Processo Fermentação -com ou sem a Semicontínuo...

PROCESSOS DE FERMENTAÇÃO

Os processos de fermentação utilizados hoje em dia são combinações de tecnologias que melhoram o rendimento do processo. Descontínuo -com um inóculo simples por tanque -com ou sem a Descontínuo recirculação do

{

{ Descontínuo recirculação do alimentado microrganismo Processo de Fermentação -com ou sem a Semicontínuo recirculação do microrganismo - em um tanque ou Contínuo tanques em série com ou sem recirculação de m.o.

{

{

{

PROCESSO PROCESSO DESCONTÍNUODESCONTÍNUODESCONTÍNUODESCONTÍNUO

PROCESSO DESCONTÍNUO

1.1- Descontínuo Simples inóculo mosto Na maioria das vezes este processo não é utilizado industrialmente.

FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA�� PREPARAÇÃO DO INÓCULOPREPARAÇÃO DO INÓCULO

�� Inóculo, péInóculo, pé--dede--cuba ou pécuba ou pé--dede--fermentação é fermentação é o quantidade adequada de microrganismo o quantidade adequada de microrganismo para garantir em condições econômicas a para garantir em condições econômicas a fermentação do volume do mosto;fermentação do volume do mosto;

�� Cepas: manutenção do microrganismos Cepas: manutenção do microrganismos �� Cepas: manutenção do microrganismos Cepas: manutenção do microrganismos selecionado em condições que possibilitem selecionado em condições que possibilitem manter sua viabilidade e capacidade manter sua viabilidade e capacidade reprodutiva;reprodutiva;

�� Condições de manutenção: secagem, em Condições de manutenção: secagem, em agar inclinado, congelados; liofilizados;agar inclinado, congelados; liofilizados;

�� Recuperação do microrganismo: depende Recuperação do microrganismo: depende da técnica utilizada para sua preservaçãoda técnica utilizada para sua preservação

PROCESSOS DE FERMENTAÇÃOPREPARAÇÃO DO INÓCULOPREPARAÇÃO DO INÓCULO

FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA

�� MOSTOMOSTO�� O microrganismo necessita de condições O microrganismo necessita de condições

ótimas de crescimento (pH, temperatura, Oótimas de crescimento (pH, temperatura, O 2 2 dissolvido, etc)dissolvido, etc)

�� O meio de cultura, mosto ou meio de O meio de cultura, mosto ou meio de fermentação tem influência marcante no fermentação tem influência marcante no fermentação tem influência marcante no fermentação tem influência marcante no processo;processo;

�� Deve possuir nutrientes requeridos para o Deve possuir nutrientes requeridos para o crescimento celularcrescimento celular


�� MOSTOMOSTO�� Elementos principais: (C, H, O, N);Elementos principais: (C, H, O, N);�� Elementos secundários: (P, K, S, Mg);Elementos secundários: (P, K, S, Mg);�� Vitaminas e hormônios;Vitaminas e hormônios;�� Traços de elmentos (Ca, Mn, Fe, Co, Traços de elmentos (Ca, Mn, Fe, Co, �� Traços de elmentos (Ca, Mn, Fe, Co, Traços de elmentos (Ca, Mn, Fe, Co,

Cu, Zn)Cu, Zn)�� Na formulação de um meio de cultivo, Na formulação de um meio de cultivo,

devedeve--se levar em conta as se levar em conta as necessidades desses nutrientes para a necessidades desses nutrientes para a formação dos produtos.formação dos produtos.


