Produção de enzimas microbianas

Olá eu sou Mônica da pesquisador da Embrapa agroenergia e swingueira química e aprofundem os estudos para pós-graduação uma pós-graduação mestrado doutorado e doutorado em produção e aplicação de enzimas microbianas e hoje nós estamos aqui com essa vídeo-aula com esse momento para vocês aprender um pouco mais sobre esse tema que é um tema tão importante e atual que é produção de enzimas microbianas Então hoje nós falaremos um pouco a motivação para a produção de enzimas microbianas Ou seja é importante o que nos leva a aprender e trabalhar com esse tema de um diagrama geral e etapas

de produção de tipos de cultivo para produção dessas enzimas e suas características seleção E preparo o motivo além da produção dessas enzimas em escala de bancada e piloto e por último vídeo nos ativo de produção de enzimas em fermentação submersa em escala de bancada citando mostrando os exemplos de produção é aqui da nossa na nossa unidade da Embrapa gremismo o que nos motiva o mercado de enzimas atualmente ele é muito representativo então aqui vocês podem ter noção do valor né do mercado de enzimas em 2017 cerca de sete bilhões de dólares e um crescimento dele

né 2017 até 2024 ou seja previsão desse crescimento então um valor né é considerado de aumento de incremento nessa produção por quê Porque a gente vê que a taxa anual composta de crescimento do mercado de enzimas é cerca de 5,7 por cento essa produção aqui embora não tenha em termos de valores mostra uma proporção em termos de quantidade é com que existe uma Previsão de aumento no mercado em si mas por aplicação tão alimentos e bebidas cuidados domésticos agroenergia que é o nosso tema aqui da unidade especificamente a parte farmacêutica e de biotecnologia para Rações

e Outras aplicações Então olha a diversidade é desse mercado de enzimas é importante isso justifica a importância desse tema está estudando e aprendendo mais sobre a questão é a parte de além do mercado todo mundo questão de aplicação de enzimas de diversidade de setores que usam essas enzimas então aqui existem alguns exemplos de enzimas que são estudadas que são trabalhadas e que são aplicadas Então paga e celulares xilanases uma diversidade de enzimas que são aplicados em dito diversos e por isso numa amplitude é de setores que vai desde aqui da parte que é o foco

da nossa unidade e agroenergia a parte de biocombustíveis permeia também a parte de papel da indústria de papel e celulose a parte né de remédios a parte de cosméticos ração animal indústria de alimentos para vocês terem uma ideia não entendeu porque dessa importância tão grande do estudo desse tema atualmente então de forma ilustrativa eu trago aqui para vocês um diagrama Geral do processo industrial de produção Denise esse processo ele é dividido basicamente numa etapa que nós chamamos de e Dawson e o que separa né que eu coloquei bem aqui separado essas partes aqui é todo

a produção todas as etapas aqui de produção de tá em cima e dá um sim é a parte de recuperação e essa recuperação ela vai depender muito de qual foco de qual vai ser aplicação então eu não preciso de um grau de Pureza se eu for trabalhar com a parte de agroenergia por exemplo por outro lado eu preciso for trabalhar com a parte farmacêutica Aí sim esse downstream ele precisa de muito mais é Papas nem de uma pureza de mais de uma pureza maior hoje nós vamos falar né Vamos entrar mais uma parte aqui Watches

with me ou seja da produção em si dessa das enzimas então aqui eu já tô né esse dia o reator pensando em ficar Industry Esse é um biorreator realmente assim não é tapa Industrial já de produção mas o que requer essa etapa Industrial matérias-primas que vão ser utilizadas para produção né para formulação do médico em você medita esterilizado e vai para um de eu já tô mais de metal para ter anterior a essa é uma etapa toda de gerar uma quantidade suficiente de microrganismo para que esse processo de produção seja efetivos então é matérias-primas meio

de cultivo esterilização por metade de pré cultivo Industrial tá então eu passo de uma cultura pura esse cultivo anillo de laboratório então nós produzimos o que se chama de pré-inóculo esse trem logo Lu vai para ir para um cultivo industrial de inóculo e por um biorreator para realmente entre aquelas Cala a é realmente em cima tá sendo produzido em escala Industrial Então vamos tentar um pouco mais nessas etapas Lembrando que o que nós vamos falar hoje é um nível Laboratorial até escala piloto e nós não vamos entrar na parte Industrial embora esse diagrama eles sejam

