Biorreação e Nutrição Microbiana

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Conceito: processos que acontecem na presença de microrganismos, podendo ser na presença 
ou ausência de oxigênio. 
Matéria prima → Meio de cultivo / Esterilização → Transformação → Produto. No meio de 
cultivo temos agentes biológicos, esse meio de cultivo precisa ter as condições necessárias 
para esse agente biológico desenvolver, e a esterilização vai garantir a conversão em produto. 
Introdução: primeiramente temos o tratamento da matéria-prima, preparando o meio, e 
esterilizando. Após essa etapa temos a fermentação propriamente dita, onde esse complexo é 
chamado de biorreator, por último a separação das células, purificando o produto. 
Agentes biológicos 
Obtenção dos microrganismos: 
• Isolamento a partir de recursos naturais; 
• Compra em coleções de culturas, empresas com bancos de células. 
• Obtenção de mutantes naturais, mutação de um determinado organismo, através de 
meios de cultivos diferentes. 
• Obtenção de mutantes induzidos por métodos convencionais, submeter certos 
microrganismos a uma luz UV, induzindo a mutação nos mesmos. 
• Obtenção de microrganismos recombinantes por técnicas de engenharia genética, 
fazer através da engenharia genética, devido ao que queremos. 
Características desejáveis nos microrganismos: 
• Apresentar elevada eficiência na conversão do substrato, tem que pegar o substrato 
e ter uma quantidade boa de produto. 
• Permitir o acúmulo do produto no meio, sendo ideal a formação do produto e após 
isso que o microrganismo jogue no meio de cultivo, pois se ele fica com o produto pra 
si, pode causar alguns problemas. 
• Não produzir substâncias incompatíveis com o produto, preciso produzir um produto 
que vai continuar bem até o final do processo. 
• Estabilidade, resistência e tolerância, tem que aguentar alterações dentro do meio de 
cultivo, pra poder continuar produzindo o produto. 
• Não exigir meios de cultura caros, não pode ser caro, pois a fase mais cara é a de 
purificação desses produtos. 
• Atender as necessidades nutricionais dos microrganismos, fornecer nutrientes que 
atendam às exigências deles. 
• Não ser patogênico. 
Tipos de microrganismos utilizados na indústria: 
• Bactérias 
• Fungos 
o Bolores e leveduras 
 
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Nutrição microbiana: 
• Fonte de carbono 
o Energia para o microrganismo sobreviver; 
o Vem de macromoléculas, por exemplo a celulose; 
o Vem de moléculas menores. 
 
• Fonte de nitrogênio: necessária para produzir proteínas no meio, essencial. 
o Orgânico – extrato de leveduras, peptonas de carne. 
o Inorgânico – sulfato de amônio. 
 
• Fonte de minerais: vai de acordo com o microrganismo, podendo ser selecionada a 
fonte de acordo com o que precisamos. 
o P (fósforo), para a síntese de ATP e ácidos nucleicos. 
o S (enxofre), para síntese de aminoácidos e proteínas. 
o K (potássio), ativador enzimático e regulador da pressão osmótica. 
o Mg (magnésio), cofator enzimático. 
o Ca (cálcio), cofator enzimático. 
 
• Micronutrientes: 
o Cu (cobre), Co (cobalto), Zn (zinco), Mn (manganês), Na (sódio). 
 
• Fatores de crescimento: não é usado, pois encarece os bioprocessos. 
o Vitaminas; 
o Aminoácidos; 
o Nucleotídeos; 
o Ácidos graxo. 
 
• Água: 
o Ação enzimática; 
o Dissolução de materiais orgânicos e inorgânicos; 
o Participa em muitos processos metabólicos; 
o Regulador térmico; 
o Regulador de pressão osmótica. 
 
• Oxigênio: depende do microrganismo 
o Microrganismos aeróbios; 
o Microrganismos microaerófilos, precisam de pouco oxigênio; 
o Anaeróbios; 
o Aeróbios facultativos, precisam ou não. 
Importância da fonte de nitrogênio: 
• Formar aminoácidos. 
• Utilizam nitrato, amônio e as vezes o nitrogênio gasoso como única fonte de 
nitrogênio. Ou seja, alguns aminoácidos utilizam essas fontes para sintetizar proteínas. 
• O nitrogênio pode ser obtido em outras fontes. 
• Alguns requerem aminoácidos específicos. 
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Curva de crescimento de microrganismos: 
 
Medida da concentração de componente do meio de fermentação: 
• Concentração celular 
o Pode ser medida pela concentração expressa em massa seca; 
o Centrifugação para determinação do volume celular; 
o Densidade óptica 
o Contagem microscópica 
o Contagem em placas 
o Medida de componentes celulares. 
Concentração expressa em massa seca: 
• Filtragem do meio de cultivo, que vai passar pelo papel de filtro, onde vai ficar retida 
apenas as células, onde vai ser seco na estufa e pesado, subtraindo o peso do papel de 
filtro pesado anteriormente. 
Centrifugação para determinação do volume celular: 
• Sedimentação, onde vai precipitar, medindo o volume celular. 
Densidade óptica: 
• Verificar de tempos em tempos a densidade, anotando a absorbância, a 520nm. 
Principalmente com bactéria. 
Contagem microscópica: 
• Utilizar a câmera de Neubauer, contando os esporos presentes nele, contando de 
quadrante em quadrante, fazendo um cálculo e determinando a quantidade por mL. 
Contagem de placas: 
• Contando a quantidade de colônias presentes na imagem, técnica bem simples de ser 
feita. 
Medida de componentes celulares: 
• Determinar através da quantificação de proteínas, quanto mais, significa maior 
replicação celular. 
• Através de material genético, DNA/RNA, são técnicas mais caras, porém mede a 
concentração de células. 
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Meios de cultivo 
Conceito: precisam conter nutrientes, visando a máxima atividade do microrganismo. Tendo 
condições ótimas para o crescimento celular, que nem sempre são iguais para o processo 
produtivo. 
Importância do conhecimento das exigências nutricionais do microrganismo: 
• Fortificar componentes que faltam; 
• Retirar aqueles que inibem, por exemplo os que formam enzimas que inibem; 
• Escala de laboratório; 
• Escala industrial. 
Tipos de meios de cultivo: 
• Complexos; 
• Quimicamente definidos. 
Meios complexos: 
• Subprodutos industriais; 
• Composição variável; 
• Requer suplementação. 
 
São meios que não dá pra quantificar quanto de cada coisa tem no meio, por exemplo, quanto 
tem de ferro, quanto tem de glicose e etc. 
Meios quimicamente definidos: 
• Produtos puros; 
• Composição química conhecida e reproduzível; 
• Contendo fontes e nutrientes essenciais; 
• Utilizado em pesquisa e desenvolvimento de bioprocessos; 
• Exemplo: meio mínimo. 
 
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Meios complexos Meios quimicamente definidos 
Mais adequado a nível industrial Permite melhor controle das condições 
ambientais 
São mais baratos Mais fácil excluir substâncias e inibidores, 
e incluir precursores e indutores nos 
níveis adequados 
Melhores rendimentos e produtividade 
 
Formulação dos meios de cultivo: 
• Matéria prima: necessária para o crescimento celular e formação do produto de 
interesse. 
• Energia: necessária para que a célula possa formar o produto. 
• Informação.