Bioreator de fermentação

Tipos de biorreatores de fermentação

Um **biorreator de fermentação** é um recipiente onde microrganismos são fermentados para criar alimentos e bebidas. Existem vários tipos diferentes de biorreatores para fermentação, dependendo da escala de produção e dos requisitos específicos para a reação. Aqui estão alguns tipos comuns:

• Biorreator de tanque agitado

  Este biorreator possui um impelidor que agita o líquido. A agitação mantém as células em suspensão e garante uma distribuição uniforme dos nutrientes. Os biorreatores de tanque agitado funcionam bem quando são necessárias culturas celulares de alta densidade. Eles são fáceis de usar, controlar e produzem bons resultados. No entanto, a agitação pode fazer com que as células se separem. Isso pode afetar a qualidade e o rendimento do produto.

• Biorreator de arraste

  Um biorreator de arraste usa bolhas de ar para misturar o líquido. O ar bombeado através do biorreator cria bolhas que sobem. À medida que as bolhas sobem, o líquido também é empurrado para cima. Então, o líquido desce em uma seção diferente. O movimento para cima e para baixo mantém as células misturadas. Como a circulação de ar não envolve agitação mecânica, os biorreatores de arraste são mais brandos nas células em comparação com os biorreatores de tanque agitado. Portanto, eles são opções adequadas para células delicadas, como certas células animais ou vegetais. Outra vantagem é que os biorreatores de arraste são mais baratos de construir do que os de tanque agitado.

• Biorreator de leito fixo

  Um biorreator de leito fixo de fermentação contém suportes sólidos. Os suportes sólidos permitem que os microrganismos cresçam presos a eles. Os microrganismos podem prosperar por longos períodos quando os leitos fixos fornecem área adicional. Isso melhora a produtividade da biomassa. Biorreatores com leitos fixos são usados para produzir enzimas, álcool ou ácidos orgânicos. Esses compostos vêm de microrganismos presos ao substrato sólido dentro do biorreator.

• Biorreator de membrana

  A membrana utilizada para biorreação divide certos componentes. Os biorreatores de membrana ajudam a manter os nutrientes dentro e a eliminar os subprodutos liberados durante a fermentação. Isso é importante porque muitos subprodutos podem impedir que a fermentação continue. Os biorreatores de membrana são práticos para fermentar substâncias como águas residuais ou para produzir produtos valiosos específicos, como biocombustíveis.

• Reator de tanque agitado contínuo

  Um reator de tanque agitado contínuo (CSTR) é um biorreator onde o líquido dentro é sempre misturado. Também funciona como um biorreator de tanque agitado. No entanto, ao contrário dos reatores batelada, onde o processo pára em algum momento, o CSTR permite a fermentação contínua. Isso o torna melhor para fazer grandes quantidades de produtos. O CSTR é comumente usado para produzir coisas como bioetanol ou ácido lático. Essas são fontes de energia renováveis ou componentes essenciais usados em produtos plásticos e alimentícios.

Especificação e manutenção do biorreator de fermentação

Especificação

• Volume e tamanho

  Os biorreatores podem variar de pequenas máquinas de escala de laboratório com volumes de 2 a 10 litros até grandes unidades de produção em escala total com capacidade de milhares de litros, como 500L, 1000L, 5000L, 10000L ou até mais. O tamanho e o volume adequados dependem do propósito específico, do espaço disponível e da capacidade de produção necessária.

• Sistema de controle de temperatura

  É essencial usar um mecanismo de regulação de temperatura consistente e confiável no biorreator para que as culturas dentro possam crescer bem e as reações químicas desejadas ocorram suavemente. Esse sistema pode ajudar a manter a temperatura do vaso de fermentação dentro de uma faixa específica, garantindo que não esteja nem muito quente nem muito fria para o funcionamento ideal das culturas e reações.

• Controle de pH

  Um biorreator de fermentação geralmente possui um sistema de controle de pH, que é essencial porque o nível de pH pode influenciar significativamente o crescimento microbiano, a atividade enzimática e a formação de produtos. Manter um nível de pH apropriado dentro de um biorreator é crucial para atingir os resultados de fermentação desejados e maximizar a produtividade.

• Sistema de agitação

  O sistema de agitação de um biorreator garante uma distribuição e mistura uniformes do meio, microrganismos e nutrientes no interior. Esse processo promove o crescimento, o metabolismo e a liberação de produtos ótimos dos microrganismos, mantendo condições homogêneas em todo o biorreator.

• Tecnologia de esterilização

  É importante ter um método de esterilização disponível em um biorreator para eliminar microrganismos indesejáveis antes da fermentação. Isso garante um ambiente controlado e livre de contaminação para que o processo de fermentação desejado ocorra.

Manutenção

A limpeza e a desinfecção dos aparelhos utilizados para desenvolver, cultivar e fermentar produtos são de suma importância nas indústrias biotecnológicas. A primeira etapa é garantir um fornecimento constante de água potável e um sistema confiável de gestão de resíduos, ambos essenciais para manter a higiene e prevenir a contaminação durante o processo de fermentação. Seguindo isso, é crucial limpar e desinfetar regular e completamente todas as ferramentas, recipientes e meios de transporte empregados no procedimento de fermentação.

Implemente um programa abrangente de treinamento para trabalhadores para educá-los sobre as melhores práticas operacionais durante a fermentação. Este treinamento deve se concentrar em técnicas de manuseio adequadas, protocolos de higiene e medidas de garantia da qualidade para minimizar o risco de contaminação e garantir a produção de produtos fermentados de alta qualidade.

