Reatores bioquímicos e biológicos ATIVIDADES

Prévia do material em texto

Reatores bioquímicos e biológicos
ATIVIDADES
1)O crescimento de células ou microrganismos no seio do líquido contendo nutrientes é conhecido como fermentação submersa. Com relação às formas de condução dos processos fermentativos em fase aquosa de forma submersa, analise as proposições a seguir, classificando-as em verdadeiras (V) ou falsas (F):
I – O processo fermentativo batelada alimentada é o processo contínuo tradicional mais amplamente utilizado na indústria onde há a recirculação de células.
II – O processo fermentativo semicontínuo pode ser diferenciado do descontínuo alimentado pelo seguinte fato: tendo sido retirado o líquido fermentado do biorreator e feito o preenchimento, emprega-se uma vazão bem elevada de forma que pode ser preenchido quase que instantaneamente.
III – O processo descontínuo é considerado o mais seguro dentre todas as formas de condução dos processos fermentativos, já que. sempre ao final de cada batelada, são realizadas a limpeza e a esterilização do biorreator.
IV – O processo fermentativo contínuo tem ampla gama de aplicações e formas variadas de operação que incluem desde a fermentação de cervejas até o tratamento de resíduos sanitários. ​​​​​​​
Selecione a alternativa que contém a sequência correta.
R:I – F, II – V, III – V, IV – V.
Considerando as diversas formas de condução dos processos fermentativos, o processo descontínuo (batelada) é o mais tradicional e amplamente utilizado, pois tem grande segurança quanto à assepsia, já que sempre há a limpeza e a esterilização do biorreator entre uma batelada e outra. Já o processo descontínuo alimentado (batelada alimentada) consiste na reposição de nutrientes durante a incubação, que pode variar com o tempo ou ser contínua, causada pelas perdas do sistema por evaporação ou, ainda, para manter baixa a quantidade de nutrientes para evitar a repressão catabólica dos microrganismos. No processo semicontínuo, há a retirada de material fermentado e a reposição de meio de cultura de volume igual ao retirado, cuja velocidade de reposição é tão rápida que pode ser considerada instantânea quando comparada ao processo de batelada alimentada. E, no processo contínuo, existem diversas formas de operação desse modelo e, devido a sua versatilidade, permite o emprego nas mais variadas aplicações, que podem ir desde a fermentação alcoólica até o tratamento de esgotos sanitários.
2)Na indústria da biotecnologia, existe uma série de biorreatores, equipamentos principais em que as biorreações são conduzidas e que podem ser aplicados para uma grande diversidade de processos. Cada modelo tem suas particularidades, vantagens e desvantagens de aplicação. Sobre os biorreatores, analise as proposições a seguir:
I – Os biorreatores agitados mecanicamente são menos utilizados na indústria. Ainda que não sejam obrigatoriamente ideais, esses equipamentos têm restrita versatilidade e apresentam baixos resultados para uma grande gama de processos. A indústria farmacêutica tem um interesse particular nesse modelo de reator, já que diversos produtos podem ser obtidos utilizando-se o mesmo biorreator durante o tempo de vida útil do equipamento. Além disso, todo o investimento de capital aplicado para a construção desse equipamento pode ser revertido já na comercialização do primeiro produto obtido.
II – Os biorreatores agitados mecanicamente, apesar de apresentarem ampla gama de aplicação, têm como desvantagem uma grande demanda de energia para proceder à agitação, sendo que, por causa das tensões cisalhantes, podem acometer a morfologia das células em um processo fermentativo; o escalonamento desse modelo é complexo e, para assegurar uma boa mistura e aeração, é necessário um projeto minucioso.
III – Nos processos conduzidos em biorreatores agitados pneumaticamente, a potência requerida para alcançar o grau de mistura desejada na reação para assegurar altas taxas de transferência de massa e calor é provida pela energia cinética do líquido interno do biorreator, por meio de circulação promovida pelas bolhas gasosas injetadas pneumaticamente. Esse modelo de reator, conhecido como coluna de bolhas ou airlift, é utilizado principalmente nos sistemas biológicos suscetíveis às tensões cisalhantes, que são características dos biorreatores agitados mecanicamente.
Assinale a alternativa correta.
R:As proposições II e III são corretas.
Os biorreatores agitados mecanicamente apresentam ampla gama de aplicação, especialmente na indústria farmacêutica, já que o mesmo biorreator pode produzir mais de um produto durante sua vida útil. Entretanto, devido às tensões cisalhantes, existem células que são suscetíveis a essas tensões e podem romper as células ou, ainda, promover as mutações genéticas ou causar repressões catabólicas nas células que são indesejadas. Essa é uma desvantagem do biorreator mecanicamente agitado. Já, nos reatores pneumaticamente agitados, as tensões cisalhantes são reduzidas, uma vez que a recirculação interna é promovida pela cinética do líquido adquirida pelo movimento das bolhas de ar injetadas pneumaticamente. 
