Cinética Microbiana

Crescimento Microbiano Importância de estudar o crescimento microbiano

Quando os microganismos são desejáveis: produção de compostos de interesse tratamento de efluentes melhoria de processos de produção

Quando os microrganismos são indesejáveis: patógenos deteriorantes favorecer a inibição e eliminação

Definido como do n de células da população e pode ser medido em termos do de massa microbiana.

É associado ao crescimento de uma população de células de um dado microrganismo.

Crescimento Microbiano

Influência dos fatores ambientais no crescimento

FATORES FÍSICOS temperatura pH pressão osmótica (concentração de sal)

FATORES QUÍMICOS água fontes de carbono e nitrogênio minerais oxigênio fatores orgânicos

Fatores físicos

1. TEMPERATURA

cada tipo de microrganismo apresenta uma Tótima de crescimento.

em torno desta temperatura observa-se um intervalo dentro do qual o desenvolvimento também ocorre, porém, sem atingir o seu máxima.

ultrapassado o limite superior, rapidamente ocorre desnaturação do material celular e, conseqüentemente, a morte da célula.

As temperaturas inferiores à ótima levam a uma desaceleração das reações metabólicas, c/ da velocidade de multiplicação celular, que em caso extremo, fica impedida.

Fatores físicos

1. TEMPERATURA

A maioria dos m.o. cresce bem nas T ideais para os seres humanos

T de crescimento mínima: < T onde a espécie é capaz de crescer

T de crescimento ótima: onde a espécie apresenta melhor crescimento

T de crescimento máxima: > T, onde ainda é possível o crescimento

Taxa de crescimento x Temperatura

2. pH

- refere-se a acidez ou a alcalinidade de uma solução- maioria dos m.o. cresce melhor perto da neutralidade (pH 6,5 – 7,5)- poucas bactérias são capazes de crescer em pH ácido (como pH 4,0)

Bactérias: faixa entre pH 7,0

Exceções:

- Bactérias acidófilas: alto grau de tolerância à acidez (Thiobacillus de 0,5 a 6,0 com ótimo entre 2 e 3,5)- Bactérias alcalifílicas: (Bacillus e Archaea) (pH 10 – 11).

Fungos - tendem a ser mais acidófilos que as bactérias (pH <5)

Fatores físicos

2. pH

Classificação:

microrganismo acidófilos exibem crescimento ótimo a pH 1.0 - 5.5 microrganismo neutrófilos exibem crescimento ótimo a pH 5.5- 8.0 microrganismo alcalófilos exibem crescimento ótimo a pH 8.5 - 11.5

Os microrganismo podem alterar o pH do seu habitat pela produção de produtos de degradação ácidos ou básicos.

Ex. microrganismo fermentativos que formam ácidos orgânicos por fermentação de carboidratos

Fatores físicos

3. OXIGÊNIO

- extremamente importante no desenvolvimento microbiano

- organismos classificados em:

Fatores químicos

1. AERÓBIOS- Estritos (obrigados): necessitam de O2

- Facultativos: não necessitam de O2 mas crescem melhor com O2

- Microaerófilo: necessitam de O2 mas em níveis menores

2. ANAERÓBIOS- Aerotolerantes: não necessitam de O2 mas crescem melhor sem O2

- Estritos (obrigados): não toleram O2 (letal)

Efeito do O2 sobre o crescimento de vários tipos de bactérias

Curva de crescimentoCrescimento microbiano

é acompanhado c/ base em uma curva

Padrão de aumento populacional

(em que o n de células é duplicado a cada período de tempo)

crescimento exponencial

Curva de crescimento

Fase lag

Fase log

Interesse prático manter uma população microbiana em fase de crescimento logarítmico

Ex. 2: nos processos industriaisCrescimento em culturas contínuas é uma técnica muito usada pois gerará o volume máximo de produtos desejados.

CRESCIMENTO EM CULTURAS CONTÍNUAS

PROCESSOS INDUSTRIAIS

PRODUTOS MICROBIOLÓGICOS

Fase log

Para assegurar novos crescimentos contínuos

Volume da cultura e a

[celular] são mantidos ctes pela adição de meio estéril

fresco na mesma proporção em que é removido o meio utilizado contendo células

Fase estacionária

Crescimento microbiano

Fermentação láctica

Leite fermentado: produto resultante da fermentação do leite pasteurizado ou esterilizado, por fermentos láticos próprios. Ex: iogurte, leite acidófilo e coalhada.

• Iogurte: produto resultante da ação de Lactobacillus bulgaricus e de Streptococcus lacticus.

Classificação do iogurte:

• Quanto aos ingredientes:

Natural: elaborado apenas com leite e micorganismos.

Flavorizado: adição de essências, corantes e açúcar.

