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INTRODUO
Iogurte
Cerveja
Po
Queijo
Microrga-nismos
TemposAntigos
Produo
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Louis Pasteur
1857
Papel dos microrganismosnos processos fermentativos
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Primeiras tentativas na
produo de antibiticos
Frascos de vidro fixados sobreplataformas oscilatrias com oobjetivo de promover uma boahomogeneizao do meio lquido e atransferncia de oxignio;
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Problemas desta tentativa:
A transferncia de oxignio no erasuficiente;
As condies dos ensaios no eramreprodutveis;
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Evoluo
Evoluiu-se aos poucos para jarrosagitados e mais tarde para os
fermentadores (ou biorreatores)aerados e agitados mecanicamente,utilizados at hoje em grande parte
dos processos bioqumicos industriais;
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Aplicaes
Nas dcadas seguintes s primeirasprodues de antibiticos, vrios outrosprodutos passaram a ser produzidos
atravs de processos bioqumicos:
Enzimas, solventes orgnicos, vitaminas
e aminocidos, melhoramentos nas reasde alimentos e tratamento de efluentes,estudos na utilizao de clulas animais e
vegetais; Tisha Bordon - tishabordon.blogspot.com
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Ao longo destes anos, as produtividadese rendimentos dos processos foramcontinuamente melhorados em funo
do projeto de novas configuraes debiorreatores, de meios de cultura maisadequados e da seleo de clulas mais
produtivas;
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DEFINIO
Os biorreatores ou fermentadoresso tanques usados para sintetizar
produtos em escala comercial pormeio de reaes qumicas, namaioria dos casos o metabolismo das
clulas explorado para converter ossubstratos em produtos desejados.
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Os microorganismos s crescem e sereproduzem sob condies timas e, os
biorreatores fornecem aos microorganismosas quantidades corretas de substratos paraevitar trocas metablicas no desejadas;
Os biorreatores so usados parafermentaes com clulas vivas, buscando-se manter o crescimento celular para aformao de produtos, ou seja, metablitos(antibiticos, lcool), biomassa (levedura),substratos transformados (esterides).
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Biorreator Primrio
Pequena escala;
Utilizado para testes
de microrganismos;
Frascos incubadoshorizontalmente;
Aumento da rea dasuperfcie de
transferncia de oxignio
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Segundo o mtodo de aerao osreatores em fase aquosa podem ser:
Reatores agitados mecanicamente
como os STR (stirred tank reactor);Reatores agitados pneumaticamente:
Coluna de bolhas (bubble column);
Air-lift;
Reatores com fluxo pistonado (plug-
flow). 13
1 Classificao
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BIORREATORES AGITADOSMECANICAMENTE
Os gases dissolvidos, como ooxignio,devem ser misturados apropriadamente
e o dixido de carbono deve serremovido pelos efeitos da mistura, jque a produo de dixido de carbono
pode levar ainibio da formaodoproduto em muitos processos defermentao aerbica.
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Tipos de Turbinas
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Ti h B d ti h b d bl t
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Vrtices de turbulncia que se formam atrs
das lminas de uma turbina de Rushton
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Ti h B d ti h b d bl t
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Vrtices de turbulncia de uma turbina de
Rushton (vista superior)
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Chicanas
As chicanas transferem a turbulnciapara as paredes do biorreator, evitandoa formao de remoinhos.
As turbinas formamredemoinhos no biorreator.
Vista lateral e superior daschicanas.
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A 300 rpm, produz
pouco gs.
A 450 rpm, bolhas
grandes entram no
meio.
A 750 rpm, o fluido
fermentador est
rico em pequenas
bolhas entrando no
meio. 19
Velocidade de AgitaoTisha Bordon - tishabordon.blogspot.com
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Tubo cilndrico com um agitador nofundo ou na parte superior;
Fermentadores mais comumenteusados devido a suafcil operao,confiabilidadeedurao;
Para um biorreator STR de 20 litros
um motor de 1 Kwatt suficiente. 20
BIORREATORES STR
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Para reatores STR de
grandes dimensesusa-se ao inoxidvelem sua construo;
Os reatores comturbina de Rushton
so geralmente 1/3do dimetro dotanque;
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Um STR agitado mecanicamentecontm:
Agitador;Sistema de fornecimento de oxignio;
Sistema de controle da temperatura edo pH;
Sistema de controle da espuma;
Sistema de limpeza e esterilizao;Pontos de amostragem;
Canais para sada dos efluentes. 23Tisha Bordon - tishabordon.blogspot.com
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Existem dois tipos de reatores queno possuem agitao mecnica:
Coluna de bolhas (bubble column); Air-lift.
