Tarefa 3 2

Prévia do material em texto

Disciplina: Biorreatores com Aplicação à Engenharia de Alimentos.
Identificação da tarefa: Tarefa 3.2. Unidade 3. Envio de arquivo.
Pontuação: 5 pontos. 
Tarefa 3.2
Os alimentos consumidos pelos seres humanos consistem, na sua quase totalidade, em vegetais, animais e nos produtos que deles derivam, além da presença de micro-organismos nos alimentos ser muito frequente. 
A interação entre micro-organismos e alimentos tem como consequências: 
A produção de certos alimentos com características específicas, como resultado de processos de fermentação; 
A deterioração dos alimentos, que se tornam impróprios para consumo humano, como resultado da utilização dos nutrientes para o crescimento dos próprios micro-organismos.
A causa de doenças alimentares pelo consumo de alimentos contaminados por micro-organismos patogênicos.
1) Por isso a relevância do processo de esterilização em um bioprocesso. Fale sobre a importância de esterilizar o equipamento, o meio de fermentação e o ar. Cite as condições de assepsia.
A esterilização resulta na destruição, inativação ou eliminação de qualquer forma de vida microbiana. Ou seja, promove uma perda inconvertível nos microrganismos em relação a capacidade de reprodução no ambiente classificado. 
No entanto, não resulta a total desativação de enzimas celulares, toxinas etc. 
 Na esterilização de um equipamento é anulado qualquer forma de vida da superfície ou interior. 
Para determinados processos biotecnológicos industriais, é o bastante a eliminação parcial da população microbiana de equipamentos para obtenção da qualidade esperada nos produtos. 
Isso ocorre nos processos em que inibidores de crescimento são desenvolvidos (produção de vinagre, ácido láctico, fermentação alcoólica, antibióticos e outros biocidas, etc.), a proporção de inibição impossibilita o crescimento dos microrganismos em maior ou menor grau.
Em indústrias de laticínios, nos processos de pasteurização, são destruídos a maior parte dos microrganismos, mas não todos.
Na esterilização em Batelada o total do tempo é consideravelmente grande, o que pode causar a decomposição de nutrientes termossensíveis, assim como vitaminas, ou ocasionar reações não desejáveis entre os elementos do meio.
Esse tipo de esterilização está sendo trocada quando é viável pela esterilização contínua. 
A esterilização contínua conserva em maior grau a integridade dos elementos do meio, visto que o resfriamento e aquecimento são praticamente de imediato, e não há instabilidade na temperatura no momento de espera, retendo o meio de cultivo que será esterilizado em altas temperaturas, com tempo exposto.
A esterilização contínua é fundamental para sistemas contínuos de fermentação.
 
 No dia a dia nas indústrias é verificado a utilização de meios de cultivo em batelada, e juntamente com o biorreator. 
Alguns processos necessitam de esterilização, como produção de vacinas, antibióticos, vitaminas e enzimas.
Há processos que requisita apenas uma esterilização introdutória(pasteurização), pois o próprio elemento tem ação de proteção contra a contaminação, pois tem propriedade tóxica sobre os microrganismos contaminantes, e é o caso da bioprodução de solventes, combustíveis e ácidos orgânicos.
Alguns bioprocessos são muito rigorosos a respeito da esterilidade de meios de cultivo, também existindo grande exigência asséptica, não somente no momento de transportar o meio esterilizado até o biorreator, mas também o sistema reacional. Nas fermentações bacterianas, geralmente a esterilização do meio e do reator são realizadas ao mesmo tempo.
São esterilizados separadamente apenas alguns elementos mais termossensíveis, ou também que se relacionem com outros elementos.
 No cultivo de células animais, normalmente o meio usado é termossensível.
A desinfecção que não esteriliza, porém assegura a assepsia apropriada é muito usada na indústria alimentícia, nessa prática os microrganismos patogênicos são destruídos através de processos não esterilizantes.
Nesse tipo de situação os microrganismos não são destruídos, porém fica sob controle com disposições que não permite o desenvolvimento, assim como refrigeração ou uso de inibidor de crescimento.
Para garantir a assepsia deve ser utilizado um seguimento de procedimentos durante o processo fermentativo: 
O fermentador deve ser esterilizado; 
O suprimento de ar e os gases de exaustão devem estar esterilizados; 
 Aeração e agitação; 
Inclusão de inóculo, nutrientes e outros suprimentos; 
 Amostragem; 
Deve haver domínio da espuma; 
Os parâmetros devem ser monitorados e controlados.
Há ocasiões como biotratamentos, onde a microbiota exógena ou nativa, age de maneira consorciada, sendo grandemente esperado para diminuir a carga orgânica poluidora, e nesse caso a assepsia não é utilizada.