3)Na indústria de bioprocessos, existe uma série de biorreatores que podem ser empregados nos mais variados processos para a obtenção de produtos em larga escala. Em virtude das características distintas de cada processo que envolve o uso de células ou enzimas e com relação ao meio reacional, não há reatores universais. Entretanto, existem características similares a serem observadas na construção de um dispositivo empregado nas biorreações.
Sendo assim, selecione a alternativa correta.
R:Na construção dos biorreatores, a rugosidade da superfície de contato com o líquido fermentado é importante, já que isso pode favorecer o depósito e o crescimento de microrganismos, causando incrustações, atrapalhando a limpeza do biorreator.
Na análise de materiais e das configurações operacionais para a construção de um biorreator, o tipo de célula e seu estado metabólico, assim como sua morfologia, o meio de cultura, a conversão do processo bioquímico ou biológico, bem como as necessidades de esterilização são importantes na avaliação. Logo, o tipo de material a ser utilizado e propriedades como rugosidade são fundamentais, uma vez que interferem diretamente nos processos de limpeza e esterilização, já que materiais com alta rugosidade favorecem os depósitos de microrganismos e promovem a proliferação destes, causando incrustações e contaminações. Ademais, o transporte de calor e massa é um fator crucial a ser considerado no projeto de reatores, assim como a geometria, que auxilia na promoção da mistura, elevando a oxigenação e evitando zonas mortas, que podem interferir diretamente no processo. Além disso, a geometria também tem grande influência sobre o modelo do reator, já que, ao projetar uma pá central para promover a agitação dos biorreatores mecanicamente agitados, devem-se considerar a promoção da mistura e a oxigenação do sistema. O mesmo também ocorre com a injeção de ar para o projeto de reatores pneumaticamente agitados.
4)Considerando os processos fermentativos que ocorrem em fase sólida, isto é, em que as células estão suportadas em substrato sólido que pode conter o mínimo de água necessário para transportar os nutrientes até as células, ou ainda o próprio suporte fornecer os nutrientes diretamente para as células suportadas, selecione a alternativa que contém um biorreator utilizado em fase não aquosa.
R: s biorreatores agitados (rotatórios) são utilizados nos processos fermentativos em fase sólida.
Os processos fermentativos que ocorrem em fase não aquosa ocorrem em biorreatores estáticos (em bandeja), leito fixo, leito fluidizado (gás-sólido) e agitados (rotatórios). Já os processos fermentativos que ocorrem em fase aquosa utilizam biorreatores agitados mecânica e pneumaticamente, para as células e enzimas livres, assim como têm membranas planas ou fibra oca para as células e enzimas confinadas. A utilização dos biorreatores em cada fase tem relação direta com o tipo de microrganismos e processos utilizados. Exemplos relacionadosaos reatores estáticos são o cultivo de fungos como Aspergillius niger e a produção do shoyu. Já os biorreatores em fase aquosa são usados para o cultivo de células como bactérias Komagataeibacter hansenii produtoras de celulose bacteriana ou o fungo Saccharomyces cerevisiae para a produção de cerveja.
. 
5)Na condução dos processos fermentativos em fase aquosa, estes podem ocorrer por processos descontínuos, descontínuos alimentados, semicontínuos e contínuos. Para selecionar um desses métodos em detrimento dos demais, é necessário considerar a fisiologia do agente que fará a conversão ou o bioprocesso.
Então, levando em conta os bioprocessos e os agentes utilizados, analise as proposições a seguir:
I – No processo fermentativo contínuo no estado estacionário, o aumento da vazão de entrada no biorreator, isto é, na alimentação, levará à fermentação ao estado transiente antes de atingir novamente o estado estacionário.
II – Na condução do processo fermentativo contínuo em um biorreator de mistura completa sem recirculação de células, o resultado, no regime permanente, é a modificação da composição química do meio de alimentação.
III – No processo fermentativo contínuo no estado estacionário, a diminuição na vazão de entrada no biorreator, isto é, na alimentação, levará à fermentação ao estado transiente antes de atingir novamente o estado estacionário.
Assinale a alternativa correta.
R:As proposições I e III estão corretas.
Nos processos fermentativos contínuos em um reator de mistura completa (CSTR), a composição química é a mesma em qualquer ponto do reator no regime permanente ou estado estacionário. Então, diante disso, quando há alterações na vazão de entrada, seja ela aumentando ou reduzindo, no estado estacionário ou regime permanente, essa condição altera o regime para transiente, ocorrendo variações na composição química dentro do reator e permanecendo até que novamente se atinja a mesma composição em qualquer ponto do reator, momento em que este retornará ao estado estacionário ou regime permanente.