Escalonamento de Processos Fermentativos

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Três estágios 
Escala de bancada: 
etapa em que são definidos parâmetros básicos de cultivo, como temperatura, pH, 
modo de fermentação e velocidade de transferência de O2 em processos aeróbicos. 
Também é escolhido o microrganismo a ser utilizado e o meio de cultura ideal é definido 
e preparado.
▪
mais barata e mais flexível▪
Elaboração de métodos matemáticos▪
o
Escala piloto –
Como o volume é maior, deve-se manter o sistema o mais homogêneo possível▪
Deve-se definir e testar um critério de ampliação: grandeza que é mantida constante nas 
duas etapas; caso os resultados não sejam satisfatórios, deve-se mudar este critério
▪
o
Escala industrial –
produção em alta escala → lado econômico do processo▪
processar o reator em condições semelhantes da escala piloto → obtenção de um 
desempenho adequado do processo.
▪
o
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Problemas da variação de escala
Produção de espuma – degrada o metabolito, age como isolante térmico, perda de volume 
útil, redução da transferência de O2
o
Degradação do produtoo
Formação de coprodutoso
Grau de misturao
Consumo de potênciao
Aumento do custoo
Grau de cisalhamento do microrganismo (rompimento celular por atrito)o
Inibição por CO2o
Limitação de O2 devido ao sistema não homogêneo→ estresse celular – desvio da via 
metabólica
o
•
Scale-up: avaliação dos experimentos que foram realizados em laboratório são avaliados para 
produção em escala industrial
•
Scale-down: diminuir a escala; testes de otimização do processo; realizar ensaios em pequena 
escala; introduzir uma nova linhagem de microrganismo;
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Ampliação de escala
Fenômeno termodinâmico: mudanças em propriedades como solubilidadeo
Fenômeno cinético: características cinéticas do microrganismoo
Fenômenos de transporte: transferência de massa e calor podem ser afetadas na ampliação → 
afetam na cinética do microrganismo pois alteram as condições do meio.
Convecção (turbulência) → mais eficiente▪
Condução▪
o
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Critérios de ampliação: além da semelhança geométrica, uma grandeza deve ser mantida igual na 
nova escala.
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Escalonamento de Processos Fermentativos
terça-feira, 22 de maio de 2018 21:10
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1) Constância do coeficiente volumétrico de transferência de oxigênio (kLa) 
Alta demanda de O2▪
Produção de biofarmacos▪
Critério ideal para ampliação▪
Constância do coeficiente volumétrico da transferência de O2▪
2) Constância da potência no sistema não aerado por unidade de volume de meio (P /V)
Utilizado na produção de álcool e ácidos orgânicos▪
Grandes volumes – reatores com grandes dimensões▪
Sistema turbulento▪
Relacionado diretamente com a frequência de rotação do sistema para homogeneizar o 
processo
▪
3) Constância da velocidade na extremidade do impelidor (vtip) 
Relaciona frequência de rotação N com o diâmetro do impelidor D▪
Determina a velocidade de cisalhamento máxima (ϒmax)▪
4) O2 dissolvido
5) Constância do tempo de mistura (tm) 
Tempo necessário para completa homogeneização do sistema▪
6) número de Reynolds
Quão turbulento o sistema é (grau de agitação e mistura)▪
Perda de carga▪
Aumenta a troca de calor▪
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7) Constância da capacidade de bombeamento do impelidor (FL/V) 
relação entre vazão (FL) e o volume do líquido (V)▪
Tempo de circulação característico (tc=1/FL)▪
Pá do impelidor impõe quantidade de movimento▪
8)Critérios ou regras de aeração 
Número de aeração constante (NA) constante▪
Velocidade superficial de ar (VS) constante▪
Vazão específica de ar (φar) constante▪
Feitos por tentativa e erroo
Maximizar o desempenho do processoo
Determinar qual critério sugerido no projeto a partir do comportamento do microrganismoo
Redução de escala
Nova linhagem de microrganismoo
Novos lotes de matéria primao
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Vale lembrar que se mantem apenas o critério de ampliação constante, logo, as outras variáveis de 
processo variam e podem inviabilizar o processo na escala maior 
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