Microbiologia Industrial

Microbiologia Industrial BioprocessosEdição 1

Autor(es): By Rodrigo Pires do Nascimento, Bernardo Dias Ribeiro, Karen Signori Pereira and Maria Alice Zarur Coelho
ISBN: 9788535287240
Data de publicação : Nov 17, 2017
Nº de páginas: 704
Preço de varejo sugerido:
  • BRL: R$208.00
  • Descrição
  • Sobre o autor(es)
  • SUMÁRIO
Descrição

Características

MICROBIOLOGIA INDUSTRIAL: BIOPROCESSOS é dirigido a estudantes de graduação em Química Industrial, Biologia, Microbiologia, Engenharia Química, Engenharia de Bioprocessos, Biotecnologia e áreas a¿ns, podendo também servir como texto de revisão ou nivelamento para estudantes de pós-graduação em áreas correlatas. Seu conteúdo abrange o conjunto de tópicos curriculares adotados na maioria dos cursos de Engenharia do Brasil, com enfoque na área de microbiologia e bioprocessos.

Sobre o autor(es)
By Rodrigo Pires do Nascimento; Bernardo Dias Ribeiro; Karen Signori Pereira and Maria Alice Zarur Coelho
SUMÁRIO
CAPÍTULO 1
Introdução à Microbiologia Industrial: Da Bioprospecção
à Taxonomia.......................................................................................................................1
Andrew Macrae • Angela Michelato Ghizelini • Erika Santoro • José Roberto
Ribeiro • Pedro Henrique Freitas Pereira • Rodrigo Pires do Nascimento •
Selma Soares de Oliveira
1.1 Introdução ............................................................................................................1
1.2 A origem da vida ..................................................................................................4
1.3 Taxonomia microbiana .......................................................................................9
1.4 Bioprospecção no solo ......................................................................................23
1.5 Bioprospecção na água .....................................................................................24
1.6 Bioprospecção – coleta, Isolamento e cultivo ................................................27
1.7 Bioprospecção genética ....................................................................................30
1.8 Características microbianas para uso industrial .............................................31
1.9 Conservação de células microbianas ..............................................................34
1.9.1 Métodos de curto tempo de estocagem ............................................35
1.9.2 Métodos de médio tempo de estocagem ..........................................36
1.9.3 Métodos de longo tempo de estocagem ...........................................38
1.10 Coleções de culturas .........................................................................................40
1.10.1 Das coleções biológicas aos centros de recursos biológicos:
breve histórico .....................................................................................40
1.10.2 Tipos de depósitos e acessos ..............................................................45
1.11 Legislação de acesso ao patrimônio genético (APG) .....................................48
CAPÍTULO 2
Biologia e Biotecnologia de Procariotos ............................................................61
Diogo de Azevedo Jurelevicius • Renata Estebanez Vollú •
Rodrigo Pires do Nascimento • Rosalie Reed Rodrigues Coelho
2.1 Introdução ..........................................................................................................61
2.2 Os procariotos ....................................................................................................62
2.3 Citologia celular.................................................................................................65
2.3.1 Estrutura celular ...................................................................................66
2.4 Atividade, funções e estruturas celulares de células procarióticas ..............73
2.4.1 Funções celulares relacionadas com a estrutura da membrana
citoplasmática: mecanismo de transporte de substância ................73
2.5 Fisiologia das células procarióticas .................................................................82
2.5.1 Mecanismos de obtenção de energia ................................................82
2.5.2 Nutrientes e condições de crescimento ............................................85
2.6 Genética dos procariotos ..................................................................................86
2.6.1 DNA Extracromossomal .....................................................................87
2.6.2 Transferência de DNA entre procariotos...........................................89
2.7 Aplicação em processos biotecnológicos .......................................................92
2.7.1 Gênero Bacillus e gêneros correlatos ................................................92
2.7.2 Gêneros Lactobacillus e Clostridium .................................................96
2.7.3 Outros gêneros de bactérias .............................................................101
2.8 Actinobactérias: classificação, aspectos morfofisiológicos .........................106
2.8.1 Classificação ......................................................................................106
2.8.2 Morfologia ..........................................................................................107
2.8.3 Reprodução e nutrição .....................................................................109
2.8.4 Ecologia .............................................................................................. 111
2.8.5 Importância industrial e ambiental .................................................115
2.8.6 Considerações sobre bactérias e actinobactérias ..........................122
CAPÍTULO 3
Biologia e Biotecnologia de Fungos ...................................................................137
Vívian Nicolau Gonçalves • Camila Rodrigues de Carvalho • Soraya
Sander Amorim • Graciéle Cunha Alves de Menezes • Gislaine Aparecida
Vitoreli • Jéssica Catarine Silva de Assis • Luiz Henrique Rosa
