Aula 5 Esterilizacao de meios

Esta é uma pré-visualização de arquivo. Entre para ver o arquivo original

*
*
Esterilização de meios de cultura
Disciplina: Engenharia Bioquímica
Profa. Marcia Pedrini
Fundamentos
*
*
Esterilização dos meios de fermentação
	Em escala industrial podemos considerar dois processos de esterilização de meios, utilizando-se vapor como fluido de aquecimento: o processo descontínuo (batelada) e o processo contínuo
Processo descontínuo
O meio é colocado no biorreator e aquecido com vapor saturado (calor úmido)
	Esterilizam-se simultaneamente o meio e o biorreator
*
*
Esterilização dos meios de fermentação
Borbulhando-se diretamente vapor no meio
Vapor direto
Passando-se vapor por uma serpentina mergulhada no meio ou por uma camisa que envolve o biorreator
O aquecimento do sistema pode ser efetuado:
Vapor indireto
*
*
Esterilização dos meios de fermentação
Na esterilização descontínua distinguem-se três fases nitidamente:
Aquecimento 
	≈120°C
b) Esterilização
c) Resfriamento
*
*
Esterilização dos meios de fermentação
Algumas desvantagens da esterilização descontínua:
Manutenção do meio em temperaturas relativamente altas
(acima 100°C);
b) Elevados consumos de vapor (no aquecimento) e de água (no resfriamento)
c) Problemas de corrosão;
d) Tempo “não produtivo” relativamente elevado;
*
*
Esterilização dos meios de fermentação
Cinética da destruição térmica de micro-organismos
A velocidade de destruição pelo calor úmido de MOs depende dos seguintes fatores: 
a) Micro-organismo 
b) Meio 
b) Temperatura 
*
*
Esterilização dos meios de fermentação
Cinética da destruição térmica de micro-organismos
	No estudo da destruição térmica de micro-organismos, costuma-se definir um outro parâmetro: o tempo de redução decimal, indicado por D. 
	É o tempo necessário para reduzir o número de micro-organismos a 1/10 do valor inicial (ou seja, para destruir 90% dos micro-organismos vivos existentes). 
*
*
Esterilização dos meios de fermentação
Cálculo do tempo de esterilização
Processo descontínuo
Expressão que nos permite calcular o tempo necessário para reduzir o número de micro-organismos vivos de N0 até N;
*
*
Esterilização dos meios de fermentação
Problemas da aplicação da equação
1°) Meios de fermentação a esterilizar não possuem uma única espécie de MO a ser destruída;
2°) A constante de velocidade k depender, também, do meio e da temperatura;
3°) As células microbianas podem se encontrar na forma de aglomerados, ou ainda partículas sólidas (inertes);
4°) Finalidade da esterilização é destruir todos os MOs vivos existentes no meio, N = 0-> a equação não aplicável; 
*
*
Esterilização dos meios de fermentação
Definição de probabilidade de falha
Et - número total de operações de esterilização realizadas nas mesmas condições;
Ef - número de operações de esterilização que falharam, isto é, não conduziram a um meio esterilizado;
*
*
Esterilização dos meios de fermentação
Para o cálculo do tempo de esterilização por processo descontínuo, precisamos conhecer:
o número inicial de células vivas no meio (N1);
a probabilidade de falha (P);
as curvas de aquecimento e de resfriamento do meio;
a temperatura mínima letal (Tm);
a temperatura de esterilização (Te)
a variação de k com a temperatura;
*
*
Esterilização dos meios de fermentação
-> no aquecimento
-> no resfriamento
-> na esterilização
*
*
Esterilização dos meios de fermentação
Processo contínuo
O meio e o biorreator são aquecidos com calor úmido separadamente
Injetor
TC1
TC2
V
Vapor
biorreator
Tubo de espera
Meio
Água
*
*
Esterilização dos meios de fermentação
Variação da temperatura do meio durante a esterilização contínua
Ti – temperatura inicial;
Tf – temperatura final do meio esterilizado;
Te – temperatura de esterilização;
Tm – temperatura mínima letal;
Θ – tempo de esterilização;
*
*
Esterilização dos meios de fermentação
Quais são as vantagens desse processo??
a) Trabalha a temperatura mais elevada, são rápidas as operações de aquecimento e arrefecimento; tempo de contato do meio com altas temperaturas é curto; menor será a destruição da composição do meio;
b) Tubo de espera por ser de dimensões reduzidas pode ser construído com ligas especiais evitando contaminação metálica;
*
*
Esterilização dos meios de fermentação
Quais são as vantagens desse processo??
c) Quando o meio tem elevada densidade/viscosidade este processo dispensa os motores que seriam necessários para fazer agitação do meio;
d) Economia de vapor e água de arrefecimento;
*
*
Esterilização dos meios de fermentação
Condições de operação dos esterilizadores contínuos
Vapor de aquecimento: pressão de 6,8 a 8,5 atm;
Bomba do mosto (meio) não esterilizado
Diâmetro do tubo de espera: 10 a 30 cm;
Tempo de enchimento do biorreator: não > que 8h;
Velocidade do meio no tubo de espera: 3 a 60cm/s
Número de Reynolds no tubo de espera: 36.000 a 80.000;
Temperatura de esterilização: 130 a 165°C;
*
*
Esterilização dos meios de fermentação
Cálculo do tempo de esterilização 
Como na esterilização por processo contínuo, tanto o aquecimento quanto o resfriamento do meio são muito rápidos...despreza-se esses tempos;
*
*
Esterilização dos meios de fermentação
Fixado o meio e o micro-organismo, como a temperatura afeta k??
Equação de Arrhenius
*
*
Esterilização dos meios de fermentação
Fixado o meio e o micro-organismo, como a temperatura afeta k??
Equação de Arrhenius
*
*
Esterilização dos meios de fermentação
Destruição dos nutrientes do meio como consequência da esterilização
Aquecimento do meio 
Pode levar alterações na composição do meio
Ex.: decomposição de vitaminas reações entre glicose e a.a.
*
*
Esterilização dos meios de fermentação
Destruição dos nutrientes do meio como consequência da esterilização
Quanto mais elevada a temperatura escolhida para destruição de uma certa quantidade de MOs do meio
Menor destruição dos nutrientes
Melhores resultados obtidos no processo
Porque energia de ativação de destruição de MOs (65 a 85 kcal/mol) > Energia de destruição térmica dos nutrientes