Utilizar sistemas automatizados e controlados por computador pode aumentar significativamente a eficiência e a confiabilidade dos processos de fermentação. Essas tecnologias avançadas permitem o monitoramento preciso, a regulamentação e a documentação de parâmetros críticos ao longo da fermentação, reduzindo a probabilidade de erro humano e garantindo a qualidade consistente do produto.

A automação ajuda a manter condições ideais para a atividade microbiana e o desenvolvimento do produto, melhorando assim a eficiência geral do processo.

Cenários do biorreator de fermentação

• Indústria de alimentos e bebidas

  O tanque de fermentação é usado para fazer vários produtos alimentares fermentados, como iogurte, queijo, chucrute, kimchi e condimentos fermentados como molho de soja e vinagre. Na indústria de bebidas, os biorreatores são essenciais para a fabricação de cerveja, fermentação de vinho e produção de bebidas alcoólicas como vodka, uísque e rum. Eles controlam o processo de fermentação para desenvolver os sabores e o teor alcoólico desejados.

• Indústria farmacêutica

  Os reatores de fermentação são usados para produzir antibióticos, hormônios, vacinas e outros produtos farmacêuticos. Por exemplo, antibióticos como penicilina e estreptomicina são produtos da fermentação microbiana. Os biorreatores também estão envolvidos na produção de proteínas recombinantes e anticorpos monoclonais usando microrganismos geneticamente modificados.

• Indústria de biotecnologia e genética

  Os reatores de fermentação desempenham um papel crucial nas aplicações de biotecnologia e genética. Eles são usados para a produção em grande escala de microrganismos geneticamente modificados que produzem produtos valiosos como enzimas, vitaminas, aminoácidos e biocombustíveis. Biorreatores com sistemas específicos de controle ambiental são empregados em pesquisa e desenvolvimento, bem como em terapia celular e terapia gênica.

• Indústria agropecuária

  Na agricultura, os biorreatores de fermentação podem ser usados para produzir cepas probióticas para ração animal. Esses probióticos melhoram a saúde e o crescimento do gado, como aves, suínos e ruminantes. A tecnologia de fermentação pode ser utilizada para produzir biofertilizantes e rizobactérias promotoras do crescimento de plantas, que aumentam a fertilidade do solo e o rendimento das culturas.

• Indústria ambiental

  Os biorreatores de fermentação podem ser aplicados ao tratamento de resíduos e remediação ambiental. Por exemplo, eles são usados para fermentar resíduos orgânicos, como resíduos de alimentos ou resíduos agrícolas, para produzir biogás por meio de fermentação microbiana. O biogás pode ser utilizado como fonte de energia renovável e a biomassa residual pode ser utilizada como fertilizante.

Como escolher biorreatores de fermentação

Os biorreatores de fermentação são ferramentas essenciais para realizar processos biológicos específicos, como crescimento de células ou tecidos, sob condições controladas. Ao selecionar o reator de fermentação apropriado, é necessário considerar vários fatores que influenciam a eficiência, a capacidade e a adequação do biorreator para atender às necessidades específicas da aplicação pretendida. Aqui estão alguns fatores importantes a considerar ao escolher um biorreator de fermentação:

• Capacidade: Escolha um biorreator com capacidade que atenda à escala de produção pretendida. Considere fatores como orçamento disponível, mercado-alvo e nível de produção desejado.
• Esterilização: Certifique-se de que o biorreator possa ser esterilizado eficazmente para evitar contaminação e manter a qualidade do produto.
• Aeração e Agitação: Considere o sistema de aeração e agitação do biorreator para garantir que o nível desejado de transferência de oxigênio e mistura possa ser alcançado para o processo biológico específico e o organismo que está sendo usado.
• Controle de pH e Oxigênio Dissolvido: Escolha um biorreator com sistemas confiáveis de controle de pH e oxigênio dissolvido para manter condições ótimas para o crescimento do organismo que está sendo usado.
• Sistema de Aquisição e Controle de Dados: Selecione um biorreator com um sistema avançado de aquisição e controle de dados para garantir que o processo biológico possa ser monitorado e controlado com precisão e precisão.
• Materiais de Construção: Escolha um biorreator construído com materiais compatíveis com o processo biológico pretendido e capazes de suportar a esterilização, limpeza e condições operacionais necessárias.
• Custo: Considere o custo inicial de investimento do biorreator e os custos operacionais e de manutenção contínuos para garantir que se encaixe no orçamento disponível e atenda às necessidades pretendidas do projeto.

FAQ do biorreator de fermentação

Q1: Qual é a diferença entre um fermentador e um biorreator?

A1: Ambos os termos se referem a dispositivos que suportam reações biológicas. No entanto, um biorreator é um termo mais geral que abrange todos os reatores que suportam atividades biológicas. Inclui não apenas aqueles que facilitam a fermentação por microrganismos, mas também reatores para outros processos biológicos. Por outro lado, um fermentador é um tipo específico de biorreator projetado principalmente para processos de fermentação.

Q2: Quais são as tendências no projeto de biorreatores para fermentação?

A2: Tendências recentes no projeto de biorreatores para fermentação incluem a exploração de fermentadores de movimento de ondas, digitalização e automação de biorreatores, aplicação de filtros de ar estéreis em sistemas de biorreatores e pesquisa em fermentadores para proteína microbiana.

Q3: Quais são as aplicações típicas de biorreatores de fermentação?

A3: Os biorreatores de fermentação são amplamente usados na indústria de alimentos e bebidas para a produção de bebidas alcoólicas como cerveja, vinho e bebidas alcoólicas, bem como para a fermentação de produtos lácteos como iogurte e queijo. Os biorreatores também são essenciais em biotecnologia e produtos farmacêuticos para a produção em grande escala de antibióticos, vacinas, enzimas, anticorpos e outros biológicos. Eles são usados para fermentar microrganismos para sintetizar esses agentes terapêuticos valiosos.