�� COMPOSIÇÃO ELEMENTAR TÍPICA DE UM COMPOSIÇÃO ELEMENTAR TÍPICA DE UM MICRORGANISMOMICRORGANISMO

ElementoElemento Porcentual no MOPorcentual no MOCarbonoCarbono 5050CarbonoCarbonoNitrogênioNitrogênioFósforoFósforoEnxofreEnxofreMagnésioMagnésio

505077--1212

11--330.50.5--1,01,0

0,50,5

FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUAMOSTOMOSTO

�� Um meio de cultura deve no mínimo Um meio de cultura deve no mínimo conter os elementos da célula na conter os elementos da célula na proporção correta;proporção correta;

�� Exceto para carbono, oxigênio e Exceto para carbono, oxigênio e hidrogênio, a formulação dos hidrogênio, a formulação dos hidrogênio, a formulação dos hidrogênio, a formulação dos nutrientes é baseada na Tabela nutrientes é baseada na Tabela anterior;anterior;

�� Os microrganismos coordenam Os microrganismos coordenam eficiente o seu catabolismo e eficiente o seu catabolismo e anabolismo;anabolismo;

�� O substrato limitante são as fontes de O substrato limitante são as fontes de energia para este metabolismoenergia para este metabolismo


TIPOS DE MOSTOTIPOS DE MOSTO�� Meios naturais: (sucos de uvas, leite, Meios naturais: (sucos de uvas, leite,

caldo de cana, milhocina, etc);caldo de cana, milhocina, etc);�� Meios sintéticos: (meios quimicamente Meios sintéticos: (meios quimicamente

definidos);definidos);definidos);definidos);�� Alguns substratos (açúcares, melaços, Alguns substratos (açúcares, melaços,

soro de leite, celulose, amido, soro de leite, celulose, amido, resíduos, como água de maceração de resíduos, como água de maceração de milho, metanol, etanol, óleos e milho, metanol, etanol, óleos e gorduras, etc.gorduras, etc.

�� O descontínuo será sempre a base para as O descontínuo será sempre a base para as comparações de eficiências atingidas nessas comparações de eficiências atingidas nessas elaborações, mas a sua baixa eficiência estimula o elaborações, mas a sua baixa eficiência estimula o surgimento das formas alternativas.surgimento das formas alternativas.

�� O principal problema desta forma de operar O principal problema desta forma de operar bioprocessos é decorrente de fenômenos de bioprocessos é decorrente de fenômenos de


bioprocessos é decorrente de fenômenos de bioprocessos é decorrente de fenômenos de inibição pelo substrato, produto, ou outros inibição pelo substrato, produto, ou outros metabólitos;metabólitos;

�� ConcentraçõesConcentrações elevadas deelevadas de substrato substrato inibem oinibem o agente biológico;agente biológico;

�� Este efeito está relacionado, em células vivas, a Este efeito está relacionado, em células vivas, a fenômenos osmóticos que resultam em fenômenos osmóticos que resultam em plasmólise celular;plasmólise celular;

��

��


�� As possíveis razões para o fenômeno são a As possíveis razões para o fenômeno são a repressão na síntese de enzimas e a repressão na síntese de enzimas e a desidratação dos sistemas enzimáticos, devida à desidratação dos sistemas enzimáticos, devida à perda de água da célula ou à inibição do perda de água da célula ou à inibição do transporte de nutrientes para o seu interior;transporte de nutrientes para o seu interior;transporte de nutrientes para o seu interior;transporte de nutrientes para o seu interior;

�� É fato bem conhecido que a célula viva polui É fato bem conhecido que a célula viva polui seu ambiente com produtos do seu seu ambiente com produtos do seu metabolismo até fazer cessar o crescimento e, metabolismo até fazer cessar o crescimento e, eventualmente, perder sua viabilidade, fenômeno eventualmente, perder sua viabilidade, fenômeno conhecido como inibição pelo produto. conhecido como inibição pelo produto.

��


CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS DESCONTÍNUOSDESCONTÍNUOS

�� 1. Cada dorna recebe um inóculo;1. Cada dorna recebe um inóculo;�� 2. Processo com recirculação do 2. Processo com recirculação do �� 2. Processo com recirculação do 2. Processo com recirculação do

microrganismo;microrganismo;�� 3. Processo de cortes3. Processo de cortes

�� 1. DESCONTÍNUO SIMPLES1. DESCONTÍNUO SIMPLES

PROCESSO DESCONTÍNUOFERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA

EM QUE CADA DORNA RECEBE UM INÓCULOEM QUE CADA DORNA RECEBE UM INÓCULO

�� Cada dorna recebe um microrganismo Cada dorna recebe um microrganismo propagada a partir de uma cultura propagada a partir de uma cultura pura;pura;pura;pura;

