Biotecnologia Industrial - Vol 2 - Willibaldo Schmidell

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DisciplinaEngenharia Química697 materiais1.724 seguidores
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expulsão do ar (10 a 20 minutos, em 
geral) a válvula de descarga é fechada e a pressão e temperatura internas devem 
Esterilização por agentes ffsicos 29 
subir até a temperatura e pressão de esterilização (geralmente, 121 °C e 1 atm). 
Atingida a condição de esterilização, o sistema de aquecimento ou a entrada de 
vapor devem ser controlados para manter estáveis a pressão e temperatura. A eta-
pa de resfriamento inicia-se com o desligamento do aquecimento ou fechamento 
da entrada de vapor. A autoclave só deve ser aberta após a temperatura chegar 
próxima da ambiente, já que uma despressurização brusca pode provocar danos 
aos sensores colocados nq interior dos reatores, como sondas de pH e de oxigênio 
dissolvido. 
Válvula de 
segurança 
Auto clave 
Fermentador 
Figura 3.5 - Esterilização de reator em autoclave 
MANÔMETRO 
Erlenmeyers com meio de cultura, pipetas graduadas, tubos de ensaio, etc., em 
geral são esteriliZados por 15 a 30 minutos. Reatores necessitam uma esterilização por 
mais tempo (40 minutos a 1 hora), já que não são agitados durante a esterilização e o 
seu centro demora para atingir a temperatura adequada. A Figura 3.6 apresenta a 
curva de aquecimento em autoclave de um reator com volume útil de 10 litros. O sen-
sor de temperatura foi colocado próximo ao centro geométrico do reator. Pode-se no-
tar que cerca de uma hora após o termômetro da autoclave indicar a temperatura de 
121 °C, o centro do reator ainda não havia atingido esta temperatura. 
A esterilização em autoclave não altera significativamente o volume dos lí-
quidos presentes nos frascos ou reatores. 
3.3 .2 - Alguns detalhes de projeto de reatores esterilizáveis por 
calor úmido 
A Figura 3.7 apresenta alguns pontos a serem considerados quando se proje-
ta um reator a ser esterilizado por calor úmido {vapor saturado). 
A entrada de ar para o reator (1) deve conter um filtro esterilizante adequado 
(2) . Toda a linha, incluindo o filtro, deve ser esterilizada por vapor saturado (V). 
1/ I. ,, 30 Esterilização do equipamento 
O reator deve ser dotado de uma válvula de segurança e uma quebra-vácuo 
(3), para evitar pressurização ou despressurização (vácuo) excessivas que possam 
danificar o equipamento durante o processo de esterilização ou de fermentação. 
Curva de aquecimento em autoclave 
120 
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Tempo (min) 
Figura 3.6 - Curva de aquecimento em autoclave vertical de um reator com volume útil de I O lrt:ros. O ponto a indi-
ca o momento em que o termômetro da autoclave marcou 121 °C. O ponto b indica o momento em que a tempera-
tura da autoclave passou a ser controlada em 121 oc. 
v 
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Figura 3.7 - Alguns detalhes a serem considerados no projeto de reatores esterilizáveis por calor úmido. 
Esterilização por agentes ffsicos 3.1 
A linha de exaustão de gases também deve conter um filtro esterilizante 
adequado (4), que evite tanto a contaminação do reator por microrganismos do 
ambiente como a contaminação do ambiente por microrganismos e aerossóis origi-
nados no reator. 
O sistema de agitação do líquido deve preferencialmente ser colocado na 
parte superior do reator. Dessa maneira, o selo que permitirá a vedação do orifício 
por onde penetra o eixo ~5) deverá ser projetado para reter apenas gases. Quando 
for mais conveniente a colocação do eixo pelo fundo do reator, o sistema de se-
lagem deverá ser capaz de reter líquidos. Em geral, selos para gases são mais 
eficientes e de manutenção mais simples. 
As linhas de inoculação (6), amostragem (7), e esgotamento (9) devem tam-
bém ser esterilizadas pela passagem de vapor saturado. A de amostragem deve 
ser esterilizada após cada retirada de amostra. 
