BIOTECNOLOGIA FARMACÊUTICA
Métodos de determinação de biomassa
Paulo Edson Fernandes
Aula 06
• Pequeno questionário semanal• Pesquisas simples de conceitos e aplicações práticas• 50% da 1ª V.A. - Aprox. 8 trabalhos• Entrega no dia = 100% da nota;• Entrega atrasada = 80% da nota.
• Essa semana: • Cite 9 microrganismos e seus principais produtos biotecnológicos.
• 1ª VA – 8º Noturno – 30/09/2013• 1ª VA – 8º Matutino – 03/10/2013• 4 semanas
Trabalho Semanal
O que é a Biomassa?
Qualquer matéria orgânica que possa ser transformada em energia mecânica, térmica ou elétrica é classificada como biomassa.
O que é a Biomassa?
De acordo com a sua origem, pode ser: Florestal (madeira, principalmente);
Agrícola (soja, arroz e cana-de-açúcar, entre outras)
Rejeitos Urbanos e Industriais (sólidos ou líquidos, como o lixo).
O que é a Biomassa?
Os derivados obtidos dependem tanto da matéria-prima utilizada (cujo potencial energético varia de tipo para tipo) quanto da tecnologia de processamento para obtenção dos energéticos.
Parte viva da matéria orgânica do solo, composta por todos os organismos menores que 5.10-3 mm3 – Fungos, bactérias, actinobacterias, leveduras e microfauna (protozoários)- Cerca de 98% do C-orgânico do solo é matéria orgânica morta
- 2% do C-orgânico do solo é composto pela fração viva.
5 a 10% - Raízes
15 a 30% - Macrofauna
60 a 80% - Microrganismos
(1 a 5% da MOS total)BIOMASSA
Biomassa Microbiana
Interesse Farmacêutico
Biomassa microbiana ou proteína obtida de processos nos quais algas, leveduras, bolores ou bactérias são produzidos em larga escala, e utilizados como complemento em alimentos e em ração animal.
As leveduras contribuem com cerca de 5% do total de proteínas no pão (possuem alto teor de lisina);
Até 1914, cerca de 10.000 ton de levedura seca eram utilizadas como ração;
Interesse aumentou durante a 2ª. Guerra mundial, quando houve escassez de alimentos, estimulando a produção industrial de Candida utilis a partir de hidrolisados de madeira e licor sulfitico.
Single-Cell Protein (SCP)
Vantagens da SCP
Possibilidade de conversão de resíduos agrícolas e agroindustriais em alimento e ração;
Produção independe de condições climáticas e sazonalidade;
Alta e rápida taxa de crescimento; Alto teor protéico.
Biomassa Microbiana
Substratos mais utilizados são açúcares ou materiais amiláceos que podem ser hidrolisados por enzimas: Melaço de cana, soro de queijo, amido de grãos, licor
sulfítico, hidrolisados de madeira, vinhaça, bagaço e cascas de frutas, metanol, efluentes industriais...
Necessidades nutricionais: carbono, nitrogênio, fósforo, vitaminas, minerais.
Relação substrato/nutriente é importante, pois o crescimento da biomassa é dependente da disponibilidade do nutriente.
Produção de Biomassa Microbiana
São convertidos por multiplicação celular em:
Produção de Biomassa Microbiana
Composição química dos microrganismos:
Biomassa Microbiana - Vantagens
Tempo de geração curto:Bactérias: 30 min a 2 h;�Leveduras: 1 a 3 h;Algas: 2 a 6 h;�Fungos filamentosos: 4 a 12 h.
Elevado teor de vitaminas; Alto conteúdo protéico; Variedade de fonte de carbono utilizada; Facilidade em realizar alterações genéticas; Instalações relativamente baratas; Independe de fatores climáticos.
Biomassa Microbiana – Aplicações
Proteína para alimentação humana ou animal.
Biomassa Microbiana – Aplicações
Indústria de alimentos (ex. fermento biológico).
Biomassa Microbiana – Aplicações
Medicamentos:Probióticos;�Antibióticos;Suplementos.
Biomassa Microbiana – Etapas
Biomassa Microbiana - Processo
Cultivo do microrganismo: Esterilização; Aeração;� � Equipamento;� Forma de Condução.
Recuperação da Biomassa:� Centrifugação (Leveduras e Bactérias); Filtros rotatórios (Fungos Filamentosos);� SecagemQuebra da parede celular (para SCP).� �
Microrganismos Ideais
Não ser patogênico; Valor nutritivo (para SCP); Não formar compostos tóxicos; Baixo custo de produção:
Velocidade de crescimento;� � Conteúdo protéico;� Suplementação de nutrientes; Meio de cultura;� � Separação e secagem.
