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Aula 18   Aula Processos de Separação e Purificação do Produto

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Processos de Separação e 
Purificação do Produto
Bioengenharia
Processos de 
Separação e 
Purificação do 
Produto
Processos de Separação e Purificação do Produto
 Recuperação de produto 
(downstream processing). 
 Se o produto for secretado, as etapas de recuperação seguem um roteiro diferente da
recuperação do produto intracelular.
 No caso de produto intracelular será necessário romper estruturas celulares cuja composição
será importante na escolha das técnicas adequadas para a liberação do produto.
Processos de Separação e Purificação do Produto
 O projeto dos equipamentos que irão compor esta seção será função da:
 localização do produto (intracelular ou extracelular),
 do seu tamanho molecular,
 concentração,
 solubilidade,
 polaridade,
 volatilidade
 e de outras propriedades físico-químicas do meio de fermentação:
 viscosidade
 Densidade
 impurezas
 partículas indesejáveis.
Influência do processo de upstream sobre o 
processo de downstream
Seleção MO
Adaptação 
MO
Preparação 
de inóculo
Estágios de 
pré-
fermentação
Processo 
fermentativo
Característica 
dos 
microrganismos 
Localização 
do produto
Estabilidade 
do produto 
dentro das 
células 
Produção de 
metabólitos 
secundários 
ou impurezas
• Os produtos da indústria biotecnológica são altamente diversificados:
• Ácidos orgânicos
• Antibióticos
• Polissacarídeos
• Hormônios
• Aminoácidos
• Peptídeos
• Proteínas
• Como resultado dessa diversidade, não há processos de purificação
de aplicação geral. 
Processos de Separação e Purificação do Produto
• Clarificação: é a separação de células e seus fragmentos do meio de cultivo.
• Concentração e/ou purificação de baixa resolução: compreende a separação da molécula alvo, por
exemplo uma proteína, em relação a moléculas com características físico-químicas
significativamente diferentes (água, íons, pigmentos, polissacarídeos, lipídios);
• Purificação de alta resolução: compreende a separação de classes de moléculas com algumas
características físico-químicas semelhantes, como por exemplo proteínas.
• Operações para acondicionamento final do produto.
Além disso, para produtos associados às células, é necessário efetuar o rompimento celular (após
clarificação).
Processos de Separação e Purificação do Produto
O processo pode ser dividido em quarto etapas:
Processos de 
Separação e 
Purificação 
do Produto
Etapa do processo Operações unitárias Princípio 
Clarificação 
Filtração convencional Tamanho de partículas 
Centrifugação Tamanho e densidade de partículas 
Filtração tangencial (membranas) Tamanho de partículas 
Floculação Hidrofobicidade de partículas 
Rompimento de células 
Homogeneização Cisalhamento 
Ultra-som Cisalhamento 
Moagem em moinho de bolas Cisalhamento 
Rompimento químico ou enzimático 
Hidrólise, solubilização ou desidratação de 
moléculas que compõem a parede ou a membrana 
celular
Purificação de baixa resolução 
Precipitação Solubilidade 
U Itrafiltração (membranas) Massa molar e raio hidrodinâmico de moléculas 
Extração em sistemas de duas fases líquidas Solubilidade, massa molar 
Purificação de alta resolução 
Cromatografia de troca-iônica 
Tipo e densidade de carga na superfície da 
biomolécula 
Cromatografia de afinidade (biológica ou química) 
Sítios específicos da superfície de uma proteína 
(adsorção) 
Cromatografia de imunoafinidade 
Sítios específicos da superfície de uma proteína 
(adsorção antígeno/anticorpo)
Cromatografia de interação hidrofóbica 
Hidrofobicidade 
Cromatografia de exclusão molecular Massa molar 
Membranas adsortivas
Massa molar e características para adsorção ou 
sítios específicos da superfície de uma proteína 
Tratamentos finais 
