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Sobre fermentador e biorreator

Tipos de Fermentador e Bioreator

Um fermentador e bioreator é uma unidade de processamento químico projetada para criar condições adequadas para o crescimento microbiano durante a fermentação. Em geral, os fermentadores são os reatores específicos em que a fermentação ocorre, enquanto os bioreatores são sistemas mais complexos que podem controlar parâmetros além da temperatura e pressão.

  • Tanque Agitado: Os fermentadores/bioreatores de tanque agitado são os tipos mais comuns, especialmente para aplicações industriais. É um tanque cilíndrico com um dispositivo de agitação para misturar a cultura. A agitação promove a troca de gases e mantém as células suspensas no líquido. Uma vantagem dos fermentadores/bioreatores de tanque agitado é que o dispositivo é fácil de operar e adequado para diversos processos de fermentação.
  • Agitado por Pá: O fermentador/bioreator tem uma estrutura semelhante a um tanque agitado, mas a cultura é agitada por pás. Os fermentadores/bioreatores agitados por pás são geralmente usados para lidar com líquidos de cultura de alta viscosidade ou líquidos com uma grande quantidade de matéria suspensa.
  • Air-lift: Os fermentadores/bioreatores Air-lift usam bombas de ar para levantar o líquido da cultura para atingir a circulação do líquido. Esse tipo de método de circulação de líquido pode aumentar o oxigênio dissolvido no líquido da cultura, promover o crescimento de microrganismos e ser adequado para fermentações de duas fases sólido-líquido.
  • Parafuso: Como o nome sugere, os fermentadores/bioreatores de tipo parafuso adotam um projeto de parafuso helicoidal específico para agitar a cultura. Ele pode fornecer uma boa força de cisalhamento, o que pode promover o crescimento de microrganismos e a transferência de massa entre líquidos, sólidos e gases.
  • Tampão: O fermentador/bioreator tampão é um reator de fluxo ascendente com leito fixo. Ele utiliza o ponto neutro dos materiais de suporte para formar um ambiente de reação bioquímica com uma base sólida e uma base sólida ativa. Tem as vantagens de alta biomassa, boa distribuição do tempo de retenção, alto coeficiente de transferência de massa e grande estabilidade de temperatura e pH.

Especificações e Manutenção

A capacidade de um fermentador e bioreator pode variar amplamente com base em sua aplicação pretendida, projeto e escala industrial. Eles podem variar de unidades pequenas de dois litros a sistemas de grande escala com milhares de litros de capacidade. Os tamanhos e capacidades típicos para diferentes indústrias podem ser os seguintes:

  • Fermentadores e bioreatores em escala de laboratório geralmente têm capacidades que variam de 2 a 20 litros. Os sistemas usados para pesquisa e desenvolvimento são pequenos e são facilmente gerenciáveis por uma ou duas pessoas.
  • Fermentadores e bioreatores em escala piloto são unidades de tamanho médio que normalmente têm capacidades de 50 a 2.000 litros. Eles são geralmente usados para ensaios em escala piloto antes de passar para a produção em grande escala. Os fermentadores e bioreatores nessa escala geralmente têm recursos de controle e monitoramento mais avançados do que os sistemas menores em escala de laboratório.
  • Fermentadores e bioreatores em escala industrial são sistemas grandes com capacidades que podem variar de 5.000 litros a 100.000 litros ou mais. Eles são usados em processos de produção em grande escala, como a fabricação de antibióticos, vacinas, hormônios e outros produtos biobaseados. Os fermentadores e bioreatores industriais são projetados para operação contínua e possuem recursos robustos para controle automatizado e monitoramento multiplexado.

Alguns aspectos importantes do fermentador e bioreator que precisam de atenção são os seguintes:

  • As superfícies internas, que incluem paredes, teto, pisos e quaisquer outras áreas expostas, devem ser limpas e higienizadas completamente para eliminar o risco de contaminação microbiana.
  • As superfícies que são normalmente tocadas devem ser higienizadas com frequência para garantir a segurança de todas as pessoas que participam do processo.
  • As unidades de filtragem de ar devem ser limpas e seus filtros trocados conforme necessário para remover qualquer matéria particulada ou contaminantes que podem prejudicar a saúde do trabalhador ou a eficiência do equipamento.
  • As bombas e válvulas do bioreator provavelmente terão peças móveis que estão expostas à água e ao ar, portanto, elas devem ser inspecionadas periodicamente para evitar vazamentos e garantir operações suaves.
  • Todos os componentes eletrônicos e sensores usados para controlar a temperatura e pressão dentro do sistema do bioreator devem ser inspecionados em intervalos regulares para otimizar suas funções e calibrados para precisão. Isso também pode incluir diagnósticos do sistema e atualizações de software para manter a segurança do sistema.

Aplicações de fermentador e bioreator

Bioreatores e fermentadores são usados em vários campos. No setor farmacêutico, bioreatores com controles e monitores específicos são empregados para cultivar células e produzir medicamentos. Os produtos do bioreator de medicamentos incluem vacinas, anticorpos, hormônios e muito mais. A indústria alimentícia utiliza fermentadores para criar alimentos e bebidas e realizar a fermentação. Os fermentadores ajudam a produzir iogurte, queijo, pão, cerveja e vinho, entre outras coisas. Os suportes de fermentador de laticínios, por exemplo, são utilizados por empresas de produção de queijo e iogurte de grande e pequena escala.

