Vinagre, etanol, penicilina, vacina, insulina, mudas de plantas: você sabe o que todos esses produtos têm em comum? Todos são produzidos a partir de biorreatores!
E o que são biorreatores? São equipamentos capazes de transformar matérias-primas (substratos) em produtos, utilizando agentes biológicos como células, enzimas ou microrganismos. Essa transformação normalmente dá origem a um processo fermentativo.
Grande parte dos biorreatores são usados em processos fermentativos, seja em escala laboratorial, planta piloto ou industrial (Figura 01) e tratam-se de frascos/recipientes passíveis de serem controlados quanto a temperatura, pressão, pH, agitação, espuma e outros parâmetros.
Dentre esses parâmetros, a temperatura garante que o microrganismo selecionado cresça de maneira adequada e também pode ser uma forma de indução para obter um produto de interesse como uma proteína, por exemplo. O pH também se faz fundamental, pois interfere no crescimento celular e no rendimento do processo e por isso é ideal que seja bem estabelecido. A agitação, por outro lado, tem o papel de garantir uma boa transferência de massa e calor, mantendo o meio homogêneo ao longo do processo fermentativo. Lembrando que cada parâmetro será ajustado conforme a necessidade e características do processo!
Figura 01. Esquema de biorreatores em estágio de bancada, piloto e industrial, conforme a capacidade de trabalho. Fonte: https://goo.gl/g71XZ.
Cada processo fermentativo apresenta uma série de etapas, cuja finalidade é a obtenção de produtos de interesse. E a biotecnologia tem um papel primordial nesse processo, uma vez que ela está presente em todas as fases, desde a escolha do agente biológico e da manipulação genética (se necessária) à otimização dos parâmetros de cultivo e das etapas de purificação. Na Figura 02 você pode ver um exemplo genérico dos passos necessários para que o processo ocorra). Tudo graças à multidisciplinaridade desta área do conhecimento!
Figura 02. Representação de um processo fermentativo genérico. Fonte: https://goo.gl/g71XZ.
Cada processo se utiliza de um meio de cultura adequado e um agente biológico que apresente condições ótimas de cultivo. Por essa razão, existe no mercado uma enorme variedade de modelos de biorreatores, de forma a atender aos diferentes processos fermentativos, todos com suas vantagens e desvantagens. Veja alguns exemplos na figura a seguir:
Figura 03. Exemplos de biorreatores. (a) reator agitado mecanicamente; (b) coluna de bolhas; (c) reator do tipo “air lift”; (d) reator de fluxo pistonado; (e) reator de leito fixo; (f) reator de leito fluidizado; (g) reator de membrana plana; (h) reator de fibra oca. Fonte: https://goo.gl/zpr5xx
O modelo mais utilizado industrialmente é o biorreator agitado mecanicamente, devido às facilidades para trabalhar com microrganimos comumente conhecidos como Saccharomyces cerevisiae. Nele, a homogeneização do meio se dá por meio de um motor de agitação e é possível acoplar sistemas de controle de pH, espuma e temperatura, indispensáveis para o processo. Confira a representação abaixo:
Figura 04. Representação do reator agitado mecanicamente e seus componentes básicos. Autora da imagem (traduzida) do biorreator: Daniele Pugliesi.
Você já ouviu falar no glutamato monossódico? Ele é muito utilizado na indústria alimentícia para realçar os sabores dos alimentos e a empresa Ajinomoto o produz por meio de um processo fermentativo mostrado na figura abaixo. Olha só!
No esquema abaixo, é possível perceber que a produção de glutamato monossódico é um processo fermentativo, que utiliza como matéria-prima a cana de açúcar e microrganimos de interesse que são capazes de produzir esse sal e liberá-lo para o meio fermentativo, que, posteriormente, passará por etapas de purificação até obtenção dos cristais – produto final.
Figura 05. Representação do processo de produção do glutamato monossódico. Fonte: https://goo.gl/ascpc9.
Existem ainda biorreatores com a finalidade de produção de mudas de plantas. Há uma proposta da EMBRAPA (Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária) que, com os ajustes adequados a cada espécie, proporcionou a obtenção de mudas de plantas com mais higiene, economia e segurança!
Portanto, quando você for abastecer seu carro, tomar um antibiótico ou beber um vinho, lembre-se que eles podem ter vindo de um biorreator e que a biotecnologia está por trás disso tudo! O Elielbert Soares fez o trabalho de conclusão de curso dele construindo um biorreator. Que tal você fazer sua própria cerveja em casa? Com biorreatores, você pode!
Referências:
EMBRAPA. Biorreator, 2005. Disponível em:< https://www.embrapa.br/documents/1355163/1994200/fold2005-12_biorreatores.pdf/f00b49cf-4c98-47f8-95ae-fb13d80a9d1b>. Acesso: Jan. 2018.
Schmidell W, Lima UA, Aquarone E, Borzani W. Biotecnologia Industrial: Engenharia Bioquímica. Volume 2. Ed Edgard Blücher LTDA, São Paulo, 2001.
Revisado por Thais SempreBom & Mariana Pereira
