Biotecnologia Industrial - Vol 2 - Willibaldo Schmidell

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DisciplinaEngenharia Química693 materiais1.722 seguidores
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radia-
ção ultravioleta, radiação gama e sonicação. Cada um deles encontra aplicação em 
diferentes partes de um processo de assepsia. 
3.3.1 -Esterilização por calor úmido 
O agente de uso mais freqüente é o calor úmido, fornecido por vapor de água 
saturado. A facilidade de obtenção, de manuseio, sua eficácia e custo relativamente 
baixo explicam o uso freqüente. O vapor é obtido em caldeiras e distribuído por 
dutos de aço galvanizado ou aço inoxidável, isolados termicamente. Pelas altas 
temperaturas e pressões nas caldeiras, o vapor é considerado estéril. No entanto, 
em alguns casos mais críticos, utiliza-se filtração em cartuchos esterilizantes ime-
diatamente antes da entrada do vapor no processo. 
Tubulações e reatores (fermentadores), vazios ou carregados com meio de 
cultura, são usualmente esterilizados por calor úmido. 
Esterilização de reatores vazios 
A esterili:zação de reatores vazios consiste em injetar vapor diretamente em 
seu interior e promover inicialmente a expulsão de todo o ar presente. Após a ex-
pulsão do ar, o reator é fechado e injeta-se vapor até que a temperatura e pressão 
internas sejam adequadas, comumente 121 oc e 1 atm. A partir desse momento, e 
por todo o tempo de esterilização, novas injeções só são necessárias para manter 
constantes a pressão e temperatura. Terminada a esterilização, a entrada de vapor 
é fechada e ar esterilizado deve ser injetado, para evitar que o resfriamento e a 
conseqüente condensação do vapor presente no interior do reator gere vácuo, o 
que poderia provocar danos ao equipamento ou promover a entrada de ar externo 
contaminado, por eventuais pequenas fissuras em soldas, vazamentos em válvu-
las, etc. Após o resfriamento e estabilização da pressão interna, o meio de cultura 
esterilizado externamente, por esterilização contínua ou não, pode ser carregado e 
a utilização do tanque ser iniciada. 
Esterilização de reatores com meio de cultura 
A esterilização de reatores como meio de cultura (esterilização descontínua) 
é feita em três etapas. Durante todo o processo de esterilização, uma agitação mí-
nima deve ser fornecida ao meio de cultura. 
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· 26 Esterilização do equipamento 
Inicialmente, circula-se vapor pela serpentina ou camisa até que a tempera-
tura do meio de cultura seja maior que 96 a 97°C. Durante essa etapa, a cabeça do 
tanque deve receber vapor fluente para expulsão do ar de seu interior. Ao mesmo 
tempo, as válvulas, filtros e tubulações de entrada e saída do reator também são 
esterilizadas por vapor fluente. 
·Na etapa seguinte, injeta-se vapor diretamente no meio de cultura até que 
este atinja 100°C. A partir desse momento, o reator é completamente fechado e a 
injeção de vapor continua até que a temperatura e pressão internas sejam adequa-
das (por exemplo 121 °C e 1 atm). 
Atingido esse patamar, a injeção direta de vapor pode ser cortada e o contro-
le de temperatura e pressão mantidos através da serpentina ou camisa pelo tempo 
necessário. 
O resfriamento é feito pela circulação de água fria na serpentina ou camisa. 
Quando a temperatura atingir a marca dos 100°C, deve-se injetar ar esterilizado 
no tanque para evitar formação de vácuo pela condensação do vapor presente. 
A injeção direta de vapor provoca um aumento no volume de meio de cultu-
ra de cerca de 10 a 15%, em função da condensação. Por essa razão, o meio de cul-
tura deve ser preparado concentrado, tendo em vista sua posterior diluição pelo 
condensado. 
