Centrifugação em Biotecnologia

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Centrifugação
Purificação de Produtos Biotecnológicos 
Autores: Adalberto Pessoa Jr. e Beatriz Vahan Kilikian. Capítulo 3, pág. 30-36.
Christie John Geankoplis. Transport Process and Separation Processes. Prentice-Hall, 2003.
Universidade Federal de Pelotas
Centro de Desenvolvimento Tecnológico – CDTec
Graduação em Biotecnologia
Disciplina de Operações Unitárias
Profa. Dra. Patrícia S. Diaz
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10. Centrifugação
	Células em suspensão em um meio líquido sedimentam por ação da gravidade. A centrifugação compreende a aceleração dessa sedimentação por ação de um campo gravitacional centrífugo.
Conceito: Processo de separação mecânica de sistemas líquido-sólido e líquido-líquido que utiliza a força centrifuga para a separação das fases. 
 permite efetuar separações que seriam impossíveis em condições gravitacionais;
 alcança uma sedimentação mais rápida;
 obtém-se suspensões de células mais concentradas em relação a original; 
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Centrifugação
	Na sedimentação as partículas são separadas de um fluído por ação de forças gravitacionais. 
	A separação gravitacional pode ser muito lenta devido à proximidade entre as densidades das partículas e do fluido, ou por causa de forças associativas que mantém componentes ligados, como em emulsões.
O uso de centrífugas aumenta muitas vezes a força que atua sobre o centro de gravidade das partículas, facilitando e a separação e diminuindo o tempo de residência.
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Aplicações
 sedimentação de células e vírus;
 separação de organelas subcelulares;
 isolamento de macromoléculas como DNA, RNA, proteínas ou lipídios;
 separação de líquidos de densidades diferentes;
separação de lodo em estações de tratamento de efluente;
 entre outras
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Vantagem da Filtração
Filtração x Centrifugação 
obtem-se material mais seco
Desvantagens da filtração frente a centrifugação
 Gera grandes volumes de torta
 Dificulta a manutenção da assepsia
 Demanda significativa de mão de obra.
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Tabela 1. Classes das centrifugas e suas aplicações
 
RCF – força centrifuga relativa
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Onde: 
RCF = Relative Centrifugal Force (força g)
n = rpm
 r = raio (cm)
Força centrifuga relativa (RCF) ou número g
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Centrifugação – Equipamento
A centrifuga é um recipiente cilíndrico que gira a alta velocidade criando um campo de força centrífuga que causa a sedimentação das partículas.
Os fluidos e sólidos exercem uma força alta contra à parede do recipiente que limita o tamanho das centrífugas.
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Centrifugação – Equipamento
Tipos de Rotores
Tipo de rotores
Possuem balanço (Móveis) 
Ângulo fixo
Ângulo reto
Centrifugação – Equipamento
Tipos de Centrífugas
Centrífuga Tubular: Este tipo de centrífuga consiste em um tubo sólido fechado em ambas as extremidades, e que normalmente é alimentado com dois líquidos de densidades diferentes, por uma entrada no fundo. A fase mais pesada se concentra contra a parede do cilindro, enquanto a fase mais leve flutua sobre ela. As duas fases são separadas por meio de um defletor que as descarrega em dois fluxos distintos. 
Centrífuga de Discos: opera a velocidades de 3000 a 20 000 vezes a gravidade e proporciona um sistema de clarificação contínuo que é satisfatório para materiais com um conteúdo de sólidos de 1-2% ou menos. Os sólidos sedimentam na parede do vaso e são descarregados manualmente ou automaticamente por aberturas intermitentes do vaso. A pilha de discos aumenta grandemente a área efetiva de sedimentação ou clarificação, e as fases líquida e sólida movem-se para cima ou para baixo na superfície dos discos. O líquido descarrega através de um ou mais discos
Centrífuga Decantadora de Vaso Horizontal: consistem em dois elementos giratórios concêntricos horizontais contidos em uma carcaça estacionária. O cesto (elemento giratório exterior) afila-se de forma que os sólidos descarreguem em um raio menor que o do licor. O elemento interno é um transportador de parafuso tipo rosca-sem-fim com a extremidade da lâmina ajustada próximo ao contorno da cesta.
  A suspensão é alimentada no interior do eixo transportador por bombeamento ou por gravidade, sendo automaticamente acelerada até a velocidade da máquina. A força centrífuga impele a suspensão através de canais para o interior da cesta giratória, onde os sólidos decantam através da camada de licor formada sobre a parede. 
Centrifuga de Tambor 
Utilizada apenas na clarificação de líquidos, como por exemplo óleo isento de água. 
O produto a ser clarificado entra no tambor pelo centro, escoando consecutivamente por cada câmara anelar a partir da câmara mais interna. 
O tambor é dotado de 2 a 8 elementos cilíndricos internos, uma série de câmaras anelares unidas consecutivamente. 
Em cada câmara o diâmetro é maior e aumenta a força centrífuga, fazendo o produto escoar por zonas centrífugas cada vez maiores, até o final do processo.
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1000g/10 min
Sobrenadante/
Decantado
3000g/10 min
etc.
A - Centrifugação Diferencial: A separação é baseada no tamanho das partículas. Uma suspensão contendo diferentes moléculas é centrifugada e as partículas maiores sedimentam com mais rapidez do que as partículas menores, obtendo-se frações de moléculas. 
Tipos de separações por centrifuga
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Tipos de separações por centrifuga
B - Centrifugação por gradiente de densidade
	Separação por zonas ( Centrifugação ZONAL)	Separação por equilíbrio
(Centrifugação ISOPÍCNICA)
		
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B.2. CENTRIFUGAÇÃO ISOPICNICA
Densidade da partícula 
(na amostra) 
Densidade do gradiente
Densidade do gradiente
<
>
Obs.: Ponto isopícnico (densidade da particula igual à densidade da porção do gradiente);
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2
5
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10
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118
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n
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RCF
-
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RCF
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299
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