ANÁLISE DA REPRODUÇÃO E DO CRESCIMENTO MICROBIANO
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ANÁLISE DA REPRODUÇÃO E DO CRESCIMENTO MICROBIANO
- Tipos de reprodução
Bactérias: apresentam-se nas formas esférica, cilíndrica e espiralada
Reprodução por divisão binária simples:
uma célula duas células
filhas iguais
O aumento de massa se dá praticamente pelo aumento do número de células
Fungos
Leveduras: geralmente unicelulares e apresentam-se nas formas esférica, elíptica e filamentosa.
Reprodução por brotamento
Representação matemática facilitada
O aumento de massa se dá pelo aumento do número de células e do tamanho das células
Correlação complexa
Fungos filamentosos: apresentam-se na forma de hifas (contínuas ou septadas), sendo o conjunto destas chamado de micélio
Reprodução por esporos, que se desenvolvem formando hifas.
Imagem de microscopia de varredura eletrônica (cores adicionadas) de micélio fúngico com as hifas (verde), esporângio (laranja) e esporos (azul), Penicillium sp. (aumento de 1560 x).
O aumento de massa se dá pelo aumento do número e do tamanho das hifas.
Correlação matemática??...
Vírus
Material genético envolvido por proteína.
Reprodução por replicação do DNA ou RNA pela células hospedeira (infectada)
Aumento de massa se dá pelo aumento do número de indivíduos.
Correlação matemática??!!!...
Algas
Organismos unicelulares ou multicelulares
Reprodução assexuada: divisão binária (unicelulares) ou fragmentação do talo (multice-lulares)
Reprodução sexuada (maioria): células maduras se fundem, formando um zigoto diplóide que se divide por meiose, formando quatro novos organismos haplóides.
Crisófitas
Ulva lactrica (alface do mar)
Tanque de cultivo de alga
Tanques de cultivo de algas
Efeito das condições físico-químicas sobre o crescimento
1. Temperatura
Mínima, máxima e ótima p/ crescimento
p/ atividade desejada
Classificação: Termófilos – ótimo em torno de 60 oC
Criófilos – ótimo em torno de 40 oC Mesófilos – ótimo entre 20 e 40 oC
Temperaturas abaixo da mínima => cessação do crescimento e da atividade desejada
Temperaturas entre ótimo e máxima => desaceleração do crescimento e da atividade desejada
Temperaturas acima da máxima => cessação do crescimento e da atividade desejada ==> célula morre
Temperaturas entre ótimo e mínimo => desaceleração do crescimento e da atividade desejada
2. pHMínimo, máximo e ótimo p/ crescimento
p/ atividade desejada
Geralmente os valores ótimos de pH, para crescimento, estão em torno da neutralidade. Para processos fermentativos, em torno de 5,0.
Exemplos de casos extremos:
- Thiobacillus thioxidans – transforma enxofre em ácido sulfúrico em pH igual a 1,0
- Vibrio comma – causador da cólera asiática, se desenvolve em pH igual a 10,0
Valores entre ótimo e máximo => desaceleração do crescimento e atividade desejada
Valores acima do máximo e abaixo do mínimo => cessação do crescimento e da atividade desejada, podendo ocorrer morte celular
Valores entre ótimo e mínimo => desaceleração do crescimento e atividade desejada
Há casos em que os componentes do meio podem alterar os valores ótimos (p.e. presença de ácido acético)
3. Aeração
Microrganismos aeróbios, anaeróbios e facultativos
Aeróbios
- Quanto mais aeração, mais crescimento (e vice-versa)
- Porém, existe um valor mínimo de concentração de oxigênio dissolvido abaixo do qual há cessação do crescimento e da atividade desejada (célula morre)
- Em excesso (aeração muito intensa) o oxigênio pode ser tóxico para a célula
- Em fermentador, a aeração pode provocar excesso de espuma
Anaeróbios
- Fornecimento de oxigênio provoca morte celular
Ex. Clostridium, Bacilo do tétano
Facultativos
- Limitação ou ausência de oxigênio não provoca morte, porém, reduz o crescimento
4. Agitação
- Promove aeração ( agitação => incorporação de O2)
- Favorece crescimento de aeróbios e facultativos
- Promove homogeneização do meio
- Facilita dispersão de metabólitos
5. Atividade de água (aW)
- Expressa a quantidade de água disponível para ser utilizada pelas células
A atividade de água, geralmente designada por aw, é a pressão de vapor em equilíbrio com o material ou solução (p) dividida pela pressão de vapor da água pura (po), à mesma temperatura. Varia, portanto, de 0 a 1.