muito interessante para mostrar essa esses diferentes aspectos até uma escala que vai né para parte industrial o branco etapas de produção de enzimas até se chegar a parte de produção existe toda uma questão anterior essa produção se então realmente é o que se faz bioprospectar ou seja parte Bill prospecção de microrganismos é sabia prospecção ela pode começar no diferentes biomas da natureza tão tentar é bioprospectar micro-organismos que estejam ali nesses ambientes depois vai pro mettawa de seleção de linhagens e do tipo de cultivo E aí vai depender muito que se eu fosse selecionar a Geise

estudar diferentes tipos de cultivos é saber anteriormente com foco da minha pesquisa ou seja 15 uma é eu preciso é produzir Qual é a enzima de interesse então aí vão depois né O que a gente dá conta o ajeitar pode processo de produção e se for necessário melhoramento genético do microtrio que está sendo estudado Então esse melhoramento genético tem todo um foco para melhorar a produção dessa enzima e uma etapa também de melhoria de processo Porque além do melhoramento genético é a possibilidade de melhorar as etapas estudar diferentes fatores é que é possibilitem atingir o

que o máximo nessa produção de enzimas então dando continuidade e por uma escala né Por uma evolução de escala de processo que sai de uma escala de bancada certo na escala piloto até chegar a uma escala Industrial que é uma escala que nós não trabalhamos aqui na Embrapa agroenergia para nós trabalhamos até um máximo em escala piloto lembrando que hoje nós vamos falar alguns aspectos dessa seleção de linhagens do mais o tipo de cultivo e etapas de produção mas nós temos também conteúdos materiais disponíveis falando tão bem da parte de prospecção de microrganismos e da

parte de melhoramento genético e melhoria de processos então sabendo das tendas informação vocês podem buscar esses outros conteúdos também na nossa página da internet bom então em relação aos tipos de cultivo de microrganismos para produção de enzimas Nós temos dois tipos de contigo o cultivo em fermentação submersa ou também chamadas de alimentação líquidas e a fermentação no estado sólido ou também conhecida como movimentação estado sólido qual é a diferença principal a característica principal que diferem esses dois tipos de cultivo a disponibilidade de água então vocês podem ver que aqui nós estamos visualizando um meio de

cultivo líquido ou seja uma disponibilidade de água água livre no sistema enquanto a fermentação no estado sólidos é um meio que ele tá umidificado mas ele não nós não temos água E aí e são a fermentação submersa entrando um pouco mais de forma é detalhada para explicar esses tipos de cultivo a fermentação submersa Olimpíadas é um processo no qual o crescimento do microrganismo ocorre mendicute fico com água então atividade próxima ou igual o substrato ele ou é solúvel que a gente consegue visualizar de uma forma bem lista nesses frascos cônicos aqui ou substrato é ele

é solúvel ou é um sólido em baixas concentrações que já é esse meio aqui que eu estou apresentando como exemplo que vocês podem ver que ele já tá né é visualmente mais viscoso com material aqui E esse material sólido eles sempre se encontram numa concentração que varia de 2 a 10 porcento e a fermentação no estado sólido ou também chamado fermentação semi sólida que é um processo no qual crescimento do microrganismo ocorre na ausência de água livre e entre partículas é um tipo de fermentação muito interessante que se usa uso né que se aplica resíduos

agroindustriais e florestais e florestais Então o que nós estamos fazendo agregando valor a esses resíduos com produtos da cadeia né da agroindústria para agregar valor a esses materiais com foco de produção de índia porque aqui eles são atraentes que são matérias-primas com custo mais reduzido então o crescimento desse microrganismo corre sobre uma matriz sólida que pode tanto uma matéria-prima como eu dei exemplo aqui do Chile estais como também algum material inerte onde Oi tudo de líquido seja o substrato ou meio modificante Mantenha o crescimento e metabolismo das células Sim esse de esse máximo da capacidade

