações químicas dos alimentos. Conhecer os principais equipamentos utilizados nos processos biotecnológicos e sua aplicabilidade desde a produção até a recuperação do produto final. Ter noções das etapas metabólicas e transformações químicas ocorridas nos processos fermentativos. Conhecer os tipos de cinéticas do crescimento da célula, consumo de substrato, formação de produto em diferentes modelos de fermentadores Preparar o aluno para executar, conduzir e interferir desde o projeto até o produto final desejado.
Definição• Conceito mais abrangente: toda as
técnicas que incluem o “desenvolvimento e a aplicação de organismos biológicos na
produção de bens e serviços” (Salles Filho et al., 1985)
• Biotecnologia: “um conjunto de técnicas de natureza variada que envolve uma base
científica comum, de origem biológica, e que requer crescentemente o aporte de
conhecimento científico e tecnológico, oriundos de outros campos do conhecimento”
(Silveira&Salles Filho,1990)
Características da Biotecnologia• Multidisciplinaridade: biologia, química, informática, genética, botânica, farmacologia e etc...
• Dispersão: aplicação em diversos setores• Diferentes níveis de sofisticação tecnológica : Biotecnologia Clássica ou Tradicional e Biotecnologia Moderna
Biotecnologia Tradicional
Técnicas Aplicações
Processos Fermentativo eEnzimático
Diversas Apl icações Industriais:antibióticos, ácidos, álcoois,
vi taminas, aminoácidos,al imentos e bebidas.
Fixação Biológica de Ni t rogênio Soja, Fei jão
Cultura de Tecidos Produção de mudas
Extração BiológicaProdução de vacinas, soros e
biofármacos (insul inas bovina esuína)
Biotecnologia Moderna
Ténicas Aplicações
DNARecombinante
Industria Farmaceutica: Produção devacinas, biofármacos (insul ina, hormônio
do crescimento)Agricultura: Produção de sementes GMs
AnticorpoMonoclonal Saúde humana e animal: reagentes
Genômica
Saúde: Farmacogenômica, TerapiaGênica
Agricultura: combate a pragas (Estudosde genoma de fi topatógenos)
Pecuária: produtividade, doenças.
Segmentos de Mercado1. Saúde Humana:
Diagnósticos, fármacos, fitofármacos, vacinas, soros, biodiversidade2. Saúde Humana, Animal e Vegetal:
Identificação genética, Análise de transgênicos3. Saúde Animal:
Veterinária, reprodução animal, pet, vacinas, probióticos, aquacultura4. Agronegócio:
Melhoramento de plantas, transgenicos, produtos florestais, plantas ornamentaise medicinais, bioinseticidas, biofertilizantes, inoculantes , flores
5. Meio Ambiente: Biorremediação, tratamento de resíduos, análises6. Instrumentais complementares a Biotech:
Software, internet, bioinformática, e-commerce, P&D7. Industriais:
Química fina, enzimas8. Em sinergia:
Biomaterais, biomedicina, consultoria em biotech9. Fornecedores:
Equipamentos, insumos, suprimentosFonte: Biominas, 2001.
As maiores empresas de biotecnologia do mundo - 2000
• 9 das 10 maiores empresas de biotecnologia do mundo são fabricantes de medicamentos
Empresa Lucros em 2000 (U$milhões)
Observações
1. Amgen (EUA) $ 3.629
2. Genentech (EUA) $ 1.736 Subsidiária da RocheHoldings
3. Quitiles Transnational(EUA) $ 1.659
4. Erlan (Irlanda) 1.521Adquiriu a Quadrand,Liposome & DuraPharmaceuticals
5. Alza (EUA) $ 988Adquirida pela Johnson &Johnson por US$ 10.500milhões.
6. Chiron (EUA) $ 972
A Novartis é proprietária de50% da empresa. A Chironadquiriu a Pathogenesis em2000.
