PROCESSOS DE FERMENTAÇÃO
Os processos de fermentação utilizados hoje em dia são combinações de tecnologias que melhoram o rendimento do processo.
Descontínuo -com um inóculo simples por tanque
-com ou sem a Descontínuo recirculação do
{
{
Descontínuo recirculação do alimentado microrganismo Processo deFermentação -com ou sem a Semicontínuo recirculação do
microrganismo
- em um tanque ou
Contínuo tanques em série com ou sem recirculação de m.o.
{
{
{
PROCESSO
PROCESSO
DESCONTÍNUO
DESCONTÍNUO
DESCONTÍNUO
DESCONTÍNUO
PROCESSO DESCONTÍNUO
1.1- Descontínuo Simples
inóculo mosto
FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA
PREPARAÇÃO DO INÓCULOPREPARAÇÃO DO INÓCULO
Inóculo, péInóculo, pé--dede--cuba ou pécuba ou pé--dede--fermentação é fermentação é o quantidade adequada de microrganismo o quantidade adequada de microrganismo para garantir em condições econômicas a para garantir em condições econômicas a fermentação do volume do mosto;
fermentação do volume do mosto;
Cepas: manutenção do microrganismos Cepas: manutenção do microrganismos
Cepas: manutenção do microrganismos Cepas: manutenção do microrganismos
selecionado em condições que possibilitem selecionado em condições que possibilitem manter sua viabilidade e capacidade
manter sua viabilidade e capacidade reprodutiva;
reprodutiva;
Condições de manutenção: secagem, em Condições de manutenção: secagem, em agar inclinado, congelados; liofilizados; agar inclinado, congelados; liofilizados;
Recuperação do microrganismo: depende Recuperação do microrganismo: depende da técnica utilizada para sua preservação da técnica utilizada para sua preservação
PROCESSOS DE FERMENTAÇÃO
PREPARAÇÃO DO INÓCULO PREPARAÇÃO DO INÓCULO
FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA
MOSTOMOSTO
O microrganismo necessita de condições O microrganismo necessita de condições
ótimas de crescimento (pH, temperatura, O ótimas de crescimento (pH, temperatura, O2 2 dissolvido, etc)
dissolvido, etc)
O meio de cultura, mosto ou meio de O meio de cultura, mosto ou meio de
fermentação tem influência marcante no fermentação tem influência marcante no fermentação tem influência marcante no fermentação tem influência marcante no processo;
processo;
Deve possuir nutrientes requeridos para o Deve possuir nutrientes requeridos para o
crescimento celular crescimento celular
FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA
MOSTO
MOSTO
Elementos principais: (C, H, O, N);
Elementos principais: (C, H, O, N);
Elementos secundários: (P, K, S, Mg);
Elementos secundários: (P, K, S, Mg);
Vitaminas e hormônios;
Vitaminas e hormônios;
Traços de elmentos (Ca, Mn, Fe, Co,
Traços de elmentos (Ca, Mn, Fe, Co,
Traços de elmentos (Ca, Mn, Fe, Co,
Traços de elmentos (Ca, Mn, Fe, Co,
Cu, Zn)
Cu, Zn)
Na formulação de um meio de cultivo,
Na formulação de um meio de cultivo,
deve
deve--se levar em conta as
se levar em conta as
necessidades desses nutrientes para a
necessidades desses nutrientes para a
formação dos produtos.
FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA
COMPOSIÇÃO ELEMENTAR TÍPICA DE UM COMPOSIÇÃO ELEMENTAR TÍPICA DE UM MICRORGANISMO
MICRORGANISMO
Elemento
Elemento Porcentual no MOPorcentual no MO Carbono Carbono 5050 Carbono Carbono Nitrogênio Nitrogênio Fósforo Fósforo Enxofre Enxofre Magnésio Magnésio 50 50 7 7--1212 1 1--33 0.5 0.5--1,01,0 0,5 0,5
FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA
MOSTO
MOSTO
Um meio de cultura deve no mínimo
Um meio de cultura deve no mínimo
conter os elementos da célula na
conter os elementos da célula na
proporção correta;
proporção correta;
Exceto para carbono, oxigênio e
Exceto para carbono, oxigênio e
hidrogênio, a formulação dos
hidrogênio, a formulação dos
hidrogênio, a formulação dos
hidrogênio, a formulação dos
nutrientes é baseada na Tabela
nutrientes é baseada na Tabela
anterior;
anterior;
Os microrganismos coordenam
Os microrganismos coordenam
eficiente o seu catabolismo e
eficiente o seu catabolismo e
anabolismo;
anabolismo;
O substrato limitante são as fontes de
O substrato limitante são as fontes de
energia para este metabolismo
energia para este metabolismo
FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA
TIPOS DE MOSTO
TIPOS DE MOSTO
Meios naturais: (sucos de uvas, leite,
Meios naturais: (sucos de uvas, leite,
caldo de cana, milhocina, etc);
caldo de cana, milhocina, etc);
Meios sintéticos: (meios quimicamente
Meios sintéticos: (meios quimicamente
definidos);
definidos);
definidos);
definidos);
Alguns substratos (açúcares, melaços,
Alguns substratos (açúcares, melaços,
soro de leite, celulose, amido,
soro de leite, celulose, amido,
resíduos, como água de maceração de
resíduos, como água de maceração de
milho, metanol, etanol, óleos e
milho, metanol, etanol, óleos e
gorduras, etc.
O descontínuo será sempre a base para as O descontínuo será sempre a base para as
comparações de eficiências atingidas nessas comparações de eficiências atingidas nessas
elaborações, mas a sua baixa eficiência estimula o elaborações, mas a sua baixa eficiência estimula o surgimento das formas alternativas.
surgimento das formas alternativas.
O principal problema desta forma de operar O principal problema desta forma de operar bioprocessos é decorrente de fenômenos de bioprocessos é decorrente de fenômenos de
PROCESSO DESCONTÍNUO
bioprocessos é decorrente de fenômenos de bioprocessos é decorrente de fenômenos de inibição pelo substrato, produto, ou outros inibição pelo substrato, produto, ou outros metabólitos;
metabólitos;
ConcentraçõesConcentrações elevadas deelevadas de substrato substrato inibem o
inibem o agente biológico;agente biológico;
Este efeito está relacionado, em células vivas, a Este efeito está relacionado, em células vivas, a fenômenos osmóticos que resultam em
fenômenos osmóticos que resultam em plasmólise celular;
plasmólise celular;
PROCESSO DESCONTÍNUO
As possíveis razões para o fenômeno são a As possíveis razões para o fenômeno são a repressão na síntese de enzimas e a
repressão na síntese de enzimas e a
desidratação dos sistemas enzimáticos, devida à desidratação dos sistemas enzimáticos, devida à perda de água da célula ou à inibição do
perda de água da célula ou à inibição do transporte de nutrientes para o seu interior; transporte de nutrientes para o seu interior; transporte de nutrientes para o seu interior; transporte de nutrientes para o seu interior;
É fato bem conhecido que a célula viva polui É fato bem conhecido que a célula viva polui seu ambiente com produtos do seu
seu ambiente com produtos do seu
metabolismo até fazer cessar o crescimento e, metabolismo até fazer cessar o crescimento e, eventualmente, perder sua viabilidade, fenômeno eventualmente, perder sua viabilidade, fenômeno conhecido como inibição pelo produto.
FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA
CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS
CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS
DESCONTÍNUOS
DESCONTÍNUOS
1. Cada dorna recebe um inóculo;
1. Cada dorna recebe um inóculo;
2. Processo com recirculação do
2. Processo com recirculação do
2. Processo com recirculação do
2. Processo com recirculação do
microrganismo;
microrganismo;
1. DESCONTÍNUO SIMPLES1. DESCONTÍNUO SIMPLES
PROCESSO DESCONTÍNUO
FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA
EM QUE CADA DORNA RECEBE UM INÓCULO EM QUE CADA DORNA RECEBE UM INÓCULO
Cada dorna recebe um microrganismo
Cada dorna recebe um microrganismo
propagada a partir de uma cultura
propagada a partir de uma cultura
pura;
pura;
pura;
pura;
Pouco riscos de contaminação;
Pouco riscos de contaminação;
Fermentações com meios ricos e
Fermentações com meios ricos e
passíveis de contaminação este tipo é
passíveis de contaminação este tipo é
indicado;
1. DESCONTÍNUO SIMPLES1. DESCONTÍNUO SIMPLES
Também conhecida como fermentação em Também conhecida como fermentação em batelada ou por carga é utilizada desde
batelada ou por carga é utilizada desde
antiguidade, e ainda hoje são as mais empregadas antiguidade, e ainda hoje são as mais empregadas para obtenção de vários produtos;
para obtenção de vários produtos;
consiste na preparação do substrato adequado consiste na preparação do substrato adequado
PROCESSO DESCONTÍNUO
consiste na preparação do substrato adequado consiste na preparação do substrato adequado ao desenvolvimento do microrganismo;
ao desenvolvimento do microrganismo;
colocar esse substrato em um biorreator ; colocar esse substrato em um biorreator ;
adicionar o microrganismo responsável pelo adicionar o microrganismo responsável pelo
bioprocesso e aguardar que o processo ocorra; bioprocesso e aguardar que o processo ocorra;
Após o tempo necessário de processo, retiraApós o tempo necessário de processo, retira--se o se o caldo do biorreator e executa
caldo do biorreator e executa--se as operações se as operações unitárias necessárias para a recuperação e
unitárias necessárias para a recuperação e purificação do produto.
1. DESCONTÍNUO SIMPLES1. DESCONTÍNUO SIMPLES
No nível de aplicações práticas, para um No nível de aplicações práticas, para um
bioprocesso razoavelmente evoluído, dificilmente bioprocesso razoavelmente evoluído, dificilmente será conduzido como um reator descontínuo
será conduzido como um reator descontínuo simples, havendo freqüentemente alguma
simples, havendo freqüentemente alguma
PROCESSO DESCONTÍNUO
simples, havendo freqüentemente alguma simples, havendo freqüentemente alguma elaboração
PROCESSO DESCONTÍNUO
PROCESSO DESCONTÍNUO
Terminada a fermentação, descarregaTerminada a fermentação, descarrega--se a se a
dorna, e o meio fermentado enviado para a dorna, e o meio fermentado enviado para a recuperação do produto, e novamente a
recuperação do produto, e novamente a dorna é utilizada para outra fermentação; dorna é utilizada para outra fermentação;
1. DESCONTÍNUO SIMPLES1. DESCONTÍNUO SIMPLES
dorna é utilizada para outra fermentação; dorna é utilizada para outra fermentação;
Se não houver adição de soluções para Se não houver adição de soluções para
controle do processo e nem perda de controle do processo e nem perda de líquido por evaporação, o volume no líquido por evaporação, o volume no decorrer da fermentação, permanece decorrer da fermentação, permanece constante.
PROCESSO DESCONTÍNUO
PROCESSO DESCONTÍNUO
A fermentação descontínua pode levar a A fermentação descontínua pode levar a
baixos rendimentos e produtividade, baixos rendimentos e produtividade,
quando o substrato é adicionado de uma só quando o substrato é adicionado de uma só vez, podendo exercer inibição;
vez, podendo exercer inibição;
1. DESCONTÍNUO SIMPLES1. DESCONTÍNUO SIMPLES
vez, podendo exercer inibição; vez, podendo exercer inibição;
Apresenta “tempos mortos” tempos em que Apresenta “tempos mortos” tempos em que
a fermentação não esta ocorrendo, como a fermentação não esta ocorrendo, como tempo de carga e de descarga, lavagens e tempo de carga e de descarga, lavagens e esterilização dos equipamentos.