3.1 Introdução ........................................................................................................137
3.2 O reino fungi ....................................................................................................139
3.2.1 Filo Chytridiomycota ........................................................................139
3.2.2 Filo Zygomycota ................................................................................139
3.2.3 Filo Glomeromycota .........................................................................141
3.2.4 Ascomycota .......................................................................................141
3.2.5 Basidiomycota ...................................................................................144
3.3 Ciclos reprodutivos ..........................................................................................144
3.4 Habitat e diversidade ......................................................................................148
3.4.1 Ecossistemas tropicais .......................................................................148
3.4.2 Ecossistemas temperados .................................................................151
3.4.3 Ecossistemas frios ..............................................................................152
3.5 Aplicações biotecnológicas ............................................................................153
3.5.1 Micromoléculas .................................................................................154
3.5.2 Macromoléculas ................................................................................156
3.5.3 Biorremediação .................................................................................159
3.5.4 Controle biológico ............................................................................162
3.5.5 Alimentos ...........................................................................................164
CAPÍTULO 4
Biologia e Biotecnologia de Leveduras .............................................................179
Camila Gontijo de Morais • Marco Aurélio Soares • Mariana Rocha
Lopes • Carlos Augusto Rosa
4.1 Definição e classificação das leveduras ........................................................180
4.2 Ecologia das leveduras ....................................................................................183
4.3 Características metabólicas de interesse biotecnológico ............................184
4.4 Aplicações industriais e biotecnológicas das leveduras ..............................188
4.4.1 Histórico .............................................................................................188
4.4.2 Produtos fermentados .......................................................................189
4.5 Bioetanol...........................................................................................................198
4.6 Leveduras como produtoras de moléculas de relevância industrial ..........199
4.6.1 Enzimas ..............................................................................................199
4.6.2 Lipídeos ..............................................................................................201
4.6.3 Carotenoides ......................................................................................201
4.6.4 Compostos aromáticos .....................................................................202
4.7 Leveduras como probióticos ..........................................................................203
4.8 Leveduras como agentes de biorremediação ...............................................204
4.9 Leveduras como agentes de expressão heteróloga de proteínas ................205
CAPÍTULO 5
Micro-Organismos Fotossintéticos: Microalgas ............................................217
Maria Isabel Queiroz • Leila Queiroz Zepka • Eduardo Jacob-Lopes
5.1 Introdução ........................................................................................................217
5.2 Aspectos morfofisiológicos e estruturais das microalgas .............................218
5.3 Fundamentos do metabolismo microalgal ....................................................222
5.3.1 Pigmentos fotossintéticos .................................................................223
5.3.2 Fotossíntese ........................................................................................227
5.3.3 Respiração ..........................................................................................230
5.4 Metabolismo do nitrogênio ............................................................................234
5.4.1 Fixação biológica de nitrogênio ......................................................238
5.5 Sistemas de cultivo: biorreatores, operação e parâmetros de processo ....240
5.6 Aplicações de micro-organismos fotossintéticos..........................................246
5.6.1 Aplicações ambientais ......................................................................248
5.6.2 Produção de alimentos e rações ......................................................250
5.6.3 Produção de fertilizantes e condicionadores de solo ...................254
5.6.4 Produção de bioenergia ....................................................................257
5.6.5 Produção de moléculas bioativas ....................................................262
5.7 Considerações Finais .......................................................................................267
CAPÍTULO 6
Engenharia Genética Aplicada à Microbiologia ...........................................277
Wendel Batista da Silveira • Raphael Hermano Santos Diniz • Tatiana Maria
de Souza-Moreira • Denise Mara Soares Bazzolli
6.1 Introdução ........................................................................................................277
6.2 Introdução à biologia molecular ....................................................................279
6.2.1 Estrutura do ácido desoxirribonucleico (DNA) ..............................279
