Fermentação Industrial e Bioprocessamento

A fermentação industrial e o bioprocessamento ampliam o cultivo microbiano em biorreatores projetados para fabricar uma ampla gama de produtos a partir de matérias-primas de baixo custo.

Definition

Fermentação industrial e bioprocessamento é o cultivo controlado em larga escala de microrganismos ou seus componentes para fabricar produtos e a engenharia dos processos pelos quais esses produtos são feitos e recuperados.

Scope

Este tópico abrange o projeto e a operação de biorreatores; a distinção entre metabólitos primários e secundários; processos em batelada, batelada alimentada e contínuos; seleção e melhoria de cepas; controle de condições como aeração, temperatura e pH; e recuperação e purificação a jusante dos produtos. Ele trata o cultivo microbiano como uma disciplina de engenharia construída sobre princípios fisiológicos.

Core questions

• Como os microrganismos são cultivados em escala industrial?
• O que distingue a produção de metabólitos primários da de secundários?
• Como as condições do biorreator são controladas para maximizar o rendimento?
• Como os produtos são recuperados de uma fermentação?

Key concepts

• Projeto e operação de biorreatores
• Metabólitos primários versus secundários
• Fermentação em batelada, batelada alimentada e contínua
• Seleção e melhoria de cepas
• Processamento a jusante

Mechanisms

Em um biorreator, condições como suprimento de nutrientes, oxigênio, temperatura e pH são controladas para favorecer o crescimento e a formação do produto. Metabólitos primários acumulam-se durante o crescimento ativo, enquanto metabólitos secundários, como muitos antibióticos, são tipicamente produzidos após o crescimento diminuir. Estratégias de processo, incluindo a adição de substrato em batelada alimentada, otimizam o rendimento, e o processamento a jusante separa e purifica o produto da cultura.

Clinical relevance

A fermentação industrial produz antibióticos, enzimas, ácidos orgânicos, aminoácidos, vitaminas e proteínas recombinantes em larga escala, e os princípios do bioprocessamento sustentam a fabricação de muitos produtos farmacêuticos, alimentos e produtos químicos industriais.

History

Os processos microbianos em larga escala desenvolveram-se de ofícios de fermentação tradicionais para uma indústria baseada na ciência no século XX, com marcos como a fermentação industrial de acetona-butanol e a ampliação da produção de penicilina em tempos de guerra, estabelecendo os métodos do bioprocessamento moderno.

Key figures

• Louis Pasteur
• Chaim Weizmann

Seminal works

• madigan2018
• willey2020

Frequently asked questions

O que é um metabólito secundário?

Um metabólito secundário é um produto microbiano não essencial para o crescimento que é tipicamente produzido após o crescimento ativo diminuir. Muitos antibióticos são metabólitos secundários, razão pela qual sua produção na fermentação frequentemente atinge o pico nas fases posteriores do cultivo.