6.Aditivos, compostos de interesse da industria al

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BIOPROCESSOS
Anabolismo
Catabolismo
Energia
Energia
Produtos
Nutrientes
Compostos químicos, luz
Componentes celulares
(Macromoléculas)
Bioprocessos
2
Processos Fermentativos
 Processos químicos: Reações entre compostos
químicos mediadas por catalisadores químicos.
 Processos Enzimáticos: Transformações químicas
realizadas com catalisadores biológicos (enzima)
na ausência de seres vivos.
 Processos Fermentativos ou biológicos:
Transformações mediadas por micro-organismos
(biocatalisadores); estes metabolizam o composto
químico.
3
CONCEITOS
Reações químicas x Reações Bioquímicas
Bioprocessos
4
Bioprocessos
Produtos de Fermentação Industrial / Biocatálise
5
Bioprocessos
Fisiologia
Moléculas simples
(glicose, aa, ácidos 
graxos, glicerol, ...)
Reações
Catabólicas
Moléculas complexas
(amido, proteinas, 
lipídeos, ...)
Reações
Anabólicas
ADP + P
6
Bioprocessos
NUTRIENTES
CONDIÇÕES 
AMBIENTAIS
T
O2
pH
7
Bioprocessos
8
Bioprocessos
GLICOSE
PIRUVATO
PIRUVATO
CO2ETANOL
ATP
ADP
Bolhas se formam na massa
9
Bioprocessos
GLICOSE
PIRUVATO
CO2ETANOL
Fermento
(crescimento da massa)
Cozimento
(evaporação do etanol)
10
Bioprocessos
11
Bioprocessos
Controle
condições 
ambientais
Biorreator
Matérias-primas
Cultura
estoque
Suspensão
celular
Pré tratamento
Preparo do meio
Esterilização
Separação
Recuperação
Purificação
Produto
Inóculo
12
Bioprocessos
13
Bioprocessos
SELEÇÃO
SCALE-UP
Etapas de um 
processo
fermentativo
genérico
Processos Fermentativos
14
Bioprocessos
Ácido Acético
I)INTRODUÇÃO
CARACTERÍSTICAS
 líquido incolor
 ponto de ebulição: 118,1°C
 baixo ponto de fusão: 16,5°C
 ácido fraco, corrosivo, com cheiro penetrante
USOS
 produção de politereftalato de etila (PET) 
 acetato de celulose utilizado na película fotográfica
 acetato de polivinil utilizado na cola de madeira
 para limpeza e desinfecção
 como condimento em saladas ( vinagre )
 como solvente
 síntese de perfumes e corantes
 preparação da seda artificial
 tinturaria, imprensa
 obtenção de sais metálicos para a fabricação de tintas e inseticidas
 produção da aspirina.
 em exames diagnósticos - detectar H.P.V. (Papiloma Vírus Humanus)
Ácido etanóico
Produção Mundial de Ácido Acético
Demanda global - cerca de 6,5 milhões ton/ano
Produção mundial total - estimada em 5 milhões ton/ano
~ a metade é produzida nos Estados Unidos
~ 75% do ácido acético para uso na indústria química é produzido 
pela carbonilação do metanol:
catalisador: ródio
T = 150-200°C 
P = 30 atm
Produção por via biológica ~ 10% da produção mundial 
pelas leis que determinam a pureza do alimento estipula-se que o 
vinagre usado na alimentação deve ser de origem biológica
Tipos de Vinagre:
 Vinagre Balsâmico (aceto balsâmico): escuro e bastante aromático, é feito com uvas
Trebbiano selecionadas da região de Modena, Itália. O autêntico vinagre balsâmico passa 
por um longo processo de fermentação feito em barris de madeira, O tempo necessário
para a elaboração do vinagre balsâmico é de, no mínimo, 20 anos
 Vinagre de Vinho: é o mais comum e elaborado a partir do vinho tinto ou branco 
 Fermentado Acético de Sidra (ou de maçã): obtida a partir do suco fermentado de uma 
variedade de maçã. É o menos ácido 
 Fermentado Acético de malte: é um produto escuro fermentado, feito a partir do malte 
da cevada
 Fermentado Acético de arroz: é o vinagre japonês obtido a partir da fermentação do arroz
Mais suave e ligeiramente adocicado. O chinês é mais forte e ligeiramente ácido
 Fermentado Acético de Álcool: o mais forte de todos, apresenta elevada % de álcool
 Fermentado Acético de Champanhe (ou de cava na Espanha ou de espumante no Brasil): 
trata-se de um produto de cor pálida e sabor elegante, como a bebida da qual procede
 Fermentado Acético de Xerez: produto típico da Espanha possui sabor delicado e exclusivo
 Fermentados Acéticos Aromatizados: os vinagres podem ser aromatizados com ervas, 
especiarias, frutas ou alho
AGRIN - marca fantasia de uma mistura composta por 90% de fermentado acético de álcool e 10% 
de fermentado acético de vinho tinto ou branco, puro, com acidez volátil mínima de 4,0g/100ml.
Composição do Vinagre:
II)MATÉRIAS-PRIMAS :
Itália, Espanha, França e Grécia vinho
China e Japão arroz
Estados Unidos e Inglaterra sidra e malte
Alemanha álcool
Brasil álcool de cana-de-açúcar e vinho
III) PREPARO DO MOSTO
 Vinho- fortificação- fermentação acética
 Frutas/ açucares - fermentação 
alcoólica/fermentação acética
 Material amiláceo- hidrólise/ fermentação 
alcoólica/fermentação acética
 Mistura hidroalcoólica- açucares/ 
fortificação
Meio de Cultura Típico: 
Etanol – 4 a 10% em volume
(NH4)2SO4 – 1,0 g/L
K2HPO4 – 0,1 g/L
KH2PO4 – 0,9 g/L
MgSO4.7H2O – 0,25 g/L
FeCl3 – 0,005 g/L
Acidez inicial – 2 a 3%
Oxigenação – 0,69 kg de O2 (~ 3,5 kg de ar) / kg etanol
Acidificação inicial do vinho com vinagre forte (vinagre de boa qualidade, não 
pasteurizado):
- inibir o crescimento de microrganismos prejudiciais, como fungos e 
bactérias láticas; 
- introduzir as bactérias acéticas; 
- ajustar a concentração inicial de ácido acético e álcool.
Controles do processo:
 Químicos – acidez (titulação, HPLC, etc.), 
etanol (titulação, HPLC, dosagem enzimática, etc.) e O2
 Físicos – temperatura, nível, espuma, ...
 Microbiológico – ausência de contaminantes
IV)AGENTES:
 Bactérias acéticas pertencem à família Pseudomonodaceae 
Principais espécies: Acetobacter aceti, A. pasteurianus, A. xylinum, 
A. schützenbachii e Gluconobacter oxydans
 Polimorfismo: bastonetes e cocos, Gram negativos 
 Temperatura: 25°C a 30°C
 pH: 3 a 4
 Estritamente Aeróbias: na parte superior do mosto é formado um véu, 
"mãe do vinagre“, espessura função da bactéria
Microrganismo Tolerância 
a álcool 
Tolerância a 
ácido acético 
Temperatura 
ótima (
o
C) 
Faixa de 
Temperatura(
o
C) 
Película 
A. aceti 11 % 6,5 % 34 5-42 
A. xylinoides 24 6-35 
A. orleanenses 20-25 15-30 espessa 
A. acetigenum 11 % 6,6 % 28 8-36 
A. schuetzenbachii até 11% 7,5 – 37 delgada 
contínua 
A. curvum
*
 30 17-38 delgada 
em ilhas 
A. rances
**
 