6.2.2 Replicação .........................................................................................280
6.2.3 Expressão gênica ...............................................................................281
6.2.4 Regulação da expressão gênica .......................................................283
6.2.5 Repressão e indução catabólica ......................................................286
6.2.6 Técnicas utilizadas em biologia molecular ....................................287
6.2.7 Clonagem molecular .........................................................................290
6.3 Mutação ............................................................................................................295
6.3.1 Tipos de mutação ..............................................................................295
6.3.2 Tipos de mutantes .............................................................................298
6.4 Obtenção de micro-organismos geneticamente modificados ....................299
6.4.1 Evolução adaptativa em laboratório ...............................................299
6.4.2 Mutagênese utilizando agentes físicos, químicos
e biológicos ........................................................................................300
6.4.3 Mutação sítio dirigida .......................................................................304
6.4.4 PCR mutagênico (Error-Prone PCR) .................................................305
6.4.5 Superexpressão de DNA recombinante ..........................................307
6.4.6 Expressão heteróloga ........................................................................309
6.5 Biossegurança de organismos geneticamente modificados ........................312
6.5.1 Classes de risco .................................................................................314
6.5.2 Níveis de biossegurança ...................................................................317
6.5.3 Certificado de qualidade em biossegurança ..................................319
CAPÍTULO 7
Métodos de Esterilização e Desinfecção em Bioprocessos .....................329
Ariane Gaspar Santos • Carlos Eduardo Conceição de Souza •
Bernardo Dias Ribeiro
7.1 Definição ..........................................................................................................329
7.1.1 Fatores importantes na esterilização ...............................................330
7.2 Métodos físicos ................................................................................................332
7.2.1 Calor úmido .......................................................................................332
7.2.2 Calor seco ..........................................................................................337
7.2.3 Pasteurização .....................................................................................340
7.2.4 Radiação .............................................................................................340
7.2.5 Microfiltração ....................................................................................343
7.2.6 Controle e monitoramento dos métodos ........................................346
7.2.7 “Sterilization-in-Place¿ (SIP) .............................................................347
7.3 Métodos químicos ...........................................................................................347
7.3.1 Fenóis .................................................................................................347
7.3.2 Biguanidas ..........................................................................................347
7.3.3 Alcoóis ................................................................................................348
7.3.4 Halogênios .........................................................................................348
7.3.5 Óxido de etileno ...............................................................................349
7.3.6 Surfactantes ........................................................................................349
7.3.7 Peróxidos e ozônio ...........................................................................349
7.3.8 Aldeídos .............................................................................................350
7.3.9 Métodos de avaliação da atividade antimicrobiana
de desinfetantes e antissépticos .......................................................352
7.3.10 “Cleaning-in-Place¿ (CIP) .................................................................359
7.4 Métodos alternativos .......................................................................................361
7.4.1 Plasma ................................................................................................361
7.4.2 Fluidos supercríticos .........................................................................362
CAPÍTULO 8
Introdução a Bioprocessos .....................................................................................371
Maria Alice Zarur Coelho • Nei Pereira Junior • Priscilla Filomena Fonseca Amaral
8.1 Introdução ........................................................................................................372
8.2 Matérias-primas ...............................................................................................373
8.3 Preparo de meios .............................................................................................374
8.4 Biocatalisadores ...............................................................................................375
8.5 Biorreator ..........................................................................................................378
8.6 Operação de bioprocessos .............................................................................381
8.6.1 Condução de bioprocessos ..............................................................381
8.6.2 Desenvolvimento do biocatalisador ...............................................383
8.7 Cinética de bioprocessos ................................................................................384
