Biotecnologia Industrial - Vol 2 - Willibaldo Schmidell

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DisciplinaEngenharia Química697 materiais1.723 seguidores
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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 
---- ·----- ------- +--------~-- --------------- +---------' 
'-------+---- -------------
Meio 
Agua 
B 
Figura 4.2 - Representação esquemática de um esterilizador contínuo. B:.bomba. TC I e TC2: trocadores de calor. 
1: injetor de vaj)or. T: termômetro. P: manômetro. TE: tubo de retenção ou de espera. V: válvula de redução de pres-
são. 
A Figura 4.3 mostra, esquematicamente, a variação da temperatura do meio 
durante a esterilização contínua. Nesse caso, a destruição de microrganismos · du-
rante o aquecimento e durante o resfriamento pode ser desprezada. 
---------- - ------ ·-·- --------·--·----- ---··------
-·~---~. ------~··- -.....,.--- -- -------
Descrição sumária dos processos de esterilização por calor úmido 43 
e 
Alguns minutos 
Tempo 
Figura 4.3 - Representação esquemática da variação de temperatura do meio durante sua esterilização por proces-
So contínuo. Ti: temperatura inicial. Tt : temperatura final do meio esterilizado= temperatura de fermentação. Te: 
temperatura de esterilização. Tm: temperatura mínima letal. 8 : tempo de esterilização. 
Na esterilização contínua, o aquecimento do meio até à temperatura de este-
rilização também pode ser efetuado com vapor indireto, substituindo-se o injetor 
de vapor I (Figura 4.2) por um trocador de calor. Neste caso, não haverá diluição 
do meio. 
A Figura 4.4 representa, de maneira esquemática, um tubo de espera. 
Um tubo de espera çomo o representado na Figura 4.4, desde que adequada-
mente projetado (o número de ramos em U deve ser sempre maior que o necessá- · 
rio, para assegurar a esterilização do meio), permite, por um lado, a execução de 
eventuais reparos sem interromper o processo e, por outro, alterar, dentro de cer-
tos limites, o tempo de permanência do meio na temperatura de esterilização sem 
variar a vazão. 
Seguem alguns valores numéricos relativos às condições de operação dos es-
terilizadores contínuos: 
a) vapor de aquecimento: vapor saturado com pressão de 6,8 a 8,5 atm; 
b) bomba de recalque do mosto n~o esterilizado: podem ser utilizadas bom-
bas centrífugas, rotativas ou de pistão; 
c) diâmetro do tubo de espera: 4 a 12 polegadas (10 a 30 em, aproximada-
mente); 
d) tempo de enchimento do fermentador: não superior a 8 h; 
e) velocidade do meio no tubo de espera: 3 a 60 cm/s, sendo mais utilizado o 
intervalo de 6 a 12 em/ s; 
f) número de Reynolds no tubo de espera: 36.000 a 80.000; 
g) temperatura de esterilização: 130 a 165°C. 
44 · Esterilização de meios de fermentação por aquecimento com vapor 
____ _. c 
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Figura 4.4 - Representação esquemática de um tubo de espera. A: meio à temperatura de esterilização. B: tubos 
verticais. C: tubos em U dispostos em planos horizontais. D: meio esterilizado. As setas indicam o percurso do meio 
no tubo de espera com os registros I , 2 e 3 fechados. · 
Para se colocar em funcionamento um aparelho de esterilização contínua, pro-
cede-se do seguinte modo: em primeiro lugar injeta-se em todo o sistema, incluiTI.do o 
fermentador, vapor a 1 atm (aproximadamente 121 oq durante 2 horas; a seguir, inje-
ta-se ar esterilizado no fermentador de modo a nele se ter uma sobrepressão de 0,3 
atm; regulam-se então as c<;>ndições de trabalho utilizando-se água em vez do mosto; 
quando as condições estiverem ajustadas, começa-se a bombear o meio a ser esterili-
zado; uma vez eliminada toda a água existente no aparelho, abre-se o registro para o 
fermentador, que é então carregado com meio esterilizado. 
O processo contínuo de esterilização apresenta, em relação ao descontínuo, 
algumàs vantagens, a saber: 
a) por se trabalhar a temperaturas mais elevadas, e também por serem muito 
rápidas as operações de aquecimento e resfriamento do mosto, o tempo de perma-
nência do meio em alta temperatura é relativamente pequeno (da ordem de 5 a 15 
min), o que acarreta menor destruição de nutrientes (como veremos mais adiante); 
como conseqüência deste fato, a prática tem mostrado, em vários casos, que a fer-
mentação de um meio esterilizado por processo contínuo apresenta rendimento 
substancialmente maior do que o obtido na fermentação do meio esterilizado por 
processo descontínuo (5 a 6 vezes maior na produção de riboflavina, e cerca de 10 
vezes maior na produção de vitamina B12, por exemplo); 
b) pelo fato de ser de dimensões relativamente pequenas, o tubo de espera 
pode ser construído com ligas especiais, evitando a contaminação metálica (mui-
tas vezes prejudicial à fermentação) do mosto que poderia resultar do ataque da 
parede do tubo pelo meio; 
------~---------------------. ---------. ____ .. _______ , __ ________ . -· --
Cinética da destruição ténnica de microrganismos 45 
c) quando o meio apresenta densidade ou viscosidade relativamente alta, 
como no caso de mostos de cereais, o processo contínuo dispensa os motores de 
potência elevada que seriam necessários para o acionamento dos agitadores no 
processo descontínuo de esterilização; 
d) economia de vapor, e de água de resfriamento, em relação ao processo 
descontínuo, desde que os trocadores de calor e o isolamento térmico da tubula-
ção sejam adequadamente dimensionados; 
e) os esterilizadores dmtínuos podem ser também utilizados nos processos 
de cozimento e sacarificação de matérias.:.primas amiláceas. 
Importa, contudo, não esquecer que as viabilidades técnica e econômica do 
processo contínuo dependem das dimensões e do regime de trabalho dos fermen-
tadores da instalação industrial. 
4.3 - Cinética da destruição térmica de microrganismos 
A velocidade de destruição pelo &quot;calor úmido&quot; de microrganismos presen-
tes em um dado meio depende de vários fatores, a saber: 
a) do microrganismo (gênero, espécie, linhagem; idade da cultura, existência 
ou não de esporos); 
b) do meio (composição, pH, presença de sólidos em suspensão); 
c) da temperatura. 
Imaginemos um experimento em que um determinado microrganismo, em 
suspensão em um dado meio, é mantido a uma temperatura constante e superior à 
temperatura mínima letal. Se durante o ensaío determinarmos o número de mi-
crorganismos vivos existentes no sistema, como a temperatura é superior à míni-
ma letal esse número de microrganismos vivos será uma função descrescente do 
tempo. A experiência mostra que, com boa aproximação, os resultados podem ser 
representados como indica ,a Figura 4.5, 
z 
E 
Figura 4.5 - Representação esquemática da variação do número de microrganismos vivos (N) após um tempo t de 
manutenção do meio a uma temperatura letal constante T · N 0 =número de microrganismos vivos no instante t = O. 
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i 
46 Esterilização de meios de fermentação por aquecimento com vapor 
Isso nos mostra que, do ponto de vista cinético, a destruição do microrganis-
mo se comporta como se fosse uma reaÇão de primeira ordem, isto é: 
dN 
-=-k ·N 
dt 
(4.1) 
sendo N o número de microrganismos vivos existentes no meio após