aw =ppo
Quanto menor a atividade de água, menor é o crescimento
- A exigência quanto à atividade de água varia em função do tipo de microrganismo
fungos filamentosos leveduras bactérias
Exemplo: Klebsiella pneumoniae
- Redução de 50% do valor de µmáx em aW = 0,985
- Abaixo de 0,975 apresenta apenas 10% do valor de µmáx observado em condições ótimas
menos exigentes mais exigentes
Atividade de água de alguns produtos
Xenomyces bisporus e outros fungos xerofílicos
Doces, frutas secas0,700
Halobacterium, halococcus Peixe salgado0,750
Saccharomyces bailii, Penicillium Geléias0,800
Saccharomyces rouxi Salame0,850
Coccus Gram+ Presunto0,900
Bastonetes Gram+ Pão 0,950
Pseudomonas, Vibrio Água do mar0,980
Streptococcus, Escherichia Sangue humano0,995
Caulobacter, Spirillum Água pura1,000
Microrganismos que crescemProduto aw
Consequências do crescimento
1.Alteração das características físicas do meioÀ medida que o microrganismo cresce a viscosidade e a
densidade do meio aumentam.
Repercussõesa.Dificuldade de manutenção da homogeneidadeb.Dificuldade de transferência de oxigênioc.Dificuldade de controle da temperaturad.Maior gasto de energiae.Dificuldade de coleta de amostra (para fungos
filamentosos)
2. Formação de espuma
Processos aerados: A espuma é produzida pela agitação e pela aeração
Processos não aerados: A espuma é produzida pelos gases liberados durante o crescimento do microrganismo
Repercussões
a.Pode ocorrer perda de meio contendo produto e células
b.Probabilidade de contaminação do ambiente e do meio
c.Probabilidade de interferência nos controles
Contornável com o emprego de anti-espumante e uso de menor volume de meio no reator
3. Alteração do pH
Alguns metabólitos e nutrientes conferem caráter ácido ou básico ao meio.
Repercussões
a.Probabilidade de contaminação
b.Probabilidade de precipitação de componentes do meio
c.Diminuição do crescimento e/ou atividade desejada
d.Necessidade de controle
Emprego de tampão
Automático (biorreator)
4 . Alteração da temperaturaLiberação de calor decorrente das reações exotérmicas do metabolismo.
Repercussões
a. Probabilidade de contaminação do meiob. Probabilidade de degradação do produto desejadoc. Diminuição do crescimento e/ou atividade desejadad. Necessidade de controle
Estufa ou sala de fermentação
Automático (biorreator)
Revolvimento do meio e aeração (FES)
5. Mudança da composição do meio (exceto para processo contínuo)
Consumo de substrato e nutrientes e liberação de produto e metabólitos
Repercussões
a. Escassez de nutrientes necessários
b. Aparecimento de compostos indesejáveis (prejudiciais)
c. Esgotamento do substrato
d. Probabilidade de inibição pelo produto
Contornável com o emprego de pulsos de substrato e uso do sistema descontínuo alimentado
6. Alterações drásticas das características físicas do meio
Sobretudo para processos com fungos filamentosos
o meio fica heterogêneo
Repercussões
a. Comprometimento da transferência de oxigênio
b. Pode inviabilizar o processo mesmo antes da exaustão do substrato
c. Impossibilidade de se manter a homogeneidade do meio
d. Impossibilidade de coleta de amostra representativa