�� Pouco riscos de contaminação;Pouco riscos de contaminação;�� Fermentações com meios ricos e Fermentações com meios ricos e

passíveis de contaminação este tipo é passíveis de contaminação este tipo é indicado;indicado;

�� 1. DESCONTÍNUO SIMPLES1. DESCONTÍNUO SIMPLES�� Também conhecida como fermentação em Também conhecida como fermentação em

batelada ou por carga é utilizada desde batelada ou por carga é utilizada desde antiguidade, e ainda hoje são as mais empregadas antiguidade, e ainda hoje são as mais empregadas para obtenção de vários produtos;para obtenção de vários produtos;

�� consiste na preparação do substrato adequado consiste na preparação do substrato adequado


�� consiste na preparação do substrato adequado consiste na preparação do substrato adequado ao desenvolvimento do microrganismo; ao desenvolvimento do microrganismo;

�� colocar esse substrato em um biorreator ; colocar esse substrato em um biorreator ; �� adicionar o microrganismo responsável pelo adicionar o microrganismo responsável pelo

bioprocesso e aguardar que o processo ocorra;bioprocesso e aguardar que o processo ocorra;�� Após o tempo necessário de processo, retiraApós o tempo necessário de processo, retira--se o se o

caldo do biorreator e executacaldo do biorreator e executa--se as operações se as operações unitárias necessárias para a recuperação e unitárias necessárias para a recuperação e purificação do produto.purificação do produto.

�� 1. DESCONTÍNUO SIMPLES1. DESCONTÍNUO SIMPLES��

No nível de aplicações práticas, para um No nível de aplicações práticas, para um bioprocesso razoavelmente evoluído, dificilmente bioprocesso razoavelmente evoluído, dificilmente será conduzido como um reator descontínuo será conduzido como um reator descontínuo simples, havendo freqüentemente alguma simples, havendo freqüentemente alguma


simples, havendo freqüentemente alguma simples, havendo freqüentemente alguma elaboraçãoelaboração adicional;adicional;


��1. DESCONTÍNUO SIMPLES1. DESCONTÍNUO SIMPLES


�� Terminada a fermentação, descarregaTerminada a fermentação, descarrega--se a se a dorna, e o meio fermentado enviado para a dorna, e o meio fermentado enviado para a recuperação do produto, e novamente a recuperação do produto, e novamente a dorna é utilizada para outra fermentação;dorna é utilizada para outra fermentação;


dorna é utilizada para outra fermentação;dorna é utilizada para outra fermentação;�� Se não houver adição de soluções para Se não houver adição de soluções para

controle do processo e nem perda de controle do processo e nem perda de líquido por evaporação, o volume no líquido por evaporação, o volume no decorrer da fermentação, permanece decorrer da fermentação, permanece constante.constante.

PROCESSO DESCONTÍNUO��1. DESCONTÍNUO SIMPLES1. DESCONTÍNUO SIMPLES


�� A fermentação descontínua pode levar a A fermentação descontínua pode levar a baixos rendimentos e produtividade, baixos rendimentos e produtividade, quando o substrato é adicionado de uma só quando o substrato é adicionado de uma só vez, podendo exercer inibição;vez, podendo exercer inibição;


vez, podendo exercer inibição;vez, podendo exercer inibição;�� Apresenta “tempos mortos” tempos em que Apresenta “tempos mortos” tempos em que

a fermentação não esta ocorrendo, como a fermentação não esta ocorrendo, como tempo de carga e de descarga, lavagens e tempo de carga e de descarga, lavagens e esterilização dos equipamentos.esterilização dos equipamentos.