* 
Para processo rápido 
**
 Para vinagre de cerveja (Holanda) 
V) FERMENTAÇÃO
Sistemas de Produção: 
1. Processo Lento (Orleans ou Francês) - 1670
Processo semi-contínuo
Tempo de processo = 2 a 3 meses
Concentração máxima de álcool residual = 7,8 g/L
Obtém vinagre de melhor qualidade, praticamente límpido
Reator 
horizontal de 
cultivo estático-
sem aeração
Reator 
vertical de 
cultivo 
estático- com 
aeração
Sistemas de Produção: 
2. Processo Rápido ou Alemão - 1832
Tempo de processo = 2 semanas
Materiais de enchimento: bagaço de cana, sabugo de milho, tiras de madeira, 
cortiça em pedaços, bagaço de uvas, carvão vegetal, 
cerâmica em pedaços, vime, junco, plástico, isopor, etc.
Inoculação com vinagre forte - 7 a 10 dias
Concentração de álcool residual = 0,3% v/v
Problemas: 
Perda de substâncias voláteis por evaporação (10%)
Proliferação de Acetobacter xilynum, 
produtora de material gelatinoso (zooglea)
Infestações por insetos e nematóides
Sistemas de Produção: 
3. Processo Submerso - 1932
Tempo de processo = 30 a 40 h
Baseia-se na presença da bactéria acética submersa 
no vinho saturado constantemente por ar
Concentração de álcool residual = 0,2% v/v
Problemas: 
vinagre turvoqualidade inferior àquela obtido pelo método lento
Acetificador de Frings
4. Outros Métodos
Gerador por Cavitação: processo contínuo em que a aeração e a agitação são 
realizadas por um rotor localizado no fundo do tanque, criando uma agitação 
vigorosa e intensa transferência de oxigênio
Gerador de mergulho: cesto contendo o material de enchimento é mergulhado e 
levantado num tanque contendo a mistura vinho-vinagre forte
Reatores de 
cultivo 
submerso
Comparação entre os processos: 
VI) RECUPERAÇÂO
Processamentos finais do vinagre
 Clarificação (albumina, argilas, bentonita, 
caseína, etc.)
 Filtração (filtração a cartucho; filtração com 
extrato filtrante; membrana filtrante; filtro 
rotativo a vácuo e filtração por meio de fibras 
vegetais)
 Envelhecimento – reações de esterificação 
(fornece aromas); diminuição da acidez fixa; 
transformações dos taninos
 Diluição (ajuste da acidez)
 Pasteurização e Envase (65oC / 5 min) 
Alterações do vinagre
 Anguilula do vinagre (Anguillula aceti): pequeno 
nematóide (1 a 2 mm de comprimento) que se desenvolve 
principalmente nos vinagres fracos, causando-lhes odores 
desagradáveis e aspecto indesejável;
 Mosquinha do vinagre (Drosophylla melanogaster): 
éresponsável pela transmissão de vários microrganismos 
infectantes do vinagre;
 Elementos químicos: Fe e Cu, quando em concentrações 
elevadas, causam escurecimento e turvação e transmitem 
um gosto metálico ao vinagre;
 Microrganismos diversos: existem várias espécies de 
bactérias, fungos e alguns ácaros que podem contaminar o 
vinagre, tornando-o, em casos extremos, impróprio para o 
consumo.
Processo Produtivo do Vinagre
Biomassa
Biomassa
•Cogumelos
•Culturas starters para bioprocessos
•Fermento de panificação
•Algas (alimento, ração, biodiesel)
•Proteínas / vitaminas para alimentação
•Remédios
Produção de Biomassa
Biomassa
Histórico
2500 AC – pão
Egípcios e gregos – leites fermentados
Faraós – cogumelos
África do Sul (Lake Chad) – Spirulina
Aztecas (séc. XVI) – Spirulina
I Guerra Mundial (1914-1918) – S. cerevisiae (melaço)
II Guerra Mundial (1939-1945) – C. utilis
Séc. XXI Alternativa para alimentação composta
Biomassa
Proteína unicelular (SCP, bioproteína)
“Material celular microbiano utilizado como alimento ou ração”
Micro-organismos: bactérias, leveduras, fungos 
filamentosos e algas
Biomassa: carboidratos, lipídeos, proteínas, ácidos 
nuclêicos, vitaminas, e sais minerais
Biomassa
Biomassa
Conversão de açúcar em diferentes biomassas
Biomassa
V
A
N
T
A
G
E
N
S
• Alto conteúdo de proteínas (30-80%)
•Tempo
•Variedade de fontes de carbono
•Facilidade de obtenção de mutantes
•Áreas limitadas
•Bons rendimentos
•Independe de fatores climáticos
Biomassa
M-o Tempo de geração
(h)
Bactérias 0,5 –2
Leveduras 1 – 3
Fungos filamentosos 4 – 12
Algas 2 – 6 
Biomassa
Biomassa
Seleção do microrganismo
• Não patogênico
• Bom valor nutricional
• Aceitabilidade como alimento
• Não produzir compostos tóxicos
• Baixo custo de produção ( velocidade de crescimento, 
