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Sobre fermentador biorreator

Tipos de biorreatores de fermentação

Um biorreator de fermentação pode ser criado ou personalizado de acordo com a atividade dos microrganismos utilizados, o substrato para transformação, o requisito do produto e a escala do processo requerido.

  • Por processo

    Dois tipos principais de biorreatores de fermentação são os biorreatores de fermentação contínuos e em batelada. Em um fermentador em batelada, todos os ingredientes são adicionados simultaneamente e a reação ocorre em condições estagnadas. Os fermentadores de levedura para álcool geralmente usam processos em batelada. Um fermentador contínuo mantém um fluxo constante de ingredientes e produto dentro do fermentador. Ele requer menos assistência manual do que os fermentadores em batelada, o que pode levar a uma maior segurança.

  • Por agitação

    Um biorreator de fermentação agitado mistura todos os ingredientes para obter uma distribuição uniforme de calor, bem como nutrientes e microrganismos. Um biorreator de fermentação agitado pode ter sistemas de agitação com turbinas, pás e outros sistemas de acordo com as necessidades do processo de fermentação específico. Alguns fermentadores agitados possuem uma camisa dupla que protege os produtos fermentados de derramamentos e outros riscos à segurança.

    Um biorreator de arraste opera borbulhando ar através de uma grade específica que causa uma corrente ascendente do fluido, misturando os ingredientes fermentativos. O biorreator de fermentação é muito eficiente em termos de energia e adequado para células sensíveis à tensão de cisalhamento. Outra maneira de misturar é usar um sistema de bomba circulatório que bombeia pequenas quantidades do meio ao redor do reator.

    Biorreatores não agitados não possuem entradas de força externas para misturar o conteúdo do biorreator de fermentação. As bactérias cultivadas criarão sua própria pressão e crescerão. Os fermentadores não agitados não são muito populares devido ao seu longo tempo e irregularidade na qualidade do produto final.

  • Por controle ambiental externo

    Um biorreator aberto mistura todas as partes do fermentador, mas é vulnerável à contaminação externa e explosão, pois gás inflamável está presente. O biorreator fechado usa algumas técnicas para criar microambientes para reduzir a influência externa nas atividades microbianas dentro do fermentador.

  • Por escala e forma

    Geralmente, os biorreatores que são usados para processos de produção em grande escala são cilíndricos, enquanto aqueles usados para produção em pequena escala são geralmente esféricos.

    Os biorreatores de fermentação grandes são de uso único ou reutilizáveis. Os sistemas de uso único reduzem o risco de contaminação, mas o custo pode ser maior ao usá-los para produção em grande escala. Os biorreatores reutilizáveis precisarão ser limpos e esterilizados. Na maioria dos casos, uma camisa dupla é melhor para reutilização.

Especificação e Manutenção

As especificações dos biorreatores de fermentação variam de acordo com o tipo e o modelo. Algumas especificações importantes incluem a capacidade, o material, a capacidade de controle, a temperatura, o pH e a pressão.

  • Capacidade: Esta é o volume de líquido que o fermentador pode conter. Varia de fermentadores em pequena escala com capacidade inferior a 10 litros a fermentadores industriais em grande escala que podem conter mais de 10.000 litros.
  • Materiais: Um biorreator de fermentação é feito de diferentes materiais, como vidro e aço inoxidável. O aço inoxidável é usado para fermentadores em escala industrial devido à sua durabilidade e facilidade de manutenção.
  • Fatores controláveis: Muitos biorreatores de fermentação modernos são feitos com sistemas de controle automático que permitem que os usuários controlem e monitorem certos fatores. Estes incluem temperatura, pH, pressão, oxigênio dissolvido e outros.
  • Temperatura: O biorreator de fermentação deve atingir a faixa de temperatura adequada para o crescimento e fermentação de microrganismos. Geralmente varia de alguns graus Celsius a mais de 100 graus Celsius.
  • pH: O biorreator de fermentação pode manter diferentes valores de pH de acordo com os requisitos dos processos de fermentação. Geralmente varia de 2 a 12.
  • Pressão: Alguns biorreatores de fermentação precisam funcionar em condições de alta ou baixa pressão; portanto, eles precisam de um sistema de controle de pressão para manter ou alterar a pressão dentro do fermentador. A pressão pode chegar a 5 bar ou mais.

