Fermentador de laboratório

Tipos de fermentadores de laboratório

O fermentador de laboratório é um dispositivo utilizado para cultivar células de forma controlada, criando um ambiente onde elas podem se multiplicar livremente sem restrições. Isso normalmente envolve a criação das condições corretas de temperatura, pH e nível de oxigênio para o organismo que está sendo usado (que, novamente, pode ser bactéria, levedura ou outros tipos de células).

Os fermentadores de laboratório vêm em uma variedade de designs que atendem a objetivos de pesquisa distintos. Os seguintes são os tipos populares de fermentadores:

• Fermentador de Tanque Agitado: Este é o design mais popular entre os fermentadores de laboratório. Ele apresenta um vaso cilíndrico com um agitador ou misturador no seu interior. O fermentador de tanque agitado mantém a uniformidade no meio de cultura misturando-o constantemente através da rotação do agitador ou misturador. Isso promove o crescimento e reprodução celular, mantendo as condições consistentes em todo o vaso. Um exemplo de um fermentador de tanque agitado seria o fermentador Biostat® B [max] da Sartorius.
• Fermentadores de Ar-Levantamento: Como o nome sugere, os Fermentadores de Ar-Levantamento usam ar para dar à cultura de células e microrganismos uma forma de se mover. Eles funcionam injetando bolhas no meio de cultura, o que permite que ele suba e desça devido à forma como as bolhas funcionam. Este método ajuda a manter os níveis de oxigênio bons para o crescimento celular sem usar agitação ou mistura mecânica. Os fermentadores de ar-levantamento são úteis quando as células precisam ser tratadas suavemente ou quando há necessidade de evitar danos a organismos delicados. São opções de baixo custo e de baixo custo para a produção em larga escala.
• Fermentadores de Passagem Única: Esses fermentadores mantêm a cultura movendo-se em uma direção o tempo todo, absorvendo lentamente nutrientes frescos enquanto libera material antigo. Este método ajuda a manter um equilíbrio constante entre nutrientes novos e usados ​​dentro do fermentador. Devido a esse fluxo contínuo, sempre há um suprimento constante de alimento para o crescimento celular. Isso facilita o gerenciamento do que acontece dentro do fermentador. Organismos como bactérias, algas e leveduras podem ser cultivados em grande escala por meio desse sistema. Funciona muito bem para produzir esses tipos de microrganismos.
• Fermentadores Tubulares: Esses fermentadores têm a forma de tubos longos e possuem um sistema fechado dentro deles. Eles funcionam bombeando líquidos ricos em nutrientes através do tubo enquanto cultivam células dentro ao mesmo tempo. Essa configuração permite que haja um fluxo constante de alimentos e espaço para as células crescerem. Os fermentadores tubulares são especialmente úteis para a produção em larga escala de células microbianas como bactérias e leveduras.
• Fermentadores Retro-Ajustados: Esses fermentadores são feitos para mudar fermentadores mais antigos adicionando novas partes que melhoram o seu funcionamento. Os kits vêm com coisas importantes como as unidades de mistura, sistemas de aeração e instrumentos de controle que são necessários para os processos modernos de fermentação. Ao usar esses kits de retrofit, as empresas podem economizar dinheiro comprando fermentadores totalmente novos e ainda atualizar seus sistemas para atender aos padrões atuais. Isso é econômico e eficiente porque ajuda a colocar tecnologia melhor nos lugares onde havia equipamentos mais antigos.

Especificações e manutenção de fermentadores de laboratório

Especificações de fermentadores de laboratório:

• Volume de Fermentação:

  Os fermentadores de laboratório vêm em diferentes volumes de fermentação, que é a capacidade máxima do dispositivo para conter o meio de cultura. Além disso, geralmente fica entre 1 litro e 500 litros.

• Sistema de Controle:

  Os fermentadores de laboratório geralmente vêm com sistemas de controle avançados que podem monitorar e controlar automaticamente vários parâmetros no processo de fermentação, como temperatura, pH, oxigênio dissolvido, pressão e muito mais. O sistema de controle geralmente inclui exibições digitais, telas sensíveis ao toque e controladores lógicos programáveis ​​(CLPs) para operação e monitoramento fáceis.

• pH e Controle de pH:

  Controlar a acidez no processo de fermentação é crucial para manter condições de crescimento ideais para microrganismos. Os fermentadores de laboratório geralmente são equipados com um sistema automático de controle de pH que pode monitorar e ajustar o valor de pH do meio de cultura em tempo real. Este sistema utiliza medidores de pH, eletrodos e titulação automática para garantir que a fermentação ocorra dentro da faixa de pH desejada.

• Oxigênio Dissolvido:

  O oxigênio dissolvido é um parâmetro crítico nos processos de fermentação, especialmente para a fermentação aeróbica. Os fermentadores de laboratório são equipados com sistemas para medir e controlar os níveis de oxigênio dissolvido, incluindo sondas de oxigênio dissolvido e controle automático da entrada de ar ou oxigênio.