necessidades nutricionais, recuperação)
Biomassa
Matérias-primas
Melaço
Leite
Amiláceas
Licor sulfítico
Hidrocarbonetos
Metanol
Glicerol
Biomassa
Hoechst/Uhde – SCP – processo em metanol
Biomassa
Etapas do processo SCP
 Cultivo do micro-organismo
 Esterilização
 Aeração
 Equipamento
 Forma de Condução
 Recuperação da Biomassa
 Centrifugação (Leveduras e Bactérias)
 Filtros rotatórios (Fungos filamentosos)
 Secagem
 Quebra da parede celular (para SCP)
Tratamentos posteriores
Biomassa
Bactérias
Vantagens: 
•alta velocidade de crescimento;
•extensa variedade de fontes de carbono;
•alto conteúdo protêico (80%);
•bom perfil de aa (ricas em cistina e metionina).
Desvantagens: 
•recuperação;
•alto conteúdo de ácidos nucleicos (20%);
•possibilidade de produção de endotoxinas (Gram negativas).
Gêneros: Bacillus, Hydrogenomonas, Methanomonas, 
Methilomonas, Pseudomonas
BiomassaBactérias
• Chinese Petroleum Co (Taiwan, 1963)
Pseudomonas
Hidrocarbonetos parafínicos, 
sal de NH4
+ ,
pH 7,
O2,
36-38ºC
Processo contínuo
Recuperação (centrifugação, secador tambor, remoção 
de HC com solvente, secador contínuo, moagem em 
moinho)
Células (73,6%)
Biomassa
Bactérias (cont.)
•Imperial Chemical Industries Ltd ICI/UK
Methylophilus methylotrophus
Fermentador (1000 m3); 
Metanol; 
aeração;
Agitação; 
35-40ºC;
Contínuo;
Recuperação (floculação, centrifugação, secagem c/ ar)
“PUTREEN” (71%)
•
Biomassa
Bactérias (cont.)
Esso Research and Engineering Co. (1968)
Pseudomonas
Substrato: Hidrocarbonetos purificados (retirada dos 
aromáticos)
T = 25-40ºC; 
Separação (centrifugação, decantadores ou filtros);
Secagem (spray-drying).
•
Biomassa
Algas
•Baixo custo de produção
• Alto conteúdo proteico
• Alta digestibilidade
• Teor balanceado de aminoácidos
• Alto teor de vitaminas (tiamina, riboflavina, cobalamina) e 
beta-carotenos
Gêneros: Chlorella, Scenedesmus e 
Spirulina
Biomassa
Algas (cont.)
Cultivo:
Foto ou quimiotroficamente
 Água do mar
Lagoas
 Lagos salinos
 Águas oriundas de sistemas de tratamento de 
efluentes
Meio de cultivo sintético:
NaHCO3; K2HPO4; NaNO3; NaCl; MgSO4.7H2O; 
FeSO4.7H2O; K2SO4; CaCl2.2H2O; solução de 
micronutrientes.
Biomassa
Algas (cont.)
Typical Commercial Microalgae Production Facility, Kona, Hawaii.
Biomassa
Algas (cont.)
Lagos / Tanques abertos (20-30 cm)
Águas residuais de indústrias ou esgoto doméstico
X0  1 g/L
g/L: 0,4 C; 0,1 N; 0,01 P; elementos traços
Agitação
Não precisa esterilizar
sem controle de temperatura
Biomassa
Algas (cont.)
Recuperação:
Separação (centrifugação, coagulação) (0,5-2,5% 
sólidos)
Redução do teor de água (centrifugação, filtração) 
Secagem (12%) – mecânicos, ao sol, em areia)
Rompimento das células 
Produção Industrial :
Sosa Texcoco (Mexico) - 5 t /dia 
Japão e Taiwan (Chorella) – 1500 t/ano
Biomassa
Fungos filamentosos
Vantagens e desvantagens: 
•Conteúdo proteico (>50%)
•Alto conteúdo de ácidos nucleicos (>15%)
•Bom perfil de aa
•Produção de compostos tóxicos
Produção Industrial (UK): 
Fusarium graminearum
Amido hidrolisado
RNA (10%1%, Rnase 64ºC/20’)
“MYCOPROTEIN”
Cogumelos:
cultivo em resíduos orgânicos, madeiras 
encharcadas; caixas em fazendas
Agaricus bisporus- fotos a e b ; Lentinus edulus ( shiitake) fotos c e d
Biomassa
Leveduras
Vantagens e desvantagens: 
•Alta velocidade de crescimento
•Recuperação (centrifugação)
•Baixo risco de contaminação (pH 3.5 a 5.0: evita contaminação)
•Bom perfil de aa
•Alto conteúdo de vitaminas do complexo B
•Rendimento alto (50% da matéria seca de substrato)
•Conteúdo de proteínas (55-60%), RNA (>15%)
Biomassa
Leveduras
Melaço : S. cerevisiae e C. utilis
Melaço, contituintes: K, Mg, P, Zn, Fe, Cu, 
vitaminas (biotina, ác. pantotenico, inositol, tiamina) 
e aminoácidos (asparagina, ác. aspártico, alanina, 
ácido glutâmico e glicina)
Biomassa
Leveduras
Levedura de panificação (Saccharomyces cerevisiae):
características fisiológicas estáveis
fermentação vigorosa
crescimento rápido
dispersão em água
manutenção sem autólise
alto rendimento
Biomassa
Leveduras de panificação
• Processo em múltiplos estágios
• Aeróbio
• Batelada alimentadaBiomassa
Melaço  acidulado (4,5-5,0)  aquecido  clarificado
(filtração/sedimentação)