Um dos processos produtivos mais limitantes em relação a ter contaminantes são aqueles designados a saúde humana ou animal, e também alimentos enlatados, podendo somente uma célula contaminante tornar o produto inutilizável. 
A esterilização em equipamentos é feita por métodos físicos ou químicos, portanto os agentes esterilizantes são físicos ou químicos.
Tais agentes geram substâncias químicas, ou adulteração em moléculas fundamentais para que a célula continue viva, causando a morte do microrganismo. 
A esterilização deve ser absoluta, não podendo um elemento estar moderadamente estéril, e sim por completo, pois este estará completamente desprovido de algum organismo vivo.
Os agentes físicos mais usados para esterilização são: calor (úmido e seco), a filtração, e radiações, em especial a ultravioleta.
 O calor seco é geralmente usado para esterilizar instrumentos e vidraria, e o úmido utilizado em equipamentos, e especialmente de meios de cultivo. 
No método químico é feita a higienização do equipamento usando líquidos ou gases que exterminam os microrganismos ou acabam com sua eficácia de reprodução. 
Usualmente é utilizado o calor úmido para esterilização de reatores bioquímicos e tubulações. A esterilização com calor úmido também é muito utilizada para equipamentos designados a processamento de produtos de fermentação, porem se não for possível são utilizados apropriados agentes químicos.
 
A esterilização dos meios de cultura é feita por calor úmido. Quando a inativação térmica é relevante, como em células vegetais, animais, é usada cartuchos esterilizantes, ou filtração em membranas para eliminar os microrganismos fisicamente. 
O ar usado para processo de fermentação é esterilizado por meio de filtração nos cartuchos esterilizantes. 
A quantidade final de microrganismos após uma esterilização vai depender da quantidade inicial, a higienização e uma baixa quantidade inicial de microrganismos tem grande influência no resultado final onde será esterilizado.
Portanto o meio deve passar por processo de agentes biológicos, podendo ser pela inoculação de uma suspensão com células ativadas e propagadas ou recicladas no processo.
Deve ser possível a esterilização do fermentador por meio de admissão direta de vapor sob pressão durante um longo tempo, e o esterilizador pode ser esterilizado junto com o meio, ou então pode ser esterilizado sozinho e acrescentado ao fermentador esterilizado por assepsia. 
Grande parte de processos fermentativos é aeróbica, e precisa que o ar seja estéril.
Para esterilizar o ar, antes de introduzir os filtros absolutos, são usados filtros de profundidade que possuem carvão animal, fibras de lã de vidro, ou lã de vidro, sendo que o mais utilizado é a lã de vidro. 
2) Comente sobre as escalas de produção: scale-up e scale-down.
 Em grande parte dos processos, é normal que o desenvolvimento se dê a partir de uma escala de produção menor para uma maior.
E quando o processo inicia com uma escala de produção menor e parte para uma escala maior, é denominada aumento de escala, ou scale-up.
 Em situação oposta, sendo quando está trabalhando numa instalação industrial, mas é necessário a realizaçãode exercícios em pequena escala, com intuito de analisar alguns fatores, é denominada redução de escala, ou scale-down.
Em relação a parte econômica, é necessário a ampliação de escala de produção de um bioprocesso.
Para um bom desenvolvimento, é importante operar o processo de produção em pequena escala.
Há alguns princípios na realização do escalonamento, que são fundamentados na semelhança dos processos nas escalas distintas, e a similaridade, que são cinemática, geométrica, ou dinâmica existentes nos fenômenos distintos, que asseguram o mesmo parâmetro de fluxo e formação de resultados nos equipamentos de distintas dimensões.
A palavra escalonamento é relacionada a utilização da informação em uma escala temporal ou espacial com intenção de concluir as particularidades em outra escala, sendo assim, escala está relacionada a um específico tamanho ou a um degrau do tempo. 
O desenvolvimento habitual dos processos fermentativos é geralmente realizado em três estágios ou escalas que são: escala de bancada, escala piloto e escala industrial.
Escala de bancada:
Na escala de bancada é mostrado uma flexibilidade maior e custo menor de operação. 
Nesse caso, as essenciais informações a respeito do processo têm que obter maior grau de detalhes viável, e nessa escala são executadas atividades fundamentais, assim como a escolha do microrganismo e o desenvolvimento do melhor meio de cultura. 
É também realizada a escolha das condições de temperatura e pH usadas no processo, e também como o aspecto de operação do biorreator. 