A manutenção adequada de um biorreator de fermentação é importante para sua longevidade, desempenho confiável e consistência dos produtos criados. Aqui estão algumas dicas de cuidados e manutenção regulares:

  • Limpeza completa: Após a fermentação, o fermentador precisa ser completamente limpo para eliminar resíduos e contaminantes. Agentes de limpeza compatíveis com os materiais do fermentador devem ser usados e o procedimento de limpeza deve ser rigorosamente seguido para garantir a remoção completa e prevenir a contaminação.
  • Desinfecção: Após limpar o fermentador, é necessário desinfectá-lo para garantir a esterilidade do fermentador. Desinfetantes adequados devem ser usados e o procedimento de desinfecção deve ser seguido para garantir a esterilização completa.
  • Manutenção de rotina: Para as peças do fermentador que precisam de manutenção de rotina, como válvulas, bombas, sensores, etc., é necessário limpá-las e esterilizá-las de acordo com as instruções, além disso, seu desempenho deve ser inspecionado para garantir que funcionem corretamente.
  • Sistemas de monitoramento e controle: Os sistemas de monitoramento e controle do fermentador devem ser inspecionados regularmente para garantir que os instrumentos e equipamentos funcionem normalmente. Quaisquer problemas devem ser resolvidos prontamente para garantir a precisão e estabilidade do controle.
  • Preservado adequadamente: Quando não estiver em uso por muito tempo, o fermentador deve ser preservado adequadamente de acordo com os requisitos para evitar danos ou contaminação do fermentador.

Aplicações industriais do biorreator de fermentação

O processo de crescimento microbiano é facilitado por um biorreator de fermentação em várias indústrias, além dos alimentos. Aqui estão alguns exemplos de como diversas indústrias se beneficiam dessa peça de maquinaria.

  • Farmacêuticos

    Os biorreatores de fermentação são essenciais para a produção de antibióticos, vacinas, hormônios e outras proteínas terapêuticas. Eles fornecem um ambiente controlado para o crescimento de microrganismos que produzem esses compostos. Por exemplo, na produção de antibióticos, biorreatores são usados para cultivar bactérias que sintetizam antibióticos, que são então colhidos e purificados para uso médico.

  • Biocombustível

    Os biorreatores de fermentação desempenham um papel vital na produção de biocombustíveis, como etanol ou biodiesel. Eles criam condições favoráveis para a fermentação de carboidratos ou biomassa por leveduras ou bactérias, levando à produção de biocombustíveis. A eficiência da fermentação é otimizada por meio do projeto do biorreator e dos sistemas de controle.

  • Biotecnologia/Nutracêuticos

    Os biorreatores de fermentação são usados para produzir ingredientes ativos no iogurte de cultura probiótica, como antioxidantes, vitaminas e aminoácidos. Os microrganismos são cultivados em biorreatores para sintetizar esses compostos valiosos, que são então extraídos e utilizados em várias aplicações, incluindo suplementos alimentares e alimentos funcionais.

  • Processamento de Alimentos

    Os biorreatores de fermentação são amplamente utilizados no processamento de alimentos para produzir produtos fermentados como iogurte, queijo, chucrute e bebidas fermentadas. Eles fornecem fermentação controlada, garantindo sabores, texturas e qualidade consistentes dos produtos alimentícios finais. Os biorreatores também permitem o desenvolvimento de novos produtos alimentares fermentados com benefícios para a saúde.

  • Aplicações Ambientais

    Os sistemas de biorreatores baseados na fermentação são empregados em processos de tratamento de resíduos para degradar matéria orgânica e remover poluentes. Os microrganismos são catalisados em biorreatores para decompor resíduos orgânicos, tratar águas residuais e reduzir a poluição ambiental por meio da fermentação. Isso contribui para o gerenciamento sustentável de resíduos e a preservação ambiental.

Como escolher fermentadores e biorreatores

Diretrizes para compradores ao escolher um biorreator de fermentação:

  • Esclareça as necessidades e expectativas:

    Faça uma lista de objetivos, aplicações e requisitos de saída para o biorreator. Considere fatores como o tipo de organismo, a complexidade do processo de fermentação, as necessidades de dimensionamento e os recursos de controle e monitoramento desejados.

