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BIORREATORES E 
PROCESSOS 
FERMENTATIVOS
Bioengenharia – Eng. Química
Prof.ª Bárbara Flaibam
2 º semestre de 2013
BIORREATORES
reatores químicos nos quais ocorrem uma série de reações
químicas catalisadas por:
• BIORREATOR • REATORES 
BIOLÓGICOS 
• REATORES 
BIOQUÍMICOS
BIOCATALISADORES
podem ser enzimas ou células vivas (microbianas, animais ou vegetais).
BIORREATORES
GRUPO 1
Reações ocorrem na 
ausência de células 
vivas, ou seja, são 
tipicamente, 
enzimáticos.
GRUPO 2
Reações se processam na 
presença de células vivas. 
Mais conhecidos, são reatores 
com microrganismos.
• reatores podem ter 
características muito 
distintas quanto aos 
fenômenos de transporte.
CLASSIFICAÇÃO DOS BIORREATORES
I. Reatores em fase aquosa (fermentação submersa)
I.1 Células/enzimas livres
• Reatores agitados mecanicamente
(STR: stirred tank reactor)
• Reatores de fluxo pistonado
(“plug-flow”)
CLASSIFICAÇÃO DOS BIORREATORES
I. Reatores em fase aquosa (fermentação submersa)
I.1 Células/enzimas livres
• Reatores agitados pneumaticamente
- Coluna de bolhas - Reatores “air-lift”
CLASSIFICAÇÃO DOS BIORREATORES
I. Reatores em fase aquosa (fermentação submersa)
I.2 Células/enzimas imobilizadas em suportes
- Reatores com leito fixo - Reatores com leito fluidizado
CLASSIFICAÇÃO DOS BIORREATORES
I. Reatores em fase aquosa (fermentação submersa)
I.3 Células/enzimas confinadas entre membranas
- Reatores com membranas - Reatores de fibra oca
planas (“hollow-fiber”)
CLASSIFICAÇÃO DOS BIORREATORES
II. Reatores em fase não-aquosa (fermentação semi-sólida)
• Reatores estáticos (reatores com bandejas)
• Reatores com agitação (tambores rotativos)
• Reatores com leito fixo
• Reatores com leito fluidizado gás-sólida
CLASSIFICAÇÃO DOS BIORREATORES
Os biorreatores mais amplamente empregados são:
AGITADOS MECANICAMENTE (STR) – 90% dos reatores
utilizados industrialmente.
BIORREATORES: STR
REATOR DO TIPO STR:
• Tanque cilíndrico;
• Relações de altura e diâmetro de 2:1 ou 3:1;
• Equipado com chicanas: busca evitar a formação de
vórtices durante a agitação do líquido;
• Agitador ocupa o eixo central do fermentador, possuindo
ao longo da sua altura uma série de turbinas de pás
planas.
CLASSIFICAÇÃO DOS BIORREATORES
CAPACIDADE DOS BIORREATORES:
Menores: algumas centenas de litros, até 1 a 2 m3: cultivo de
microrganismos patogênicos ou para crescimento de células
animais e vegetais – produtos ligados à saúde.
Intermediários: Dezenas de metros cúbicos até 100 a 200 m3:
produção de enzima, antibióticos e vitaminas.
Maior: Processos que exigem pouco ou nenhum cuidado com
assepsia – fermentação alcóolica ou tratamento biológico de
resíduos.
BIORREATORES
Há uma grande diversidade de biorreatores para serem
empregados nos processos fermentativos: a melhor opção
dependerá das características do processo em questão,
bem como domicrorganismo a ser utilizado.
Além disso, há uma enorme flexibilidade de operação dos
biorreatores: descontínua, semicontínua, descontínua
alimentada, contínua.
BIORREATORES: DESCONTÍNUO
Preparar o meio de cultura 
Colocar o meio de cultura no biorreator 
Adicionar o microrganismo responsável 
Aguardar o processo 
Retirar o caldo do fermentador 
Recuperação do produto
BIORREATORES: DESCONTÍNUO
• com um inóculo por tanque;
• com recirculação das células.
• Processo mais seguro, em relação às condições de
manutenção de assepsia.
• Ao final de cada batelada, o reator será esterilizado
juntamente com o novo meio de cultura.