8.7.1 Parâmetros de avaliação ...................................................................386
8.7.2 Modelos cinéticos .............................................................................393
8.8 Controle de bioprocessos ...............................................................................397
8.9 Processos de separação e purificação de bioprodutos ................................398
8.10 Considerações gerais .......................................................................................399
CAPÍTULO 9
Produção de Enzimas Microbianas .....................................................................405
Alane Beatriz Vermelho • Ana Maria Mazotto de Almeida • Maria Cristina
Pinheiro Pereira Reis Mansur • Mateus Gomes de Godoy • Rodrigo Pires
do Nascimento • Selma Soares de Oliveira • Verônica da Silva Cardoso
9.1 Introdução ........................................................................................................405
9.2 Peptidases .........................................................................................................408
9.2.1 Classificação das peptidases ............................................................408
9.2.2 Micro-organismos produtores de peptidases ..................................411
9.2.3 Aplicação industrial de peptidases ..................................................414
9.3 Amilases ............................................................................................................419
9.3.1 Micro-organismos produtores de amilases .....................................420
9.3.2 Aplicações industriais .......................................................................422
9.4 Transglutaminases ............................................................................................423
9.4.1 Reações catalisadas pelas transglutaminases .................................424
9.4.2 Micro-organismos produtores de transglutaminases (MTGases) ..425
9.4.3 Aplicações industriais .......................................................................426
9.5 Lipases...............................................................................................................428
9.5.1 Mecanismo catalítico das lipases ....................................................430
9.5.2 Micro-organismos produtores de lipases ........................................432
9.5.3 Aplicações das lipases ......................................................................433
9.6 Holocelulases ...................................................................................................436
9.6.1 Micro-organismos produtores de holocelulases ............................439
9.6.2 Aplicações das holocelulases ..........................................................443
9.7 Estratégias para Produção de Enzimas ..........................................................445
9.7.1 Peptídeo sintetases não ribossômicas .............................................446
9.7.2 Expressão heteróloga de enzimas ....................................................446
9.7.3 Adaptações genéticas .......................................................................448
9.7.4 Ferramentas estatísticas na otimização da produção de enzimas .. 449
CAPÍTULO 10
Produção de Etanol Combustível ........................................................................469
Nei Pereira Junior • Luiz Felipe Amarante Modesto • Johanna Méndez Arias •
Carolina Araújo Barcelos • Maria Antonieta Peixoto Gimenes Couto
10.1 Introdução ........................................................................................................469
10.2 Fermentação alcoólica ....................................................................................471
10.2.1 Bioquímica do processo ...................................................................471
10.2.2 Principais fatores de influência na fermentação alcoólica ...........475
10.3 Matérias-primas para produção de Etanol ....................................................476
10.4 Etanol de primeira geração (1g): tecnologias maduras ................................478
10.4.1 Tecnologias de produção .................................................................479
10.5 Etanol de segunda geração (etanol 2g): tecnologias emergentes ...............488
10.5.1 Pré-tratamento do material lignocelulósico ...................................490
10.5.2 Hidrólise enzimática do material lignocelulósico .........................497
10.5.3 Estratégias para a produção de etanol 2G ......................................499
10.6 Etanol de terceira geração (etanol 3g): tecnologias portadoras
de futuro ...........................................................................................................502
10.7 Perspectivas e tópicos para pesquisa.............................................................505
CAPÍTULO 11
Produção Biotecnológica de Antibióticos .......................................................515
Ângelo Samir Melim Miguel • Tatiana Souza Porto
11.1 Introdução ........................................................................................................515
11.2 Histórico ...........................................................................................................516
11.3 Classes...............................................................................................................518
11.4 Produção de antibióticos ................................................................................518
11.4.1 ß-lactâmicos .......................................................................................518
CAPÍTULO 12
Produção Biotecnológica de Vitaminas ............................................................539
André Ohara • Gabriela Alves Macedo
12.1 Introdução ........................................................................................................540
12.2 Vitaminas hidrossolúveis.................................................................................540