diluído
esterilizado  fortificado  (0,5 a 1,5 %m/v)
(vapor sob pressão)
Fermentador – aço inox (40.000 a 200.000L), 
25-30ºC ,
1vvm
Xo – 20%
Fortificação (sais de amônio, uréia sais de fósforo ou ác. 
fosfórico, vitaminas) 
Remoção de SO3 (aeração em temperatura alta)
Biomassa
Recuperação – centrifugação, lavagens, filtração 
biomassa (70% H2O)
•Levedura prensada :
emulsificantes (óleos vegetais) – consistência ;
álcoois (etílico, propílico, isopropílico) ou amido de
cereal para proteção contra contaminações;
plastificante (monoestearato de gliceril ,
monoglicerídeo lactilado);
50-56% proteína (8-9% N, 1-1,4% P);
27-30% sólidos;
68-72% de umidade;
Refrigeração (0-4ºC)
Biomassa
Levedura seca ativa (8%): 
8% de umidade
Células são secas em condições controladas de T e 
umidade de modo que as enzimas não sejam 
deterioradas.
•Levedura alimentar:
S. cerevisiae e C. utilis (fonte de proteínas e vitaminas 
do complexo B para suplementação humana ou rações 
animais).
Proteína > 45%; Gordura – 2%; Fibras – 2%; Cinzas – 7-8%; Ca –
0,1 -0,5%; P – 1,5%; Tiamina – 6 a 100 mg/kg; Riboflavina – 10 a 
50 mg/kg
Biomassa
Biomassa
Biomassa
Produção de Ácido Cítrico
Ácido Cítrico
INTRODUÇÃO
Características
Ácido 2-hidroxipropano-1,2,3-tricarboxílico
C6H8O7
• ácido orgânico fraco 
• constituinte de frutas cítricas
• ponto de ebulição: 175°C
• baixo ponto de fusão: 153°C
74
75
Produção do ácido cítrico 
Extração de citrinos – baixos rendimentos e custos de 
produção elevados. Atualmente, cerca de 7% da produção 
mundial 
Síntese - caro, perigoso e baixo rendimento.
Fermentação - predominante (mais de 90% da produção 
mundial). 
Mercado
• 4 milhões t/ano (USA 1,7 milhões t/ano)
• (Chemtotal, 2012)
• Valor de venda: US$ 0,70 - 2,00 /kg
• (Socol et al., 2004)
• Crescimento anual da demanda: 3,5 – 4,0%
• 30 países produtores
Pfizer and Miles (40% produção mundial) – com plantas em
diversos países; China (40%)
Brasil, Cuba, Paquistão, China, Mexico, India, Alemanha
•Empresas produtoras:
ADM, Cargill, Tate & Lyle, DSM, Junbunzlauer, Israel’s Gadot
Biochemical Industries, China’s Anhui BBCA Biochemical
76
Aplicação
 Alimentos e bebidas (64 %) - aromatizante;
 Detergentes e produtos de limpeza (22 %);
 Produtos farmacêuticos e nutricionais (10 %) - em
produtos efervescentes; anticoagulante;
 Indústria cosmética (2 %) - ajuste de pH;
 Outras aplicações (2 %): estanhagem, preparo de 
corantes e resinas. 77
Aplicações do Ácido Cítrico
78
Acidulante Produtos lácteos; sucos de frutas; alimentos enlatados; sucos artificiais em
pó; bebidas não alcoólicas carbonatadas, sorvetes, alimentos congelados
Potencializador do sabor Doces, achocolatados, sorvetes
Aromatizante Sucos e bebidas cítricas, geleias, gelatinas, molhos
Conservante Alimentos enlatados, molhos, massas
Ajuste do pH Geleias, gelatinas, molhos, alimentos congelados
Sequestrante, antioxidante
Anticristalizante
Inibidor da decomposição 
do ácido ascórbico
Inibidor da perda de cor
Inibidor do escurecimento
Alimentos gordurosos, chocolates, cacau, peixe
Açúcares (doces, mel, chocolate)
Frutas congeladas, processo de concentração térmica de frutas
Frutos do mar (enlatados e congelados)
Bananas
79
Micro-organismos capazes de produzir ácido cítrico
AGENTES 
Fungos filamentosos
Aspergillus niger Aspergillus wentii
 heterotróficos
 aeróbios obrigatórios (maioria)
 produzem enzimas (hidrólise do amido)
80
Bioquímica do Processo
81
Matérias-primas
açúcar cristal
caldo de cana
melaço decationizado
(ferrocianeto e ácido 
fosfórico ou EDTA em 
resinas permutadoras de 
íons para diminuir os 
teores de Fe+2, Mn+2, Zn+2)
milho hidrolisado
Exigências Gerais para a Produção de 
Ácido Cítrico por Aspergillus niger
83
PARÂMETRO CONSTITUINTE QUANTIDADE Concentração
(g/L)
Fonte de Carbono Açúcar cristal, melaço, 
etc.
Alta 60 – 240 (140)
Fonte de Nitrogênio Sais de amônio, ureia Baixa 2,0 – 3,0 (2,5)