• Controle de Temperatura:

  A temperatura é outro fator crucial na fermentação. Os fermentadores de laboratório são equipados com sistemas de controle de temperatura que utilizam controle automático e sensores de temperatura para manter o tanque de fermentação na temperatura desejada. Isso ajuda a fornecer um ambiente de temperatura adequado para o crescimento e metabolismo de microrganismos.

• Registro e Análise de Dados:

  Alguns fermentadores de laboratório são equipados com funções de registro e análise de dados, que podem registrar vários dados do processo de fermentação e fornecer relatórios de análise. Isso ajuda os pesquisadores a entender melhor o processo de fermentação, otimizar os parâmetros do processo e melhorar a eficiência da fermentação.

Manutenção de fermentadores de laboratório:

• Limpeza:

  A limpeza regular do exterior do fermentador pode prevenir contaminação e infecção cruzada. Utilize agentes de limpeza e métodos de desinfecção adequados para garantir a limpeza e a higiene do fermentador.

• Verifique os componentes:

  Inspecione periodicamente os componentes do fermentador, como o sistema de agitação, o sistema de controle de temperatura, o sistema de controle de pH e as válvulas, entre outros. Verifique se as peças estão no lugar, se estão danificadas ou se funcionam bem, para garantir que cada componente do fermentador funcione de forma independente e normalmente.

• Mantenha o sistema de controle:

  Os fermentadores de laboratório geralmente possuem sistemas de controle avançados. Verifique e mantenha o sistema de controle regularmente para que ele funcione corretamente. Isso pode incluir calibrar sensores, verificar parâmetros de controle e garantir que o sistema de controle e os dispositivos de armazenamento de dados estejam funcionando corretamente.

• Mantenha registros e analise dados:

  Faça backup e preserve regularmente os dados e registros de fermentação, e faça a análise e estatísticas adequadas. Isso ajudará a acompanhar o processo de fermentação, otimizar as estratégias de fermentação e melhorar a eficiência da fermentação.

Cenários de uso para fermentadores de laboratório

Um fermentador de laboratório desempenha um papel crucial nos seguintes cenários:

• Produção de microrganismos

  Para otimizar o crescimento de vários microrganismos como bactérias, fungos e leveduras, os fermentadores de laboratório fornecem um ambiente controlado que ajuda a ajustar parâmetros como pH, temperatura, pressão e oxigênio dissolvido de forma a promover os comportamentos e atividades metabólicas desejados. Isso é particularmente importante para a proliferação de microrganismos necessários para a fabricação de antibióticos, ácido cítrico e outros produtos farmacêuticos.

• Desenvolvimento de bioprocessos

  Os fermentadores de laboratório são amplamente utilizados para explorar bioprocessos como fermentação, biodegradação e produção de biomassa. Ao modificar os parâmetros dentro dos fermentadores, os cientistas podem examinar as ações de vários fatores sobre os bioprocessos, aumentando assim o rendimento e a eficiência dos processos. Isso ajuda a construir uma base sólida para a produção em escala industrial.

• Otimização do produto

  Na fabricação de diferentes produtos, como bebidas alcoólicas, ácidos orgânicos, enzimas e antibióticos, os fermentadores de laboratório são usados ​​para os testes de produção iniciais e a otimização do processo de fermentação. Ao alterar os parâmetros de operação, os pesquisadores podem descobrir as condições de fermentação ideais para diferentes produtos, aumentando assim a qualidade e o rendimento do produto.

• Preservação e propagação de cepas

  Os fermentadores de laboratório fornecem um ambiente adequado para a preservação e propagação de cepas. Isso é fundamental para preservar as características genéticas e fenotípicas de cepas específicas usadas para pesquisa e produção. Além disso, os fermentadores também podem ser usados ​​para propagar cepas para obter quantidades suficientes de cepas para fermentação subsequente.

• Estudos de ampliação

  A fermentação em nível laboratorial é a primeira etapa nos estudos de ampliação de processos de fermentação independentes. Ao determinar as condições de fermentação ideais no fermentador, os pesquisadores podem entender melhor os fatores que influenciam a fermentação. Ao mesmo tempo, eles podem desenvolver técnicas de ampliação para otimizar esses processos, facilitando assim a ampliação dos processos de fermentação do laboratório para a produção industrial.

• Pesquisa em biotecnologia

  Os fermentadores de laboratório são ferramentas de pesquisa importantes para estudar vários processos biotecnológicos. Isso inclui fermentação enzimática e transformação bacteriana. Ao otimizar as condições de fermentação, os pesquisadores podem maximizar a atividade e o rendimento das enzimas e das bactérias envolvidas nesses processos, facilitando assim o desenvolvimento e a aplicação de produtos biotecnológicos.

