AULA 03 - ESTERILIZAÇÃO

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ESTERILIZAÇÃO
BIOENGENHARIA
ESTERILIZAÇÃO, AGENTES ESTERILZANTES,
ESTERLIZAÇÃO DE EQUIPAMENTOS, MEIOS DE
CULTURA E AR.
AULA 03
ESTERILIZAÇÃO
Esterilização é o processo físico ou químico que destrói ou inativa todas as
formas de vida presentes em um determinado material, especialmente
microrganismos incluindo bactérias, fungos e vírus.
Possui um significado absoluto, uma substância ou material não pode ser
parcialmente estéril. Um material estéril é totalmente isento de qualquer
organismo ativo, e deve se manter indefinidamente
DESINFECÇÃO
Desinfecção é um processo menos rigoroso de eliminação de
microrganismos, envolvendo usualmente o uso de um agente químico,
denominado desinfetante ou germicida, geralmente líquido e à
temperatura ambiente ou moderada.
Não implica necessariamente na eliminação de todos os microrganismos,
sendo direcionada aos mais prejudiciais.
Ex: Antisséptico é um desinfetante, aplicável em seres animados
(humanos e animais) para eliminar microrganismos patogênicos.
CONSERVAÇÃO
Visa eliminar os riscos à saúde do consumidor, bem como prevenir ou retardar
o surgimento de alterações indesejáveis nos alimentos.
• Existem diversas maneiras para que esse controle seja exercido:
– Uso de métodos mecânicos para a remoção dos microrganismos presentes;
– Através de manutenção de condições desfavoráveis à multiplicação microbiana;
– Através da desidratação;
– Através de uso de conservantes químicos;
– Através da irradiação do alimento;
– Através do uso de temperaturas elevadas;
– Através do uso de baixas temperaturas;
– Através da combinação de dois ou mais métodos citados;
CONSERVAÇÃO
Pasteurização
• Tratamento térmico (geralmente 62°C por 30 min, seguido de resfriamento
brusco) para redução drástica no número de microrganismos presentes em
alimentos, normalmente leite, seus derivados, e bebidas enlatadas ou
engarrafadas
Tindalização
• Processo de esterilização capaz de eliminar esporos altamente resistentes ao
calor. Consiste em manter, o material a 100°C por vários minutos, resfriá-lo a
temperatura ambiente e incubá-lo por cerca de 24 h. O procedimento é
repetido várias vezes. Durante a incubação, os esporos passam à forma
vegetativa, onde são susceptíveis à destruição durante o aquecimento
seguinte.
ESTERILIZAÇÃO DE EQUIPAMENTOS
Esterilizar um equipamento significa eliminar todas as formas de vida de
seu interior ou superfície. Em alguns processos biotecnológicos industriais a
eliminação parcial da população microbiana dos equipamentos é suficiente
para garantir a qualidade que se deseja no produto.
A esterilização de equipamentos é feita pela aplicação de métodos físicos ou
químicos.
métodos físicos:
calor seco,
calor úmido,
radiação ultravioleta,
radiação com partículas gama
ultra-som.
métodos químicos
hipoclorito,
fenóis,
formaldeído,
óxido de etileno,
ozônio,
dióxido de enxofre
ESTERILIZAÇÃO DE EQUIPAMENTOS
• Reatores bioquímicas e tubulações são, geralmente, esterilizados pela
aplicação de calor úmido (vapor saturado).
• Equipamentos destinados ao processamento de produtos de
fermentação (bombas, filtros, centrífugas, misturadores, separadores,
colunas cromatográficas, homogeneizadores, etc.) são preferencialmente
esterilizados por calor úmido.
• Material de laboratório utilizado durante o processo é esterilizado por
calor úmido (autoclaves), seco (fornos) e mais raramente por radiação
ultravioleta.
ESTERILIZAÇÃO POR CALOR SECO 
Atua por oxidação da matéria orgânica. Utilizada para esterilizar material de aço
inox, vidraria, óleos e etc.
Realizado em estufas
Processo lento se comparado ao calor úmido.
Temperatura de 160°C a 220°C
160°C por 2 horas
Promove a despirogenização.
ESTERILIZAÇÃO POR CALOR SECO 
• VANTAGENS:
Fácil instalação, 
baixo custo de manutenção e operação
Não é tão corrosiva para instrumentos metálicos e afiados 
Não desgasta a superfície de vidros.
