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Borzani, V. Biotecnologia Industrial Vol. 2  1ª Ed.

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Walter Borzani 
4.1 - Introdução 
Em muitos processos fermentativos, a presença de microrganismos estra-
nhos (e, às vezes, de vírus) denominados, genericamente, "contaminantes", pode 
levar a prejuízos consideráveis. . 
No caso da produção de penicilina, por exemplo, os contaminantes podem 
produzir penicilinase, enzima que decompõe a penicilina, resultando meios fer-
mentados com baixa ou mesmo nula concentração do antibiótico. 
Outro exemplo que merece citação é o da fermentação acetona-butanólica. A 
bactéria responsável por ésse processo pode ser rapidamente destruída por vírus 
bacteriófagos, paralisando completamente a fermentação. 
Outras vezes os contaminantes afetam negativamente o processo, principal-
mente pelo fato de consumirem nutrientes do meio, competindo assim com os mi-
crorganismos responsáveis pela fermentação desejada. É o que acontece, por 
exemplo, na produção de enzimas, vitaminas, antibióticos, etanol, etc. 
Há, porém, casos em que a presença de contaminantes pouco ou nada inter-
fere no processo. Assim, por exemplo, na fermentação lática de hortaliças, no tra-
tamento biológico de resíduos, na produção de vinagres, na lixiviação bacteriana · 
de minérios, a boa marcha do processo é assegurada pelas próprias condições de 
trabalho, sendo dispensável eliminar eventuais contaminantes. 
Entre os dois casos extremos, isto é, aqueles processos em que a presença de 
contaminantes compromete seriamente o resultado, e aqueles em que os contami-
nantes praticamente não interferem no bom andamento da fermentação, há um 
grande número de situações intermediárias. 
Em resumo, o grau de eliminação de containinantes com o objetivo de obter 
bons resultados depende de cada caso. Informações pormenorizadas a respeito 
desse assunto serão fornecidas, quando necessário, no Volume 3 desta Coleção, ao 
se estudar vários processos fermentativos industriais. 
40 Esterilização de meios de fermentação por aquecimento com vapor 
Não podemos deixar de lembrar que, às vezes, a operação de eliminação to-
tal de contaminantes pode inviabilizar economicamente o processo, como é o caso 
da fermentação para produção de etanol a partir de caldo de cana-de~açúcar. 
No presente capítulo examinaremos apenas os processos de destruição de 
contaminantes por aquecimento com vapor, também chamados "esterilização por 
calor úmido". 
4.2 - Descrição sumária dos processos de esterilização 
por calor úmido 
Consideraremos aqui apenas os dois processos mais importantes de esterili-
zação de meios em escala industrial, utilizando-se vapor como fluido de aqueci-
mento: o processo descontínuo (também chamado processo de batelada) e o 
processo contínuo. 
No processo descontínuo, o meio é quase sempre colocado no fermenta-
dor e, a seguir, aquecido com vapor. Nessas condições, esterilizam-se simulta-
neamente o meio e o fermentador. O aquecimento do sistema pode ser 
efetuado, quer borbulhando-se diretamente vapor no meio (é o chamado aque-
cimento com "vapor direto"), quer passando-se vapor por uma serpentina mer-
gulhada no meio ou por uma camisa que envol_ve o fermentador (é o 
aquecimento com "vapor indireto"). Em qualquer dos casos, o meio é agitado 
mecanicamente, a fim de assegurar, tanto quanto possível, a mesma temperatu-
ra em todos os pontos do sistema. 
O aquecimento com vapor direto acarreta, obviamente, diluição do meio (da 
ordem de 10 a 15%), como conseqüência da condensação do vapor injetado. 
Na esterilização descontínua distinguem-se nitidamente três fases (ver Figs. 
4.1, 4.9 e 4.10): 
a) aquecimento, que eleva a temperatura inicial do meio (sempre próxi-
ma da temperatura de preparo do meio) até à temperatura de esterili-
zação (geralmente da ordem de l20°C); 
b) esterilização, na qual a temperatura é mantida aproximadamente 
constante durante um intervalo de tempo adequado, chamado tempo 
de esterilização; 
c) resfriamento, quando, com auxílio de água fria passando pela serpen-
tina ou pela camisa, a temperatura é reduzida até se atingir a tempera-
tura de fermentação. 