Microrganismos Ideais - Bactérias
Bactérias: Alta velocidade de crescimento Extensa variedade de fontes de carbono Conteúdo protéico alto Perfil de aminoácidos bom; ricas em cistina e
metionina Recuperação da biomassa Conteúdo de ácidos nucléicos elevado Possibilidade de produção de endotoxinas (Gram -)
Gêneros mais utilizados: Bacillus, Hydrogenomas, Methanomonas, Methylomonas, Pseudomonas.
Bactérias: Substratos: hidrocarbonetos, Metanol
Processos: Chia Yee Solvent Works (Taiwan, 1963) Pseudomonas: Substrato: Hidrocarbonetos parafínicos; T = 36-38ºC; pH = 7,0; Em contínuo: células com 73,6% de proteína; Separação em centrifuga, Secagem em tambor; Remoção de óleo com solvente; Moagem em moinho.
Biomassa Microbiana - Processos
Processos: Esso Research and Engineering Co. (1968)� Pseudomonas; Substrato: Hidrocarbonetos purificados (retirada
dos aromáticos); T = 25-40ºC; Separação por centrifugação, decantadores ou
filtros; Secagem em spray-drying;
Biomassa Microbiana - Processos
Microrganismos Ideais - Fungos
Fungos Filamentosos: Alta conteúdo protéico Perfil de aminoácidos bom; baixo AA sulfidrilados
Os cogumelos constituem um dos mais antigos alimentos humanos.
Gêneros: Fusariume Rhizopus em cultivos submersos foram usados como alimento humano durante a 2ª guerra mundial.
Micoproteina: aprovado pelo governo inglês para consumo humano.
Microrganismos Ideais - Fungos
Alto conteúdo de ácidos nucléicos. Alguns produzem compostos tóxicos. Crescimento mais lento que leveduras e
bactérias. Matéria-prima amilácea (mais cara).
Microrganismos Ideais - Fungos
Leveduras de panificação: Levedura prensada:
Adição de emulsificantes (óleos vegetais) para dar �consistência desejada e adição de álcoois (etílico, propílico, isopropílico) ou amido de cereal para proteção contra contaminações.
Levedura seca ativa: 8% de umidade;� Células são secas em condições controladas de �
temperatura e umidade de modo que as enzimas não sejam deterioradas.
Microrganismos Ideais - Fungos
Levedura alimentar: S. cerevisiae e C. utilis são propagadas em
diferentes substratos e comercializadas como fonte de proteínas e vitaminas do complexo B para suplementação humana ou rações animais.
As leveduras resultantes dos processos exclusivamente destinados a sua propagação são denominados leveduras 1ªs, enquanto que as obtidas como subprodutos de outra indústria são denominadas leveduras 2ªs (recuperadas de cervejarias e destilarias).
Microrganismos Ideais - Fungos
Levedura alimentar: Componentes da levedura:
Proteína > 45%� Gordura – 2%� Fibras – 2%� Cinzas – 7-8%� Ca – 0,1 à 0,5%� P – 1,5%� Tiamina (Vit. B1) – 6 a 100 mg/kg� Riboflavina (Vit. B2) – 10 a 50 mg/kg�
Microrganismos Ideais - Algas
Algas têm sido usadas como alimento humano desde tempos imemoriais. Baixo custo de produção; Alto conteúdo protéico; Alta digestibilidade; Teor balanceado de aminoácidos; Alto teor de vitaminas (tiamina, riboflavina,
cobalamina) e carotenóides. Gêneros: Chlorella, Scenedesmuse Spirulina.
Microrganismos Ideais - Algas
Meio de cultivo (quimioautotrófico ou fotoautotrófico) Água do mar Lagos salinos� Águas oriundas de sistemas de tratamento de �
efluentes Meio de cultivo sintético (NaHCO� 3; K2HPO4; NaNO3;
NaCl; MgSO4.7H2O; FeSO4.7H2O; K2SO4; CaCl2.2H2O; solução de micronutrientes)
Não precisa esterilizar e sem controle de temperatura.
Biomassa Microbiana - Processos
Algas - Processo de produção: Batelada simples em lagos abertos;� Boa quantidade de iluminação;� Profundidade 20 a 30 cm.
Biomassa Microbiana - Processos
Algas – Recuperação: Centrifugação/Coagulação (baixa densidade
celular); Filtração rotativa; Secagem (Baixa pressão, “spray drying”, ao sol, �
secagem em camadas de areia).
Quantificação Celular
Métodos Diretos Determinação do número de células:
Contagem ao microscópio; Contagem de colônias formadas; Número mais provável (NMP); Contagem eletrônica (Contador Coulter, Citometria
de fluxo). Determinação da biomassa microbiana:
Peso Seco; Turbidimetria; Volume de Centrifugado; Viscosidade.
Quantificação Celular
Métodos Indiretos Constituintes celulares:
Concentração total de N ou C; ATP; DNA, RNA; Conteúdo protéico.
Dosagem de elementos do meio de cultura: Substrato; Consumo de O2; Produção de CO2.