Biorreatores: Processos e Classificação

Prévia do material em texto

BIORREATORES
Processos contínuo, descontínuo e semicontínuo
FATEB
Engenharia Bioquímica - 10° Período
Acadêmica: Bruna Oliveira
INTRODUÇÃO
BIORREATORES: são reatores químicos nos quais ocorrem uma série de reações químicas catalisadas por biocatalisadores;
BIOCATALISADORES: são enzimas ou células vivas, de origem animal, vegetal e microbiana;
→ 0s biorreatores são utilizados na produção industrial de produtos como antibióticos, solventes, entre outros;
 
2
3
INTRODUÇÃO
 Nos biorreatores há o controle de variáveis como temperatura, pressão, pH, agitação, entre outros;
 Atualmente no mercado existem uma grande variedade de modelos de biorreatores para atender aos diferentes processos fermentativos;
 
4
CLASSIFICAÇÃO GERAL DOS BIORREATORES
1. Reatores em fase aquosa (fermentação submersa)
 1.1 Células/enzimas livres
 Reatores agitados mecanicamente (STR)
 Reatores agitados pneumaticamente
 Coluna de bolhas (bubble column)
 Reatores “air-lift”
 Reatores de fluxo pistonado (plug-flow)
 1.2 Células/enzimas imobilizadas em suportes
 Reatores com leito fixo
 Reatores com leito fluidizado
 Outras concepções
 
5
CLASSIFICAÇÃO GERAL DOS BIORREATORES
 1.3 Células/enzimas confinadas entre membranas
 Reatores com membranas planas
 Reatores de fibra oca
2.Reatores em fase não-aquosa (fermentação semi-sólida)
 Reatores estáticos
 Reatores com agitação (tambor rotativo)
 Reatores com leito fixo
 Reatores com leito fluidizado gás-sólido
→ O tipo de reator mais utilizado é o agitado mecanicamente (STR), compondo 90% do total de reatores utilizados industrialmente;
 
6
CAPACIDADE DOS BIORREATORES
→ A capacidade de um biorreator depende essencialmente do processo para o qual ele será destinado;
Centenas de litros até 1 a 2 m³ - cultivo de microrganismos patogênicos e crescimento de células animais ou vegetais;
Dezenas de metros cúbicos até 100 a 200 m³ - produção de enzimas, antibióticos, e vitaminas;
Milhares de metros cúbicos – processos que exigem pouco ou nenhum cuidado de assepsia (fermentação alcoólica e tratamento biológico de resíduos);
 
7
REATOR STR
 Consiste basicamente em um tanque cilíndrico;
 Normalmente equipado com chicanas;
 O agitado é localizado em um eixo central contendo turbinas em sua extensão;
 
 A turbina mais utilizada é a de pás planas (Rushton)
8
REATOR AGITADO PNEUMATICAMENTE
 Caracterizado pela ausência de um agitador mecânico;
 Agitação realizada por borbulhamento de um gás;
 Apresenta menores tensões de cisalhamento;
 Opção para o cultivo de células animais e vegetais;
 Coluna de bolhas e “air-lift”
9
REATOR DE FLUXO PISTONADO
 O inóculo e o meio de cultura são misturados na entrada do sistema;
 A cultura flui com um uma velocidade constante sem mistura longitudinal;
 Há variação de concentração de nutrientes e das células ao longo do comprimento do reator;
10
REATOR DE LEITO FIXO E LEITO FLUIDIZADO
 O biocatalisador se encontra imobilizado em um suporte inerte;
 Leito fixo: movimentação de partículas praticamente inexistente;
 Leito fluidizado: movimentação intensa das partículas, provocada por injeção de ar ou de um gás inerte;
11
REATOR COM MEMBRANA PLANAS E REATOR DE FIBRA OCA
12
 Caracterizam-se por manterem as células confinadas entre membranas semipermeáveis, que permitem o fluxo do líquido mas não a passagem de células;
 Possibilita uma separação prévia entre o fluxo de nutrientes e os produtos metabólicos;
OPERAÇÃO DE UM BIORREATOR
13
 Descontínuo
 Semicontínuo
 Descontínuo alimentado
 Contínuo
PROCESSO DESCONTÍNUO
14
 No instante inicial a solução nutriente esterilizada no fermentador é inoculada com microrganismos e incubada, de modo a permitir que a fermentação ocorra sob condições ótimas;
 Nada é adicionado durante o processo
 Exceções: oxigênio, antiespumante, ácido ou base;
 Ao fim do processo, o reator é descarregado e o meio fermentado segue para tratamentos finais;
 Pode levar a baixo rendimento e apresenta “tempos mortos”;
PROCESSO DESCONTÍNUO
15
 Apresenta menores riscos de contaminação quando comparados à processos contínuos;
 É possível utilizar o mesmo fermentador para a fabricação de diferentes produtos;
 É o tipo de processo mais utilizado na indústria de alimentos;
PROCESSO DESCONTÍNUO ALIMENTADO
16
 Nesse processo, um ou mais nutrientes são adicionados ao fermentador durante o cultivo e permanecem nele até o final da fermentação;
 A vazão de alimentação pode ser constante ou variar com o tempo;
 Devido a possibilidade de usar diferentes vazões, é possível controlar a concentração de substrato no fermentador;
 É utilizado para se realizar o estudo de cinética de processos fermentativos;
PROCESSO SEMICONTÍNUO
17
 Depois que o meio de fermentação e o inóculo são colocados no reator, aguarda-se o fim da fermentação e então é retirado parte do meio fermentado;
 É adicionado então no reator novo meio de fermentação com o mesmo volume do meio fermentado que foi retirado;
 O meio não retirado do fermentador serve de inóculo ao meio adicionado posteriormente;
 O antigo processo de fabricação de vinagres a partir do vinho (processo lento) é um exemplo típico;
18
PROCESSO SEMICONTÍNUO
 Traz a possibilidade de operar o fermentador por longos períodos sem que seja necessário preparar um novo inóculo;
 Quando conhecidas as melhores condições de operação, conseguir produtividade maior que a obtida em processo descontínuo;
PROCESSO CONTÍNUO
19
 É dado como o processo que possui alimentação contínua de meio de cultura a uma determinada vazão constante;
 O volume de reação se mantém constante através da retirada contínua de caldo fermentado;
 É um sistema que pode operar por longos períodos de tempo em estado estacionário;
 Todo processo contínuo inicia-se com um processo descontínuo quando o biorreator é carregado pela primeira vez;
20
PROCESSO CONTÍNUO
 Possui maior produtividade, pois não apresenta tempos mortos e não produtivos;
 Menor necessidade de mão de obra;
 Maior investimento na planta inicial;
 Aplicação tipo: fermentação alcoólica;
CONCLUSÃO
21
 A escolha do biorreator depende do processo que será realizado neles;
 A produtividade de um processo fermentativo depende de fatores como: microrganismo utilizado, método de preparo do inóculo, concentração microbiana no fermentador, pH, fornecimento de nutrientes, entre outros.
REFERÊNCIAS
22
SCHIMIDELL, W., LIMA, U.A.L.; AQUARONE, E.; BORZANI, W. Biotecnologia Industrial – Engenharia bioquímica. - Vol. 2 – Editora Edgard Blucher, 2001. 	
Biorreatores: você sabe como eles funcionam? Disponível em: <http://profissaobiotec.com.br/biorreatores-como-eles-funcionam/>. Acesso em: 27 de julho de 2018.