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Tanques de biorreator são projetados para aumentar o crescimento microbiano e outras culturas celulares sob condições específicas. Os seguintes são os tipos industriais de tanques de biorreator:
Biorreator de tanque agitado
O biorreator de tanque agitado (STB) possui um impelidor que homogeneíza o fluido, melhorando a transferência de oxigênio e substrato enquanto mantém as células em suspensão. O tanque agitado foi inicialmente desenvolvido para a indústria de fermentação, mas desde então foi adaptado para várias outras aplicações. Como resultado, tornou-se um dos projetos de biorreator mais amplamente utilizados. Aplicações que usam esse biorreator incluem a produção de antibióticos, cerveja, ácidos orgânicos, enzimas, vitaminas, aminoácidos, leveduras e proteína do soro do leite.
Biorreator de ar-elevação
Os reatores de ar-elevação possuem uma coluna de vaso grande. O ar é bombeado através da base da coluna, criando um fluxo ascendente. A circulação líquida inferior causa mistura e colônias de células e microrganismos sobem sem alta tensão de cisalhamento. Esta reação é boa para células frágeis. A aplicação é fermentação, tratamento de águas residuais e produção de algas.
Biorreator de leito fluidizado
Os tanques de biorreator de leito fluidizado possuem células imobilizadas em suspensão. O fluxo ascendente de ar ou meio faz com que as partículas do substrato se misturem. Essa mistura aumenta a transferência de nutrientes. O tanque de biorreator é feito de colunas verticais com um distribuidor na parte inferior. O biorreator de leito fluidizado é utilizado para tratamento de águas residuais, produção de enzimas e reciclagem do meio na indústria de alimentos e bebidas.
Biorreator de membrana
O biorreator de membrana reage à filtração do produto através das membranas. O processo acontece enquanto as células são imobilizadas no substrato. As membranas podem ser tubulares, planas ou em espiral. Esses tanques de biorreator são aplicados no tratamento de águas residuais, dessalinização de água e separação de componentes na indústria de alimentos e bebidas.
Tanque agitado vs. ar-elevação vs. leito fluidizado vs. biorreator de membrana
A tabela a seguir resume as diferenças entre o tanque agitado, ar-elevação, leito fluidizado e biorreator de membrana.
| Características | Tanque agitado | Ar-elevação | Leito fluidizado | Membrana |
| Mecanismo de mistura | Impelador | Fluxo ascendente de bolhas de ar | Fluxo ascendente de líquido | Filtração de fluxo cruzado |
| Forças de cisalhamento | Alto cisalhamento | Baixo cisalhamento | Baixo cisalhamento | Baixo cisalhamento |
| Tipo de crescimento celular | Cultura suspensa | Cultura suspensa | Células imobilizadas | Células imobilizadas |
| Eficiência de mistura | Boa | Boa | Excelente | Excelente |
As especificações de um tanque de biorreator podem variar dependendo do tipo, como tanques de biorreator microbiano ou tanques de biorreator de mamíferos, e suas aplicações. No entanto, aqui estão algumas especificações comuns junto com suas práticas de manutenção.
Volume de trabalho
Para biorreatores em pequena escala, os usuários devem garantir que o volume de trabalho permaneça dentro da faixa de operação recomendada para evitar ressecamento ou inundação de líquido. Para biorreatores em grande escala, os usuários devem monitorar regularmente os níveis de biomassa e metabólitos para determinar o volume de trabalho ideal para processos específicos.
Sistemas de controle
Os usuários devem calibrar rotineiramente os sensores e componentes de controle para manter parâmetros precisos. Eles também devem monitorar o sistema de controle para alertas ou tendências anormais e investigar e resolver prontamente o problema.
Materiais
Os usuários devem realizar inspeções periódicas para monitorar o material do tanque de biorreator em busca de sinais de corrosão ou degradação. Eles também devem implementar procedimentos adequados de limpeza e sanitização para manter a integridade dos materiais. Mais importante ainda, eles devem garantir a compatibilidade do material dos tanques de biorreator com o meio de processo.
Sistema de agitação
Os usuários de biorreatores devem monitorar a velocidade de agitação e ajustá-la de acordo com as condições de processo ideais para evitar tensão de cisalhamento excessiva nas células. Além disso, eles também devem equilibrar a carga do motor para evitar sobrecarga. O mais importante é verificar regularmente os impelidores em busca de danos e substituí-los prontamente.
Implantação
Os usuários devem monitorar a pressão e a temperatura do biorreator para garantir a esterilização a vapor adequada durante a configuração inicial ou manutenção periódica. Eles também devem garantir que todas as conexões sejam herméticas para manter a integridade do sistema e evitar contaminação.
Sistemas a jusante
Os usuários devem verificar todos os filtros e bombas dos tanques de biorreator para garantir a operação correta. Eles também devem monitorar e controlar o fluxo do meio bioreativo através do sistema para evitar entupimentos e garantir o processamento eficiente.