• DESVANTAGENS:
Difusão e penetração do calor são lentas
Necessários longos períodos e altas temperaturas
Materiais podem ser danificados pelo processo de oxidação
Calor seco tende a estratificar-se
ESTERILIZAÇÃO POR CALOR ÚMIDO 
O agente de uso mais frequente é o calor úmido, fornecido por vapor de água
saturado.
Vantagens:
facilidade de obtenção,
de manuseio,
eficácia
Custo relativamente baixo
ESTERILIZAÇÃO DE REATORES VAZIOS 
A esterilização de reatores vazios consiste em injetar vapor diretamente em seu
interior e promover inicialmente a expulsão de todo o ar presente. Após a
expulsão do ar, o reator é fechado e injeta-se vapor até que a temperatura e
pressão internas sejam adequadas, comumente 121°C e 1 atm.
Terminada a esterilização, a entrada de vapor é fechada e ar esterilizado deve
ser injetado, para evitar que o resfriamento e a consequente condensação do
vapor presente no interior do reator gere vácuo, que pode provocar danos e
promover a entrada de ar contaminado.
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.
ESTERILIZAÇÃO POR RADIAÇÃO ULTRAVIOLETA
Radiação ultravioleta é utilizada para esterilizar materiais sólidos, como
vidrarias, utensílios metálicos, embalagens, etc.
Os raios ultravioleta agem diretamente sobre o DNA e RNA, alterando a
estrutura dessas moléculas e provocando danos ao processo de
manutenção e divisão celular.
BAIXO PODER DE PENETRAÇÃO Desinfecção de superfícies
ESTERILIZAÇÃO POR RADIAÇÃO GAMA 
Radiação gama, em geral produzida por cobalto 60 ou césio
137, tem poder de penetração extremamente alto.
O bombardeio de microrganismos por gama gera grande
quantidade de alterações nas moléculas de DNA,
danificando-as, em geral irreversivelmente.
Adicionalmente, inúmeras moléculas internas aos
microrganismos são ionizadas (a água, por exemplo), dando
origem a espécies tóxicas altamente reativas, como os
peróxidos e vários radicais livres.
Aplicações: artigos médico-hospitalares, plásticos, alimentos
ESTERILIZAÇÃO POR ÓXIDO DE ETILENO
gás liquefeito (C2H4O), incolor; 
mistura 10% ETO e 90% CO2 (altamente explosivo); 
aplicação em material termolábil: plásticos, equipamentos médicos, kits 
de diagnóstico e instrumental de aço; 
temperatura de 450 a 550 C, com umidade (40% a 70% UR). 
altamente reativo. Tendência à polimerização (acelerada quando na 
presença de ácidos e bases) 
carcinogênico e teratogênico
ESTERILIZAÇÃO DE MEIOS
• Esterilização de meios de fermentação por aquecimento A vapor
Muitos processos fermentativos existem A presença de microrganismos
estranhos “contaminantes”;
• Exemplo:
1. Penicilina os contaminantes podem produzir penicilinase;
2. Fermentação acetona-butanólica, A bactéria pode ser destruída por virus bacteriófagos;
 Os contaminantes consomem açúcares E nutrientes, competindo com os
microrganismos de interesse.
 O grau de eliminação dos contaminantes depende de cada caso.
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• Processos de esterilização por aquecimento
• Processos descontínuo:
O meio é colocado no fermentador e então todo o sistema é aquecido com
vapor. Esteriliza-se o meio e o fementador ao mesmo tempo, podendo ser por
vapor direto ou indireto;
O aquecimento com vapor direto, provoca diluição do meio entre 10 e 15%;
A esterilização descontínuca tem as seguintes fases:
1. AQUECIMENTO: elevação da temperatura próximo de 120 oc;
2. ESTERILIZAÇÃO: temperatura é mantida constante durante o tempo de esterilização;
3. RESFRIAMENTO: refrigera-se o sistema por serpentina ou pela camisa do fermentador.
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ESTERILIZAÇÃO POR AQUECIMENTO
• Processos de esterilização por aquecimento
A destruição térmica dos microrganismos ocorrem quando a temperatura está
acima da temperatura mínima letal (80 a 100 oc).