  • Tipo de sistema:

    Escolha um biorreator apropriado com base no organismo e no processo de fermentação. Por exemplo, selecione um biorreator de tanque agitado aerado para cultivar microrganismos aeróbicos ou um biorreator com recursos anaeróbicos para fermentação anaeróbica.

  • Capacidades de dimensionamento:

    Se houver planos para dimensionamento futuro, escolha um modelo de biorreator com uma estratégia de dimensionamento comprovada para facilitar o dimensionamento da produção em escala de laboratório para escala piloto ou escala total.

  • Qualidades operacionais:

    Considere as vias metabólicas e as condições de crescimento dos microrganismos-alvo ao selecionar um biorreator. Alguns sistemas podem ser mais adequados para organismos específicos, como o uso de um biorreator de fluxo contínuo para organismos com taxas de crescimento rápidas.

  • Disponibilidade de suporte técnico e serviços:

    Opte por sistemas de biorreatores que tenham uma forte comunidade de pesquisa ou rede de suporte comercial. Isso pode fornecer acesso a recursos valiosos, assistência na resolução de problemas e opções de serviço para manutenção e reparo do biorreator.

  • Considerações de custo e orçamento:

    Equilibre os recursos e o desempenho do biorreator desejados com as restrições de orçamento. Explore diferentes fornecedores e modelos para encontrar um biorreator que atenda às necessidades de pesquisa, proporcionando rentabilidade para a aplicação e escala pretendidas.

  • Aspectos de segurança:

    Leve em consideração os recursos de segurança do biorreator, incluindo capacidades de esterilização, sistemas de contenção e dispositivos de monitoramento, para garantir uma operação segura e minimizar os riscos associados ao manuseio de materiais biológicos.

Perguntas frequentes sobre biorreatores de fermentação

P1: Quais são os componentes vitais de um biorreator de fermentação?

A1: Os componentes críticos dos biorreatores de fermentação incluem os seguintes:

  • Recipiente: O recipiente fornece um ambiente para o crescimento de células ou microrganismos. Os recipientes são feitos de materiais como aço inoxidável ou vidro que podem suportar altas temperaturas e pressões.
  • Agitador: O agitador agita a mistura de fermentação e mantém a distribuição uniforme de nutrientes, temperatura e gases.
  • Sistemas de controle: Os sistemas de controle podem controlar com precisão os parâmetros do bioprocesso, incluindo temperatura, pH, conteúdo de oxigênio dissolvido, pressão, etc.
  • Sistemas de amostragem e controle: Esses sistemas podem monitorar e controlar a condição das misturas de fermentação e o ambiente dentro do recipiente.

P2: Quais tipos de biorreatores de fermentação existem?

A2: Os biorreatores podem ser classificados nas seguintes duas categorias com base em diferentes critérios:

  • De acordo com os modos de operação: De acordo com o modo de operação, os biorreatores podem ser divididos em biorreatores contínuos, em batelada e semi-batelada. Geralmente, os biorreatores em batelada são mais comuns.
  • De acordo com as formas de fornecimento de oxigênio: De acordo com a forma de fornecer oxigênio, os biorreatores podem ser divididos em biorreatores agitados e biorreatores agitados permeáveis.

P3: Quais indústrias usam biorreatores de fermentação?

A3: Os sistemas de biorreatores de fermentação são usados em várias indústrias. Na indústria alimentícia, os biorreatores são usados para fazer alimentos e bebidas fermentados, como iogurte, queijo, cerveja e vinho. A indústria farmacêutica usa fazendas de biorreatores para produzir antibióticos, vitaminas, aminoácidos e outros produtos farmacêuticos.

A atualização e o desenvolvimento são altamente procurados na indústria de agroquímicos, e os biorreatores desempenham um papel crucial nesse processo. Os biorreatores são usados para produzir fertilizantes microbianos, pesticidas e outros agroquímicos.

Os biorreatores de fermentação também são amplamente utilizados na indústria de biocombustíveis. Eles são empregados para produzir biocombustíveis como etanol, butanol, biodiesel e biodiesel a partir de biomassa renovável.

Na indústria ambiental, os biorreatores são usados em processos de tratamento de águas residuais e purificação do ar.