Post on 19-Dec-2015
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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
METABOLISMO MICROBIANO
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
METABOLISMO MICROBIANO
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
METABOLISMO MICROBIANO
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)
METABOLISMO MICROBIANO
txicos, esgotamento de nutrientes e O2 (para aerbios)
Fase de declnio: nmero de clulas que morrem maior do que as que surgem.
METABOLISMO MICROBIANO
Metablito primrio:forma-se durante a primeira fase do desenvolvimento do microrganismo
METABOLISMO MICROBIANO
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
CINTICA DE PROCESSOS FERMENTATIVOS
Microrganismos XMicrorganismos Produtos do metabolismoNutrientes
XPS
X, P e S => quando representados em funo do tempo, permitem traar as curvas de ajuste
CINTICA DE PROCESSOS FERMENTATIVOS
Curva de ajuste de um experimento idealizado de fermentao
CINTICA DE PROCESSOS FERMENTATIVOS
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
CINTICA DE PROCESSOS FERMENTATIVOS
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
CINTICA DE PROCESSOS FERMENTATIVOS
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
CINTICA DE PROCESSOS FERMENTATIVOS
Produtividade de produto
Pp= dP/tf => Pp = (Pm P0)/tf
CINTICA DE PROCESSOS FERMENTATIVOS
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
)
Protein (g/L)RL (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
)
Protein (g/L)RL (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
)
Protein (g/L)RL (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)
CINTICA DE PROCESSOS FERMENTATIVOS
CINTICA DE PROCESSOS FERMENTATIVOS
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
CINTICA DE PROCESSOS FERMENTATIVOS
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.
CINTICA DE PROCESSOS FERMENTATIVOS
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
CINTICA DE PROCESSOS FERMENTATIVOS
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)
CINTICA DE PROCESSOS FERMENTATIVOS
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
CINTICA DE PROCESSOS FERMENTATIVOS
Linearizao de Linewever- Burk
= a
= b
y = ax + b