7. Biogen $ 926
8. Immunex $ 862A Americam Home Productsé proprietária de 41% daempresa.
9. Genzyme $ 75210. MedImmune $ 540Fonte: ETC Group, 2001.
Principais empresas de sementes - 2000
Empresas Nacionalidade Vendas Anuais (US$milhões)
Dupont(Pioneer) Eua 1938
Pharmacia (Monsanto) Eua 1600
Syngenta Suíça 958
Group Limagrain França 622
Grupo Pulsar (Seminis) México 474
Advanta (AstraZeneca/Cosun) ReinoÚnido/Holanda 373
Dow AgroSciences (+ Cargil Hybrid Seeds) Eua 350(estimado)
KWS AG Alemanha 332
Delta & Pine Land Eua 301
Aventis França 267Fonte: ETC Goup, 2001.
Empresas de Biotecnologia no Brasil
• Distribuição das empresas por estados
304 empresas, segundo estudo da Fundação Biominas. 81% na Região Centro-Sul
As Instituições-Chave de Biotecnologia no Brasil
• Área da Saúde: Inst. Butantã, Fund. Osvaldo Cruz, Instituto de Tecnologia do Paraná, Instituto Ludwig, Unicamp, USP.
• Agricultura: Embrapa, IAC, Esalq, UFV.
Empresas de Biotecnologia Tradicional - Industria Química
• Mercocítrico : Empresa multinacional, produz ácido cítrico (processo fermentativo), não desenvolve atividades de inovação no Brasil.
• Cógnis:Multinacional do setor Química Fina, produz insumos para industria farmacêutica e de cosméticos. Desenvolve pesquisas em parcerias com universidades.
• Croda: Multinacional do Setor Química Fina. Produz óleos para a industria farmacêutica e de cosméticos. Criou a Crodamazon, empresa de bioprospecção situada na Amazônia.
Empresas em Biotecnologia Moderna
•RD Biotec: Empresa criada em maio de 2002 e instalada na Escola de Medicina da USP de Ribeirão Preto
• Objetivo: produzir em escala industrial uma vacina de DNA contra tuberculose e câncer , resultado de 10 anos de pesquisas na mesma universidade.
• Inovação: Tecnologia do DNA recombinante, associada com nanotecnologia nova formulação de vacina, que poderá ser aplicada em dose única e não mais em três, como a versão anterior.
• Fase atual: fase de experimentação em seres humanos• Única proposta de vacina gênica contra tuberculose
selecionada pela OMS
Empresas de Biotecnologia Moderna
• Alellyx: empresa de pesquisa e desenvolvimento de produtos de biotecnologia, que conta com o apoio da Votorantim Ventures
• objetivo: geração e comercialização de patentes na área de genômica aplicada.
• A empresa pretende investigar problemas que afetam as culturas de laranja, uva, cana-de-açucar, eucalipto e soja.
Conceito de Fermentação
“ Um processo em que transformações químicas são realizadas em um substrato
orgânico pela ação de enzimas produzidas por micro-
organismos”.
¹ Conceito discutido por Prescott e Dunn, e Doelle em suas obras.
Processo Fermentativo
Bioquimicamente esse processo metabólico se da com a parcial
oxidação de carboidratos e compostos relacionados para a
produção de compostos orgânicos mais reduzidos. Como
ocorre somente parte do processo de oxidação há um menor gasto de energia na
atividade.
Quadro de Comparação da Fermentação Alcoólica com a Lática Fonte: http://www.netxplica.com/Verifica/figuras/fermentacao.alcoolica.png
Mitocôndria
• O NAD+ e FAD+ recolhem elétrons libertados no catabolismo;
• Catabolismo é oxidativo – substratos perdem H+;• Anabolismo é redutivo - o NADPH e FADH fornecem
elétrons para os processos anabólicos.
Reações de oxi-redução no Metabolismo
Fermentação
Tanque de fermentação alcoólica de vinho
Fonte: http://4.bp.blogspot.com/_MGiZcWxFpoc/SJ3xU2RBd5I/AAAAAAAAHjg/Xbd4C15AsWk/s400/Potenciar_T_361.jpg
Tanques de fermentação lática chineses para a produção de Iorgute.
