Aula 5 Esterilizacao de Meios

Esterilização de meios de cultura Disciplina: Engenharia Bioquímica Profa. Marcia Pedrini Fundamentos

Esterilização dos meios de fermentação Em escala industrial podemos considerar dois processos de esterilização de meios, utilizando-se vapor como fluido de aquecimento: o processo descontínuo (batelada) e o processo contínuo Processo descontínuo

O meio é colocado no biorreator e aquecido com vapor saturado (calor úmido)

Esterilizam-se simultaneamente simultaneamente o meio e o biorreator 

Esterilização dos meios de fermentação O aquecimento do sistema pode ser efetuado:

Borbulhando-se diretamente vapor no meio

Vapor direto

Passando-se vapor por uma serpentina mergulhada no meio ou por uma camisa que envolve o biorreator

Vapor indireto

Esterilização dos meios de fermentação Na esterilização descontínua distinguem-se três fases nitidamente: a) Aquecimento ≈120 C b) Esterilização c) Resfriamento °

Esterilização dos meios de fermentação Algumas desvantagens descontínua:

da

esterilização

a) Manutenção do meio em temperaturas relativamente altas (acima 100 C); b) Elevados consumos de vapor (no aquecimento) e de água (no resfriamento) c) Problemas de corrosão; d) Tempo  “não produtivo”  relativamente elevado; °

Esterilização dos meios de fermentação Cinética da destruição térmica de micro-organismos A velocidade de destruição pelo calor úmido de MOs depende dos seguintes fatores: a) Micro-organismo b) Meio b) Temperatura

Esterilização dos meios de fermentação Cinética da destruição térmica de micro-organismos No estudo da destruição térmica de microorganismos, costuma-se definir um outro parâmetro: o tempo de redução decimal, indicado por D. É o tempo necessário para reduzir o número de micro-organismos a 1/10 do valor inicial (ou seja, para destruir 90% dos micro-organismos vivos existentes).

Esterilização dos meios de fermentação Cálculo do tempo de esterilização Processo descontínuo

Expressão que nos permite calcular o tempo necessário para reduzir o número de micro-organismos vivos de N0 até N;

Esterilização dos meios de fermentação Problemas da aplicação da equação 1 ) Meios de fermentação a esterilizar não possuem uma única espécie de MO a ser destruída; °

2 ) A constante de velocidade k  depender, também, do meio e da temperatura; °

3 ) As células microbianas podem se encontrar na forma de aglomerados, ou ainda partículas sólidas (inertes); °

4 ) Finalidade da esterilização é destruir todos  os MOs vivos existentes no meio, N = 0-> a equação não aplicável; °

Esterilização dos meios de fermentação Definição de probabilidade de falha

Et  - número total de operações de esterilização realizadas nas mesmas condições; Ef  - número de operações de esterilização que falharam, isto é, não conduziram a um meio esterilizado;

Esterilização dos meios de fermentação Para o cálculo do tempo de esterilização por  processo descontínuo, precisamos conhecer: a) b) c) d) e) f)

o número inicial de células vivas no meio (N1); a probabilidade de falha (P); as curvas de aquecimento e de resfriamento do meio; a temperatura mínima letal (Tm); a temperatura de esterilização (Te) a variação de k  com a temperatura;

Esterilização dos meios de fermentação -> no aquecimento

-> no resfriamento

-> na esterilização

Esterilização dos meios de fermentação Processo contínuo

O meio e o biorreator são aquecidos com calor úmido separadamente

Vapor Tubo de espera Injetor

biorreator V TC1

Meio

TC2 Água

Esterilização dos meios de fermentação Variação da temperatura do meio durante a esterilização contínua Ti – temperatura inicial; Tf  – temperatura final do meio esterilizado; Te – temperatura de esterilização; Tm – temperatura mínima letal; Θ – tempo de esterilização;

Esterilização dos meios de fermentação Quais são as vantagens desse processo?? a) Trabalha a temperatura mais elevada, são rápidas as operações de aquecimento e arrefecimento; tempo de contato do meio com altas temperaturas é curto; menor será a destruição da composição do meio; b) Tubo de espera por ser de dimensões reduzidas pode ser construído com ligas especiais evitando contaminação metálica;

Esterilização dos meios de fermentação Quais são as vantagens desse processo?? c) Quando o meio tem elevada densidade/viscosidade este processo dispensa os motores que seriam necessários para fazer agitação do meio; d) Economia de vapor e água de arrefecimento;

Esterilização dos meios de fermentação Condições contínuos

de

operação

dos

esterilizadores

a) b) c) d) e) f)

Vapor de aquecimento: pressão de 6,8 a 8,5 atm; Bomba do mosto (meio) não esterilizado Diâmetro do tubo de espera: 10 a 30 cm; Tempo de enchimento do biorreator: não > que 8h; Velocidade do meio no tubo de espera: 3 a 60cm/s Número de Reynolds no tubo de espera: 36.000 a 80.000; g) Temperatura de esterilização: 130 a 165 C; °

Esterilização dos meios de fermentação Cálculo do tempo de esterilização

Como na esterilização por processo contínuo, tanto o aquecimento quanto o resfriamento do meio são muito rápidos...despreza-se esses tempos;

Esterilização dos meios de fermentação Fixado o meio e o micro-organismo, como a temperatura afeta k?? Equação de Arrhenius

Esterilização dos meios de fermentação Fixado o meio e o micro-organismo, como a temperatura afeta k?? Equação de Arrhenius

Esterilização dos meios de fermentação Destruição dos nutrientes consequência da esterilização Aquecimento do meio

do

meio

como

Pode levar alterações na composição do meio

Ex.: decomposição de vitaminas reações entre glicose e a.a.

Esterilização dos meios de fermentação Destruição dos nutrientes consequência da esterilização Quanto mais elevada a temperatura escolhida para destruição de uma certa quantidade de MOs do meio

do

Menor destruição dos nutrientes

meio

como

Melhores resultados obtidos no processo

Porque energia de ativação de destruição de MOs (65 a 85 kcal/mol) > Energia de destruição térmica dos nutrientes