Aula 06 - Biomassa

BIOTECNOLOGIA FARMACÊUTICA

Métodos de determinação de biomassa

Paulo Edson Fernandes

paulofernandes@live.com

Aula 06

• Pequeno questionário semanal• Pesquisas simples de conceitos e aplicações práticas• 50% da 1ª V.A. - Aprox. 8 trabalhos• Entrega no dia = 100% da nota;• Entrega atrasada = 80% da nota.

• Essa semana: • Cite 9 microrganismos e seus principais produtos biotecnológicos.

• 1ª VA – 8º Noturno – 30/09/2013• 1ª VA – 8º Matutino – 03/10/2013• 4 semanas

Trabalho Semanal

O que é a Biomassa?

Qualquer matéria orgânica que possa ser transformada em energia mecânica, térmica ou elétrica é classificada como biomassa.

O que é a Biomassa?

De acordo com a sua origem, pode ser: Florestal (madeira, principalmente);

Agrícola (soja, arroz e cana-de-açúcar, entre outras)

Rejeitos Urbanos e Industriais (sólidos ou líquidos, como o lixo).

O que é a Biomassa?

Os derivados obtidos dependem tanto da matéria-prima utilizada (cujo potencial energético varia de tipo para tipo) quanto da tecnologia de processamento para obtenção dos energéticos.

Parte viva da matéria orgânica do solo, composta por todos os organismos menores que 5.10-3 mm3 – Fungos, bactérias, actinobacterias, leveduras e microfauna (protozoários)- Cerca de 98% do C-orgânico do solo é matéria orgânica morta

- 2% do C-orgânico do solo é composto pela fração viva.

5 a 10% - Raízes

15 a 30% - Macrofauna

60 a 80% - Microrganismos

(1 a 5% da MOS total)BIOMASSA

Biomassa Microbiana

Interesse Farmacêutico

Biomassa microbiana ou proteína obtida de processos nos quais algas, leveduras, bolores ou bactérias são produzidos em larga escala, e utilizados como complemento em alimentos e em ração animal.

As leveduras contribuem com cerca de 5% do total de proteínas no pão (possuem alto teor de lisina);

Até 1914, cerca de 10.000 ton de levedura seca eram utilizadas como ração;

Interesse aumentou durante a 2ª. Guerra mundial, quando houve escassez de alimentos, estimulando a produção industrial de Candida utilis a partir de hidrolisados de madeira e licor sulfitico.

Single-Cell Protein (SCP)

Vantagens da SCP

Possibilidade de conversão de resíduos agrícolas e agroindustriais em alimento e ração;

Produção independe de condições climáticas e sazonalidade;

Alta e rápida taxa de crescimento; Alto teor protéico.

Biomassa Microbiana

Substratos mais utilizados são açúcares ou materiais amiláceos que podem ser hidrolisados por enzimas: Melaço de cana, soro de queijo, amido de grãos, licor

sulfítico, hidrolisados de madeira, vinhaça, bagaço e cascas de frutas, metanol, efluentes industriais...

Necessidades nutricionais: carbono, nitrogênio, fósforo, vitaminas, minerais.

Relação substrato/nutriente é importante, pois o crescimento da biomassa é dependente da disponibilidade do nutriente.

Produção de Biomassa Microbiana

São convertidos por multiplicação celular em:

Produção de Biomassa Microbiana

Composição química dos microrganismos:

Biomassa Microbiana - Vantagens

Tempo de geração curto:Bactérias: 30 min a 2 h;�Leveduras: 1 a 3 h;Algas: 2 a 6 h;�Fungos filamentosos: 4 a 12 h.

Elevado teor de vitaminas; Alto conteúdo protéico; Variedade de fonte de carbono utilizada; Facilidade em realizar alterações genéticas; Instalações relativamente baratas; Independe de fatores climáticos.

Biomassa Microbiana – Aplicações

Proteína para alimentação humana ou animal.

Biomassa Microbiana – Aplicações

Indústria de alimentos (ex. fermento biológico).

Biomassa Microbiana – Aplicações

Medicamentos:Probióticos;�Antibióticos;Suplementos.

Biomassa Microbiana – Etapas

Biomassa Microbiana - Processo

Cultivo do microrganismo: Esterilização; Aeração;� � Equipamento;� Forma de Condução.

Recuperação da Biomassa:� Centrifugação (Leveduras e Bactérias); Filtros rotatórios (Fungos Filamentosos);� SecagemQuebra da parede celular (para SCP).� �

Microrganismos Ideais

Não ser patogênico; Valor nutritivo (para SCP); Não formar compostos tóxicos; Baixo custo de produção:

Velocidade de crescimento;� � Conteúdo protéico;� Suplementação de nutrientes; Meio de cultura;� � Separação e secagem.

