Formação de produto em bioprocessos
Agentes de transformação:
- enzimas *
- células ** (microrganismos, animais ou vegetais)
*
S
E

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.
• Para o ácido lático, estabeleceu-se a expressão:
P =  . X +  ,
em que alfa e beta são constantes empíricas dependentes
do pH. (estudo de caso)
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.
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
100 mL/h
150 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
100 mL/h
150 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)