• Contudo, um processo fermentativo evoluído
dificilmente será conduzido por um reator simples
descontínuo.
BIORREATORES: DESCONTÍNUO
• Se não houver adição de soluções de controle e nem
perda de líquido por evaporação: VOLUME CONSTANTE -
> CARACTERÍSTICA DA FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA.
• Pode levar a baixos rendimentos, além dos TEMPOS
MORTOS: tempos de carga, descarga, lavagem e
esterilização do reator.
BIORREATORES: DESCONTÍNUO
• Com recirculação de células:
Ao final de cada batelada
Separa-se as células
Centrifugação ou sedimentação no próprio reator
Líquido fermentado Células
Recuperação do produto Batelada repetida
BIORREATORES: CONTÍNUO
• Procura-se estabelecer um
fluxo constante de líquido no
reator.
• Efluente do reator é
submetido a um sistema de
separação dos microrganismos
os quais podem voltar ao
volume da reação.
• Os reatores contínuos podem
ser operados em série.
BIORREATORES
VANTAGENS : Contínuo x Descontínuo:
• Aumento da produtividade: reduz de TEMPOS MORTOS.
• Caldo fermentado mais uniforme.
• Manutenção das células no mesmo estado fisiológico.
• Associação com outras operações unitárias contínuas.
• Facilidade de utilização de controles avançados.
• Menor necessidade de mão-de-obra.
BIORREATORES
DESVANTAGENS : Contínuo x Descontínuo:
• Maior investimento inicial na planta.
• Possibilidade de mutações gênicas espontâneas.
• Contaminações.
• Dificuldade de se operar em ESTADO ESTACIONÁRIO
devido a formação de espuma, crescimento de
microrganismos nas paredes do reator e na entrada e
saída de líquidos.
BIORREATORES: DESCONTÍNUO 
ALIMENTADO
• Alimenta-se o reator
inicialmente com um
inóculo, o qual deve
ocupara de 10 a 20% do
volume útil do reator.
• Inicia-se então da
alimentação do meio de
cultura, com uma vazão
adequada, sem retirar o
líquido fermentado.
BIORREATORES: DESCONTÍNUO 
ALIMENTADO
Descontínuo alimentado:
• Essa operação prolonga-se até o preenchimento de todo
o volume útil do reator, quando inicia-se então a retirada
do caldo fermentado – para recuperação do produto.
BIORREATORES: SEMICONTÍNUO
O processo fermentativo é semicontínuo quando:
Reator: meio + inóculo
Operação 1: aguarda-se o término da fermentação;
Operação 2: Retira-se parte do meio fermentado,
mantendo-se no reator o restante do mosto fermentado;
Operação 3: Adiciona-se ao reator um volume de meio de
fermentação igual ao retirado na Operação 2.
BIORREATORES
Semicontínuo x Descontínuo alimentado
• Preenche-se instantaneamente o reator com uma vazão
muito elevada.
• Em reatores muito grandes, esse preenchimento é difícil
de ocorrer instantaneamente, o que acaba caindo no
caso do descontínuo alimentado.
BIORREATORES
Lembrando-se que:
• A forma de operação de um biorreator depende
fundamentalmente das características do
microrganismo, que deverá permanecer ativo no
sistema.
• Caso o microrganismo apresente sintomas de atenuação
quanto à síntese do produto, o processo deverá ser
interrompido e ser reiniciado com um novo inóculo.
BIORREATORES
Lembrando-se que:
• Em princípios as formas de operação são aplicáveis à
todos os tipos de reator ficando a flexibilidade mais ou
menos evidente dependendo do reator considerado.
• A forma de operação de um determinado reator é de
fundamental importância para o desempenho de um
processo.
FERMENTAÇÃO EM ESTADO SÓLIDO
Lembrando-se que:
• É uma das técnicas de fermentação mais antiga.
• Nesta técnica, os microrganismos irão crescer:
– sobre um suporte sólido que atua como fonte de nutrientes
– ou os nutrientes são dissolvidos em água e os microrganismos
aderidos a uma matriz sólida que irá absorver o meio de cultura
líquido.
• Utiliza-se a forma de operação em batelada.
• Pouco desenvolvido em escala industrial, porém com
estudos avançando em escala laboratorial.