de ligação de água Matriz ou seja não pode ter água livre no sistema então aqui eu é sempre fico né porque como ele mais difícil a gente ter essa visualização do crescimento é do cultivo fermentação no estado sólido do que a fermentação submersa é eu mostro aqui para vocês a estrutura do crescimento microbiano quando em fermentação no estado sólido então aqui nós exemplificamos como se fosse assim a matriz hordas é um exemplo né é com sua segunda é uma pequena é um pequeno material como se fosse um pedacinho de um farelo de trigo pede um

sabugo de milho de um material de inclusive o produto água industrial com essa biomassa microbiana é concentrada na superfície Então ela cresce na superfície a superfície dessa da partícula ou da Matriz a fase gasosa ela acontece entre as partículas da matriz e o líquido ele normalmente está dentro dessas partículas tá então aqui é estrutura então é a gente pensar que cada uma dessa partícula ou ocorre esse fenômeno né que nós que eu estou apresentando aqui para vocês numa pequena partícula com mesmo Quais são as características dos tipos de cultivo que até podem distinguir a questão

né de vantagens e desvantagens que a gente pode bem falar assim então em relação aos produtos na fermentação submersa a maioria dos produtos pode ser obtida por uma variedade de micro-organismos encontra na fermentação em estado sólido alguns produtos somente São Bento e nessas condições você condições de baixa unidade com elas são muito específicas para esse tipo né de produto é um meio contém geralmente ingredientes mais caros é como ele definido uma boa reprodutibilidade obtida aqui na fermentação submersa na fermentação em estado sólido o meio é relativamente simples pode necessitar de alguns nutrientes para o crescimento

ou somente uma solução Mineral em relação à contaminação atividade de água é os homens muito alta e contaminantes podem crescer em quanto na fermentação em estado sólido abaixo a quantidade de água o crescimento de contaminantes em relação ao volume de produtor os meios são mais diluídos e portanto com volumes maiores o que ocasionou o que menores produtividades volumétricas encontra na fermentação em estado sólido os meios são concentrados possibilitando maiores produtividades e menores beija-flores podem ser usados e elas são concentração substratos na fermentação submersa altas concentrações de substrato podem ser uma desvantagem o que que podem

causar problemas geológicos e alimentação de substrato portanto alimentação do substrato pode ser requerida por que talvez seja necessário que eu não coloco todo né substrato é de uma vez só então talvez haja necessidade de suprir esse substrato ao longo do cultivo nesse caso da fermentação em estado sólido alça de concentrações de substrato podem possibilitar altas concentrações do produto em relação a relação altas pressões de ar são requeridas quando nós temos a fermentação submersa e a transferência de gás para a fase líquida é baixa e pode ser limitante e na fermentação em estado sólido a transferência

de gases é facilitada se as partículas possui uma grande área superficial dando continuidade mas aí é Em relação ao outro de características a transferência de massa na fermentação submersa ela é vigorosa ocorre na vigorosa mistura né pode ser utilizada EA difusão dos nutrientes geralmente não é uma questão limitante enquanto na fermentação em estado sólido a mistura de partículas é mais difícil e o crescimento pode ser limitada pela difusão dos nutrientes em relação à transferência de calor a fermentação submersa o controle de temperatura é possível devido o sistema conter grande quantidade de água o que facilita

essa transferência de calor em relação a fermentação em estado sólido a remoção do calor gerado pelo metabolismo pode ser estranho isso e ocasionando problemas de aquecimento no meio em relação Controle de Processo muito sensores online estão disponíveis em centros desenvolvidos para fermentação submersa adição de substâncias pode ser realizada com controle de processo simples né enquanto na fermentação em estado sólido o controle do processo pode ser dificultado devido a problemas em se fazer medidas online e na também na quantificação de biomassa que existe dificuldade está em São uniforme de substância de caso seja necessário e quanto

aos processos de dawson's esses processos requerem remoção de grandes volumes o que encarece o processo porém com meio de cultivo definido a purificação do produto pode ser facilitado em relação a fermentação em estado sólido para esses processos de downsizing podem ser simples desde que os produtos estejam concentrados e os estratos não estejam contaminados com componentes do suporte em relação ao tratamento de efluente usualmente grandes volumes de resíduos são produzidos com se tem a fermentação submersa é fermentação em estado sólido não são produzidos grandes quantidades de resíduos em relação aos desenhos de atores muitas informações sobre

