Fermentação Semicontínua

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Walter Borzani

I 1.1 -

Defini~ao

o processo fermentativo recebe a denominacao de semicontinuo quando, uma vez colocados no rea tor 0 meio de ferrnentacao e 0 inoculo, as operacoes que se seguem obedecerem a seguinte ordem: Operacao n. ? l-Aguarda-se 0 terminoda fermentacao, Operacao n. 2 - Retira-se parte do meio fermentado, mantendo-se, no rea­ tor 0 restante de mosto fermentado. D

Operacao n. ? 3 - Adiciona-se ao rea tor urn volume de meio de fermentacao igual ao volume de meio fermentado retirado na Operacao n ." 2.

o meio de fermentacao adicionado na Operacao n .? 3 encontra, no

reator as celulas microbianas existentes no meio fermentado que nele foi mantido. Em ou­ tras palavras, 0 meio fermentado nao retirado do fermentador na Operacao n .D 2 serve de inoculo ao meio de fermentacao adicionado na Operacao n .? 3. Reini­ cia-se, desse modo, a sequencia de operacoes acima descrita, que sera repetida en­ quanta nao houver queda da produtividade do processo. Em alguns casos 0 meio fermentado retirado do fermentador (Operacao n. ? 2) e submetido a uma centrifugacao, para separar os microrganismos nele existen­ tes, microrganismos estes que voltam ao rea tor juntamente com 0 meio de fermen­ . tacao citado.na Operacao n .? 3. Urn processo como 0 aqui descrito chama-se semicontinuo, porque sao inter­ mitentes tanto 0 fluxo de entrada do meio no reator quanta 0 de saida de material fermentado. o antigo processo de fabricacao de vinagres a partir de vinho, conhecido como processo lento (ou processo frances ou, ainda, processo de Orleans), e urn exemplo tipico de processo semicontinuo (ver Vol. 4, Capitulo 6). _

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Fermentacao semicontinua

11.2 - Produtividade do processo semicontinuo A produtividade de urn processo fermentativo depende de muitos fatores, tais como: microrganismo utilizado, metodo de preparo do inocula, concentracao microbiana no fermentador, composicao do meio, temperatura, pH, fornecimento de oxigenio e de nutrientes durante 0 desenvolvimento da fermentacao, e outros mais. Nosso objetivo neste momento, e, porern, bastante especifico. Para definir esse objetivo de maneira a nao deixar margem a duvidas, chamemos de V 0 volu­ me total de meio inoculado existente no reator e ja completamente fermentado (Operacao n .? I), e de a . V (sendo 0 < a < 1) 0 volume de meio fermentado retira­ do do reator na Operacao n. 2. Interessa-nos saber de que maneira a fracao a afeta a produtividade do pro­ cesso. Nao e diffcil mostrar que a afeta a produtividade. Para tanto, indiquemos por: 50 = concentracao do substrato principal (geralmente, a fonte de carbono) no meio de ferrnentacao, substrato este que sera totalmente consumido. No = concentracao de outro nutriente importante para a atividade vital do microrganismo (como a fonte de rutrogeruo. por exemplo) no meio de fermenta­ <;ao. P, = concentracao do produto no meio fermentado . N , = concentracao, no meio fermentado, do outro nutriente importante para a atuacao do microrganismo. Xf = concentracao microbiana no meio ferinentado. D

Se, na Operacao n .? 2, 0 volume de meio retirado do reator ea· V, 0 volume de meio remanescente sera (1 - a)V. Conseqiientemente, na Operacao n.? 3 serao misturados urn volump (l-a)V de meio fermentado e urn volume a . V de meio de fermentacao, Podemos entao calcular, na mistura resultante: a) concentracao do substrate principal (5J: (11.1)

b) concentracao do outro nutriente ja citado (N;):

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(11.2)

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c) concentracao microbiana (Xi)' admitindo-se que nao hajaretorno, ao reator, dos microrganismos existentes no volume de meio fermentado a . V: . (11.3) .