Microrganismos Ideais - Bactérias

Bactérias: Alta velocidade de crescimento Extensa variedade de fontes de carbono Conteúdo protéico alto Perfil de aminoácidos bom; ricas em cistina e

metionina Recuperação da biomassa Conteúdo de ácidos nucléicos elevado Possibilidade de produção de endotoxinas (Gram -)

Gêneros mais utilizados: Bacillus, Hydrogenomas, Methanomonas, Methylomonas, Pseudomonas.

Bactérias: Substratos: hidrocarbonetos, Metanol

Processos: Chia Yee Solvent Works (Taiwan, 1963) Pseudomonas: Substrato: Hidrocarbonetos parafínicos; T = 36-38ºC; pH = 7,0; Em contínuo: células com 73,6% de proteína; Separação em centrifuga, Secagem em tambor; Remoção de óleo com solvente; Moagem em moinho.

Biomassa Microbiana - Processos

Processos: Esso Research and Engineering Co. (1968)� Pseudomonas; Substrato: Hidrocarbonetos purificados (retirada

dos aromáticos); T = 25-40ºC; Separação por centrifugação, decantadores ou

filtros; Secagem em spray-drying;

Biomassa Microbiana - Processos

Microrganismos Ideais - Fungos

Fungos Filamentosos: Alta conteúdo protéico Perfil de aminoácidos bom; baixo AA sulfidrilados

Os cogumelos constituem um dos mais antigos alimentos humanos.

Gêneros: Fusariume Rhizopus em cultivos submersos foram usados como alimento humano durante a 2ª guerra mundial.

Micoproteina: aprovado pelo governo inglês para consumo humano.

Microrganismos Ideais - Fungos

Alto conteúdo de ácidos nucléicos. Alguns produzem compostos tóxicos. Crescimento mais lento que leveduras e

bactérias. Matéria-prima amilácea (mais cara).

Microrganismos Ideais - Fungos

Leveduras de panificação: Levedura prensada:

Adição de emulsificantes (óleos vegetais) para dar �consistência desejada e adição de álcoois (etílico, propílico, isopropílico) ou amido de cereal para proteção contra contaminações.

Levedura seca ativa: 8% de umidade;� Células são secas em condições controladas de �

temperatura e umidade de modo que as enzimas não sejam deterioradas.

Microrganismos Ideais - Fungos

Levedura alimentar: S. cerevisiae e C. utilis são propagadas em

diferentes substratos e comercializadas como fonte de proteínas e vitaminas do complexo B para suplementação humana ou rações animais.

As leveduras resultantes dos processos exclusivamente destinados a sua propagação são denominados leveduras 1ªs, enquanto que as obtidas como subprodutos de outra indústria são denominadas leveduras 2ªs (recuperadas de cervejarias e destilarias).

Microrganismos Ideais - Fungos

Levedura alimentar: Componentes da levedura:

Proteína > 45%� Gordura – 2%� Fibras – 2%� Cinzas – 7-8%� Ca – 0,1 à 0,5%� P – 1,5%� Tiamina (Vit. B1) – 6 a 100 mg/kg� Riboflavina (Vit. B2) – 10 a 50 mg/kg�

Microrganismos Ideais - Algas

Algas têm sido usadas como alimento humano desde tempos imemoriais. Baixo custo de produção; Alto conteúdo protéico; Alta digestibilidade; Teor balanceado de aminoácidos; Alto teor de vitaminas (tiamina, riboflavina,

cobalamina) e carotenóides. Gêneros: Chlorella, Scenedesmuse Spirulina.

Microrganismos Ideais - Algas

Meio de cultivo (quimioautotrófico ou fotoautotrófico) Água do mar Lagos salinos� Águas oriundas de sistemas de tratamento de �

efluentes Meio de cultivo sintético (NaHCO� 3; K2HPO4; NaNO3;

NaCl; MgSO4.7H2O; FeSO4.7H2O; K2SO4; CaCl2.2H2O; solução de micronutrientes)

Não precisa esterilizar e sem controle de temperatura.

Biomassa Microbiana - Processos

Algas - Processo de produção: Batelada simples em lagos abertos;� Boa quantidade de iluminação;� Profundidade 20 a 30 cm.

Biomassa Microbiana - Processos

Algas – Recuperação: Centrifugação/Coagulação (baixa densidade

celular); Filtração rotativa; Secagem (Baixa pressão, “spray drying”, ao sol, �

secagem em camadas de areia).

Quantificação Celular

Métodos Diretos Determinação do número de células:

Contagem ao microscópio; Contagem de colônias formadas; Número mais provável (NMP); Contagem eletrônica (Contador Coulter, Citometria

de fluxo). Determinação da biomassa microbiana:

Peso Seco; Turbidimetria; Volume de Centrifugado; Viscosidade.

Quantificação Celular

Métodos Indiretos Constituintes celulares:

Concentração total de N ou C; ATP; DNA, RNA; Conteúdo protéico.

Dosagem de elementos do meio de cultura: Substrato; Consumo de O2; Produção de CO2.