12.2.1 Biotina ................................................................................................541
12.2.2 Riboflavina (B2) ..................................................................................543
12.2.3 Cobalamina (B12) ...............................................................................547
12.2.4 Ácido ascórbico (vitamina C) ...........................................................549
12.3 Vitaminas lipossolúveis ...................................................................................553
12.3.1 Vitamina E (a-tocoferol) ....................................................................554
12.3.2 Vitamina K2 (menaquinona) .............................................................557
CAPÍTULO 13
Produção de Biomoléculas Funcionais em Biorrefinarias ........................569
Priscilla Filomena Fonseca Amaral • Tatiana Felix Ferreira
13.1 Introdução ........................................................................................................569
13.2 Ácidos orgânicos .............................................................................................571
13.2.1 Ácido lático ........................................................................................571
13.2.2 Ácido succínico .................................................................................577
13.2.3 Ácido 3-hidroxipropiônico ...............................................................583
13.3 Dióis ..................................................................................................................588
13.3.1 1,3-propanodiol .................................................................................588
13.3.2 2,3-butanodiol ...................................................................................593
13.3.3 1,4-butanodiol ...................................................................................597
CAPÍTULO 14
Produção de Biopolímeros: Biopoliésteres .....................................................605
José Gregório Cabrera Gomez
14.1 Introdução ........................................................................................................605
14.1.1 Polinucleotídeos ................................................................................606
14.1.2 Polipeptídeos .....................................................................................607
14.1.3 Polissacarídeos ..................................................................................607
14.1.4 Biopoliésteres .....................................................................................609
14.2 Polihidroxialcanoatos (PHA) ..........................................................................609
14.2.1 Termoplásticos ...................................................................................614
14.2.2 Metabolismo de PHA ........................................................................617
14.2.3 Produção de PHA ..............................................................................625
14.2.4 Aplicações de PHA ...........................................................................627
14.2.5 Impacto ambiental de PHA ..............................................................628
14.2.6 Perspectivas futuras ...........................................................................629
CAPÍTULO 15
Produção de Biossurfactante .................................................................................633
Gizele Cardoso Fontes Sant’Ana • Kelly Alencar Silva • Maria Alice Zarur Coelho
15.1 Introdução ........................................................................................................633
15.2 Classificação química dos biossurfactantes ..................................................634
15.3 Micro-organismos produtores de biossurfactante ........................................636
15.4 Fatores que afetam a produção de biossurfactante ......................................638
15.4.1 A fonte de carbono ............................................................................639
15.4.2 Fonte de nitrogênio ...........................................................................643
15.4.3 Forma de condução do processo ....................................................644
15.5 Recuperação de biossurfactantes ...................................................................645
15.5.1 Precipitação por sulfato de amônio ................................................645
15.5.2 Precipitação ácida .............................................................................647
15.5.3 Extração por solvente orgânico ........................................................648
15.5.4 Adsorção em carbono ativo .............................................................648
15.5.5 Fracionamento por espuma .............................................................648
15.5.6 Filtração por fluxo tangencial ..........................................................649
15.5.7 Diafiltração e Precipitação ...............................................................650
15.5.8 Microfiltração e Ultrafiltração por membrana ...............................650
15.5.9 Cromatografia de troca iônica .........................................................651
15.6 Aplicações industriais dos biossurfactantes ..................................................652
15.6.1 Biorremediação .................................................................................652
15.6.2 Limpeza de reservatórios de óleos ..................................................653
15.6.3 Indústria de alimentos .......................................................................653
15.6.4 Indústria farmacêutica e de cosméticos ..........................................655
15.6.5 Indústria da mineração .....................................................................656
15.6.6 Indústria da agricultura .....................................................................656
Índice Remissivo ...............................................................................................................663