A rigor, a destruição térmica dos microrganismos não se dá apenas na fase 
chamada "esterilização". No aquecimento, e também durante o resfriamento, en-
quanto a temperatura for superior à denominada "temperatura mínima letal" (da 
ordem de 80 a 100°C), também há destruição de microrganismos (ver Fig. 4.1) . 
Voltaremos a examinar esse assunto mais adümte. 
Descrição sumária dos processos de esterilização por calor úmido 41 
Algumas horas 
Tempo 
Figura 4.1 - Representação esquemática da variação de temperatura do meio durante sua esterilização por proces-
so descontínuo. 1: Aquecimento. 11: Esterilização. 111: Resfriamento. Te: temperatura de esterilização. Ti: temperatura 
· inicial. T t: temperatura final do meio esterilizado = temperatura de fermentação. T m: temperatura mínima letal. e: 
tempo de esterilização. 
Se, por um lado, a esterilização descontínua apresenta a vantagem de esteri-
lizar simultaneamente o meio e o fermentador, reduzindo assim os perigos de con-
taminação nas operações de transferência do meio para a dorna, ela apresenta, por 
outro lado, algumas sérias desvantagens, a saber: 
a) manutenção do meio em temperaturas relativamente altas (acima de 
100°C), por períodos bastantes longos (da ordem de algumas horas), favorecendo 
o desenvolvimento de reações químicas no meio com possíveis alterações indese-
jáveis em sua composição (decomposição de nutrientes, por exemplo); 
b) elevados consumos de vapor (no aquecimento) e de água (no resfriamen-
to), conseqüentes da eficiência relativamente baixa do sistema de troca de calor; 
c) problemas de corrosão ocasionados pelo contato prolongado do fermenta-
dor com o meio aquecido; 
d) tempo "não produtivo" relativamente elevado, uma vez que o fermenta-
dor é utilizado apenas como um tanque de esterilização durante o processo de 
destruição dos contaminantes. 
Passemos agora ao exame da esterilização por processo contínuo, represen-
tado esquematicamente na Figura 4.2.: o meio recentemente preparado é enviado, 
pela bomba B, ao trocador de calor TCl (de tubos, ou de placas), onde atua como 
fluido de resfriamento do meio já esterilizado e ainda quente; desse trocador de 
calor, o meio, agora preaquecido, mistura-se com vapor enviado ao injetor I onde 
a temperatura sobe quase instantaneamente, até alcançar a temperatura de esteri-
lização; a essa temperatura, praticamente constante, o meio percorre o tubo de re-
4 2 Esterilização de meios de fennentação por aquecimento com vapor 
tenção ou de espera TE (quase sempre termicamente isolado), dimensionado de 
modo a que o tempo de residência do meio no tubo seja igual ao tempo de esterili-
zação; o meio já esterilizado, mas ainda a uma temperatura muito alta, passa pela 
válvula de redução de pressão V e vai, em seguida, ao trocador de calor TCl já ci-
tado; deste último, o meio esterilizado é encaminhado a um segundo trocador de 
calor (TC2), onde sua temperatUra é reduzida até alcançar o valor desejado; o flui-
do de resfriamento no trocador TC2 é água fria . Tratando-se, pelo que foi descrito, 
de aquecimento com vapor direto, haverá diluição do meio, da ordem de 10 a 15%. 
O mosto esterilizado, e já na temperatura de fermentação, é então enviado 
ao fermentador. 
Vapor 
p 
TE 
----------- --- -- ------------ ---- --------, 
I 
I 
,------------------------- --- -- ------ --· 
I 
I 
-- -- -- -- --- -- ------- -- --- ----- --- --- -- -. 
I 
TC1 TC2 
Fermenta dor 
-- -- --------- ---- i--------i -------- --------- t------' 
'-------+---- ---- ------- --
Meio 
Agua 
B 
Figura 4.2 - Representação esquemática de um esterilizador contínuo. B:.bomba. TC I e TC2: trocadores de calor. 
1: injetor de vapür. T: termômetro. P: manômetro. TE: tubo de retenção ou de espera. V: válvula de redução de pres-
são.