FORMAS DE CONDUÇÃO DE UM PROCESSO FERMENTATIVO

FORMAS DE CONDUÇÃO DE UM PROCESSO FERMENTATIVO

Um biorreator pode ser operado das seguintes formas:

DESCONTÍNUO

• Com um inóculo por tanque
• Com recirculação de células

SEMI-CONTÍNUO

• Sem recirculação de células
• Com recirculação de células

DESCONTÍNUO ALIMENTADO

• Sem recirculação de células
• Com recirculação de células

CONTÍNUO

• Executado em um reator (com ou sem recirculação de células)
• Executado em vários reatores (com ou sem recirculação de células)

PROCESSO DECONTÍNUO SIMPLES, POR BATELADAS, “BATCH”

• Processo efetuado com um inóculo por tanque.
• Este processo é o mais seguro quando se tem o problema de manutenção de condições de assepsia, pois ao final de cada batelada imagina-se que o biorreator deverá ser esterilizado juntamente com o novo meio de cultura, recebendo um novo inóculo.
• Neste processo obtém-se o conhecimento básico da cinética do microrganismo.
• Na prática um processo fermentativo não é conduzido em processo descontínuo simples, havendo frequentemente uma elaboração adicional.
• O processo descontínuo é a base para as comparações de eficiências atingidas nessas elaborações.
• Sua baixa eficiência estimula o surgimento de formas alternativas.

PROCESSO DESCONTÍNUO COM RECIRCULAÇÃO DE CÉLULAS OU BATELADA REPETIDA

• Quando acaba a batelada efetua-se a separação das células por centrifugação ou sedimentação no interior do próprio reator, enviando apenas o líquido fermentado para a recuperação do produto.
• Com isso evita-se o preparo de um novo inóculo para cada batelada, o que significa custo adicional ao processo, um tempo adicional para a obtenção de altas concentrações celulares no reator, e consumo de substrato para isto.
• Durante a recirculação devem se manter as condições de assepsia e manter o microrganismo suficientemente ativo para a síntese do produto.

PROCESSO SEMICONTÍNUO

• Preenche-se o biorreator com meio e inóculo.
• Depois do crescimento celular separa-se em 2 partes, uma parte (de 30 a 60 % do volume total) vá para a recuperação do produto e a outra parte fica no biorreator.
• Preenche-se o biorreator instantaneamente com meio fresco e continua-se a fermentação. Diz-se que se alimenta por pulsos ou se fazem cortes.
• Este processo é usado na produção de enzimas sujeitas ao controle por indução.

PROCESSO DESCONTÍNUO ALIMENTADO OU “FED-BATCH”

• Coloca-se o inóculo no biorreator ocupando uma fração de volume útil, de 10 a 20%.
• Inicia-se a alimentação com o meio de cultura, empregando uma vazão adequada, sem ocorrer a retirada do líquido fermentado.
• Essa operação prolonga-se até o preenchimento do volume útil do biorreator, quando então se inicia a retirada do caldo fermentado para recuperação do produto.
• Pode-se, no final da fermentação, separar as células e retorná-las ao volume de reação, a fim de se iniciar um novo período de alimentação, o que evita o preparo de um novo inóculo.
• Também, pode-se retirar uma certa fração do líquido fermentado, iniciando-se então um novo período de alimentação. Este modo de operação é conhecido como descontínuo alimentado repetido.
• Caso o microrganismo apresente sintomas de atenuação quanto à sua capacidade de síntese do produto, o processo deverá ser interrompido, para se reiniciar com um novo inóculo.

PROCESSO CONTÍNUO

• Procura-se estabelecer um fluxo contínuo de líquido através do reator, ou reatores dispostos em série.
• Devem-se manter as condições de assepsia nas operações de alimentação e retirada do produto fermentado.
• Num sistema contínuo constituído por vários reatores em série, a alimentação de um dado reator da série é o efluente do reator anterior.
• Este sistema em série visa o estabelecimento de diferentes condições de operação nos vários biorreatores da série.
• O reator contínuo pode operar com reciclo de células. O líquido fermentado pode ser submetido a um sistema de separação dos microrganismos (por sedimentação, centrifugação ou separação por membranas), os quais podem ser retornados ao volume de reação, sendo o líquido enviado para a recuperação do produto.
• Tratando-se de reatores em série, essa operação pode ser efetuada em qualquer reator em série, retornando-se o microrganismo para o fermentador mais adequado, evidenciando, assim, a enorme flexibilidade de operação disponível.

Comentários

• Existe a possibilidade de uso de misturas de conceitos (descontínuo, contínuo, descontínuo alimentado) a fim de se conseguir o máximo de desempenho de um dado sistema biológico.
• Existe uma enorme flexibilidade para a operação de um biorreator.
• Um biorreator conduzido em modo descontínuo alimentado, dependendo da vazão empregada, pode acumular o substrato limitante ao término do período de alimentação do reator, terminando o cultivo em sistema descontínuo a fim de que o substrato residual possa ser totalmente consumido.
• A condução da fermentação alcoólica executada segundo o processo Melle-Boinot, é explicada a seguir. Ao término da fermentação, o vinho é centrifugado, retornando-se as células ao reator após tratamento adequado. A seguir inicia-se a alimentação do mosto a ser fermentado, operando-se grande parte do tempo na forma de um reator descontínuo alimentado. Quando as dornas encontram-se preenchidas, aguarda-se tempo suficiente para o consumo dos açúcares fermentescíveis, operando-se, portanto, na forma descontínua.

...