Blog

Aula 24 -Biorreatores e Processos Fermentativos. * Biorreatores, Reatores Bioquímicos ou ainda Reatores Biológicos: são reatores químicos nos quais ocorre uma série de reações químicas catalisadas por “biocatalisadores”. Sendo que os catalisadores podem ser enzmas ou células vivas (microbianas, animais ou vegetais). * Classificação geral dos biorreatores * l. Reatores em fase aquosa (bioprocesso submerso) * 1. 1 Células/enzimas livres * Reatores agita reactor) R: Stirred tank ors Reatores agita s Svaçxto iew * Coluna de b * Reatores “ai * Reatores de fluxo pistonado (“plug-t ow”) * 1.

Células/enzimas imobilizadas em suporte * Reatores com leito fixo * Reatores com leito fluidizado * 1. 3 Células/enzimas confinadas entre membranas * Reatores com membranas planas Reatores de fibra oca (“hollow-fibe<) Características dos Biorreatores Reatores com células/enzimas livres Reatores STR: Tanque cilíndrico com relação entre altura e diâmetro de 2:1 ou 3:1. m agitador montado no eixo central do fermentador com pás U movimento aleatório do líquido no reator. Reatores "air-lift": movimentação do fluido é cíclica e bem definida, através de dispositivos e arranjos internos construído specialmente para este propósito.

Reatores de fluido pistonado (plug-flow): o inóculo e o meio de cultura são misturados na entrada do sitema. Reatores com células imobilizadas Reatores com leito fixo: A movimentação das partículas é praticamente inexistente. Reatores com leito fluidizado: ocorre movimentação intensa das partículas, a fluidização do leito pode ocorrer por injeção de ar ou gás inerte. Reatores com membranas planas e Reatores de fibra-oca: caracterizam-se por manterem as células confinadas entre membranas semipermeáveis, as quais permitem o fluxo de íquido, mas não a passagem de células.

Esse tipo de reator normalmente prevê a separação entre os fluxos de nutrientes e produtos metabólicos, o que permite imaginar uma primeira operação de separação do produto desejado, podendo contribuir para a simplificação das etapas de purificação do produto. Neste tipo de reator as tensões de cisalhamento são mínimas Figura 1: Tipos de biorreatores (a) STR; (b) Coluna de bolhas; (c) “air-lift”; (d) “plug-flow”; (e) com células imobilizadas (leito fixo); (f) com células imobilizadas (leito fluidizado); (g) reator com membranas planas; (h) “hollow-fiber. ocessos de Fermentação Fermentação Descontínua: O processo de fermentação descontinua, ou seja, aquele efetuado com um inóculo por tanque consiste: a) preparação do substrato ou seja, aquele efetuado com um inóculo por tanque consiste: a) preparação do substrato adequado ao desenvolvimento do microrganismo; b) colocar esse substrato em um biorreator; c) adicionar o microrganismo responsável pelo bioprocesso e aguardar que o processo ocorra. d) Após o tempo necessário de processo, retira-se o caldo do biorreator e executa-se as operações unitarias necessárias para a ecuperação e purificação do produto.

Este tipo de operação pode levar a baixos rendimentos elou produtividade; Apresenta “tempos mortos”, ou seja, tempos em que o fermentador não está sendo utilizado. No nível de aplicações práticas, para um bioprocesso razoavelmente evoluído, dificilmente será conduzida uma fermentação descontínua simples, havendo freqüentemente alguma elaboração adicional. Este tipo de fermentação é o mais utilizado na indústria de alimentos, como iogurte, chucrute, picles, cerveja, vinho, entre outros. Fermentação Descontínua alimentada: É o processo de ermentação descontínua, mas com alimentação contínua do meio nutriente. ? um processo definido como uma técnica em processos microbianos onde um ou mais nutrientes são adicionados ao fermentador durante o cultivo e em que os produtos aí permanecem até o final da fermentação. A vazão de alimentação pode ser constante ou vanar com o tempo e a adição de mosto pode ser de forma contínua ou intermitente. Forma de funcionamento: Inicialmente se introduz o inoculo, ocupando uma fração do v ordem de 10 a 20%, PAGF3C,FS introduz o inoculo, ocupando uma fração do volume útil da

Inicia-se então a alimentação com o meio de cultura, a uma vazão adequada, sem ocorrer a retirada de liquido processado. Essa operação prolonga-se até o preenchimento do volume útil do reator, quando então inicia-se a retirada do caldo processado para a recuperação do produto. Pode-se incluir a essas operações o reciclo de células a fim de se iniciar um novo período de alimentação. A alimentação pode ser constante ou intermitente, com vazões constantes ou não. Como também, pode-se variar a composição do meio de alimentação.

Com este tipo de fermentação é possível controlar melhor o rocesso de fermentação. Fermentação semi contínua O processo fermentativo recebe a denominação de semicontínuo quando, uma vez colocados no reator o meio de fermetnação e o inóculo, as operações que se seguem obedecerem à seguinte ordem: Operação no 1 : Aguarda-se o término da fermentação; Operação na 2: Retira-se parte do meio fermentado, mantendo- se, no reator o restante de mosto fermentado; Operação na 3: Adiciona-se ao reator um volume de meio de fermentação igual ao volume de meio fermentado retirado na Operação no 2.

O meio de fermentação adicionado na Operação no 3 encontra, o reator as células microbianas existentes no meio fermentado que nele foi mantido. Em outras palavras, o meio fermentado não retirado do fermentador na Operação na 2 serve de inóculo ao meio de fermentação adicionado na Operação no 3. Reinicia-se desse modo, a sequência d PAGF de inóculo ao meio de fermentação adicionado na Operação no 3. Reinicia-se desse modo, a sequência de operações acima descrita, que será repetida enquanto não houver queda da produtividade do processo.

Em alguns casos o meio fermentado retirado do fermentador (Operação no 2) é submetido a uma centrifugação, para separar s microrganismos nele existentes, microrganismos estes voltam ao reator juntamente com o meio de fermentação citado na Operação no 3. Este processo como descrito acima chama-se semicont[nuo, porque são intermitentes tanto o fluxo de entrada do meio no reator quanto o de saida de material fermentado.

Fermentação Continua No processo contínuo procura-se estabelecer um fluxo contínuo de líquido através do reator, ou reatores dispostos em série. A operação de um sistema continuo, constituído por varias reatores em série, no qual a alimentação de um dado reator da érie é o efluente do reator anterior, visa o estabelecimento de diferentes condições nos vários biorreatores da série.

O reator continuo permite o reciclo de células. O líquido bioprocessado, efluente de um dado biorreator, pode ser submetido a um sistema de separação dos microrganismos, os quais podem ser retornados ao volume de reação, sendo líquido enviado para recuperação do produto. Em se tratando de reatores em série, essa operação pode ser efetuada em qualquer reator da série, retornando-se o microrganismo para o fermentador mais adequado.