Possuem agitao pneumtica, ouseja, h apenas o borbulhamento deum gs, geralmente ar, no reator.
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BIORREATORES AGITADOSPNEUMATICAMENTE
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So usados, geralmente, na culturade clulas sensveis ao cisalhamento
como as clulas vegetais;
Estes fermentadores so geralmentealtos, com uma altura lquidabaseada nas relaes de 8:1 e 20:1.
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BIORREATORES DECOLUNA DE BOLHAS
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O design da altura dessesbiorreatores conduz a:
Alta produo de gs;Longos tempos de resistncia das
bolhas;
Uma regio de presso hidrostticaelevada perto da base do biorreator.
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Design
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O princpio de funcionamento dofermentador air-lift se baseia nasdiferenas de pesos especficosentre o volume de ar enriquecido e o
volume de ar inferior;
Dependendo de como o fermentador
proporciona ar, a densidade maisbaixa do meio do cultivo cria umfluxo para cima o qual resulta nacirculao do meio de cultivo.
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BIORREATORES AIR-LIFT
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O oxignio provido por umcompressor de ar;
O fermentador air-lift difere do debolha por apresentar um tubo de
recirculao da cultura, o queaumenta a eficincia na transfernciade massa e calor.
No entanto, so muitomais carosdeconstruir que o biorreator com colunade bolhas.
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A i i i d t d
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As principaisdesvantagensdos air- l i f t quando comparados com os STRso:
Requer mais energia;
Nveis mais elevados de formao deespuma;
Danos celulares, principalmente nas
culturas de clulas animais. Isto ocorredevido as foras de cisalhamentolevarem ao estouro da bolha na
superfcie. 32Tisha Bordon - tishabordon.blogspot.com
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BIORREATORES COM FLUXOPISTONADO (PLUG-FLOW)
Um reator plug-f low(PFR):
um reator qumico onde o lquido(geralmente um gs) passacompletamente de modo coerente, ou
seja, de modo que o tempo deresidnciaseja o mesmo para todososelementos do fluido.
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Os reagentes miscveisou no-miscveis so
alimentados pelo fundoda coluna, fluem paracima atravs da zonaagitada e sai pelo topoda coluna.
As camisasde
aquecimento ou derefrigerao so usadaspara controlar a
temperatura da reao.Tisha Bordon - tishabordon.blogspot.com
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So usados para modelar atransformao qumica doscompostosenquanto so transportadosem sistemas que se assemelham s
tubulaes.A tubulao pode representar uma
variedade das canalizaesprojetadas
ou naturais atravs das quais oslquidos ou os gases fluem. (Exemplo:um rio, encanamentos, regies entreduas montanhas, etc.).
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Aplicaes
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Um reator ideal de fluxo pistonado tem umtempo de residncia fixo: todo o lquido(plug) que entrar no reator no tempotsair do
reator no tempo t+ , onde o a tempo deresidncia do reator.
Um reator real de fluxo pistonado tem umadistribuio do tempo de residncia como umpulso estreitoem torno da distribuio mdiado tempo de residncia.
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Plug-Flow Pistonado Ideal
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Um reator tpico do fluxo pistonadopoderia ser um tubo empacotado comalgum material contnuo (freqentementeum catalisador).
As reaes contnuas homogneas so
tipicamente plug-flow.
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Os lquidos reagentes so misturados
juntos e continuamente e o tempo deresidncia no reator muito curto. Esteestilo muito til para as reaes rpidas.
Em um teste, um reator de colunasubstituiu uma srie de CSTR's forneceu
um rendimento e uma pureza maiselevados.
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Revista de Graduao da Engenharia Qumica (ANO I No. 2
Jul-Dez 98);http://www.hottopos.com/regeq2/meio_seculo_de_engenharia_bioq.htm)
http://www.biologia.edu.ar/microind/producci%C3%B3n_de_penicilina.htm
Universidad de Guadalajara; Instituto Tecnolgico y deEstudios Superiores de Occidente, ITESO; Ral R. LealAscencio ; http://iteso.mx/~rleal/Coecytjal/Fund_bio.pdf
http://www.np.edu.sg/lsct/biochemical_engineering/lectures/bioreact1/bioreact2_1.htm
College of Engineering, University of Michigan;http://www.engin.umich.edu/~cre/asyLearn/bits/pfrfinal/ www.pilot-plant.com/ reactions.htm The Center for Public Environmental Oversight (CPEO);
http://www.cpeo.org/techtree/ttdescript/biorec.htm
http://www.bakker.org/cfm/webdoc12.htm 39
BIBLIOGRAFIA
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