Fonte de Fosfato Fosfato de potássio Baixa 1,0 – 3,0 (2,5)
Elementos traços 
(metais)
Ferro
Manganês,
Zinco
Deficiente
Deficiente
Baixo
<0,000001
0,0013
pH < 2 O2 1 vvm
(submerso)
84
85
(A) (B)
Morfologia do micélio de Aspergillus niger durante a produção de ácido 
cítrico em condição de baixas (A) e altas (B) concentrações de Fe e Mn. 
FERMENTAÇÃO
S0 15 a 18% (m/v)
Fontes nutricionais: NH4NO3, KH2PO4, MgSO4.7H2O, 
(NH4)2SO4 (aumenta a fase de crescimento), KNO3, 
NaNO3, ureia. 
Concentração de nutrientes:
formação do micélio (densa ou fina),
produção de esporos,
formação de ácido cítrico ou oxálico 
86
Maior produção: película micelial fina e poucos esporos
FERMENTAÇÃO (cont.) 
pH inicial: 2 a 3 
Temperatura: 25 a 280C
Aeração: 1 vvm
O2 em excesso: pode ocorrer desvio do metabolismo (crescimento celular 
ou formação do ácido glucônico (oxidação direta da glicose)
87
Sistemas de Produção
Em Superfície
 bandejas de alumínio ou inox (esterilizadas com álcool ou formol 
diluído);
 inoculação com uma suspensão de esporos de Aspergillus niger (5 
dias) ;
 câmaras com controle de temperatura, umidade e ar estéril;
 micélio pode ser aproveitado ;
 Tempo: 7- 14 dias;
 Relação volume / área da bandeja de fermentação: 
88
Sistema de fermentação (processo em superfície) com dois estágios de aeração
(Schmitz, 1976).
Sistema
em 
superfície
(bandejas)
90
Sistemas de Produção
91
Fermentação semi-sólida
Desenvolvimento de microrganismos sobre material 
insolúvel (suporte físico e como fonte de nutrientes) e 
baixa atividade de água
 Não é requerido pré-tratamento do substrato
 pH inicial: 4,5–6,0 
 Temperatura: 28–30 °C
 Tempo: 4 dias
Em Submerso
• Corresponde a 80% da produção mundial
• Micélio forma esférica 
• Maior capacidade fermentativa
• Tempo: 3 a 5 dias
Sistemas de Produção
92
RECUPERAÇÃO
93
Esquema Geral de Produção
94
95
Recuperação do ácido cítrico do mosto 
fermentado
(i) precipitação (processo clássico) – mais económico
(ii) resina iônica
(iii) solvente de extração – solventes tendem a extrair algumas das 
impurezas também; pode ser aplicados quando é utilizada matéria-prima 
mais pura (açúcar ou alcanos). Vantagem: evita uso de ácido sulfúrico e 
de cal; não precisa eliminar o gesso.
96
Citric Acid Plant Aktiva - Czech Republic
KASEL Enginering
Manufacturing of Citric Acid has in AKTIVA Kaznejov very old tradition . 
Metal effect on fermentation in surface fermentation of citric acid.
97
In 1993 the specialists of company KASEL have established for 
AKTIVA the modern Submerged fermentation method with a 
capacity of 15 000 t Citric acid monohydrate per year. 
98
Produção no Brasil
Tate & Lyle Brasil S/A
Santa Rosa do Viterbo, SP
CARGILL, Uberlândia, MG
99
Cai a produção de ácido cítrico no país
José Dagmar 
A desigualdade de preços praticados na importação do ácido cítrico da China e 
o consequente aumento da compra do produto asiático têm prejudicado as 
empresas brasileiras desse segmento. Em Uberlândia, os reflexos dessa situação 
já são percebidos na Cargill. Pela primeira vez, a empresa – que começou a 
produzir ácido cítrico em maio de 2000 – deu férias coletivas a todos os 
funcionários que trabalham nesse departamento devido à queda na produção. 
As férias coletivas começaram em dezembro de 2011 e tiveram continuação 
neste mês.
Nos últimos três anos,as importações de ácido cítrico chinês triplicaram e, 
hoje, representam 60% do consumo nacional.
100
Chineses estudam fábrica de ácido cítrico
em Ponta Grossa
Luciana R. Brick
Publicado em: 13/11/2010 - 06:00 | Atualizado em: 03/09/2012 - 06:43 
O grupo brasileiro JLJ e a BBCA Group Corp (maior produtora de ácido cítrico 
na China) pretendem anunciar logo no começo do próximo ano a instalação de 
uma planta fabril para produção de ácido cítrico. 
O interesse por uma fábrica no Brasil surgiu no começo deste ano.
Ponta Grossa é uma das cidades estudadas pelos investidores, também outros 