Cristalização 
Solubilidade e características de equilíbrio líquido-
sólido 
LiofiIização Características de equilíbrio líquido-sólido
Secagem Características de equilíbrio líquido-sólido 
Operações envolvidas no processo de purificação de bioprodutos
Clarificação
Filtração convencional Tamanho das partículas
Centrifugação Tamanho e densidade das partículas
Filtração tangencial (Membranas) Tamanho das partículas
Floculação Hidrofobicidade de partículas
Rompimento 
celular
Homogeneização Cisalhamento
Ultrassom Cisalhamento
Moagem em moinho de bolas Cisalhamento
Rompimento químico ou enzimático Hidrólise, solubilização ou desidratação de 
moléculas que compõem a parede ou a 
Membrana Celular
Concentração 
(purificação de 
baixa resolução)
Precipitação Solubilidade
Ultrafiltração (membranas) Massa molar e raio hidrodinâmico de 
moléculas
Extração em sistemas de duas fases 
líquidas
Solubilidade, massa molecular
Purificação de 
alta resolução
Cromatografia de troca-iônica Tipo e densidade da biomolécula
Cromatografia de afinidade Sítios específicos (adsorção)
Cromatografia de imunoafinidade Sítios específicos (antígeno/anticorpo)
Cromatografia de interação hidrofóbica Hidrofobicidade
Cromatografia de exclusão molecular Massa molar
Membranas adsortivas Massa molar e sítios específicos
Tratamentos 
finais
Cristalização Solubilidade e Características de equilíbrio 
líquido-sólido
Liofilização Características de equilíbrio sólido-vapor
Secagem
Características de equilíbrio líquido-vapor
Etapas de um 
Processo de 
Purificação
Clarificação
Separação das células suspensas de um meio de cultivo
A operação unitária adequada depende da faixa de dimensão da partícula a ser removida:
Operações unitárias viáveis em escala industrial:
• Filtração convencional
• Filtração tangencial
• Centrifugação
Filtração convencional
 Aplica-se à clarificação de grandes volumes de suspensões diluídas de células
 De produtos extracelulares
 Situações que não necessitam de condições de assepsia
 Aplicado principalmente para fungos filamentosos
Princípio de separação: principalmente tamanho da partícula 
A suspensão, sob pressão, é perpendicularmente direcionada a um meio filtrante (filtração
convencional).
A fração volumétrica que atravessa o meio filtrante é denominada filtrado e o depósito de sólidos
(sobretudo células) sobre o meio filtrante chama-se torta.
Alguns tipos de filtro:
1. Rotatório (mais adequado para meios biológicos, pois não é afetado pela
compressibilidade da torta)
2. De pressão
3. Folha (disco) horizontal
Filtração convencional
Filtro Rotativo a Vácuo (FRV)
• O tambor fica parcialmente submerso em um recipiente que contém a suspensão.
• Ocorre leve agitação para evitar a sedimentação.
• A suspensão é alimentada pela parte externa do tambor.
• A redução de pressão (vácuo), ocorre no interior do tambor, promovendo a filtração (formação da torta).
• Tambor oco e rotativo (1 rpm), coberto com uma malha metálica filtrante, recoberta com terra 
diatomácea.
Filtração convencional
Filtração Tangencial: microfiltração
Fluidos de alimentação escoam tangencialmente à superfície filtrante.
A tensão de cisalhamento do fluído minimiza o acúmulo de células e seus fragmentos na superfície das 
membranas.
Membrana de fibra oca
• Possuem elevada área filtrante por 
unidade de filtro.
• Bastante susceptíveis à entupimentos.
Membrana tipo placa e quadro
• Possuem pequenas áreas filtrantes por unidade 
de volume.
• A limpeza é fácil.
Filtração Tangencial: Microfiltração
 tecnologia já bem consolidada
 Suas vantagens sobre o processo de filtração são:
 Alta capacidade para pequenos volumes;
 Curto tempo de residência;
 Equipamento esterilizável por vapor;
 Limpeza e operação completamente automatizadas;
 Processamento do produto em condições assépticas;
 Processamento