Os bioreatores também são usados na agricultura para produzir fertilizantes. Os fermentadores ajudam a criar fertilizantes orgânicos, como vermicomposto e fertilizante líquido de algas marinhas, por meio da fermentação microbiana. Além disso, as instalações de tratamento de resíduos usam bioreatores. Eles tratam águas residuais decompondo a matéria orgânica usando fermentadores para digestão anaeróbica. Por esse método, os fermentadores reduzem a quantidade de resíduos sólidos produzidos e processam efluentes.

Além disso, os bioreatores são usados na indústria têxtil para biodesengomagem e biolavagem. Os fermentadores ajudam a tornar fibras têxteis importantes, como algodão e cânhamo, mais facilmente processadas por microrganismos. A desengomagem e a lavagem baseadas em bioreatores removem impurezas e aumentam a qualidade e a trabalhabilidade da fibra.

Os fermentadores também são usados para produzir biocombustível. Os bioreatores são empregados para fermentação em grande escala para fazer etanol, biodiesel e outras fontes de energia renováveis ​​utilizando biomassa como substrato.

Geralmente, os usos de bioreatores e fermentadores se sobrepõem. Ambos também são comumente empregados em institutos de pesquisa e universidades para fins educacionais e experimentais.

Como escolher fermentador e bioreator

Ao escolher um fermentador ou bioreator para venda, os compradores devem observar vários recursos e especificações para garantir que obtenham apenas aqueles que atendem às necessidades de uma ampla gama de aplicações em diferentes indústrias.

Primeiro, os compradores devem considerar a escala de suas indústrias e a capacidade dos fermentadores e bioreatores. Eles devem observar parâmetros como volume, que varia de poucos mililitros a milhares de litros, e devem combinar a escala em que os organismos crescerão com os requisitos de seus processos em suas indústrias.

Segundo, o tipo de agitador no sistema é outro fator importante que os compradores devem considerar. Eles devem observar a quantidade de força de cisalhamento necessária para diferentes tipos de células e os processos que desejam usar, para que possam escolher métodos de mistura adequados, como impelidores, correias agitadas e motores de engrenagens com misturadores hidráulicos. Eles também devem considerar outros fatores, como eficiência energética e facilidade de limpeza.

Terceiro, os compradores devem considerar fatores que afetam o resultado dos processos de fermentação e cultivo celular, como regulação de temperatura, controle de pH, taxas de transferência de oxigênio e alimentação de nutrientes. Eles devem escolher unidades com sistemas de monitoramento e controle precisos que possam garantir a reprodutibilidade e confiabilidade de seus resultados.

Quarto, os compradores devem considerar a facilidade com que os fermentadores e bioreatores podem ser limpos e esterilizados. Eles devem procurar modelos que tenham recursos como peças removíveis e vedações herméticas, bem como aqueles que possuem barreiras microbianas eficazes, para que possam evitar a contaminação e manter a qualidade do produto durante seus processos industriais.

Finalmente, os compradores devem considerar a facilidade com que o fermentador ou bioreator pode ser integrado a outros sistemas, como processamento a jusante e equipamentos analíticos, bem como suas capacidades de troca de dados. Eles também devem garantir que as unidades que desejam comprar possam atender a diferentes tipos de requisitos regulatórios, por exemplo, aqueles que são necessários na indústria farmacêutica, e devem verificar a documentação e o suporte de validação que são necessários para suas aplicações.

P&R

P1: Quais são as principais diferenças entre fermentadores e bioreatores?

R1: As principais diferenças entre fermentadores e bioreatores residem na complexidade, controle e aplicação. Normalmente, os fermentadores são vasos mais simples que têm alguns controles para temperatura, pH e pressão. Ao contrário, os bioreatores são sistemas complexos com diferentes controles e estratégias automáticas, como alimentação de nutrientes, pH, temperatura, pressão, aeração e retenção de células. Os bioreatores são adequados para processos mais complexos, enquanto os fermentadores são projetados para aplicações básicas de fermentação.

P2: Quais são as tendências nos mercados de fermentadores e bioreatores?

R2: Os mercados estão enfrentando algumas tendências. A demanda por unidades de pequena escala está aumentando, o que é adequado para fins educacionais ou estudos piloto. Além disso, dispositivos automáticos com sistemas de controle e registro de células são populares. Além disso, os dispositivos que podem ser conectados à rede inteligente também estão em alta demanda. Esses sistemas de conexão podem fornecer análise de dados em tempo real e monitoramento remoto. As tendências combinadas fornecerão resultados mais precisos e confiáveis. Finalmente, a necessidade de produtos ecológicos aumentará.

P3: Quais são algumas perspectivas futuras de fermentadores e bioreatores?

R3: A ciência que estuda métodos e tecnologia está se desenvolvendo rapidamente, o que oferecerá dispositivos e soluções mais avançados para fermentadores e bioreatores. Além disso, a necessidade combinada de produtos fermentados e cultivo celular promoverá a inovação e o progresso adicionais dos dispositivos. Ao mesmo tempo, o padrão de qualidade dos dispositivos se tornará mais alto e mais rigoroso, o que aumentará a demanda do mercado por produtos que atendam aos padrões.