municípios nos estados do Paraná, São Paulo, Minas Gerais e Mato Grosso. 
Produção será exportada para a China, país que até pouco tempo utilizava o 
milho como matéria prima. 
Investimento da ordem de US$ 200 milhões e geração inicial de 400 postos de 
trabalho. 
Cana de açúcar e milho. 
O ácido cítrico de milho se destinará às indústrias de bebidas (refrigerantes, 
sucos, entre outros) e margarinas.
Ácido Lático
I) INTRODUÇÃO
CARACTERÍSTICAS
 Isomeria óptica:
Destrógiro: D-ácido lático
Levógiro: L-ácido lático (com atividade fisiológica)
Racêmico: D,L-ácido lático
 Ponto de fusão: 18°C (racêmico) ; 28°C (D e L)
 Ponto de ebulição: 122°C (racêmico)
 Altamente corrosivo
USOS
 Alimentação de crianças
 Como acidulante em produtos alimentícios
 Removedor de sais de cálcio
 Como mordente para estampar a lã
 Curtimento de peles
 Matéria-prima em sínteses orgânicas (na fabricação de tintas e vernizes, de 
plastificantes e também como solventes)
 Na forma de lactatos são usados na indústria farmacêutica e de cosméticos
 Fabricação de polímeros (biodegradáveis, termoplásticos e transparentes)
Ácido 2-hidroxi-propanóico
Métodos de Produção
O Ácido Lático pode ser produzido tanto por síntese química (mistura racêmica) 
quanto por fermentação (é possível obter um ácido oticamente ativo)
SÍNTESE QUÍMICA
1. Adição de ácido cianídrico
CH3CHO + HCN  CH3CHOHCN (Lactonitrila)
2. Hidrólise por H2SO4
CH3CHOHCN + H2O + ½ H2SO4  CH3CHOHCOOH (Ác. Lático) + ½ (NH4)2SO4
3. Esterificação
CH3CHOHCOOH + CH3OH  CH3CHOHCOOCH3 (Metil Lactato) + H2O
4. Hidrólise por H2O
CH3CHOHCOOCH3 + H2O  CH3CHOHCOOH + CH3OH
5. Oxidação do propileno glicol
6. Reação entre acetaldeído, CO e H2O a altas temperatura e pressão
7. Hidrólise do ácido cloropropiônico
8. Oxidação do propileno por ácido nítrico
II)MATÉRIAS-PRIMAS :
 Soro do queijo
 Melaço
 Glicose de milho
 Resíduos de elevada DBO (indústrias de papel e polpa de celulose)
Substratos utilizados: glicose, lactose e sacarose 
amiláceos (milho, batata e mandioca) - pré-hidrólise enzimática
sais de cálcio, sódio, potássio e magnésio
III)AGENTES
As Bactérias Láticas podem ser divididas de acordo com os produtos formados:
1. Bactérias Homofermentativas - importantes na produção do ácido lático
Os primeiros estágios da via metabólica da fermentação lática são os mesmos da fermentação alcoólica (via glicolítica). 
Intermediário importante: ácido pirúvico (lactato desidrogenase) 
Rendimento energético: 2 moles ATP / mol de glicose
2. Bactérias Heterofermentativas - fermentação da glicose resulta em vários produtos 
(ácido lático, oxalacético e fórmico)
Degradam a glicose através da via oxidativa das pentoses fosfato.
Intermediários importantes: ácido pirúvico e o aldeído acético. 
Rendimento energético: 1 mol ATP / mol de glicose
 CH3COCOOH (piruvato) 
desidrogenase CH3CHOHCOOH (ác. lático) 
 NADH.H+ NAD+ 
Agentes
PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS
 Gram positivas 
 Microaerofílicas - incapazes de sintetizar ATP por meio respiratório
 Catalase negativa - incapacidade de sintetizar hemeproteínas
 Não esporuladas
 Usualmente não apresentam mobilidade
 Apresentam colônias pequenas e apigmentadas
 Possuem habilidade biossintética limitada - necessitam de aminoácidos, vitaminas (riboflavina), bases purínicas e 
pirimídinicas (meios contendo peptona, extrato de levedura ou outros materiais vegetais ou animais digeridos)
 Bactérias acidófilas: 
bastonetes - não crescem a pH > 6,0
cocos - pH neutro
pH ótimo para crescimento = 4,5
Lactobacillus bulgaricus
AgentesMicrorganismo Carboidrato Temperatura 
L. delbrüeckii glicose, galactose () 45 - 50º C 
L. bulgaricus glicose, galactose, lactose 45 - 50º C 
L. casei glicose, galactose, lactose 30º C 
L. leishmanii lactose, galactose () > 30º C 
L. brerus (pentoaceticus) glicose, lactose(), galactose () > 30º C 
 