a cinética e o sistema de transportes são conhecidos facilitando o desenho de reatores e sua operação por outro lado na fermentação em estado sólido a cinética de é um fenômeno de transporte de transporte ainda precisam ser melhorados estudados E caracterizados então com essas características é importante é avaliar e as desvantagens e desvantagens de cada um dos processos Quando se é para se determinar Que tipo de cultivo vai ser utilizado para cima no digestão para em cima de imprensa dando continuidade com a parte seleção E preparo de meios de cultivos então uma primeira etapa seria seleção

do meio né do tipo de cultivo que nós vamos selecionar como eu acabei de apresentar-se será utilizado o meio de cultivo em fermentação submersa o meio de cultivo em fermentação em estado sólido é muito interessante quando se pensa principalmente no início de um estudo ou seja o inici o tipo de produção de enzimas é sabe ti micro-organismos é eu vou trabalhar né buscar em artigos e Patentes um instante ou seja uma ideia inicial de seleção de meio que pode ser utilizado para contigo em fermentação submersa ou implementação estado sólido para a produção da enzima de

interesse tendo irmãos e essas informações tanto do meio do tipo do médico tivo de qual vai ser um amigos então eu vou comer etapa né vai experimentar para posterior de pesagem dos constituintes desse Deus esse meio é esterilizado e depois ele inoculado inoculado com o microrganismo em questão Ou seja aquele microrganismo que foi selecionado para a produção de enzimas seja uma Olá seja dura funcionamento um vídeo cedo ou seja dependendo do tipo de micro-organismo é alvo para produção de enzimas e podem ser necessários dependendo se é é uma escala de produção é utilizando faz utilizando

o biorreatores em escala de bancada um biorreator na escala de piloto em escala piloto Quais são os frame óculos ou seja se basta a partir de uma placa de Petri né como tendo microrganismo ou se é necessário ser feita uma etapa de trenó curso de pré consivo aumentando você escala ou seja começando num frasco e Cone pequeno depois indo para um frasco por exemplo 250 ml depois indo para um frasco de de 1 litro indo para um biorreator numa escala menor aumentando a quantidade de células até é um é prometo papa de produção de enzimas

escala piloto e exemplificando se demonstram melhor como em loco os de como produzimos as enzimas Quais as escalas que nós produzimos as enzimas em fermentação submersa em escala de bancada aqui na Embrapa grande Dias Então primeiramente nós começamos com essa etapa de frascos cônicos que eu já falei um pouco para vocês então nós podemos testar e frascos de 250 ml de 500 ml e aumentando né na verdade que 125 250 ml 500 ml indo até litro e depois então nós podemos fazer várias e várias estudos em frascos cônicos e inclusive tentando mudar o meio de

cultivo utilizar esse meio de cultivo para ir depois por uma escala de biorreator pequeno então vocês vem que aqui tem todos os controles de processo E se eu precisar de chorar a ácido bairro tem como adicionar a quinta tendo tudo Monitorado mas são biorreatores em de 1 litro então eu começo começar a capa menor já viu pastor mas eu começo com essa etapa é menor em que eu posso estudar também alguns parâmetros e não tem um gasto tão grande com ele de contigo porque a diferente trabalhar e utilizar um meio de cuteboot eu já tô

de um livro do que já começar um estudo com várias variáveis para meios de cultivo né É em biorreator maior que já estou tendo um lugar maior não interessante eu ir para o biorreator já um pouco maior por exemplo de dois e meio 3 litros aqui cinco minutos quando eu já tenho alguns parâmetros previamente os cuidados nas escalas menores então nós trabalhamos com esse tipo né de cultura que lembrava agroenergia temos capacidade para estudar é com esses né volume e também um fermentação submersa com um biorreator já escala Piloto para fermentação submersa que é que