Um procedimento comum para esterilização descontínua do reator é o se-
guinte: (a) o reator recebe o meio de cultura e aplica-se uma agitação baixa; (b) 
aquece-se o meio através da serpentina ou camisa (8, 10) até cerca de 96 a 97°C; (c) 
simultaneamente ao item b, injeta-se vapor pelas linhas de entrada superior de ar 
(11) e de inoculação (6), deixando o vapor fluir pela linha de exaustão (4) e se pos-
sível pela válvula de segurança (3); (d) inicia-se a aplicação de vapor vivo ao tan-
que pela linha de entrada inferior de ar (12) e, se necessário, pelas linhas de esgo-
tamento do tanque (9) e de amostragem (7); (e) quando o meio de cultura atingir 
100°C, as válvulas de exaustão, de segurança, de entrada superior de ar (12) e de 
inoculação (6) são fechadas; (f) quando a temperatura e pressão internas atingirem 
as indicadas para esterilização (em geral, 121 °C e 1 atm), as válvulas de entrada 
inferior (12), de esgotamento do tanque (9) e de amostragem (7) devem ser fecha-
das; (g) manter a pressão e temperatura de esterilização pelo tempo necessário 
através da aplicação de çalor pela serpentina ou camisa; (h) atingido o tempo ne-
cessário, iniciar o resfriamento pela aplicação de água fria através da serpentina 
ou camisa; (i) quando a temperatura do meio de cultura atingir 100°C, iniciar a 
pressurização do tanque com ar estéril (1, 11), o suficiente para evitar formação de 
vácuo no reator; (j) quando a temperatura atingir 'cerca de 85°C, abrir a válvula de 
exaustão de gases (4); (k) continuar o resfriamento do tanque até a temperatura 
desejada. 
A manutenção periódica do reator deve incluir a limpeza e eventual substi-
tuição de todas as válvulas que tenham contato direto com o reator ou com as li-
nhas esterilizadas (ar, inóculo, amostragem, exaustão, descarga, etc.). Outros pon-
tos sensíveis são o sistema de selagem do eixo do agitador e as soldas e conexões 
do reator. Pequenos vazamentos em válvulas, selos, conexões e soldas podem ser 
detectados, fechando-se todas as saídas do reator e pressurizando-o com ar até 
cerca de 1 atm. Fecha-se o ar e verifica-se se a pressão é mantidapor períodos lon-
gos (24 h). Caso haja perda de pressão, deve-se buscar e corrigir os vazamentos. 
Vazamentos na serpentina ou camisa podem ser detectados, secando-se to-
talmente o reator e circulando-se água sob pressão no sistema de aquecimen-
to/resfriamento por um período longo (24 h). Se houver vazamento, aparecerá 
água no interior do reator. · 
32 E~erilitação do equipamento 
3 .3 .3 - Esterilização por calor seco 
A esterilização por calor seco é empregada para vidrarias, ;metais e sólidos 
resistentes ao calor. É levada a efeito em fornos ou estufas que atingem temperatu-
ras superiores a 150°C. 
Na ausência de umidade, a transferência de calor é mais lenta e os microrga-
nismos apresentam maior resistência à inativação. Dessa forma, os tempos de ex-
posição ao calor devem ser muito maiores (cerca de 3 a 4 horas), para garantir a 
eficiência da operação de assepsia. 2 
3.3.4- Esterilização por radiação ultravioleta 
Radiação ultravioleta é utilizada para esterilizar materiais sólidos, como vi-
drarias, utensílios metálicos, embalagens, etc. 
Os raios ultravioleta agem diretamente sobre o DNA e RNA, alterando a es-
trutura dessas moléculas e provocando danos ao processo de manutenção e divi-
são celular. Em função do tempo de exposição, esses danos normalmente levam os 
microrganismos à morte. 
Ultravioleta jamais deve ser usado na presença de pessoas ou animais. 
A fonte de ultravioleta é normalmente uma lâmpada emissora dessa radia-
ção. A emissão diminui com o tempo, exigindo um controle sobre o tempo de vida 
útil dessas lâmpadas. 
A esterilização é feita simplesmente expondo os materiais à radiação em am-
biente fechado, pelo tempo adequado (várias horas). Como a capacidade de pene-
tração da radiação ultravioleta é muito baixa, apenas