PROCESSO DESCONTÍNUO
Grande flexibilidade de operação;Grande flexibilidade de operação;
Possibilidade de realizar fases sucessivas Possibilidade de realizar fases sucessivas
no mesmo recipiente; no mesmo recipiente;
Condições de controle mais simples;Condições de controle mais simples;
Capacidade de identificar todos os materiais Capacidade de identificar todos os materiais
1. DESCONTÍNUO SIMPLES1. DESCONTÍNUO SIMPLES
Capacidade de identificar todos os materiais Capacidade de identificar todos os materiais
relacionados ao processo; relacionados ao processo;
Apresenta menores riscos de contaminação Apresenta menores riscos de contaminação
se comparada a fermentação contínua; se comparada a fermentação contínua;
É o processo mais utilizado na indústria de É o processo mais utilizado na indústria de
alimentos (iogurte, aguardentes, cerveja, alimentos (iogurte, aguardentes, cerveja, vinho, etc.
DESCONTÍNUO COM RECIRCULAÇÃO DE DESCONTÍNUO COM RECIRCULAÇÃO DE CÉLULA
CÉLULA
É utilizado como inóculo as células da fermentação
anterior.
PROCESSO DESCONTÍNUO
anterior.
(para isso pode-se utilizar parte do meio de
fermentação ainda homogêneo, esperar que o
microrganismo sedimente no fermentador ou ainda centrifugar o meio fermentado).
Há uma tendência em aumentar o número de
contaminação a cada fermentação.
DESCONTÍNUO COM RECIRCULAÇÃO DE CÉLULADESCONTÍNUO COM RECIRCULAÇÃO DE CÉLULA
Uma alternativa ao processo descontínuo simples é a Uma alternativa ao processo descontínuo simples é a
recirculação de células, ou seja, ao se encerrar a batelada recirculação de células, ou seja, ao se encerrar a batelada efetua
efetua--se a separação das células por centrifugação ou se a separação das células por centrifugação ou mesmo sedimentação no interior do próprio biorreator,
mesmo sedimentação no interior do próprio biorreator,
PROCESSO DESCONTÍNUO
mesmo sedimentação no interior do próprio biorreator, mesmo sedimentação no interior do próprio biorreator,
enviando apenas o líquido fermentado para a recuperação enviando apenas o líquido fermentado para a recuperação do produto;
do produto;
Com isso busca evitar o preparo de um novo inoculo para Com isso busca evitar o preparo de um novo inoculo para
cada batelada, reduzindo custos e redução de tempo para cada batelada, reduzindo custos e redução de tempo para a obtenção de altas concentrações de célula no reator;
a obtenção de altas concentrações de célula no reator;
Esse processo é também conhecido como batelada Esse processo é também conhecido como batelada
repetida. repetida.
PROCESSO DESCONTÍNUO
FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA
Reaproveitamento do inóculo da cultura Reaproveitamento do inóculo da cultura
anterior; anterior;
EsperaEspera--se que o microrganismo flocule se que o microrganismo flocule
(cerveja), ou centrifuga
(cerveja), ou centrifuga--se o meio se o meio fermentado (álcool);
fermentado (álcool);
DESCONTÍNUO COM RECIRCULAÇÃO DE CÉLULADESCONTÍNUO COM RECIRCULAÇÃO DE CÉLULA
fermentado (álcool); fermentado (álcool);
AumentaAumenta--se o risco de contaminação em se o risco de contaminação em
cada nova batelada; cada nova batelada;
Necessidade de tratamento da suspensão Necessidade de tratamento da suspensão
de células, com água e ácido sulfúrico, de células, com água e ácido sulfúrico,
eliminando contaminantes e leveduras em eliminando contaminantes e leveduras em degeneração.
FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA
RECIRCULAÇÃO DE CÉLULAS NO FINAL DA FERMENTAÇÃO
•Decantação:
• no final da fermentação, as leveduras vão para o fundo do fermentador;
• Retira-se o vinho para a destilação por um tubo lateral;
por um tubo lateral;
• Recupera-se as leveduras do fundo do tanque e reinicia nova fermentação
• Em intervalos regulares, realiza-se o tratamento das leveduras com ácidos e e adição de farinhas.
