A BIO PROCESSOS ESTERILIZAÇÃO

BIOPROCESSOS

Isabela Palhano

Pamela Pauletti

Thais Stoski

BIOPROCESSOS

A diferença entre bioprocessos e processos químicos está na natureza dos catalisadores utilizados nas reações. Os bioprocessos são conduzidos mediante ação de agentes biológicos, sendo transformações catalisadas por enzimas. Bioprocessos conduzidos por microrganismos, tradicionalmente conhecidos como processos fermentativos, são importantes fontes de produtos biológicos usados nas indústrias farmacêutica, química e alimentícia. Na última década observou-se um aumento expressivo na quantidade de bioprodutos comerciais. Verificaram-se, ainda, significativas mudanças na configuração de biorreatores, visando à melhoria de seu desempenho e assegurar operações com maior segurança.

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Quadro 1- Bioprocessos VS processos químicos

As enzimas mais utilizadas na indústria são originadas geralmente de microrganismos, esses biocatalizadores sejam de tecidos animais e vegetais. Vários parâmetros são analisados para obter maior rendimento e produtividade como linhagem produtora, matéria prima empregada, e formulação do meio de cultivo e otimização de parâmetros operacionais.

Na indústria o processo compreende operações que incluem o tratamento da matéria prima, preparo e esterilização de meios de propagação e a fermentação. E etapas de separação e concentração de produto, e/ou purificação. Os processos industriais de produção de enzimas são desenvolvidos geralmente em cultivos submersos aerados em biorreatores agitados mecanicamente, os quais permitem um maior controle dos parâmetros operacionais.

A batelada alimentada é a forma de condução do bioprocesso mais empregada. O cultivo no estado sólido é também utilizado, principalmente nos países orientais por apresentar vantagens para a produção de algumas enzimas, especialmente as produzidas por fungos filamentosos.

NUTRIÇÃO

Em processos ideais, os microrganismos utilizados na produção de enzimas devem ter características como:

• Ser seguro sob o ponto de vista biológico.
• Apresentar elevada capacidade de síntese e excreção da enzima;
• Suportar condições ambientais adversas, relacionadas com a pressão osmótica, a temperatura e a força iônica do meio;
• Ser tolerante à presença de substâncias tóxicas, que podem ser geradas no processo de tratamento da matéria-prima ou pelo próprio metabolismo celular.

De acordo com a forma pela qual os microrganismos assimilam energia, eles podem ser classificados em:

• FOTOTRÓFICOS: possuem pigmentos fotossintéticos que permitem a utilização da luz como fonte de energia. Ex.: algas e bactérias fotossintetizantes.
• QUIMIOLITOTRÓFICOS: obtêm energia a partir da oxidação de um substrato inorgânico, geralmente específico para o microrganismo em particular, como hidrogênio, enxofre, amônia, nitritos e sais ferrosos. Ex.: bactérias dos gêneros Thiobacillus, Nitrosomonas, Nitrobacter, Hydrogenomonas e Desulphovibrio.
• QUIMIORGANOTRÓFICOS: obtêm energia a partir do catabolismo de substratos orgânicos, açúcares em particular. A este grupo pertence a grande maioria dos microrganismos utilizados industrialmente.

A manutenção e a preservação de microrganismos são etapas de extrema importância para assegurar a sua viabilidade e prevenir mudanças genéticas que levem à redução ou perda de propriedades fenotípicas, características observáveis ou caracteres de um organismo ou população, como: morfologia, desenvolvimento, propriedades bioquímicas ou fisiológicas e comportamento. Técnicas de manutenção e conservação de microrganismos estão amplamente descritas na literatura e incluem repicagens periódicas, que é uma das técnicas de conservação mais antigas, mas ainda bastante utilizada. Ela consiste na transferência de células para um novo meio e estocagem em baixas temperaturas após o crescimento. Conservação em parafina ou em glicerol, liofilização e crioconservação que é um processo onde células ou tecidos biológicos são preservados através do congelamento a temperaturas muito baixas.

O crescimento do microrganismo em biorreatores para a produção da enzima de interesse está diretamente relacionado à disponibilidade das substâncias necessárias às suas necessidades nutricionais.

Água, fontes de carbono e energia, nitrogênio e oxigênio são algumas das necessidades comuns a todos os microrganismos. Os microrganismos necessitam ainda de elementos minerais tais como fósforo, enxofre, potássio, cálcio, magnésio, sódio, ferro e, em alguns casos, cloro. Requerem também os chamados elementos traços, os quais desempenham importante papel como constituintes de enzimas e coenzimas. Estes últimos incluem manganês, cobre, zinco, molibdênio, cromo, níquel, cobalto e boro e são, em geral, necessários em pequenas quantidades.

O potencial para metabolizar fontes de carbono varia entre os microrganismos. De uma forma geral, os compostos orgânicos da natureza, incluindo desde os chamados compostos C1 (CO, CO2, formaldeído, metanol, metilamina), até macromoléculas complexas (amido, proteínas, lipídios, celulose, hemicelulose, lignina, ácidos nucléicos), podem ser utilizados como fonte de carbono e/ou energia, desde que os microrganismos possuam os sistemas enzimáticos extra- e/ou intracelulares e de transporte adequados. As macromoléculas são inicialmente convertidas extracelularmente a subunidades menores por enzimas hidrolíticas, sendo então transportadas para o interior da célula e metabolizadas em vias catabólicas e/ou anabólicas. Os carboidratos são a principal fonte de carbono e energia, sendo a glicose a fonte de carbono universal.

Os microrganismos apresentam grande diversidade na assimilação de fontes de nitrogênio: os autotróficos são capazes de utilizar nitrato, amônio e, em alguns casos, nitrogênio gasoso como única fonte de nitrogênio. Outros, entretanto, necessitam do suprimento deste elemento sob a forma de compostos orgânicos, como aminoácidos ou ureia.

Muitos microrganismos são incapazes de sintetizar certos aminoácidos, purinas, pirimidinas ou vitaminas que, sendo constituintes obrigatórios de proteínas estruturais ou funcionais, ácidos nucléicos ou coenzimas, devem ser adicionados ao meio de cultura sempre que necessário. Estas substâncias são denominadas fatores de crescimento.