• Desvantagens da esterilização descontínua:
a) Manutenção do meio em teperaturas relativamente altas por períodos longos,
favorecendo o desenvolvimento de reações químicas e decomposiçãode nutrientes;
b) Elevados consumos de vapores no aquecimento e de água no resfriamento;
c) Problemas de corrosão nos equipamentos;
d) Tempo não produtivo relativamente elevados,
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ESTERILIZAÇÃO POR AQUECIMENTO
Pode ser por vapor direto ou indireto também.
O meio preparado é bombeado para um trocador de calor de placas ou tubos,
A temperatura sobe instantâneamente e mantida por um determinado tempo de
residência;
O meio é enviado para outro trocador de calor para o resfriamento;
O meio é enviado para um fermentador, já esterilizado;
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ESTERILIZAÇÃO CONTÍNUA
ALGUNS VALORES NUMÉRICOS DE ESTERILIZAÇÃO CONTÍNUA
a) vapor de aquecimento: vapor saturado (6,8 a 8,5 atm
b) bombas de recalque do mosto não esterilizado podem ser bombas 
centrífugas, rotativas ou de pistão;
c) tempo de enchimento do fermentador: não superior a 8 hs;
d) temperatura de esterilização: 130 A 165 oC;
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ESTERILIZAÇÃO CONTÍNUA
Temperaturas mais altas, porém tempos de permanência entre 5 e 10 minutos, o
que diminui a destruição dos nutrientes melhorando a fermentação;
Meios com densidade ou viscosidade altas, como mostos de cereais, o processo
contínuo dispensa motores de potencia elevada, o que seria necessário no caso
do processo descontínuo;
Economia de vapor, de água de resfriamento;
Os esterilizadores podem ser utilizados nos processos de cozimentos e de
sacarificação;
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VANTAGENS
DESCONTINUO VS. CONTINUO
Cinética da destruição térmica dos microrganismos:
A velocidade de destruição depende:
a) dos microrganismos
b) do meio
c) da temperatura
Do ponto vista cinético a destruição é dada pela equação de primeira ordem:
Onde: n= número de mo vivos após 
determinado tempo de aquecimento
K= constante de destruição térmica
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NK
dt
dN
*
CINÉTICA DA DESTRUIÇÃO TÉRMICA 
DESTRUIÇÃO DE NUTRIENTES
O aquecimento de um meio com o objetivo de destruir microrganismos nele
existentes acarreta, simultaneamente, alterações em sua composição.
Reações indesejáveis, cujas velocidades aumentam com a temperatura, podem
prejudicar a posterior atividade dos microrganismos da fermentação
A temperatura escolhida para a esterilização do meio desempenha, nesse
particular, papel relevante
Quanto maior for a temperatura escolhida para se conseguir a destruição de
uma dada quantidade de microrganismos do meio, menor será a destruição de
nutrientes existentes nesse meio e, consequentemente, melhores serão os
resultados obtidos na fermentação posterior.
ESTERILIZAÇÃO DO AR
As fermentações aeróbias, com o microrganismo em suspensão, constituem os
processos fermentativos de maior importância industrial atualmente.
Em tais fermentações a quantidade de ar introduzida no sistema é grande e é
perfeitamente aceitável, que haja grande preocupação quanto a esterilização
do ar a ser admitido nos fermentadores.
A maior parte dos processos fermentativos é conduzida com agitação vigorosa,
e o ar fornecido ao fermentador deve ser estéril.
O número de partículas e microrganismos depende da localização da indústria,
do movimento do ar e do tratamento prévio que o ar foi submetido
MÉTODOS DE ESTERILIZAÇÃO DO AR
• Calor seco - normalmente antieconômica ou de difícil realização.
• Radiações - Apenas as radiações UV poderiam ter aplicação
prática, porém pouco usada devido ao grande tempo de
exposição.
• Filtração - o de maior aplicação na indústria. Filtros feitos de lã
de vidro, acetato de celulose, etc.
– Filtros com poros - retenção mecânica dos microrganismos (cartuchos
de membranas de ésteres de celulose, nylon);
– Filtros de camadas de material fibroso (lã-de-vidro) - Atua na
combinação de vários efeitos físicos: inércia, bloqueio, difusão,
separação por gravidade e atração eletrostática.
FLUXO LAMINAR
FIM DA AULA