• Reações colaborativas

  No campo da engenharia bioquímica, alguns fermentadores de laboratório são projetados para permitir a fermentação simultânea ou sequencial acoplada a diferentes reações, facilitando assim o estudo de vias metabólicas complexas e redes de reação. Esses fermentadores podem ajudar a elucidar as interações e mecanismos entre diferentes microrganismos e entre microrganismos e substratos, fornecendo assim informações valiosas para a otimização de processos de fermentação.

• Ensino e treinamento

  Os fermentadores de laboratório também desempenham um papel importante na educação e no treinamento. Universidades, faculdades técnicas e instituições de formação profissional utilizam esses dispositivos para ensinar tecnologia de fermentação e conceitos de engenharia biológica. Os alunos podem obter experiência prática na operação e regulamentação de fermentadores, bem como na exploração e resolução de problemas, melhorando assim suas habilidades profissionais e inovação.

Como escolher fermentadores de laboratório

A escolha do fermentador de laboratório adequado para uma aplicação específica envolve a avaliação crítica de vários fatores relacionados às necessidades de pesquisa ou produção, ao organismo que está sendo usado e aos recursos e especificações do próprio fermentador.

• Aplicação

  Identifique o objetivo principal de usar um fermentador, seja para pesquisa fundamental, produção em pequena escala, desenvolvimento de cepas ou otimização de processos, e selecione um fermentador adequado para a aplicação necessária. Por exemplo, os fermentadores em escala de laboratório seriam mais adequados para estudar processos de fermentação sem a necessidade de produção em larga escala.

• Requisitos de cultura

  Considere o tipo de microrganismo que está sendo usado (bactérias, leveduras, fungos ou algas) e seus requisitos culturais específicos, como material do vaso, volume ou necessidades de agitação. Certifique-se de que o fermentador escolhido possa suportar as características de crescimento do organismo desejado.

• Necessidades de processo

  Determine os parâmetros do processo de fermentação, como temperatura, pressão, pH, oxigênio dissolvido e alimentação de nutrientes, e selecione um fermentador que possa controlar e monitorar adequadamente esses parâmetros.

• Volume

  Escolha um volume de fermentador que esteja alinhado com a escala da fermentação pretendida, considerando a escalabilidade futura e o potencial de aumentar ou diminuir o tamanho no vaso de fermentação.

• Aeração e Agitação

  Opte por um fermentador com um sistema de aeração e agitação adequado para garantir mistura uniforme e troca de gás em todo o meio de cultura, selecionando os estilos e velocidades de rotor corretos para atender às necessidades específicas de fermentação.

• Automação

  Decida o nível de automação necessário no fermentador (totalmente, parcialmente ou não automatizado) e selecione uma unidade com os controles automatizados desejados para monitoramento, registro de dados e operação remota.

• Orçamento

  Considere as restrições orçamentárias ao comprar um fermentador de laboratório e pondere os custos em relação às especificações e recursos necessários, garantindo que o fermentador escolhido atenda às necessidades cruciais dentro das limitações financeiras.

P&R

P1: Como o fermentador de laboratório é diferente de um vaso reator usado na engenharia química?

R1: Isso ocorre porque os fermentadores para laboratório são projetados para permitir o crescimento microbiano e, consequentemente, fazer algo que é muito específico para a fermentação. Os vasos reatores químicos podem apenas misturar ou liberar uma reação química sem necessariamente conter organismos vivos. Os reatores geralmente possuem sistemas de tubulação de alta pressão, enquanto os fermentadores possuem sistemas de baixa pressão e às vezes abertos à atmosfera.

P2: Quais são algumas tendências recentes na tecnologia de fermentadores de laboratório?

R2: Há uma miniaturização contínua de fermentadores para melhorar a eficiência de triagem e otimização. Sistemas de automação e controle aprimorados estão permitindo processos de fermentação mais precisos e repetíveis. Também há fermentadores de laboratório que se integram a sistemas de biorremediação para recuperar recursos valiosos e mitigar os impactos ambientais simultaneamente.

P3: Quais são algumas etapas tomadas pelos compradores para garantir o desempenho e a longevidade ideais de seus fermentadores de laboratório?

R3: Os compradores devem se associar a fabricantes de renome e garantir o treinamento adequado do pessoal sobre operação e manutenção de fermentadores de laboratório. Eles também devem estabelecer um cronograma abrangente de manutenção de fermentadores de laboratório e garantir que os fermentadores de laboratório estejam devidamente calibrados.

P4: Qual é o futuro dos fermentadores de laboratório?

R4: Espera-se que o futuro dos fermentadores de laboratório seja povoado por fermentadores em larga escala com maior automação, maior flexibilidade e melhor integração com o processamento a jusante. Também serão desenvolvidos processos de fermentação mais eficientes e econômicos.