um biorreator que nós temos na unidade com todos os controles o projetor de 150 litros como eu falei anteriormente eu não posso sair de uma placa de Petri ou de um número de células crescida frascos cônicos de 125 250 ml para com esse meio de cultivo de 150 metros então o que que nós fazemos Qual a demanda que se tem e o aumento é o cultivo é nesses frascos e depois eu consigo o microrganismo aqui já não enviou pastor a bancada e o pré cultivo daqui eu vou prometer tapa em biorreator escala piloto pegam todas

as etapas nós temos como trabalhar aqui na unidade da Embrapa agroenergia e agora indo para uma outra é para um outro tipo de cultivo que a fermentação é estado sólido em escala de bancada então escala de bancada podem ser testado esse meio de cultivo enfáticos cônicos como também em biorreator em escalas e colunas desculpe aerado nós temos também esse tipo de estruturas aqui na Embrapa agroenergia tá um vou citar para vocês exemplos exemplos que existem né de produção de enzimas por fermentação em estado sólido em escala piloto então podem ser utilizados em escala piloto da

toro em BA bom então vocês podem ver que um meio de cultivo ele acrescido aqui em bandres existe uma fina camada de sódio até para facilitar a geração né do sistema que não é uma aeração né muito intensa então não pode ser uma camada muito alta pensa que entrada de ar e saiba já então são bem o pastores em bandejas de cada uma dessas Bandeiras e o reator de tambor rotatória a em que a a difusão de ar aí já realmente toda uma estruturação de entrar de aeração no sistema o substrato sólido está aqui dentro

esse biorreator ele tem motor que ele pode né Ele é girado nem para facilitar a mistura do material do cultivo cultivo aqui dentro então existe e já e saída mande a um difusor e aqui uma área para amostragens esses tipos de biorreatores em escala de bancada São vetores que podem ser encontrados né para a produção dessas ind bom então para aqui essa estrutura fique mais facilitada de de visualizar melhor como é na prática essa produção então nós Montamos um vídeo ilustrativo de produção de enzimas em fermentação submersa em escala de bancada para que isso fique

mais claro para vocês né de como isso pode ser produzido a produção de enzimas microbianas em fermentação submersa em escala de bancada e a produção de enzimas microbianas em fermentação submersa em escala de bancada pode ser conduzida tanto em agitador rotatório também conhecido como Shaker alma em biorreator por exemplo o mecanicamente agitado quando se fala em produção de enzimas três pilares precisam ser considerados o microrganismo a composição do meio de cultivo e o processo de produção nesse vídeo ilustrativo o processo de produção é o diferimento ação submersas quanto microrganismo e meio de cultivo avaliar uma

diversidade de microrganismos como por exemplo bactérias leveduras ou fungos filamentosos para a produção de uma determinada enzima é muito interessante porque um micro-organismo pode produzir melhor uma certa em cima de interesse em detrimento a e ainda produzir maiores valores de atividade enzimática em um meio de cultivo do que em outro além destas questões avaliar o perfil cinético identificando o melhor tempo para a produção da enzima é fundamental quando se busca otimizar sua obtenção em relação ao cultivo em biorreator geralmente é necessário um pré-inóculo que tem como objetivo iniciar a produção da enzima de interesse ou

uma quantidade adequada de células B e além da diferença de volumes de produção que ocorre do biorreator para o shake entendeu reator outra questão crucial é a possibilidade de Controle de Processo que pode ser feito em variáveis como temperatura PH aeração e agitação além da possibilidade de fácil alimentação de meio de cultivo caso seja necessário e de amostragem para acompanhamento do nível de atividade enzimática produzida e a condução de replicatas biológicas tanto and Shake como em biorreator é importante para se avaliar a reprodutibilidade da produção da enzima [Música] e eu agradeço atenção de vocês e

aqui segue meu e-mail para dúvidas que vocês quiserem fazer de contato para números para saber um pouco mais sobre as pesquisas aqui da unidade da Embrapa agroenergia no tema produção de enzimas entre entre em contato eu estarei disponível é para esclarecer qualquer tipo de dúvida para aumentar nos deitarmos parceirinhos seja com órgãos públicos e da iniciativa privada para avançarmos nos trabalhos em conjunto no tema produção de enzimas e