Cin

1
Cinética Microbiana
2
Sacarose
Hidrólise
Glicose
Piruvato
Produtos de Fermentação
( lactato, álcoois, ácidos, etc.)
6 ATP
8 ATP
30 ATP
Ciclo de Krebs
Respiração Anaeróbia
(CO2, SO42-, NO3-)
CO2
O2
Respiração Aeróbia
Figura 1 Esquema simplificado de processos
aeróbios e anaeróbios
3

• Processos aeróbios oxigênio como aceptor final
  de elétrons
• Processos anaeróbios

• Fermentativos Utilizam produtos da degradação
  do substrato.

Rendimento Energético
Processos aeróbios gt Processos anaeróbios
4
BALANÇO ENERGÉTICO NA RESPIRAÇÃO
Calor 212 kcal (56)
264g de CO2
100g de Açúcar 380 kcal (100)
47g Biomassa
O2
108 g de H2O
ATP 168 kcal (44)
38 ATP
5
BALANÇO ENERGÉTICO NA FERMENTAÇÃO
Calor 380 kcal (4,6)
100g de Açúcar 380 kcal (100)
51,1g de Álcool 380 kcal (100)
48,9g de CO2
1-5 g de Biomassa
ATP 9 kcal (2,4)
2 ATP
6
Estudo Cinético
Processo obedece ao princípio de conservação da
matéria
CWHXOYNZaO2bHgOhNi
cCHjOkN1dCO2eH2OfCmHpOqNr
Substrato
Fonte de Nitrogênio
Elementos minerais Fósforo, enxofre, cobre,
cácio, etc.
Síntese
Manutenção
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Estudo Cinético
Processo obedece ao princípio de conservação da
matéria
CWHXOYNZaO2bHgOhNi
cCHjOkN1dCO2eH2OfCmHpOqNr
Carbono wcdfm Hidrogênio
xbgcj2efp Oxigênio y2abhck2defg Nitrog
ênio zbiclfr A composição da fonte de
carbono, em principio é conhecida A composição
da média da biomassa, também é conhecida Portanto
resultam quatro equações seis
incógnitas Como prosseguir? Quando se pretende
produzir biomassa o número de incógnitas se reduz
a cinco O quociente d/aquociente respiratório é
um dado experimental Assim o sistema com quatro
equações permite determinar os coeficientes
estequíométricos a, b, c, d, e

8
Estudo Cinético
Processo obedece ao princípio de conservação da
matéria
CWHXOYNZaO2bHgOhNi
cCHjOkN1dCO2eH2OfCmHpOqNr
Substrato
Fonte de Nitrogênio
Elementos minerais Fósforo, enxofre, cobre,
cácio, etc.
Síntese
Manutenção
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ESTEQUIOMETRIA

• GRAU DE REDUÇÃO número de moles de eltrons
  disponíveis por átomo grama de carbono para serem
  transferidos para o oxigênio
• Considera-se H, como unidade de potencial de
  redox
• (C, O, N, S, P) (4, -2, -3, 6, 5)
• Define-se um composto neutro para cada elemento
• Carbono (CO2)
• Oxigênio (H2O)
• Nitrogênio(NH3)
• Enxofre H2SO4
• Fósforo H3PO4
• O grau de redução da fonte de carbono da biomassa
  e do produto pode ser calculado por
• ys(4wx-2y-3z)/w
• yb4j-2k-3l
• yp(4mp-2q-3r)/m

10
Métodos para avaliação de crescimento de
microrganismos
Fisiologia do microrganismo!
Métodos Diretos

• Determinação da concentração celular

• Contagem no microscópio
• Contagens com cultura
• Contagem eletrônica.

Não se aplicam a m.o. filamentosos
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Figura 2 Contagem em Câmara de Neubauer
12
Figura 3 Contagem de Células Viáveis em placas
13

• Determinação da biomassa microbiana

• Matéria seca
• Medidas óticas.

Figura 4 Separação de células por filtração
14
Métodos Indiretos

• Constituintes celulares (ATP, DNA, NADH)
• Dosagem de elementos do meio de cultura
  (substrato, consumo de O2, propriedades
  reológicas do meio de cultura, entre outros.

15
Processo Fermentativo
Figura 5 Etapas de um processo fermentativo
16
Obtenção de uma curva de crescimento para um M.O.
Figura 6 Processo para obtenção de uma curva de
crescimento
17
Biomassa
Concentração (g/L)
Produto
Substrato
Tempo de Cultivo (h)
Figura 7 Curvas de crescimento de biomassa,
consumo de substrato e formação produto
18
Curva de crescimento
Condições favoráveis ao microrganismo
Figura 8 Curva típica de crescimento bacteriano
19

• Fase lag

• Rearranjo do sistema enzimático (síntese de
  enzimas)
• Traumas físicos (choque térmico, radiação, entre
  outros)
• Traumas químicos (produtos tóxicos, meio de
  cultura).

Não há variação da concentração de biomassa no
tempo, portanto
Xo concentração celular no tempo t 0
20

• Fase log ou exponencial

• Células plenamente adaptadas
• Velocidades de crescimento elevadas
• Consumo de substrato
• Interesse prático.

• Fase de redução de velocidade

• Diminuição da concentração de substrato
  limitante
• Acúmulo de produto(s) no meio

21

• Fase estacionária

• Término do substrato limitante
• Acúmulo de produtos tóxicos
• Concentração celular constante em seu valor
  máximo.

• Fase de declínio

• Redução do crescimento celular
• Consumo de material intracelular (lise).

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Dispondo de um conjunto de dados experimentais
de X, S e P em função do tempo tem-se
Consumo
Formação
Crescimento
Não são os melhores parâmetros para se avaliar o
estado em que se encontram o sistema.
23
Velocidades específicas

• Crescimento

• Consumo de substrato

• Formação de produto

Distribuindo os dados da fase exponencial em
coordenadas semilogarítmicas, tem-se
24
Como essa fase tem a distribuição de uma
reta a velocidade específica de crescimento é
constante e máxima.
X0i Concentração celular no instante de início
da fase exponencial
Rearranjando a equação anterior
Ou, re-escrevendo de outra forma, tem-se
25
Assim, pode-se obter o tempo de duplicação da
biomassa, onde X2X0i
26
(No Transcript)
27
(No Transcript)
28
Fator de conversão de substrato a células
X0 Concentração celular inicial X Concentração
celular no instante t S0 Concentração inicial do
substrato S Concentração residual do substrato
no instante t.
29
Este parâmetro é importante para a determinação
de X em cultivo de fungos filamentosos e em
processos de tratamento de efluentes.
O fator de conversão pode ser obtido também
através de
Coeficiente de Manutenção
Velocidade específica de consumo de substrato
para manutenção da viabilidade celular
30
Produtividade
X0 Biomassa inicial XF Biomassa final TF
Tempo total de cultivo.
31
(No Transcript)