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Produtividade do processo semicontinuo

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d) concentracao do produto (PJ (11.4)

o tempo para se completar a fermentacao da mistura resultante da Opera­ \ao n .? 3 (e, consequentemente, a produtividade do processo) depende: a) do valor de X, pdrque quanta maior for a concentracao microbiana ini­ cial, menor sera 0 tempo de fermentacao. b) do valor de 5 i , uma vez que quanta maior for a concentracao inicial do substrato, maior sera 0 tempo necessario a sua transformacao em produto; c) do valor de Nil pois se a concentracao inicial do outro nutriente ja referido nao for adequada, as celulas microbianas trabalharao mais lentamente; d) do valor de Pi' porque 0 produto da ferrnentacao e, muito frequentemen­ te, urn inibidor da atividade microbiana, 0 que pode acarretar maior tempo para se atingir fermentacao completa. Mas as eqs. (11.1) a (11.4) nos mostram que 5i, Ni , Xi e Pi dependem de a. Logo, a afetara a produtividade do processo. A Figura 11.1 mostra, esquematicamente, de que maneiras a pode influir na produtividade. .

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a Figura 11.1 - Representacao esquematica de possfveis intluencias de a na produtividade do processo semicontfnuo.

Nao cabe, em urn curso de graduacao, examinar pormenorizadamente os re­ sultados representados na Figura 11.1. Os interessados poderao, contudo, consultar a literatura indicada no final deste Capitulo. Duas situacoes particulares, porern, devem ser comentadas, a saber: a) Se a = I, isto e, se na Operacao n .? 2 retirarmos todo 0 meio fermentado existente no reator e 0 substituirmos por meio de fermentacao, nao se processara mais qualquer transforrnacao, porque nao havera celulas microbianas para servi­

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Fermenta~o semicontinua

rem de inoculo ao meio adicionado. Em outras palavras, a produtividade sera nula. b) Se a. se aproximar de zero, 0 volume de meio fermentado periodicamente retirado do reator (Operacao n.? 2) sera muito pequeno quando comparado com 0 volume de meio fermentado remanescente, e 0 processo semicontinuo se aproxi­ mara do continuo.

I 1.3 - Comentarios finais Em que pese 0 fato de 0 processo semicontinuo apresentar relativamente poucas aplicacoes, seu emprego, principalmente quando 0 volume de producao e relativamente pequeno, po de apresentar algumas vantagens significativas, desta­ cando-se: a) possibilidade de operar 0 fermentador por longos periodos (as vezes, al­ guns meses) sem que seja necessario preparar urn novo inoculo: b) possibilidade de aumentar a produtividade do reator apenas modifican­ do-se 0 cronograma de trabalho: c) possibilidade de, uma vez conhecidas as melhores condicoes de operacao, conseguir produtividade significativamente maior do que a obtida em processo descontinuo.

Referencias bibliograficas (1) BORZANI, W.; PODLECH, P.A.S .; LUNA, M.F.; JERKE, P.R. & STEIN, M.A.C.F . Ki­ netics of Semicontinuous Microbial Transformation of Whey by Lactobacillus bulgaricus Var­ ying the Initial Concentration of Yeast Autolysate. Journal of Biotechnology 31: 61-66, 1993. (2) FACCIOTTI, M.e.R.; SCHMIDELL, W. & AGUERO, J.M.Z. Glucoamylase Producti­ on by Semicontinuous Cultivation of Aspergillus awamori NRRL 3112 . Arquivos de Biologia e Tecnologia 33:797-809,1990. (3) PODLECH, P.A.S.; LUNA, M.F.; JERKE, P.R .; SOUZA NETO, c.x.c, PASSOS, R.F.; SOUZA, 0 & BORZANI, W. Semicontinuous Lactic Fermentation of Whey by Lactobacillus bul­ garicus. Biotechnology Letters 12: 531-534, 1990. (4) PODLECH, P.AS.; LUNA, M .F.; JERKE, P.K.; SOUZA, 0 .; SOUZA NETO, C.A.e.; PASSOS, R.F. & BORZANI, W. Ferrnentacao Semicontfnua de Soro de Leite por Lactobacillus bulgaricus em instalacao piloto. Revista do Instituto de Laticinios Candido Tostes 46: 26-33, 1991. (5) SANTOS, T.W.; VAIRO, M.L.R.; HISS, H . & BORZANI, W. Semicontinuous Alcoho­ lic Fermentation of Sugar-Cane Blackstrap Molasses by Pressed Yeast. Biotechnology Letters 14: 971-981, 1992. . (6) STEIN, M.AC.F.; KULA Y, L.A & BORZANI, W. Semicontinuous Lactic ' Fermentati­ on of Whey by Lactobacillus bulgaricus. World Journal of Microbiology and Biotechnology 7: 470-474, 1991.