Processos de fermentação via estado solido semi-solido

1. Docente: Prof. José Roberto Tavares
Discente: Giullyanno de O. Felisberto
UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
Cuiabá – MT
Julho/2014

2. • Fermentação em estado sólido, fermentação em
substrato sólido ou simplesmente fermentação semi-
sólida, são nomes dados a um desenvolvimento
microbiano que pode ser, se houver um controle do
processo, uma ferramenta potencialmente interessante
na obtenção de diversos produtos, tais como enzimas,
biomassa microbiana, inóculos, além de alimentos,
medicamentos e pigmentos.
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3. • Definições para uma fermentação em estado sólido
concordam que o substrato não tem de ser
necessariamente sólido, porém deve conter uma matriz
sólida inerte.
• “Processos que referem-se a cultura de microrganismos
sobre ou dentro de partículas em matriz sólida (substrato
ou material inerte), onde o conteúdo de líquido (substrato
ou meio umidificante) ligado a ela está a um nível de
atividade de água que assegure o crescimento e
metabolismo das células e não exceda à máxima
capacidade de ligação da água com a matriz sólida”
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4. • A ocorrência da fermentação em estado sólido é mais
antiga que o próprio homem, sendo muito difícil de
precisar o surgimento desta prática pela atividade
humana. Sabe-se que várias formas de alimentos
utilizando esse processo microbiano fazem parte da
dieta de diversos povos há muitos séculos.
• Por exemplo a produção de molho de soja em 1000 a.c.
na China. E do queijo roquefort em 100 d.c. no Ocidente.
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5. • Durante a Segunda Guerra Mundial, para agilizar o
processo de penicilina, houve o desenvolvimento de
fermentadores para processos envolvendo fermentação
em fase liquida em maior escala, deixando os processos
em estado sólido de lado no Ocidente.
• No Japão, contudo, o processo tradicional, foi sendo
aperfeiçoado. Projetaram-se incubadoras automatizadas,
agitação controlada, linhagens mutantes melhoradas,
etc. Enquanto que nos países do Ocidente estudos vem
sendo realizados para obtenção de bioprodutos quase
totalmente em nível laboratorial.
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6. • Aspergillus oryzae (koji-kin)  soja, arroz
cozido  shoyu, sake, chiang/miso.
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7. • Rhizopus oligosporus  base de trigo e soja
 tempeh
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8. • Rhizopus oryzae e bactérias: Lactobacillus casei,
Lactobacillus helvecticus e Streptococcus
thermophilus  solução de glicose e carbonato de
cálcio embebecendo bagaço de cana de açúcar 
ácido lático
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9. • Fusarium graminearum, Gibberella fujikuroi
 farelo de trigo  ácido giberélico
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10. • Aspergillus niger
•  sabugo de milho, melaço, bagaço de cana  ácido
cítrico
•  solução de glicose umedecendo bagaço de cana 
ácido lático
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11. • Aspergillus niger
•  farelo de trigo  α-galactosidase
•  resíduo fibroso de processamento de mandioca,
pectina mais sacarose pectinase*
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12. • Trichoderma reesei, Trichoderma viride, Penicillium
citrinum, Penicillium chrysogenum e Fusarium
oxysporum  palha de trigo, cascas de arroz, fibra
de coco celulase*
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13. • Aspergillus carbonarius  farinha de canola  fitase
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14. • Bacillus thuringiensis, Bacillus coagulans, Bacillus
megaterium, Bacillus licheniformis  farelo de trigo
 α-amilase
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15. • Penicillium chrysogenum  bagaço de cana
penicilina*
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16. • Bacillus subtilis  farelo de trigo  iturina*
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17. • Beauveria brongniartii  grãos de milho 
biopesticida
• Stilbella aciculosa  farelo de trigo  biopesticida
• Bacillus thuringiensis  resíduos de mandioca 
biopesticida*
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18. • Zymomonas mobilis, Saccharomyces cerevisiae
cana de açúcar, beterraba, milho, cevada, amido
álcool etílico
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19. • Matriz sólida  partículas de argila
• O substrato ou a matriz sólida deve ter algumas
características que possibilitem o maior rendimento do
processo. A principal peculiaridade é o alto grau de
acessibilidade do microrganismo a todo o meio e, para
tanto, de suas características mais importantes
destacam-se a porosidade, o tamanho e o formato das
partículas.
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20. • O substrato necessita de um pré-tratamento para se
adequar às condições necessárias do microrganismo
para crescer e produzir:
• Esmagamento, quebra, moagem e peneiramento,
visando adequar o meio à granulometria adequada do
processo;
• Suplementação de nutrientes e correção de pH, para
suprir a falta de algum nutriente e dar melhores
condições ao microrganismo;
• Hidrólise ácida ou alcalina de material celulósico,
visando facilitar a atuação enzimática;
• Embebição, para regular o teor de umidade inicial do
processo. 20