Lactobacillus casei
Lactobacillus delbrueckii
Streptococcus lactis
IV) FERMENTAÇÃO
MEIOS DE PRODUÇÃO:
Soro de leite, N orgânico: 4 - 5% de lactose
Melaço, N orgânico, vitaminas, extrato de levedo: 12% de sacarose 
CONDIÇÕES DE PRODUÇÃO:
Crescimento celular atinge seu máximo com 18 h
Fermentação se completa entre 42 h a 5 dias
pH: 5,0 - 5,8 (controle do crescimento de contaminantes)
Adição de CaCO3 ou Ca(OH)2 : tamponamento do meio (a cada 6h)
Agitação: manter o contato entre o CaCO3 e o ácido lático que vai se formando
Rendimento Médio: 85 a 90% em relação ao açúcar consumido 
C6H12O6 + Ca(OH)2  (2 CH3CHOHCOO
-) Ca2+ + 2 H2O
CONTROLES DE FERMENTAÇÃO:
Microbiológico
Químico: açúcar (inicial e final); acidez; peso de produto obtido (lactato)
V)RECUPERAÇÃO E PURIFICAÇÃO
Fermentação Extrativa
A produtividade e o rendimento podem ser 
aumentados com a retirada do ácido lático 
do meio reacional:
Fermentação Extrativa:
rendimento = 0,99 g/L 
produtividade = 1,67 g/L/h
Batelada Convencional: 
rendimento = 0,83 g/L
produtividade = 0,31 g/L/h
Fermentação Extrativa
 Obtenção de vegetais fermentados: pickles, chucrute, azeitonas, forragem para 
gado
 Gênero Leuconostoc - produção de sabor no chucrute; lacticínios: iogurtes, 
leites acidificados, queijos, manteiga
 Leuconostoc, Streptococcus lactis, S. diacetilactis e L. cremoris: são usados 
como fontes de flavorizantes na indústria de lacticínios e são responsáveis 
pelas diferentes características conferidas à manteiga, queijos e iogurtes 
(produçãode diacetil)
 Carnes curadas: salames e outros embutidos;
IMPORTÂNCIA DAS BACTÉRIAS LÁTICAS 
NA INDÚSTRIA DE ALIMENTOS
Aspectos negativos da presença das bactérias ácido-láticas na indústria
• Produção de acidez e aromas indesejáveis (diacetil) em: vinhos, sucos, cervejas e 
outras bebidas destiladas (Pediococcus perniciosus e P. damnosus, encontrados na 
cerveja)
• Deterioração de produtos cárneos, vegetais e frutas
• Síntese de biopolímeros por Leuconostoc mesenteroides, consome sacarose: na 
indústria açucareira, reduzindo o rendimento e provocando o entupimento de filtros, 
bombas e tubulações
new avenues for drug delivery, 
gene therapy, tissue 
engineering and determination 
of cellular pathway mechanisms
VITAMINAS
Vitaminas
Elementos nutritivos essenciais â vida (VITA).
O corpo humano deve receber as vitaminas 
através:
- alimentação
- por administração exógena (injeção ou via oral)
- por aproveitamento das vitaminas formadas pela 
microbiota intestinal
Compostos orgânicos obtidos em uma
dieta normal e capazes de manter a vida
e promover o crescimento
As necessidades de vitaminas variam em função
de: sexo, idade, peso, altura, necessidades
calóricas, estados de gravidez e lactação, 
atividade física, etc.
Características 
 essenciais para o crescimento 
e o funcionamento metabólico 
normal de um organismo;
 ativas em doses mínimas;
 não apresentem valor 
energético inerente;
 não podem ser biossintetizadas
pelos seres humanos
Principais vitaminas
existentes:
Vitamina A (caroteno,retinol)
Vitaminas do complexo B: 
B1 (tiamina)
B2 (riboflavina)
B3 (niacina, niacinamida)
B4 (adenina)
B5 (ácido pantotênico)
B6 (piridoxina)
B7 (biotina)
B9 (ácido fólico)
B10, B11 (fatores do crescimento)
B12 (cobalamina, cianocobalamina)
B13 (ácido orótico) 
B15 (ácido pangâmico)
Vitamina C (ácido ascórbico)
Vitamina D (calciferol, ergosterol)
Vitamina E (tocoferol)
Vitamina K
A maioria das vitaminas 
hidrossolúveis são 
constituintes necessários de 
coenzimas que apresentam 
papel importante em 
diversos caminhos 
metabólicos
Classificação:
Lipossolúveis - solúveis em lipídeos: absorvidas
juntamente com as gorduras da alimentação
Hidrossolúveis - solúveis em água: excretadas pela
urina em pequenas quantidades, não sendo
armazenadas no organismo em quantidades
apreciáveis
Necessidades diária de vitaminas/ super-dosagem
Produção das Vitaminas 
A maioria das vitaminas são produzidas por síntese química
Vitamina B12 - exclusivamente produzida por fermentação
Vitamina C - por semi-síntese
Vitamina C
Vitamina B12
Vitamina B12
(Cianocobalamina)
 sólido cristalino cor vermelho escuro
 inodoro
 insípido
 higroscópico
 muito solúvel em água e etanol
 insolúvel em solventes orgânicos
 decompõe-se em meio alcalino e em soluções
com valores de pH < 4,5
Produção Mundial estimada = 3 t / ano
Mercado  US$ 71 milhões
Vitamina B12
Produção de Vitamina B12
Agentes:
Streptomyces – S. griseus, S. olivaceus (NRRL B-
1125) 
Bacillus – B. megatherium (NRRL B938; NRRL 
B1372; NRRL B938R)
Propionobacterium – P. freundereichii ATCC 6207, 
P. shermanii ATCC 13673
Pseudomonas – P. denitrificans
Produção de Vitamina B12
• adição de sal de cobalto e DBI (5,6-dimetilbenzimidazol)
• aerobiose intensa
• produção totalmente dependente de betaína (H3C)3N
(+)-
CH2-CO2
(-)
Produção de Vitamina B12
Meios:
Crescimento Produção
Glicose 0,5%
1,0%
Milhocina 0,5%
4,0%
Óleo de soja 0,1%
0,1%
CoCl2.6H20 2 ppm 9 ppm
CaCO3 ---
0,5%
pH 7,0 7,0
 