O tempo de esterilização é função das condições do próprio reator e do pro-
cesso. Se um reator é usado sempre com o mesmo micrOrganismo, e se ele estiver 
em bom estado (perfeitamente limpo, sem fissuras, sem vazamentos em válvulas 
ou conexões de sensores), 20 a 40 minutos a 121 oc e 1 atm devem ser suficientes 
para sua esterilização. Se for um reator multipropósito, utilizado com bactérias ou 
fungos formadores de esporos altamente resistentes ao calor, ele deve passar por 
assepsia química antes da esterilização por vapor. Nesse caso, a manutenção a 
121 oc e 1 atm deve se estender por um tempo que pode ser maior que 60 minutos, 
desde que não prejudique o meio de cultura. 
Uma etapa crítica é a de aquecimento do· meio de cultura desde a temperatu-
ra ambiente até atingir 96 a 97°C, quando o processo é feito por serpentinas ou ca-
misa. Nesse caso, uma relação adequada entre a área de serpentina ou camisa e o 
volume de meio de cultura favorece o rápido aquecimento. As Figuras 3.3 e 3.4 
apresentam curvas de aquecimento de meio de cultura em reatores de volume útil 
200 1 e 2.000 1 respectivamente. O tanque de 200 1 apresenta 6,5 m 2 de área de troca 
térmica por m3 de meio de cultura. O tanque de 2.000 1 apresenta 1,8 m2 de área de 
troca térmica por m 3 de meio de cultura. 
Reatores com esterilização programável 
Equipamentos mais sofisticados, completamente automatizados, trazem in-
corporada a função de esterilização em seu software de controle. Nesse caso, para 
proceder à operação de esterilização, basta um comando do operador num painel 
ou em um rnicrocomputador de controle. Em geral, pode-se escolher. o tempo e a 
temperatura de esterilização. Esses equipamentos são disponíveis em qualquer ca-
pacidade, desde os de bancada até os industriais. 
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120 
100 
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CURVA DE AQUECIMENTO 
fermentado r de 200 L 
10 15 20 
Tempo (min) 
Esterilização por agentes fisicos ., 2 7 
25 30 
Figura 3.3 - Formato do tanque de 200L úteis ( 6,5 m 2 serpentina/m3 de meio de cultura), e curva de aquecimento. 
Caso a auto-esterilização seja feita por injeção de vapor diretamente no meio 
de cultura, deve-se considerar a diluição de 10 a 15% provocada pela condensação 
do vapor. 
A injeção direta de vapor pode, em alguns casos, provocar a formação de es-
puma em grande quantidade no reator. Se o problema for crítico, a esterilização 
deve ser levada a cabo apenas através da camisa ou serpentina.2 
Esterilização em autoclaves 
A esterilização por calor úmido de reatores de pequeno porte (até cerca de 
30 L) e de vidrarias e outros materiais, inclusive meio de cultura, é em geral feita 
em autoclaves. A Figura 3.5 apresenta simplificadamente um reator sendo esterili-
zado em uma autoclave . 
28 Esterilização do equipamento 
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CURVA DE AQUECIMENTO 
fermentado r de 2.000 L 
60 90 120 
Tempo (min) 
150 180 
Figura 3.4 - Formato do tanque de 2.000 L úteis (I ,8 m2 serpentina/m3 de meio de cultura), e curva de aquecimento 
Existem autoclaves das mais diversas dimensões, e em geral são verticais 
ou horizontais. Nas verticais (como na figura), a porta de acesso localiza-se na 
parte superior. As horizontais podem ter uma ou duas portas de acesso. O 
aquecimento para geração de vapor pode ser elétrico (mais comum) ou a gás. O 
vapor pode também ser gerado externamente numa caldeira e em seguida inje-
tado na autoclave. Algumas autoclaves de grande porte podem ter sistemas in-
ternos para circulação do vapor e operarem continuamente, em vez da 
operação tradicional por ciclos. 
A operação é simples. Se o vapor é gerado internamente, a primeira providên-
cia é completar o nível de água até a marca indicada pelo fabricante. Em seguida, o 
material ou equipamento a ser esterilizado é colocado na autoclave e a porta é fe-
chada. O vapor gerado ocupa todo o espaço interno e deve fluir para o exterior, por 
uma válvula de descarga, expulsando assim todo o ar contido na autoclave e nos 
materiais e equipamentos presentes. Após a