Fonte: http://stainlesssteeltanks.en.china.cn/selling-leads/detail,1071423200,Fermentation-Tanks.html
As Bactérias Acidoláticas
As bactérias acidoláticas são utilizadas nos
processos industriais de fermentação e
conservação de produtos agro-alimentares. A
fermentação láctica é uma das formas mais
antigas de conservação de produtos oriundos da
agricultura ou da indústria agro-alimentar.
Lactobacillus acidophilusFonte: http://www.icb.ufmg.br/biq/prodap/2001/baclact/probiotics6.jpg
As Bactérias Acidoláticas
Atualmente este grupo é composto pelos 12 gêneros de bactérias Gram-positivas:
Carnobacterium OenococcusEnterococcus PediococcusLactococcus StreptococcusLactobacillus TetragenococcusLactosphaera VagococcusLeuconostoc Weissella
Carnobacterium
Fonte: http://www.microbiologyatlas.kvl.dk/biologi/images/kolonier/carnobacterium.jpg
As Bactérias AcidoláticasAs necessidades de crescimento dessas bactérias incluem a presença de aminoácidos, vitaminas B e
bases púricas e pirimídicas. Embora elas sejam mesofílicas, algumas deles podem crescer em
temperaturas abaixo de 5°C e acima de 45°C. Com relação ao pH, a maioria cresce em uma faixa de 4,0 a 4,5, mas algumas podem crescer abaixo de
3,2 e outras acima de 9,6.
A fermentação e as bactérias láticasA principal função das bactérias na fermentação dos alimentos
é a acidificação destes produtos em um pH próximo
de quatro, que impede o desenvolvimento de bactérias indesejáveis pela produção de
ácidos orgânicos, majoritariamente ácidos
láticos, permitindo um maior tempo de fermentação dos
produtos. Lactococcus lactis
Fonte: http://www.microbiologyatlas.kvl.dk/biologi/images/kolonier/lactolactis.jpg
A fermentação e as bactérias láticas
Outro papel é desenvolver as propriedades
organolépticas dos alimentos fermentados. Por
meio da produção de um grande número de enzimas
glicolíticas, lipolíticas e proteolíticas, as bactérias transformam os nutrientes fundamentais dos produtos
agrícolas em compostos com propriedades
organolépticas complexas. Streptococcus
Fonte: http://lib.jiangnan.edu.cn/ASM/085-1.jpg
Produtos fermentados
Relacionando produtos resultantes da fermentação, podemos colocar em primeiro
lugar com produtos lácteos (iogurte, queijos, manteiga, creme), mas também
com carnes, frios, chá, sidra, e vinho (fermentação maloláctica).
Lactoderivados
Os laticínios, também denominados produtos lácteos,
são o grupo de alimentos que inclui o leite, assim como os seus
derivados processados (geralmente fermentados).
Fermentação Malolática
O processo para a produção do vinho envolve a fermentação alcoólica para a quebra dos açucares feita por certos tipos de leveduras. Terminada (ou
não) a fermentação alcoólica, os vinhos são passados a limpo para as cubas de armazenamento
onde ocorre fermentação malolática. Esta segunda fermentação consiste na transformação
do ácido málico em ácido lático por ação de bactérias lácticas adicionadas ao vinho, limitando a acidez fixa correspondente à metade da acidez do ácido málico. Em suma, uma parte da acidez do
vinho transforma-se em ácido carbônico volátil, o qual se desprende e desaparece.
Fermentação MaloláticaA fermentação maloláctica provoca um ligeiro aumento de acidez volátil da ordem 0.1 a 0.2 gramas. Isso é
consequência do ataque dos resíduos de açúcar e do ácido cítrico pelas
bactérias láticas, especialmente os "cocos", que se realiza ao mesmo
tempo do ataque do ácido málico ou que o segue de perto. Por causa
desta instabilidade, não e aconselhável empregar o ácido
cítrico em vinificação.
Tanque de fermentação malolática
Fonte: http://www.az3oeno.com/noticias/fot
os/28_malopost.jpg