�� Grande flexibilidade de operação;Grande flexibilidade de operação;�� Possibilidade de realizar fases sucessivas Possibilidade de realizar fases sucessivas

no mesmo recipiente;no mesmo recipiente;�� Condições de controle mais simples;Condições de controle mais simples;�� Capacidade de identificar todos os materiais Capacidade de identificar todos os materiais


�� Capacidade de identificar todos os materiais Capacidade de identificar todos os materiais relacionados ao processo;relacionados ao processo;

�� Apresenta menores riscos de contaminação Apresenta menores riscos de contaminação se comparada a fermentação contínua;se comparada a fermentação contínua;

�� É o processo mais utilizado na indústria de É o processo mais utilizado na indústria de alimentos (iogurte, aguardentes, cerveja, alimentos (iogurte, aguardentes, cerveja, vinho, etc.vinho, etc.

�� DESCONTÍNUO COM RECIRCULAÇÃO DE DESCONTÍNUO COM RECIRCULAÇÃO DE CÉLULACÉLULA

�

� É utilizado como inóculo as células da fermentação anterior.


anterior.� (para isso pode-se utilizar parte do meio de

fermentação ainda homogêneo, esperar que o microrganismo sedimente no fermentador ou ainda centrifugar o meio fermentado).

� Há uma tendência em aumentar o número de contaminação a cada fermentação.

� Técnica comum em destilaria de álcool.

�� DESCONTÍNUO COM RECIRCULAÇÃO DE CÉLULADESCONTÍNUO COM RECIRCULAÇÃO DE CÉLULA�� Uma alternativa ao processo descontínuo simples é a Uma alternativa ao processo descontínuo simples é a

recirculação de células, ou seja, ao se encerrar a batelada recirculação de células, ou seja, ao se encerrar a batelada efetuaefetua-- se a separação das células por centrifugação ou se a separação das células por centrifugação ou mesmo sedimentação no interior do próprio biorreato r, mesmo sedimentação no interior do próprio biorreato r,


mesmo sedimentação no interior do próprio biorreato r, mesmo sedimentação no interior do próprio biorreato r, enviando apenas o líquido fermentado para a recuper ação enviando apenas o líquido fermentado para a recuper ação do produto;do produto;

�� Com isso busca evitar o preparo de um novo inoculo para Com isso busca evitar o preparo de um novo inoculo para cada batelada, reduzindo custos e redução de tempo p ara cada batelada, reduzindo custos e redução de tempo p ara a obtenção de altas concentrações de célula no reat or;a obtenção de altas concentrações de célula no reat or;

�� Esse processo é também conhecido como batelada Esse processo é também conhecido como batelada repetida. repetida.


�� DESCONTÍNUO COM RECIRCULAÇÃO DE CÉLULADESCONTÍNUO COM RECIRCULAÇÃO DE CÉLULA


�� Reaproveitamento do inóculo da cultura Reaproveitamento do inóculo da cultura anterior;anterior;

�� EsperaEspera--se que o microrganismo flocule se que o microrganismo flocule (cerveja), ou centrifuga(cerveja), ou centrifuga--se o meio se o meio fermentado (álcool);fermentado (álcool);

�� DESCONTÍNUO COM RECIRCULAÇÃO DE CÉLULADESCONTÍNUO COM RECIRCULAÇÃO DE CÉLULA

fermentado (álcool);fermentado (álcool);�� AumentaAumenta--se o risco de contaminação em se o risco de contaminação em

cada nova batelada;cada nova batelada;�� Necessidade de tratamento da suspensão Necessidade de tratamento da suspensão

de células, com água e ácido sulfúrico, de células, com água e ácido sulfúrico, eliminando contaminantes e leveduras em eliminando contaminantes e leveduras em degeneração.degeneração.

FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUARECIRCULAÇÃO DE CÉLULAS NO FINAL DA FERMENTAÇÃO

•Decantação:

• no final da fermentação, as leveduras

vão para o fundo do fermentador;

• Retira-se o vinho para a destilação

por um tubo lateral ;por um tubo lateral ;

• Recupera-se as leveduras do

fundo do tanque e reinicia nova

fermentação

• Em intervalos regulares, realiza-se

o tratamento das leveduras com

ácidos e e adição de farinhas.

