Biorreator de bactérias

Tipos de biorreatores bacterianos

Biorreatores bacterianos são projetados para cultivar e sustentar culturas bacterianas. Eles são usados ​​em vários campos de pesquisa e microbiologia. Aqui estão alguns tipos comuns:

• Biorreator de tanque agitado

  O biorreator comumente usado para bactérias é o biorreator de tanque agitado. Ele se parece muito com um tanque de mistura industrial. Os reatores têm um impelidor que agita o conteúdo. Isso ajuda a manter as bactérias em movimento e os nutrientes uniformemente distribuídos. O design facilita o controle de fatores ambientais como temperatura e pH. Isso resulta em um crescimento constante de bactérias. É ideal para a produção em grande escala de antibióticos, enzimas e outros produtos bacterianos.

• Biorreator de batelada alimentada

  Em um biorreator de batelada alimentada, uma pequena quantidade de nutrientes frescos é adicionada regularmente ao reator. Isso ajuda a manter as bactérias crescendo por um período prolongado. A adição de nutrientes ajuda a sustentar o crescimento bacteriano e, às vezes, produz rendimentos de produtos mais altos do que os reatores em batelada. No entanto, a operação é mais complexa do que os biorreatores em batelada.

• Biorreator de leito fluidizado

  Em um biorreator de leito fluidizado, as bactérias vivem em pequenas contas sólidas que são suspensas no reator. As contas sólidas são agitadas e flutuadas no biorreator com nutrientes e fluidos. O design permite que as bactérias tenham contato constante com os nutrientes de entrada e o reator. Isso resulta em altas taxas de crescimento bacteriano. Os biorreatores de leito fluidizado são usados ​​para decompor poluentes por bactérias em estações de tratamento de águas residuais.

• Biorreator de disco giratório

  Um biorreator de disco giratório usa um disco redondo que gira para sustentar o crescimento bacteriano. O disco pode ter um revestimento para apoiar a fixação e o crescimento de bactérias em uma camada fina. Este design permite que o oxigênio e os nutrientes se difundam rapidamente para as bactérias. Os biorreatores de disco giratório são úteis na pesquisa médica e no desenvolvimento de medicamentos.

• Fotobiorreator

  Um fotobiorreator usa luz para sustentar o crescimento de bactérias. Este tipo de biorreator é comum para bactérias que crescem usando fotossíntese. Um design comum para o fotobiorreator é o modelo tubular. Ele usa tubos de plástico transparentes na forma de laços. Os nutrientes se movem pelo tubo enquanto a luz solar suporta o crescimento das bactérias dentro.

• Biorreator de membrana

  Em um biorreator de membrana, uma membrana semipermeável separa as bactérias do reator. A membrana permite que as células bacterianas passem. Nutrientes e resíduos entram e saem através da membrana. O design permite altas concentrações celulares e separação eficiente de produtos. Os biorreatores de membrana são cada vez mais usados ​​no tratamento de águas residuais e na produção de biocombustíveis.

Especificação e manutenção de biorreatores bacterianos

As especificações de um biorreator bacteriano variam dependendo do tipo, modelo e uso pretendido, mas as seguintes são algumas especificações principais a serem observadas.

• Volume de trabalho: Isso se refere ao volume de líquido que o biorreator irá conter durante o processo. O volume de trabalho geralmente será uma fração do volume total do biorreator.
• Material: O material do biorreator dependerá do tipo de reator e de seu uso específico. Por exemplo, vidro ou aço inoxidável geralmente é usado em biorreatores industriais. No entanto, materiais poliméricos avançados com taxas superiores de transferência de oxigênio são comumente usados ​​em biorreatores celulares.
• Sistema de controle: Isso se refere ao tipo de controle usado em um biorreator e pode variar de controles manuais simples a sistemas baseados em PLC. Também pode incluir controle PID para parâmetros como pH, temperatura, oxigênio dissolvido, etc.
• Sistema de agitação: Isso se refere à forma como o biorreator mistura os líquidos dentro. Pode ser um agitador de garganta de motor montado na parte superior, um sistema de agitação magnética interna ou uma bomba peristáltica, e inclui a velocidade e a potência.
• Pressão e temperatura: O design de um biorreator geralmente incluirá a capacidade de suportar ambientes de alta pressão e temperatura.
• Sistema de troca de gás: O tipo e o volume de troca de gás que podem ocorrer no biorreator, incluindo o tamanho e o tipo do espargedor ou membrana usados, farão parte da especificação do biorreator.

A manutenção de um biorreator é muito importante para o funcionamento eficaz e suave do reator e também pode prolongar a vida útil do equipamento. As seguintes são dicas gerais de manutenção para um biorreator:

• Limpeza e esterilização regulares: Isso é muito importante porque impede que o biorreator fique contaminado. Certifique-se de usar o agente de limpeza correto para o material do biorreator. Você também deve seguir um procedimento de esterilização documentado antes e depois de cada uso. Isso é muito importante para a integridade e segurança.
• Programação de manutenção preventiva: Siga rigorosamente o programa de manutenção do fabricante. Pode incluir verificações periódicas e manutenção de peças cruciais como o motor do agitador, eletrodo de pH, sensores de pressão/temperatura, etc. Também inclui quaisquer atualizações de software relacionadas ao sistema de controle.
• Monitoramento de desempenho: Verifique regularmente e programe parâmetros de desempenho como pH, oxigênio dissolvido, pressão, temperatura, etc. Verificar esses parâmetros ajuda a ajustar o processo, aumentar a eficiência e detectar quaisquer problemas potenciais.
• Documentação: Mantenha registros das condições dentro do biorreator durante reações anteriores e da manutenção realizada no reator e do procedimento de limpeza e esterilização seguido. Isso ajuda a rastrear quaisquer problemas que possam surgir posteriormente e também ajuda na otimização do processo.