Depois de ter juntado as informações de experimento em relação ao processo fermentativo, e ter atingido o devido desempenho em relação ao ponto de vista econômico, tem agora como objetivo expandir a escala para o reator piloto. 
Escala piloto:
Nessa escala a operação é mais dispendiosa, sendo assim, é significativo conservar inalterável grande maioria das variáveis prováveis assim como, procurar realizar a operação na mesma temperatura, pH, sistema de operação, meio de cultura, entre outros.
A operação da escala piloto é feita procurando alcançar desempenho igual ao que foi encontrado na escala e bancada.
Se o desempenho for o apropriado, quer dizer que a base fixada está certa, porém se houver situação contrária, deve ser estudado um critério novo, mais uma vez realizando a escolha com base no conhecimento do processo. 
Portanto a intenção da operação da escala piloto, é principalmente a avaliação de critério de ampliação de escala, e não a análise da ação de fatores, como pH, temperatura, composição de meio. 
Ao realizar a ampliação de escala de trabalho a condição do reator vai deixando de ser homogêneo, o que geralmente é visto na escala de bancada, e este importante fato também será observado. 
Escala industrial:
Na escala industrial, relacionada à dimensão, é direcionado o lado econômico do processo, logo, realização da produção em grande escala. Na escala industrial, busca-se realizar a operação do fermentador em aspectos semelhantes às acertadas na escala piloto, o que tornaria possível conseguir um apropriado desempenho do processo. 
Uma grande dificuldade na variação de escala é apresentar na escala industrial, aspectos ambientais responsáveis pela boa performance do sistema, encontradas na escala de bancada e piloto.
O método frequente da ampliação é fundamentado na escolha do critério e procurar condições de operações novas, na nova escala, que deveriam exibir as mesmas condições encontradas na menor. 
Há alguns critérios de ampliação de escala, que geralmente são recomendados para fermentadores ou biorreatores convencionais, como: 
Devem ser constantes: o sistema não aerado por unidade de volume de meio, o coeficiente volumétrico que transfere o oxigênio, a velocidade nos limites do impelidor, a duração da mistura, a competência do impelidor de bombear, o número de Reynolds e a pressão parcial ou concentração de 2 dissolvido.
O critério da ampliação de escala tem variação de acordo com o processo, porque decorre da particularidade de cada um.
Quando é feito a ampliação de escala, baseando-se em um determinado critério, conservando à similaridade geométrica, alguns outros aspectos fundamentais do processo também sofrem variação na ampliação. Em alguns processos característicos, sofrem bruscas alterações, e em outra a variável pode causar a impossibilidade do aumento de escala nas condições prefixadas.
 Como exemplo, há a ampliação de escala do processo que faz uso de células sensíveis ao cisalhamento. Em tal situação, que é escolhido um critério de ampliação de escala, deve-se ter a atenção com a variável relacionada às novas premissas de cisalhamento. Após ter selecionado um determinado critério, se as novas premissas de cisalhamento não sejam aceitáveis, deve procurar escolher outro critério de ampliação, ou regular premissas novas de agitação e aeração que atenda às duas variáveis.
Quando se fala de variação de escala, logo é pensado em ampliação de escala, porém o procedimento de redução de escala é bem utilizado em indústrias que tem como base os processos fermentativos. Logo, em indústrias que já estão em operação sempre é preciso realizar operação em pequenos reatores, com intuito de que sejam adicionados ao processo em operação os conceitos novos. Por essa razão é usada a contínua utilização de reatores de menor porte na atividade de pesquisa na empresa. 
A inserção de uma nova espécie de microrganismo, encarregado pelo processo fermentativo e estudo de lotes novos de matéria-prima é um exemplo da utilização da operação em menor escala. 
O alcance de resultados não desejáveis na escala industrial, pode ocorrer por motivo de aspectos, como na situação de uma eliminação de nutrientes no decorrer das esterilizações descontínuas do meio de cultura na escala industrial e de bancada ou piloto, por motivo de perfis diferentes de temperatura nessas escalas de trabalho distintas. Essas alternativas podem ser analisadas, realizando ensaios específicos de redução de escala. 
Quando se fala em ampliação da escala, pensa-se na utilização de reatores geometricamente similares, porém isso é difícil de ser preservada entre várias escalas, porque essa situação pode conduzir a reatores com dimensões que seria capaz de tornar dificultoso o deslocamento para a instalação industrial. 
O alcance de informações em pequena escala expressa um custo parcialmente reduzido, quando realizado uma comparação com o custo da operação e construção de uma instalação piloto ou industrial. 
Desse modo, definir a respeito da construção e operação de uma instalação piloto deve ser feita depois de ter grande segurança no conhecimento do processo.