•Melle-Boinot

• No final da fermentação as

células de leveduras são

separadas do vinho por

centrifugação ;


centrifugação ;

• As leveduras são tratadas

com H 2SO4 (pH 2.5-3.0) por 3 h

em tanques menores

conhecidos como cubas de

tratamento onde recebem

também nutrientes e oxigêno.

• Melle-Boinot-Almeida :

•No final da fermentação, o vinho sobrenadante é

retirado da dorna por um tubo lateral, e enviado para

centrífugação;

• As células obtidas da centrifugação tem tratamentos


• As células obtidas da centrifugação tem tratamentos

conforme descrito anteriormente;

•As leveduras então ativadas iniciam uma nova etapa de

produção de álcool.

+

FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA3. PROCESSO DE CORTES3. PROCESSO DE CORTES

�� IniciaInicia--se o processo normalmente em uma se o processo normalmente em uma Dorna A;Dorna A;

�� Quando a fermentação atingir a fase adequada, Quando a fermentação atingir a fase adequada, passe a metade do volume da Dorna A, para passe a metade do volume da Dorna A, para uma Dorna B, até então vazia;uma Dorna B, até então vazia;uma Dorna B, até então vazia;uma Dorna B, até então vazia;

�� Em seguida completaEm seguida completa--se o volume das duas se o volume das duas dornas;dornas;

�� Os cortes podem ser feitos na fase de Os cortes podem ser feitos na fase de crescimento mais ativa, ou no final da crescimento mais ativa, ou no final da fermentação;fermentação;

�� Estes cortes podem ser feitos sucessivamente, Estes cortes podem ser feitos sucessivamente, mas podem sofrer sérias quedas no mas podem sofrer sérias quedas no rendimento do processo. rendimento do processo.

FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUAProcesso de Cortes

Inóculo

+

Corte (50 %)

+Atenuação (50 %)

Mosto Dorna A Dorna B

Atenuación (100 %) Atenuación (50 %)

mosto mosto

cortedestilação

�� A sucessão de cortes, pode proporcionar serias A sucessão de cortes, pode proporcionar serias quedas no rendimento do processo, quando o meio quedas no rendimento do processo, quando o meio não é esterilizado;não é esterilizado;

�� O número de cortes não pode ser previsto, depende O número de cortes não pode ser previsto, depende


�� O número de cortes não pode ser previsto, depende O número de cortes não pode ser previsto, depende da situação em que se encontra o processo;da situação em que se encontra o processo;

�� As particularidades e experiência adquirida no dia a As particularidades e experiência adquirida no dia a dia, é que vai propor modificações no processo dia, é que vai propor modificações no processo visando aumentar o rendimento e produtividade.visando aumentar o rendimento e produtividade.

FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUANÚMERO DE DORNASNÚMERO DE DORNAS

�� Considere, uma instalação funcionando Considere, uma instalação funcionando por processo descontínuo, onde o líquido por processo descontínuo, onde o líquido fermentado deva abastecer de maneira fermentado deva abastecer de maneira ininterrupta, o setor de separação dos ininterrupta, o setor de separação dos produtosprodutos

�� BORZANI, sugeriu uma metodologia para BORZANI, sugeriu uma metodologia para calcular o número de fermentadores para calcular o número de fermentadores para um processo descontínuo. um processo descontínuo.

CÁLCULO DO NÚMERO DE DORNAS

CustoCusto dede umum fermentadorfermentador ee espaçoespaço queque esteesteocupaocupa justificajustifica aa importânciaimportância dede sese determinardeterminaroo númeronúmero dede fermentadoresfermentadores necessárionecessário paraparaumauma certacerta produçãoproduçãoumauma certacerta produçãoproduçãoConsiderações:

- Sistema descontínuo

- Deve haver fornecimento ininterrupto de meiofermentado ao setor de tratamentos finais

- Não se emprega o sistema de cortes

Definem-se as seguintes variáveis:

�� FF:: vazãovazão médiamédia dede líquidolíquido fermentadofermentado quequedevedeve serser fornecidofornecido ininterruptamenteininterruptamente aoao setorsetordede tratamentostratamentos finaisfinais (L/h)(L/h);;