21. • A forma empregada em praticamente todos os estudos diz
respeito ao processo em batelada no qual o meio é
adicionado ao reator, ocorrendo a inoculação do substrato e a
incubação do mesmo por um determinado período de tempo.
• A seguir, o produto obtido pode ser extraído por suspensão
do meio com água, soluções-tampão ou solventes (como no
caso de enzimas, ácidos, álcool) ou simplesmente secado e
armazenado (produção de biopesticidas).
• Outros modos de condução do processo são citados, tais
como:
• Fermentação semicontínua na obtenção de ácido cítrico;
• Fermentação por batelada alimentada na obtenção de ácido
giberélico;
• Fermentação contínua para a produção de enzimas fúngicas.
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22. • Tipos de Reatores
• Reatores de vidro: Logicamente, por ser um processo ainda
não muito difundido, quando se fala em fermentação ém
estado sólido deve-se pensar antes de tudo em pesquisas
que são realizadas, em nível de laboratório.
• frasco de Fernbach, garrafa de cultura, tubular vertical,
erlenmeyer de 250 mL e de 2800 mL.
• Os frascos de Fernbach e as garrafas de cultura são muito
utilizados, inclusive a nível industrial na produção de esporos,
devido a ampla área superficial entre o substrato e a
atmosfera.
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23. • Tipos de Reatores
• Bandejas: Podem ter fundo inteiriço ou serem
perfuradas. A disposição das bandejas deve ter local
apropriado, podendo ser utilizadas em salas com
estantes e circulação de ar natural ou forçada, passando
antes por umidificadores.
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24. • Tipos de Reatores
• Tanques circulares: consiste de dois tanques rotatórios
de 7 m de diâmetro, com um agitador helicoidal, dentro
de uma câmara de condições controladas.
• Podem ser processados, a cada batelada, cerca de 2 a 3
toneladas de meio de cultura, com alimentação,
esterilização, inoculação e retirada do produto realizados
automaticamente.
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25. • Tipos de Reatores
• Esteira rolante: este sistema é uma variante do
fermentador de bandejas. As etapas de inoculação e
incubação do material são realizadas em longas esteiras
de fundo perfurado por onde circula o ar úmido.
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26. • Tipos de Reatores
• Tubular horizontal (Tambor rotativo): o substrato é
esterilizado e resfriado diretamente no tambor. A rotação
do reator pode variar de 1 até 180 rpm.
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27. • Tipos de Reatores
• Tubular vertical (fermentador tipo coluna): muito
utilizado em pesquisas. Podem ser construídos de vidro
ou aço inox, com dimensões de 2 a 40 cm de diâmetro
por 20 a 180 cm de altura, permitindo uma capacidade
entre 8 a 10 kg por batelada.
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28. • O controle da umidade, da temperatura e do pH do meio,
a velocidade e a frequência de agitação, as condições de
transferência de oxigênio e de nutrientes, as
características do substrato, além das características e
estimativa de crescimento e da automação do processo
são os parâmetros mais frequentes analisados em
diversos estudos revistos.
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29. • Umidade
• Um substrato propriamente umedecido deve ter um filme
superficial de água visando facilitar a dissolução e a
transferência de massa de nutrientes e de oxigênio.
• Se o nível de umidade for elevado, implicará no
decréscimo de porosidade do substrato, menor difusão
de oxigênio. Se o nível de umidade for inferior ao
necessário, haverá maior dificuldade na difusão de
nutrientes, menor crescimento e menor produção.
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30. • Atividade de água
• A quantidade de água não ligada viável à disposição dos
microrganismos. Influencia no desenvolvimento
microbiano e os processos bioquímicos. Assim, cada
microrganismo tem um nível de atividade de água
mínimo para efetuar suas atividades metabólicas.
• Temperatura
• Como a temperatura afeta diretamente a germinação dos
esporos, o crescimento e a esporulação dos
microrganismos e a formação de produto, o calor
produzido deverá ser imediatamente dissipado.
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31. • pH
• O Controle do pH durante a fermentação em estado
sólido, dificilmente será conseguido devido à
heterogeneidade e à consistência do material. Como
tentativa de amenizar o efeito de uma variação brusca,
utilizam-se substratos com boa capacidade tamponante.
• Aeração
• É necessário o uso de uma grande área superficial do
meio de cultura, no qual o microrganismo ´pode se
desenvolver em contato com o ar. A oxigenação do meio
é realizada pela introdução de ar esterilizado sob
pressão no equipamento de fermentação.
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32. • Apresenta uma aceleração na taxa de reação devido ao
direto contato entre o substrato e o microrganismo;
• Devido à menor quantidade de água empregada, o
volume do reator é sempre bem menor que o mesmo
processo submerso, o que reduz os custos de operação
e de capital investido, assim como o espaço ocupado
necessário ao processo;
• O produto final encontra-se mais concentrado, o que
permite, em alguns casos, o processo direto de secagem
e embalagem do produto final obtido, como em
biopesticidas e alguns alimentos orientais;
• Há menor produção de resíduos líquidos a serem
tratados ou dispostos, o que reduz os custos de capital
investido, além de resultar em uma redução nos
problemas ambientais originados pelo processo.
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33. • Dependendo das características do meio e do tipo de
reator empregado, pode haver dificuldade em dissipar
tanto o calor produzido como os gases gerados durante
o processo. O que causa temperaturas elevadas em
pontos localizados e quedas de rendimento;
• Se for necessário o emprego da agitação do meio em
fermentação, a energia despendida deverá ser bem
maior que em processo submerso;
• Da mesma forma que a fermentação tradicional, há a
necessidade do pré-tratamento dos substratos, e, em
alguns casos, mais custoso, adequá-los à fermentação
desejada;
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34. • BIANCHI, V. L. D., MORAES, I. O., CAPALBO, D. M. F.
Fermentação em estado sólido. In: Schmidell, Wi., Lima,
V.A., Aquarone, E., Borzani, W. Biotecnologia Industrial.
Edgard Blucher LTDA. V.3: p. 247-276, 2001.
• http://www.livrosgratis.com.br/arquivos_livros/cp119890.p
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