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BIORREATORES
Classificação
ENGENHARIA BIOQUÍMICA
EQ-Unioeste
Prof.Dr. Sergio L. de Lucena
Ref.: Biotecnologia Industrial – V2 – Cap.8
DORAN, P.M. “Principios de Ingenieria de los 
Bioprocessos”, 1998 - Cap. 13
Processo Fermentativo Genérico
Fermentadores Industriais
Dois grupos de Biorreatores:
 Reatores Enzimáticos: catalisadores são 
enzimas;
 Reatores Fermentadores: catalisadores 
são células vivas (micro-organismos como 
bactérias, fungos e leveduras).
Classificação Geral dos Biorreatores
1) Reatores em Fase Aquosa;
1) Ex.: fermentação submersa, reatores enzimáticos (substrato e 
enzima solubilizados).
2) Reatores em Fase Não-Aquosa;
1) Ex.: Fermentação semi-sólida.
Reatores em Fase Aquosa
1) Com células ou enzimas livres;
1) Agitados mecanicamente: STR (Stirring Tank Reactor)
2) Agitados pneumaticamente: coluna de bolhas, “Air Lift”;
3) Reatores de Fluxo Pistonado (PFR);
2) Com células ou enzimas Imobilizadas em suportes;
1) Reatores com leito fixo: PBR.
2) Reatores com leito fluidizado: FBR.
3) Com células ou enzimas confinadas em membranas;
1) Reatores com membranas planas;
2) Reatores de Fibra Oca (Hollow Fibers);
Tipos de Biorreatores
Reatores em Fase Não-Aquosa
 Fermentação Semi-Sólida (FSS) ou Estado Sólido (FES)
– 1) Bandejas (sem agitação)
– 2) Tambor rotativo (agitado)
– 3) Leito Fixo
– 4) Leito Fluidizado (gás-sólido)
Cap.13 – Vol.II
Biotecnologia Industrial
Formas de Conduzir um 
Processo Fermentativo
 Descontínuo (batelada):
– 1) Com inóculo novo;
– 2) Com reaproveitamento de células (biomassa);
 Batelada Alimentada 
– 1) com recirculação de células;
– 2) sem recirculação de células;
 Fermentação Contínua
– 1) Um reator com ou sem recirculação de células;
– 2) Reatores em série com ou sem recirculação de células;
Engenharia dos Biorreatores
 O projeto de biorreatores envolve conhecimentos científicos de 
engenharia e até mesmo empíricos. Os aspectos específicos 
do reator e sua operação incluem várias decisões críticas:
– a) Configuração do reator: agitação mecânica, pneumática, etc;
– b) Tamanho do reator: Qual a capacidade necessária para a 
produção desejada?
– c) Condições operacionais do processo e controles: pH, T, OD, 
contaminações, etc;
– d) Modos de operação: batelada, contínuo, batelada alimentada, 
com ou sem recirculação das células, etc.
Ref.: DORAN, P.M. “Principios de Ingenieria de los Bioprocessos”, 1998 - Cap. 13
Efeitos das decisões tomadas...
 As decisões tomadas têm efeito considerável sobre o 
rendimento global do processo;
 Não existem receitas prontas e cada caso deve ser analisado 
criteriosamente;
 O conhecimento da cinética, balanços de massa e energia, 
transferência de calor e de massa, agitação e aeração, etc é 
essencial para compreender como funcionam os biorreatores.
Objetivos devem ser claros e definidos!
 Primeiramente: 
Qual a quantidade de produto a ser produzido?
 Processos industriais exigem o menor custo de 
produção para maximizar os lucros;
 Questões de segurança do processo são também 
importantes e prioritárias;
 Devem atender aspectos legais, normas, etc.
O projeto final deverá ser o reflexo de todos os requisitos e 
representará o melhor compromisso dos interesses em conflito.
Reduzir custos
 Para se reduzir os custos de um processo fermentativo:
Primeiramente: 
Deve-se identificar quais aspectos são determinantes no custo final.
Em geral, os componentes mais importantes são:
1) Pesquisa e desenvolvimento;
2) A etapa da biorreação (matérias-primas, controles, etc)
3) Tratamentos finais para obtenção do produto;
4) Administração e marketing;
Contribuições para o 
Custo Final de um Bioproduto
-Salários;
-Serviços (energia, água, vapor, 
trat. dos resíduos,etc)
-Depreciação, seguros, etc.
Custo Total de 
Produção
Pesquisa e
Desenvolvimento
Fermentação/
Reação
Recuperação 
Do Produto
Administração
e Marketing
Matérias-primas Operação do Biorreator
-Materiais;
-Salários;
-Serviços (energia, água, vapor, 
trat. Resíduos,etc)
-Depreciação, seguros, etc.
Estratégias de Projeto em Função do Custo
Fator Determinante do Custo:
.Pesquisa e
Desenvolvimento
.Matérias-primas .Operação do
Biorreator
.Recuperação do
Produto
•Maximizar a velocidade
de troca de escala;
•Maximizar a 
reprodutibilidade
da operação do biorreator;
•Minimizar riscos de 
contaminação
Maximizar a 
conversão
do substrato
Maximizar o 
rendimento 
do produto
Maximizar a 
produtividade 
volumétrica p/ 
minimizar o 
tamanho do 
reator.
Maximizar a 
concentração 
do catalisador
Maximizar a 
produtividade
específica e 
rendimento 
do produto
Otimizar as condições 
do reator -Melhores cepas;
-Otimizar meio de cultivo
Maximizar a 
concentração do 
Produto no caldo final.