�� tt ff:: tempotempo necessárionecessário parapara queque oo conteúdoconteúdo dedeumauma dornadorna fermentefermente completamentecompletamente (h)(h);;

�� VV:: capacidadecapacidade útilútil dada dornadorna (L)(L) ;;�� VV:: capacidadecapacidade útilútil dada dornadorna (L)(L) ;;�� DD:: númeronúmero dede dornas,dornas, dede capacidadecapacidade útilútil V,V,

necessárionecessário parapara garantirgarantir aa vazãovazão FF dede líquidolíquidofermentadofermentado;;

�� tt dd:: tempotempo necessárionecessário parapara sese descarregardescarregar umaumadornadorna (h)(h);;

�� tt cc:: tempotempo necessárionecessário parapara sese limparlimpar ee carregarcarregarumauma dornadorna (h)(h) ;;

F depende:

�� a) da massa de produto final desejada no tempo a) da massa de produto final desejada no tempo “t” (M);“t” (M);

�� b) da concentração de produto (C);b) da concentração de produto (C);�� c) do rendimento do processo de recuperação c) do rendimento do processo de recuperação

(r);(r);

F =M

F =M

C . t . r

tf depende do processo fermentativo e td pode ser calculado por:

Para fins de dimensionamento de uma instalação, érazoável considerartc = td.

V F

td =

ConsiderandoConsiderando instanteinstante zerozero oo inícioinício dodo trabalhotrabalhocomcom aa dornadorna 11,, aa dornadorna DD deverádeverá começarcomeçar aafuncionarfuncionar nono instanteinstante (D(D--11))..tt dd

Cronograma de funcionamento de dornas em um processo descontínuo. (1) Início dopreparo da dorna; (2) fim da carga; (3) fim da fermentação; (4) fim da descarga.

Por outro lado, a dorna D deverá começar a funcionar noinstantetd + tf:

Cronograma de funcionamento das dornas número 1 e número D. (1) Início do preparoda dorna; (2) fim da carga; (3) fim da fermentação; (4) fim da descarga.

Assim, pode-se escrever:

(D-1) . td = td + tfD =

F . tf2 +

D = 2 + tf / td

D =V

F . tf2 +

V F

td =

A expressão permite calcular D quandose conhece V, F e t f.

�� F e tF e t f f ��

�� VV ??�� VV ??

Depende do fabricante e/ou disponibilidade

Ou pode-se calcular o chamadonúmero econômico dedornas

Sendo p o custo de um fermentador de volumeútil igual a V, é válida a equação empírica:

p = k . Vp = k . V aa

Onde k e a são parâmetros que dependem dascondições econômicas locais no momentocondições econômicas locais no momentoconsiderado, sendo0 < a < 1.

ConsiderandoP o custo deD fermentadores, tem-se:

P = p . D = k . (F . tf)a . D / (D-2)a

Derivando essa equação e igualando-se aderivada a zero, obtém-se o valor mínimo para P,caso em que D é chamado de E.FazendoFazendo kk,, FF,, tt ff ee aa (que(que sãosão constantes)constantes) iguaisiguais aa

KK,, temtem--sese::P = K . D / (D-2)a

Derivando-se e fazendo dP/dD = 0 obtém-se:Derivando-se e fazendo dP/dD = 0 obtém-se:

D = E = 2 / (1 – a)

Que, substituído na equação para o cálculo de D resulta:

Ve = F .tf . (1 – a) / 2a

Definição de D e V sem se conhecer ke a:

�� 1) Lista de preços de diversas dornas 1) Lista de preços de diversas dornas ((pp););

�� 2) Calcula2) Calcula--se D para cada V;se D para cada V;�� 3) Calcula3) Calcula --se P para cada D (se P para cada D ( p . Dp . D););�� 3) Calcula3) Calcula --se P para cada D (se P para cada D ( p . Dp . D););�� 4) O valor mínimo de P corresponde a 4) O valor mínimo de P corresponde a

D e V.D e V.O valor de E pode não atender a todos os requisitos doprocesso. Neste caso, deve-se escolher um valor deD quesatisfaça aos requisitos mais importantes e que esteja omais próximo possível deE.