•Melle-Boinot
• No final da fermentação as
células de leveduras são separadas do vinho por centrifugação;
FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA
RECIRCULAÇÃO DE CÉLULAS NO FINAL DA FERMENTAÇÃO
centrifugação;
• As leveduras são tratadas com H2SO4 (pH 2.5-3.0) por 3 h
em tanques menores
conhecidos como cubas de tratamento onde recebem também nutrientes e oxigêno.
• Melle-Boinot-Almeida:
•No final da fermentação, o vinho sobrenadante é retirado da dorna por um tubo lateral, e enviado para centrífugação;
• As células obtidas da centrifugação tem tratamentos
FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA
RECIRCULAÇÃO DE CÉLULAS NO FINAL DA FERMENTAÇÃO
• As células obtidas da centrifugação tem tratamentos conforme descrito anteriormente;
•As leveduras então ativadas iniciam uma nova etapa de produção de álcool.
FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA
3. PROCESSO DE CORTES 3. PROCESSO DE CORTES
IniciaInicia--se o processo normalmente em uma se o processo normalmente em uma
Dorna A; Dorna A;
Quando a fermentação atingir a fase adequada, Quando a fermentação atingir a fase adequada,
passe a metade do volume da Dorna A, para passe a metade do volume da Dorna A, para uma Dorna B, até então vazia;
uma Dorna B, até então vazia; uma Dorna B, até então vazia; uma Dorna B, até então vazia;
Em seguida completaEm seguida completa--se o volume das duas se o volume das duas
dornas; dornas;
Os cortes podem ser feitos na fase de Os cortes podem ser feitos na fase de
crescimento mais ativa, ou no final da crescimento mais ativa, ou no final da fermentação;
fermentação;
Estes cortes podem ser feitos sucessivamente, Estes cortes podem ser feitos sucessivamente,
mas podem sofrer sérias quedas no mas podem sofrer sérias quedas no rendimento do processo.
FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA
Processo de Cortes
Inóculo + Corte (50 %)+
Atenuação (50 %)Mosto Dorna A Dorna B
Atenuación (100 %) Atenuación (50 %)
mosto mosto
corte destilação
A sucessão de cortes, pode proporcionar serias A sucessão de cortes, pode proporcionar serias
quedas no rendimento do processo, quando o meio quedas no rendimento do processo, quando o meio não é esterilizado;
não é esterilizado;
O número de cortes não pode ser previsto, depende O número de cortes não pode ser previsto, depende
FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA
Processo de Cortes
O número de cortes não pode ser previsto, depende O número de cortes não pode ser previsto, depende
da situação em que se encontra o processo; da situação em que se encontra o processo;
As particularidades e experiência adquirida no dia a As particularidades e experiência adquirida no dia a
dia, é que vai propor modificações no processo dia, é que vai propor modificações no processo visando aumentar o rendimento e produtividade. visando aumentar o rendimento e produtividade.
FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA
Processo de Cortes
FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA
NÚMERO DE DORNAS NÚMERO DE DORNAS
Considere, uma instalação funcionando Considere, uma instalação funcionando
por processo descontínuo, onde o líquido por processo descontínuo, onde o líquido fermentado deva abastecer de maneira
fermentado deva abastecer de maneira ininterrupta, o setor de separação dos ininterrupta, o setor de separação dos produtos
produtos
BORZANI, sugeriu uma metodologia para BORZANI, sugeriu uma metodologia para
calcular o número de fermentadores para calcular o número de fermentadores para um processo descontínuo.