Com frutas: adição de polpa ou frutas em pedaços.

• Quanto à viscosidade:

Baixa viscosidade: escorre facilmente do copo.

Alta viscosidade: escoa com dificuldade do copo.

Geleificado: não escorre do copo.

• Quanto ao processo de fabricação:Tradicional: fermentado dentro das embalagens.

Batido: fermentado em dornas e depois embalado

Fermentação láctica: bactérias agem sobre a lactose, transformando-a em glicose e galactose, e, posteriormente reduzindo a glicose (~90%) para ácido lático.

+ +

Condição anaeróbica

.

Adição de ingredientes: 15% de extrato seco desengordurado. Concentração do leite ou por adição de leito desnatado em pó. Iogurte batido adiciona-se 8% ou 12% de açúcar para melhorar o sabor e a consistência.

Pré-aquecimento: Aquecimento entre 50 e 60°C para facilitar a homogenização.

Pasteurização: destruição dos microrganismos patogênicos. Possibilita a redução do teor de oxigênio e a precipitação da lactoalbumina e lactoglobulina, aumentando consistência e hidratação do coágulo.

Resfriamento: A finalidade desta operação é abaixar, rapidamente, a temperatura do leite até um valor conveniente para a inoculação do fermento. A temperatura após o resfriamento depende da temperatura de fermentação que, na indústria, é geralmente, de 42ºC a 43ºC.

Inóculo:  o inoculo é constituído por dois microorganismos: Streptococcus termophilus e Lactobacillus bulgaricus numa proporção numérica eqüitativa, contendo de 2x106 células/ml a 4x106 células/ml.

Fermentação:

Streptococcus termophilus: temperatura 37° a 38°C, pH 6,2 a 6,5.

Lactobacillus bulgaricus: temperatura 44° a 45°C, pH 5,5.

Iogurte natural: o leite inoculado é colocado nas embalagens individuais e incubados a 42°C por 2h a 3 h.

Iogurte batido: fermentação na dorna. Após a fermentação o coagulo é rompido por agitação e bombeado por bomba apropriada através de um filtro, para se eliminarem os grumos, passando por um trocador de placas onde é resfriado entre 3°C e 5°C. Adição de polpa de frutas.

S. thermophilus: libera ácido fórmico.

L. bulgaricus: produção de acetaldeído, principal responsável pelo aroma característico do iogurte.

As bacterias crescem simbioticamente, produzindo ácido láctico e compostos aromáticos. Com o aumento da acidez, o pH se aproxima de 4,6 que é o ponto isoelétrico da proteína do leite, ocorrendo a formação de coágulo.

Produção de antibióticos

• Os são produtos do metabolismo secundário de microrganismos.

• Inibem o crescimento de outros microrganismos.

Ex: Alexander Fleming 1929 Penicillium

Início da era dos antibióticos.

INTRODUÇÃO

Estafilococos

• 1961 513 antibióticos conhecidos

• 1972 4.076

•1985 7.650

• 1985 8.000

• Apesar do grande número de antibióticos conhecidos de origem microbiana apenas 123 são produzidos atualmente por fermentação.

Grupos microbianos que produzem antibióticos

Grupo taxonômico Número de antibióticos

Bactérias diferentes de actinomicetos

950

Actinomicetos 4.600

Fungos 1.600

APLICAÇÕES

• Agentes terapêuticos terapêuticos nas infecções causadas por microrganismos sensíveis.

• Antibióticos antitumorais.

• Antibióticos contra doenças de plantas.

• Antibióticos usados como estimuladores do crescimento animal e na medicina veterinária.

Objetivos das Investigações sobre antibióticos

• Melhorar a atividade e diminuir a toxicidade, menor efeito colateral, faixa antimicrobiana mais ampla, maior seletividade contra certos patógenos e melhores propriedades farmacológicas,

• Desde o início da quimioterapia o número de cepas resistentes tem aumentado. A resistência pode ser múltipla ou cruzada, isto é, desenvolver-se resistência a um antibiótico e simultaneamente a outros que tenham o mesmo modo de ação ou mecanismo.

• Uso indiscriminado de antibióticos.

• Melhora de antibióticos por modificação dos compostos conhecidos utilizando meios químicos ou genéticos (mutagênese e tecnologia do DNA recombinante).

• Screening: uso de antibióticos com estruturas básicas inteiramente novas.

Produção de penicilina• Produção da penicilina G e penicilina V é realizada a partir de fermentação submersa em fermentadores de 40.000-200.000 litros.

• Processo aeróbico

• Temperatura: 25-27°C.

• Fermentação descontínua alimentada ou batelada alimentada.

•Meio: água de milho ou outras fontes de nitrogênio, farinha de soja, extrato de levedura, fonte de carbono (lactose).

Penicilina