Bioengenharia 01 - Introdução e Classificação Dos Bioprocessos

BioengenhariaIntrodução e Classificação dos Bioprocessos Bioprocessos S Mmos, pH, T, nutrientes P Bioprocessos • Conjunto de operações – Tratamento matéria-prima – Preparo de meios – Esterilização de meios e equipamentos – Preparo e propagação de inóculos – Fermentação/biotransformação – Recuperação/separação do produto – Purificação – Tratamento de efluentes . pH e P) – Esterilidade • Processos Químicos – Reações químicas – Sem especificidade – Condições drásticas (T.• Processos Bioquímicos – Atividade microbiana/enzimática – Especificidade – Condições brandas (T. pH e P) – Sem esterilidade . Produtos de microbiologia industrial/biocatálise . . M-O MATÉRIA PRIMA Preparo Esterilização Propagação Processo Biorreator Recuperação Purificação Efluentes Esquema genérico PRODUTO . Principais etapas de um processo fermentativo industrial genérico . . Matérias .Primas • Escolha da MP – Adequada ao crescimento celular e formação do produto de interesse – Custo (representa até 75% do custo total) – Disponibilidade – Teor de substrato – Custo e facilidade de beneficiamento. transporte e estocagem – Sazonalidade – Sem substâncias tóxicas . Classificação das MP • Quanto à natureza do substrato Etanol e outros álcoois Caldo de cana Melaço Sucos de frutas Soro de leite Leite Sorgo sacarino Milho Bagaços (cana e Mandioca milho) Malte Resíduos Grãos/cereais agroindustriais Raízes Sorgo granífero Vinhos Glicerol . Classificação das MP • Quanto à acessibilidade ao substrato – Substratos solúveis: diretamente fermentescíveis • Sacaríneas (sacarídeos ou dissacarídeos) e alcoólicas – Substratos insolúveis de fácil hidrólise • Amiláceas (polissacarídeos) – Substratos insolúveis de difícil hidrólise: necessitam de tratamento físico e químico/enzimático • Lignocelulósicas (celulose. hemicelulose e lignina) . Classificação dos Bioprocessos Quanto à Condução • Bioprocessos Descontínuos – Batelada convencional – Batelada por cortes – Batelada alimentada – Semi-contínuo ou batelada alimentada cíclica • Bioprocessos contínuos . Quanto ao Cultivo • Processo em superfície – Superfície de meio líquido – Contato com oxigênio atmosférico – Difusão de nutrientes e produtos pelo meio  lenta  longos tempos de fermentação – Importante relação áera/volume – Dificuldade de assepsia no ambiente – Fungos filamentosos  película micelial – Vinagre . Quanto ao Cultivo • Processo submerso – Desenvolvimento microbiano no meio líquido – Passíveis de agitação/aeração – Mais fácil manipulação/controle – Maiores volumes de meios – Célula totalmente envolvida pelo meio  maiores taxas de transmassa – Redução no tempo  aumento da produtividade – Redução dos custos . Quanto ao Cultivo • Fermentação no Estado Sólido – Crescimento microbiano e formação de produtos  superfície de substratos sólidos – Ausência de água livre – Produtos e resíduos agrícolas (arroz e palha de arroz. farinhas de grãos) . palha e sabugo de milho. bagaço da cana. Quanto ao Cultivo • Vantagens da FES/SSF – Meios de cultivo simples – Não necessita de equip e máquinas sofisticadas – Biorreatores de volumes menores – Pouca umidade  pouca contaminação – Condições semelhantes ao ambiente natural – Altas concentrações de produtos – Fácil extração por adição de solventes ou filtração . O2. T.Quanto ao Cultivo • Desvantagens da FES/SSF – Menor disponibilidade e acesso ao substrato – Apenas em batelada – Problemas de transmassa (nutrientes e O2) – Dificuldades na extrapolação de escala – Dificuldade de monitoramento e controle (pH. mistura). . Quanto à tensão de O2 • Aerados – Natural (superfície/FES) – Forçada (ar estéril/O2 puro) – Plenamente aerados – Com restrição de O2 • Não aerados – Sem aeração forçada – Anaeróbio total (gases inertes) . Classificação Cinética OU Associado ao crescimento celular Associado à concentração celular Metabólitos primários  β = 0 Metabólitos secundários  α = 0 . • Classificação de Gaden . A: semi-associado B: associado C: não associado . sem intermediários .• Classificação cinética de Deindoerfer Simples: S  P com estequiometria definida. sem intermediários S k1 P1 S k2 P2 Simultânea: S  P1 ou P2 com estequiometria variável. em etapas distintas .• Classificação cinética de Deindoerfer Consecutiva: S  intermediário I  P Etapas: S  I / I  P.