Produção Farmacêutica e de Vacinas
Os tanques de biorreator desempenham um papel crucial na produção em grande escala de compostos farmacêuticos, como anticorpos monoclonais, proteínas terapêuticas e vacinas. Eles fornecem um ambiente ideal para o crescimento e reprodução de células vivas que produzem esses medicamentos valiosos.
Fermentação de Alimentos e Bebidas
Os tanques de biorreator são amplamente utilizados na indústria de alimentos e bebidas para processos de fermentação. Eles permitem a produção controlada de produtos alimentares fermentados, como iogurte, chucrute e massa fermentada, bem como bebidas alcoólicas como cerveja, vinho e destilados. Os tanques fornecem as condições ideais para o crescimento de microrganismos específicos que realizam a fermentação, levando aos sabores desejados e produtos característicos.
Pesquisa e Desenvolvimento em Biotecnologia
Além das aplicações industriais, os tanques de biorreator são ferramentas essenciais para pesquisa e desenvolvimento no campo da biotecnologia. Eles são usados para cultivar células, tecidos e organismos para uma ampla gama de fins de pesquisa, incluindo engenharia genética, biologia sintética e biologia de sistemas. Os tanques permitem que os cientistas manipulem e estudem sistemas biológicos de forma controlada e reprodutível, facilitando o desenvolvimento de novos produtos e processos biotecnológicos.
Produção de Biocombustíveis
Os tanques de biorreator são componentes-chave na produção de biocombustíveis, fontes de energia renováveis derivadas de materiais biológicos. Eles são usados para fermentar biomassa, como resíduos agrícolas ou culturas energéticas dedicadas, em bioetanol ou para produzir biodiesel através do cultivo de microalgas. Os tanques fornecem as condições necessárias para o crescimento e metabolismo microbiano, permitindo a conversão de matéria orgânica em biocombustíveis valiosos.
Os seguintes fatores são cruciais ao selecionar tanques de biorreator para aplicações específicas:
Escolha o tamanho certo para o propósito
O tamanho dos tanques de biorreator deve corresponder às necessidades. Dessa forma, ele pode cultivar o número desejado de células ou organismos. Um biorreator pequeno pode funcionar para testes iniciais. No entanto, tanques maiores serão necessários para a produção em grande escala.
Escolha materiais adequados
O material do tanque de biorreator deve resistir ao uso pretendido. O aço inoxidável funciona para muitos tipos de biorreatores. No entanto, o vidro é uma opção melhor para alguns em pequena escala. O material selecionado também deve permitir fácil limpeza e esterilização.
Preste atenção aos controles e sensores
Os tanques de biorreator exigem vários controles e sensores. Esses dispositivos ajudam a regular e monitorar fatores como temperatura, pH e oxigênio dissolvido. Ao escolher um biorreator, considere os tipos de controles e sensores que ele possui. Certifique-se de que eles sejam capazes da aplicação pretendida.
Pense no tipo de mistura necessário
Diferentes biorreatores possuem métodos de mistura distintos. Alguns usam tanques agitados, enquanto outros aplicam tecnologias de mistura de ar-elevação ou vórtice. A seleção deve depender da aplicação específica e das forças de transferência de massa e cisalhamento desejadas.
Descubra sobre o método de esterilização necessário
Dependendo da aplicação precisa, vários tanques de biorreator exigem diferentes técnicas de esterilização. Autoclavagem, vaporização no local ou esterilização com fluxo contínuo de vapor são alguns exemplos. Portanto, é necessário estudar os métodos de esterilização necessários correspondentes a biorreatores distintos. Escolha um sistema que atenda ao procedimento e à eficiência desejados.
P: Qual o tamanho dos tanques de biorreator?
R: O tamanho de um tanque de biorreator depende de sua aplicação. Tanques de biorreator usados na indústria de processamento de alimentos variam de 5m3 a 40m3. Tanques de biorreator industriais na indústria farmacêutica podem ser tão grandes quanto 15.000 m3.
P: Um tanque de biorreator possui alguma parte que se toca?
R: Um tanque de biorreator possui muitas partes que se tocam, incluindo impelidores, fundo, paredes superior e laterais, tubulação, agitador e separadores, filtros, válvulas, trocadores de calor e bombas.
P: Quais são as etapas envolvidas no processo do tanque de biorreator?
R: O processo do tanque de biorreator envolve cinco etapas: preparação do meio, esterilização, inoculação, cultivo e separação e purificação.
P: Quais são as funções de um tanque de biorreator?
R: O tanque de biorreator gerencia o fornecimento de nutrientes e gases para as células. Ele também regula a temperatura e pressão dentro do tanque. Além dessas funções, o tanque de biorreator também facilita a mistura e a expansão celular. Ele protege as células da contaminação e agitação celular.