CÁLCULO DO NÚMERO DE DORNAS
Custo
Custo dede umum fermentadorfermentador ee espaçoespaço queque esteeste ocupa
ocupa justificajustifica aa importânciaimportância dede sese determinardeterminar o
o númeronúmero dede fermentadoresfermentadores necessárionecessário parapara uma
uma certacerta produçãoprodução uma
uma certacerta produçãoprodução Considerações:
- Sistema descontínuo
- Deve haver fornecimento ininterrupto de meio fermentado ao setor de tratamentos finais
Definem-se as seguintes variáveis:
FF:: vazãovazão médiamédia dede líquidolíquido fermentadofermentado queque deve
deve serser fornecidofornecido ininterruptamenteininterruptamente aoao setorsetor de
de tratamentostratamentos finaisfinais (L/h)(L/h);;
ttff:: tempotempo necessárionecessário parapara queque oo conteúdoconteúdo dede uma
uma dornadorna fermentefermente completamentecompletamente (h)(h);;
VV:: capacidadecapacidade útilútil dada dornadorna (L)(L);;
VV:: capacidadecapacidade útilútil dada dornadorna (L)(L);;
DD:: númeronúmero dede dornas,dornas, dede capacidadecapacidade útilútil V,V, necessário
necessário parapara garantirgarantir aa vazãovazão FF dede líquidolíquido fermentado
fermentado;;
ttdd:: tempotempo necessárionecessário parapara sese descarregardescarregar umauma dorna
dorna (h)(h);;
ttcc:: tempotempo necessárionecessário parapara sese limparlimpar ee carregarcarregar uma
F depende:
a) da massa de produto final desejada no tempo a) da massa de produto final desejada no tempo “t” (M);
“t” (M);
b) da concentração de produto (C);b) da concentração de produto (C);
c) do rendimento do processo de recuperação c) do rendimento do processo de recuperação (r);
(r);
F = M F = M
C . t . r
tf depende do processo fermentativo e td pode ser calculado por:
Para fins de dimensionamento de uma instalação, é
razoável considerar tc = td.
V F td =
Considerando
Considerando instanteinstante zerozero oo inícioinício dodo trabalhotrabalho com
com aa dornadorna 11,, aa dornadorna DD deverádeverá começarcomeçar aa funcionar
funcionar nono instanteinstante (D(D--11))..ttdd
Cronograma de funcionamento de dornas em um processo descontínuo. (1) Início do preparo da dorna; (2) fim da carga; (3) fim da fermentação; (4) fim da descarga.
Por outro lado, a dorna D deverá começar a funcionar no instante td + tf:
Cronograma de funcionamento das dornas número 1 e número D. (1) Início do preparo da dorna; (2) fim da carga; (3) fim da fermentação; (4) fim da descarga.
Assim, pode-se escrever: (D-1) . td = td + tf D = 2 + F . tf D = 2 + tf / td D = V F . tf 2 + V F td =
A expressão permite calcular D quando se conhece V, F e tf. F e tF e tf f VV ?? VV ??
Depende do fabricante e/ou disponibilidade
Ou pode-se calcular o chamado número econômico de
Sendo p o custo de um fermentador de volume útil igual a V, é válida a equação empírica:
p = k . V p = k . Vaa
Onde k e a são parâmetros que dependem das condições econômicas locais no momento condições econômicas locais no momento considerado, sendo 0 < a < 1.
Considerando P o custo de D fermentadores, tem-se:
Derivando essa equação e igualando-se a derivada a zero, obtém-se o valor mínimo para P, caso em que D é chamado de E.
Fazendo
Fazendo kk,, FF,, ttff ee aa (que(que sãosão constantes)constantes) iguaisiguais aa K
K,, temtem--sese::
P = K . D / (D-2)a
Derivando-se e fazendo dP/dD = 0 obtém-se: Derivando-se e fazendo dP/dD = 0 obtém-se:
D = E = 2 / (1 – a)
Que, substituído na equação para o cálculo de D resulta:
Definição de D e V sem se conhecer k
e a:
1) Lista de preços de diversas dornas 1) Lista de preços de diversas dornas
((pp););
2) Calcula2) Calcula--se D para cada V;se D para cada V;
3) Calcula3) Calcula--se P para cada D (se P para cada D (p . Dp . D););
3) Calcula3) Calcula--se P para cada D (se P para cada D (p . Dp . D););
4) O valor mínimo de P corresponde a 4) O valor mínimo de P corresponde a
D e V. D e V.
O valor de E pode não atender a todos os requisitos do processo. Neste caso, deve-se escolher um valor de D que satisfaça aos requisitos mais importantes e que esteja o mais próximo possível de E.
FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA
Vantagens e inconvenientes dos processos contínuos e descontínuos de fermentação alcóolica;
Processo Descontínuo Processo Contínuo
(batelada e batelada alimentada)
Vantagens - maior controle - maior produtividade sobre contaminação - tempos de residência
Inconvenientes - inibição pela concentração - contaminação e mutação de açúcar e etanol - menor flexibilidade
- tempo de residência longo - baixa produtividade
reduzidos
- maior adaptabilidade ao controle automático
PROCESSO DESCONTÍNUO
2- BIORREATOR IDEAL DESCONTÍNUO
X V S
2.1- Balanço de massa para célula
variação de X no reator = [ crescimento ]
c dt dX V dt dX V = logo X dt dX µ =
[
]
PROCESSO DESCONTÍNUO
2.2- Balanço de massa para o nutriente
[ variação de S no reator ] = [ consumo para crescimento ]
c dt dS V dt dS V = Sabendo que X s c dt dS µ = e também que dt dX X 1 = µ , dt dS X s = 1 µ e que Yx s dS dX s / = = µ µ logo, s x Y s / µ = µ
substituindo µS na equação do B. M. para S vem:
x/s Y µX dt dS =
PROCESSO DESCONTÍNUO
2.3- Produtividade em processos fermentativos descontínuos
Produtividadevolumétrica é expressa como gramas de produto por litro por hora e é uma medida da performance global de um processo.
gX célula g. h L gX h L célula g P od . . . . Pr = = =
Em um processo batelada (descontínuo), é necessário calcular a produtividade em relação ao tempo total de processamento, que inclui não somente o tempo de fermentação, mas também o tempo requerido para esvaziar o fermentador de uma operação prévia, lavar o tanque, enchê-lo novamente e esterilizar o novo meio. Esse intervalo de tempo (excluindo o de fermentação) pode ser tão curto como seis horas na obtenção de leveduras ou tão longo como vinte horas, na produção de antibióticos.
PROCESSO DESCONTÍNUO
X
t1 t2 tL tf Tempo
Onde t1 = tempo para esvaziar a dorna e lavagem
t2 = tempo para encher novamente a dorna e esterilizar o meio tl = tempo da fase lag
tf = tempo de fermentação em fase exponencial,
onde µ = µmáx = cte 1 2 ln 1 X X tf µ =
PROCESSO DESCONTÍNUO
A produtividade global é dada por:
tL t t X X X P + + + µ = 2 1 1 2 ln 1 2 = Produtividade em células
A partir da equação anterior, vemos que um inóculo maior aumentará X1 e encurtará o tempo de fermentação. Se forem diminuídos os tempos operacionais t1 e t2, encurtaremos também o ciclo, bem como o uso de células bastante ativas e adaptadas no mesmo meio, diminuirá a fase lag.
Se o ciclo de fermentação é curto (12 - 48h) tais como na obtenção de levedura ou fermentação alcoólica, os tempos operacionais são importantes na produtividade global. Por outro lado, com longos tempos de fermentação (150 - 200h), tal como na produção de antibióticos, uma diferença de poucas horas é de pequeno significado.
PROCESSO DESCONTÍNUO
ExercícioExercício
Uma instalação industrial foi projetada de acordo Uma instalação industrial foi projetada de acordo com a seguinte equação: p = k.V
com a seguinte equação: p = k.V0,750,75
O tempo de separação do produto é igual a 8 O tempo de separação do produto é igual a 8 horas, sendo igual ao tempo de limpeza e de horas, sendo igual ao tempo de limpeza e de enchimento de cada dorna. A vazão de mosto enchimento de cada dorna. A vazão de mosto enchimento de cada dorna. A vazão de mosto enchimento de cada dorna. A vazão de mosto enviado para a separação do produto é de 400 enviado para a separação do produto é de 400 m
m33/h./h.
Calcular:Calcular:
O número de dornas?O número de dornas?
O volume de O volume de mosto para mosto para cada dorna?cada dorna?