Série Reatores da Fed

Fed batch Reactors

Introdução

Num fermentador “fed batch”, a alimentação é contínua, até que se atinja um nível máximo do fermentador.

A fermentação pode continuar depois do nível ser atingido.

De notar que os produtos comerciais são obtidos com baixas concentrações de nutrientes, e com elevados rendimentos.

Num fermentador fed batch, as células podem ser mantidas sob condições de baixas concentrações de nutrientes, mas as células e os produtos formados não são removidas do fermentador.

REACTORES FED BATCH

ALTOS RENDIMENTOS DE PRODUTOS

BAIXAS CONCENTRAÇÕES DE SUBSTRATO OU DE NUTRIENTES.

MODELO MATEMÁTICO DE UM REACTOR

“FED BATCH”

Biomassa

Substrato

Produto quando associado ao crescimento:

Volume (V),

COMPARAÇÃO ENTRE REACTORES FED-BATCH e REACTORES CONTÍNUOS

• Os dois tipos de reactores permitem manter a taxa específica de crescimento e de produção, em valores pré fixados;

• O efluente não é continuamente removido no fed-batch, daí que este reactor evita o wash-out;

• Como a biomassa não é permanentemente removida nos reactores fed-batch, estes reactores são bem adaptados para produções com baixas taxas específicas de crescimento;

• No reactor fed-batch não se torna necessário assegurar que TODOS OS NUTRIENTES se mantenham a uma concentração mínima.

• As contaminações são menos gravosas;

• É um reactor apropriado à resolução de problemas de inibição, pelo substrato e pelo produto;

• Um reactor fed batch permite diversas formas operatórias, por exemplo usar uma sequência de:

Batch => Fed-batch => Batch

• A alimentação pode ser planeada por forma a maximizar a formação do produto objectivo; por exemplo, pode ajustar-se a composição da alimentação por forma a manter as células num determinado estado fisiológico;

FERMENTADOR CONTÍNUO FERMENTADOR FED BATCH

O CONCEITO DE STEADY STATE NÃO SE APLICA AO FERMENTADOR FED-BATCH

APLICAÇÕES DE REACTORES FED-BATCH

Reactores FED BATCH são especialmente adequados para:

• Baixas concentrações de substrato, ou de nutriente limitante;

Condições de inibição pelo substrato;

Condições adversas de transferência de massa;

Exemplos:

- produção de vinagre;

- produção de ácido cítrico;

- produção de amilase;

• Condições que exigem elevados rendimentos em produto ou biomassa:

- sistemas com celulas animais;

- produção de fermento de padeiro;

- Produção de antibióticos;

- Produção de probióticos;

- Casos particulares de composição do meio (ex.: razões de carbono/nitrogénio ou razões de carbono/oxigénio)

PRODUÇÃO DE VINAGRE

O maior componente flavorizante do vinagre é o ácido acético;

O ácido acético é produzido por oxidação do etanol;

O etanol é mais tóxico para as células do que o ácido acético ou que pH;

As aceto-bactérias são capazes de metabolizar o etanol a pH<3;

As aceto-bactérias podem produzir até 180 gL-1 de ácido acético;

As concentrações de etanol devem manter-se < 2% (m/v);

REACTOR BATCH REACTOR FED-BATCH

[ETANOL] elevada [ETANOL] baixa

Inibição do crescimento celular Elevados rendimentos em ácido acético

Baixos rendimentos em ácido acético

O etanol a 96%(v/v) é adicionado ao meio de fermentação;

À medida que se produz ácido acético, as células deixam de crescer e a produção do ácido acético deixa de ser associada ao crescimento; assim o vinagre não pode ser produzido em contínuo porque poderiam surgir condições de wash out!

PRODUÇÃO DE ACIDO CÍTRICO

O ácido cítrico pode ser produzido a partir de açúcares ou polissacáridos;

Estirpes de Aspergillus niger devem ser crescidas sob concentrações limitantes de manganês e ferro;

O processo inicia-se num reactor batch e finalmente num processo em fed-batch

A fonte de carbono é adicionada a pouco e pouco, porque elevadas concentrações tornam o meio com elevada pressão osmótica causando desidratação do bio - catalisador.