Aplicações de biorreatores bacterianos

Biorreatores bacterianos são essenciais para várias indústrias que precisam produzir grandes quantidades de diferentes produtos. A maioria das aplicações envolve principalmente bactérias usadas no biorreator.

• Setor farmacêutico

No setor farmacêutico, os biorreatores bacterianos são responsáveis ​​pela produção de biofármacos como anticorpos, hormônios, vacinas e proteínas. A proteína incluirá substituições enzimáticas e insulina humana. A insulina resultará de bactérias geneticamente modificadas que incorporaram o gene humano responsável pela produção de insulina.

• Indústria alimentícia

Os biorreatores também desempenham um papel fundamental na indústria alimentícia. Eles são usados ​​para fermentar alimentos e produzir aditivos alimentares. As aplicações comuns incluem a criação de probióticos usados ​​em iogurte, vitaminas, aminoácidos, ácidos orgânicos e compostos de sabor. Além disso, os biorreatores serão responsáveis ​​pela proteína microbiana que serve como alimento para animais.

• Indústria química

Na indústria química, os biorreatores ajudam a produzir produtos químicos orgânicos como solventes, álcoois, ácidos orgânicos e plásticos biodegradáveis. As bactérias também são usadas para realizar processos de biorremediação. Aqui, as bactérias irão degradar poluentes ou toxinas nocivos no solo, ar ou água. Isso ocorrerá usando processos metabólicos no biorreator para transformar contaminantes orgânicos em substâncias menos nocivas.

Os biorreatores podem ser usados ​​para manipular o metabolismo bacteriano e melhorar a degradação de poluentes em compostos não tóxicos.

• Aplicações ambientais

Os biorreatores bacterianos oferecem soluções potenciais para lidar com desafios ambientais como gestão de resíduos e remediação ambiental por meio de processos químicos e biológicos.

Por exemplo, as bactérias em biorreatores podem ser aplicadas para degradar resíduos orgânicos, incluindo resíduos de alimentos, resíduos agrícolas e águas residuais. Eles também podem ser usados ​​para remover contaminantes específicos como metais pesados, pesticidas e fenóis por meio da atividade microbiana.

Alguns biorreatores são projetados para aumentar a produção de metano usando bactérias anaeróbicas que decompõem a matéria orgânica na ausência de oxigênio. Isso ocorrerá principalmente em biorreatores em grande escala instalados em instalações de tratamento de águas residuais.

Como escolher biorreatores bacterianos

• Objetivo:

  Determine os objetivos com o biorreator, como criar novos medicamentos, aprender sobre o crescimento celular ou melhorar os métodos de produção atuais. Essa necessidade pode decidir qual tipo e tamanho de biorreator adquirir.

• Células:

  Diferentes biorreatores funcionam melhor com certos tipos de células. Certifique-se de que o biorreator escolhido possa suportar os tipos específicos de células, sejam bactérias, leveduras, fungos ou células de mamíferos, para obter bons resultados.

• Recursos:

  Os níveis de controle e recursos de medição podem diferir entre os biorreatores. Dependendo de quão precisos e monitorados os processos celulares precisam ser, escolha um biorreator com a quantidade certa de automação e capacidades de coleta de dados.

• Escalabilidade:

  Como a escala do trabalho pode mudar de pequenos testes para produção em grande escala mais tarde, é crucial escolher um biorreator que possa ser dimensionado para cima ou para baixo facilmente. Isso tornará mais conveniente adaptar-se a diferentes necessidades de bioprocessamento no futuro.

• Orçamento:

  Considere os fundos disponíveis e equilibre os custos com as necessidades do processo e a qualidade do biorreator. Pesquise as opções cuidadosamente para encontrar um biorreator que atenda aos objetivos e às limitações do orçamento sem comprometer os requisitos essenciais.

• Suporte do fornecedor:

  É útil ter bom suporte técnico e treinamento do fornecedor após a compra do biorreator. Selecione fornecedores que oferecem assistência confiável para que quaisquer perguntas ou problemas possam ser resolvidos de forma rápida e eficaz ao usar o equipamento.

Perguntas frequentes sobre biorreatores bacterianos

P1: Como selecionar o biorreator ideal para uma aplicação específica?

A1: Considere fatores como o organismo desejado (bactérias, leveduras, fungos), o tipo de produto que está sendo produzido (células, metabólitos, proteínas), o potencial de dimensionamento necessário, as capacidades de controle e monitoramento desejadas e as restrições orçamentárias.

P2: Quais são alguns desafios comuns enfrentados ao usar biorreatores?

A2: Alguns desafios incluem manter condições ideais para o crescimento microbiano, controlar a contaminação, aumentar a escala do nível laboratorial para o nível industrial e garantir mistura e transferência de massa adequadas.

P3: Qual é o papel da esterilidade em biorreatores bacterianos?

A3: A esterilidade desempenha um papel crucial no bioprocessamento, pois garante que apenas os microrganismos desejados possam crescer. Isso ajuda a evitar a contaminação, que pode afetar o rendimento e a pureza do produto.

P4: Quais são algumas tendências futuras na indústria de biorreatores?

A4: As tendências futuras incluem desenvolvimentos em direção a sistemas mais inteligentes e automatizados, integração de sensores para monitoramento em tempo real, o uso de tecnologias descartáveis ​​para tempos de configuração mais rápidos e biorreatores em nuvem com taxas aprimoradas de transferência de massa adequadas para produção em larga escala.