 
 
 
 
 100mL meio 4 L meio Propagador -170 L meio 
 shaker 30
o
C / 48 h aeração 30
o
C / 48 h aeração / agitação 
 
 
 inóculo ( 5%) 
 25 - 28
o
C 
 agitação 
 (72 rpm) 
 aeração anti-espumante 
 (0.5 VVM) 
 70-90 h 
Precursores:
• colina ou dimetilbenzeno –
doadores de radical metil
• cianetos – sob a forma de 
ferrocianeto
 
 
 
 
 
 100mL meio 4 L meio Propagador -170 L meio 
 shaker 30
o
C / 48 h aeração 30
o
C / 48 h aeração / agitação 
 
 
 inóculo ( 5%) 
 25 - 28
o
C 
 agitação 
 (72 rpm) 
 aeração anti-espumante 
 (0.5 VVM) 
 70-90 h 
Produção de Vitamina B12
Melhor rendimento obtido em 80oF (  26,6oC)
Produção de Vitamina B12
A maior parte da vitamina 
B12 fica retida no micélio 
Manter o pH = 7.0-7.5 (adição de H2SO4)
 Caldo fermentado 
 
 
Acidificação com H2SO4 
 
 
Adição de Na2SO3 
(para proteger a vitamina) 
 
 
Aquecimento 
80-120
o
C / 10-30 min 
(para lise das células) 
 
 
 
Centrifugação micélio e sólidos 
 Residuais 
 
 
Adição de KCN 
em presença de NaNO2 
(conversão de cobalamina em 
cianocobalamina mais estável) 
 
 
Adsorção 
em amberlite, alumina, sílica-gel 
 
 
Eluição com álcool-água ou fenol-água 
 
 
Evaporação 
 
 
Cristalização 
 
 
 Caldo fermentado 
 
 
Acidificação com H2SO4 
 
 
Adição de Na2SO3 
(para proteger a vitamina) 
 
 
Aquecimento 
80-120
o
C / 10-30 min 
(para lise das células) 
 
 
 
Centrifugação micélio e sólidos 
 Residuais 
 
 
Adição de KCN 
em presença de NaNO2 
(conversão de cobalamina em 
cianocobalamina mais estável) 
 
 
Adsorção 
em amberlite, alumina, sílica-gel 
 
 
Eluição com álcool-água ou fenol-água 
 
 
Evaporação 
 
 
Cristalização 
 
 
Recuperação e 
Purificação
Vitamina C 
(L - Ácido ascórbico)
Produção Mundial estimada = 110.000 ton/ano
Mercado  US$ 60 milhões
Maiores produtores: BASF/TAKEDA, DSM, MERCK,
China Pharmaceutical Group Ltd.
 sólido branco cristalino
 ponto de fusão: 190 - 192 °C 
 inodoro
 sabor ácido
 solúvel em água, álcoois e acetona
 insolúvel nos demais solventes orgânicos
 sensível à luz
 resistente ao calor
 características anti-oxidantes
Ácido ascórbico 
(forma reduzida 
vitamina C)
Ácido dehidroascórbico 
(forma oxidada vitamina C)
Di-acetone-ketogulonic acid
Produção de Vitamina C
Meio de Produção: 20% sorbitol
3 – 5% milhocina
0,1% octadecanol,
ácidos pantotênico, p-amino-
benzóico, 
nicotênico (traços)
Agente: Acetobacter suboxidans
Inóculo: 3 a 4% volume total
Condições: Fermentação submersa
30 – 40% vvm
agitação mecânica
T = 30 – 35oC
pH = 5,5 – 6,0
rendimento 80-90%