Formação de produto em bioprocessos
Agentes de transformação:
- enzimas *
- células ** (microrganismos, animais ou vegetais)
E
* S P
Sistema complexo
** S + nutrientes P + subprodutos
Classificação dos processos quanto à formação de produto
A. Classificação de GADEN
1. Processo cuja formação de produto é associada ao crescimento (metabólito primário, p.e. etanol, certas vitaminas e aminoácidos); o produto formado está diretamente ligado às reações do catabolismo do substrato.
Figura 6.4 - Variação das velocidades específicas em uma fermentação alcoólica.
2. Processo cuja formação de produto é parcialmente associada ao crescimento (metabólito primário, p.e.
ácido cítrico, ácido lático); o produto formado não está diretamente ligado ao caminho metabólico produtor de energia.
Figura 6.5 - Variação das velocidades específicas em uma fermentação cítrica.
3. Processo cuja formação de produto não está associada ao crescimento (metabólito secundário, p.e. penicilina, toxinas microbianas)
não há uma associação clara entre as velocidades que permita estabelecer correlações cinéticas definidas.
• Para o ácido lático, estabeleceu-se a expressão:
P = . X + ,
em que alfa e beta são constantes empíricas dependentes do pH. (estudo de caso)
Figura 6.6 - Variação das velocidades específicas em uma fermentação penicilínica. Curva 1 – produção de antibiótico; curva 2 – consumo de açúcar;
curva 3 – consumo de oxigênio; curva 4 – crescimento do microrganismo.
Perfis de temperatura, crescimento e formação de produto durante uma fermentação penicilínica.
OBS.: Não é possível, porém, enquadrar qualquer processo fermentativo em um dos três grupos citados.
Uma vez que
Condições de operação ou fase de crescimento diferentes podem resultar diferentes associações entre crescimento e formação de produto (ex. etanol, butanodiol).
Para o butanodiol, obtido a partir de glicose em sistema contínuo com Klebsiella pneumoniae, foi observado que a produção é associada ao crescimento em valores de X até 0,18 h‑1 e independente do crescimento em valores de X acima deste.
Estudo de caso
A obtenção deste mesmo álcool, a partir de xilose (hidrolisado hemicelulósico de eucalipto), em sistema descontínuo alimentado com Klebsiella pneumoniae, apresentou-se como associada ao crescimento em valores de X até 0,2 h-1 e parcialmente associada ao crescimento para valores acima deste. Além disso, houve diferenças em função da vazão mássica de alimentação.
60 mL/h
150 mL/h
100 mL/h
200 mL/h
Gráficos de P em função de X, para a produção de butanodiol por Klebsiella pneumoniae em sistema descontínuo alimentado, a partir de xilose (hidrolisado hemicelulósico), com Si = 100 g/L.
60 mL/h
150 mL/h
100 mL/h
200 mL/h
Gráficos de P em função de X, para a produção de butanodiol por Klebsiella pneumoniae em sistema descontínuo alimentado, a partir de xilose (hidrolisado hemicelulósico), com Si = 50 g/L.
Para os dados de Si = 100 g/L fazendo-se uma extrapolação dos trechos de reta das respectivas curvas até o valor de X igual a zero, obtém-se um comportamento do tipo:
P = + . X Comparar os comportamentos:
100 g/L e 100 mL/h com 50 g/L e 200 mL/h
B. Classificação de KONO e ASAI
Baseada na associação da formação de produto com microrganismos em reprodução ou não
1. formação de produto associada apenas à atividade das células em reprodução (ex. sorbose)
2. formação de produto associada à atividade de todas as células, em reprodução ou não (ex. ácido lático)
3. formação de produto associada apenas à atividade de células que não se reproduzem (ex. ácido cítrico e novobiocina)