Vantagens e inconvenientes dos processos contínuos e descontínuos de fermentação alcóolica;

Processo Descontínuo Processo Contínuo

(batelada e batelada alimentada)

Vantagens - maior controle - maior produtividade

sobre contaminação - tempos de residência

Inconvenientes

- inibição pela concentração

- contaminação e mutação

de açúcar e etanol - menor flexibilidade

- tempo de residência longo

- baixa produtividade

reduzidos

- maior adaptabilidade ao controle automático

78


2- BIORREATOR IDEAL D ESCONTÍNUO X V S 2.1- Balanço de massa para célula variação de X no reator = [ crescimento ]

cdtdX

VdtdX

V

= logo XdtdX µ=

[ ]

PROCESSO DESCONTÍNUO2.2- Balanço de massa para o nutriente [ variação de S no reator ] = [ consumo para crescimento ]

cdtdS

VdtdS

V

=

Sabendo que sXcdt

dS µ=

e também que dtdX

X1=µ ,

dtdS

Xs1=µ

e que sxYdSdX

s/==

µµ

logo,

sxYs/

µ=µ

substituindo µS na equação do B. M. para S vem:

x/sYµX

dtdS=


2.3- Produtividade em processos fermentativos descontín uos

Produtividade volumétrica é expressa como gramas de produto por litro por hora e é uma medida da performance global de um processo.

gXcélulag.

hLgX

hLcélulag

Pod..

..Pr ===

Em um processo batelada (descontínuo), é necessário calcular a produtividade em relação ao tempo total de processamento, que inclui não somente o tempo de fermentação, mas também o tempo requerido para esvaziar o fermentador de uma operação prévia, lavar o tanque, enchê-lo novamente e esterilizar o novo meio. Esse intervalo de tempo (excluindo o de fermentação) pode ser tão curto como seis horas na obtenção de leveduras ou tão longo como vinte horas, na produção de antibióticos.

PROCESSO DESCONTÍNUO X t1 t2 tL tf Tempo Onde t1 = tempo para esvaziar a dorna e lavagem t2 = tempo para encher novamente a dorna e esterilizar o meio tl = tempo da fase lag tf = tempo de fermentação em fase exponencial, onde µ = µmáx = cte

1

2ln1

X

Xtf

µ=


A produtividade global é dada por:

tLttXX

XP

+++µ

=21

12ln

12 = Produtividade em células

A partir da equação anterior, vemos que um inóculo maior aumentará X1

e encurtará o tempo de fermentação. Se forem diminuídos os tempos operacionais t1 e t2, encurtaremos também o ciclo, bem como o uso de células bastante ativas e adaptadas no mesmo meio, diminuirá a fase lag. Se o ciclo de fermentação é curto (12 - 48h) tais como na obtenção de levedura ou fermentação alcoólica, os tempos operacionais são importantes na produtividade global. Por outro lado, com longos tempos de fermentação (150 - 200h), tal como na produção de antibióticos, uma diferença de poucas horas é de pequeno significado.

PROCESSO DESCONTÍNUO�� ExercícioExercício

�� Uma instalação industrial foi projetada de acordo Uma instalação industrial foi projetada de acordo com a seguinte equação: p = k.Vcom a seguinte equação: p = k.V 0,750,75

�� O tempo de separação do produto é igual a 8 O tempo de separação do produto é igual a 8 horas, sendo igual ao tempo de limpeza e de horas, sendo igual ao tempo de limpeza e de enchimento de cada dorna. A vazão de mosto enchimento de cada dorna. A vazão de mosto enchimento de cada dorna. A vazão de mosto enchimento de cada dorna. A vazão de mosto enviado para a separação do produto é de 400 enviado para a separação do produto é de 400 mm33/h./h.

�� Calcular:Calcular:�� O número de dornas?O número de dornas?�� O volume de O volume de mosto para mosto para cada dorna?cada dorna?�� O tempo de fermentação?O tempo de fermentação?

Processo Fermentação -com ou sem a Semicontínuo...

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