Ensaios contínuos

Foram realizados quatro ensaios contínuos, utilizando-se reatores BIOFLO III (New Brunswick Scientific Co.) de 5 L de capacidade, nas seguintes condições: agitação de 500 rpm, vazão específica de aeração de 1 vvm, 30 oC e pH 7,0.

Nesses ensaios, foi realizada uma etapa descontínua inicial de 16 horas (correspondente ao final da fase exponencial de crescimento) e, a partir desse

instante, promoveu-se a alimentação de meio de cultura e de retirada de caldo, a uma vazão constante, mantendo-se um volume útil de 4,0 L.

O ensaio C-1 foi realizado com uma vazão específica de alimentação D = 0,1 h-1 (400 mL/h). O ensaio C-2 foi realizado com uma vazão específica de alimentação D = 0,2 h-1 (800 mL/h), conforme esquematizado na tabela 3.6. No ensaio C-3, foram estudados dois estados estacionários: no primeiro (C-3a), utilizou-se um valor de D = 0,05 h-1 (200 mL/h) e no segundo estado estacionário (C-3b), a vazão foi aumentada, para que se tivesse um valor de D = 0,25 h-1 (1000 mL/h), conforme a tabela 3.6. No ensaio C-4, foram estudados mais dois estados estacionários: no primeiro (C-4a), utilizou-se um valor de D = 0,03 h-1 (120 mL/h) e no segundo estado estacionário (C-4b), a vazão foi aumentada, para que se tivesse um valor de D = 0,30 h-1 (1200 mL/h), conforme a tabela 3.6.

3.3.2.1 Aspectos práticos na execução dos ensaios contínuos

De uma maneira geral, a implementação dos ensaios contínuos não apresentou grandes dificuldades, para cultivos desta cepa de Streptomyces olindensis, com uma rápida estabilização do sistema e a obtenção de um estado estacionário bem definido. No entanto, durante a execução dos ensaios, algumas dificuldades apareceram, entre as quais podemos destacar:

a. Montagem do sistema contínuo

A alimentação de meio de cultura nos ensaios contínuos foi realizada por meio de uma bomba peristáltica (Scilog Tandem Modelo 1081), o mesmo acontecendo com a retirada de caldo de fermentação (bomba peristáltica Easy Load Masterflex Scilog Modelo 7518-00). A bomba de entrada era previamente calibrada na vazão desejada e a bomba de saída era acionada continuamente a uma vazão muito maior do que a bomba de entrada. A retirada de caldo de fermentação era realizada de forma a se manter o nível constante, através de um dispositivo de saída lateral, ajustado para que o nível do tanque se mantivesse em 4,0 L (sistema adotado por Aguero (1998), em cultivos de Aspergillus awamori), de acordo com a figura 3.1.

Figura 3.1 Esquema de alimentação de

meio e de retirada de caldo de fermentação, nos ensaios contínuos

Esse sistema de retirada de caldo, entretanto, não é o mais indicado. O ideal seria a utilização de um sistema de retirada que controlasse o nível do líquido pela massa do reator (reator sobre uma balança acoplada à bomba de saída), o qual possibilitaria um controle mais preciso do processo. No entanto, o sistema utilizado conduziu a bons resultados. A figura 3.2 mostra um esquema da montagem do reator.

b. Formação de espuma e utilização de antiespumante

Durante o crescimento, geralmente ocorre a formação de espuma nos cultivos de microrganismos. A formação de espuma traz alguns inconvenientes, como alteração do nível de líquido no reator, o que pode prejudicar o estabelecimento do estado estacionário. A adição de antiespumante, por outro lado, altera as propriedades do caldo de fermentação, interferindo principalmente no oxigênio dissolvido, como será discutido no item 4.6.1 (figura 4.136). Nessa figura, o perfil de oxigênio dissolvido durante o ensaio C-1 apresentou algumas perturbações, as quais coincidiram com os instantes de adição de antiespumante. Nesse ensaio foi utilizado um antiespumante à base de silicone, diluído na proporção 1:2 com água destilada, o qual era injetado no reator quando havia a formação de espuma. A injeção do antiespumante provocava diminuição no nível de líquido no reator, prejudicando a saída de caldo de fermentação. Para evitar essas perturbações, optou-se por utilizar nos ensaios seguintes uma suspensão de antiespumante diluída na proporção de 1:20 com água destilada. Além disso, nos balões de alimentação também foi adicionado o antiespumante, a fim de que este fosse introduzido continuamente no reator. Esses procedimentos praticamente resolveram o problema da formação de espuma durante o cultivo, evitando interferências no cultivo.

c. Troca de balões de alimentação

Nos ensaios contínuos, o período de alimentação deve ser suficiente para a estabilização do sistema e a obtenção de um estado estacionário bem caracterizado. Nos ensaios realizados, em cada estado estacionário, a alimentação foi realizada durante cerca de 5 a 8 tempos de residência, o que resultou em ensaios longos. Para isso, vários balões de alimentação (balões de 10 L) tiveram que ser utilizados durante os cultivos. A fim de se evitar horários inconvenientes de troca de balões, optou-se por se utilizar balões ligados em série. Dessa forma, o primeiro balão era ligado à bomba de alimentação e o segundo balão era ligado em série ao primeiro, como mostra a figura 3.3.

Figura 3.3 Conexão de balões em série, para

alimentação contínua do reator.

d. Sistema de segurança para a saída de gases do reator

Um outro problema que pode acontecer não só durante os cultivos contínuos, mas também em outros tipos de processos (descontínuos, descontínuos alimentados) é o entupimento do filtro presente na saída de gases do reator, o que pode causar pressurização e até explosão do reator. Por isso, torna-se necessário implementar um sistema de segurança na saída de gases do reator, de forma a proteger o filtro de saída de entupimentos. A figura 3.4 apresenta o esquema do sistema de segurança adotado, composto por um frasco erlenmeyer de 1,0 L de capacidade, conectado na saída do condensador do reator, antes do filtro. No caso de entupimento do filtro, esse frasco é pressurizado e em caso de pressão excessiva, ocorre a liberação da rolha, evitando a pressurização do biorreator.

Figura 3.4 Sistema de segurança na saída de gases do

Tabela 3.6 Ensaios contínuos realizados (C-1, C-2, C-3 e C-4).

Ensaio Descrição

C-1

Volume Inicial = 4,0 L

Início da alimentação = 16 horas Vazão de alimentação = 400 mL/h

Vazão específica de alimentação: D = 0,1 h-1 Tempo de residência = 10 horas

Tempo total de alimentação = 80 horas

Composição da alimentação: meio R5 Modificado.

C-2

Volume Inicial = 4,0 L

Início da alimentação = 16 horas Vazão de alimentação = 800 mL/h

Vazão específica de alimentação: D = 0,2 h-1 Tempo de residência = 5 horas

Tempo total de alimentação = 36 horas

Composição da alimentação: meio R5 Modificado.

C-3a

Primeira etapa do ensaio contínuo C-3 Volume Inicial = 4,0 L

Início da alimentação = 16 horas Vazão de alimentação = 200 mL/h

Vazão específica de alimentação: D = 0,05 h-1 Tempo de residência = 20 horas

Tempo total de alimentação = 80 horas

Composição da alimentação: meio R5 Modificado.

C-3b

Segunda etapa do ensaio contínuo C-3 Vazão de alimentação = 1000 mL/h

Vazão específica de alimentação: D = 0,25 h-1 Tempo de residência = 4 horas

Tempo total de alimentação = 24 horas

Tabela 3.6 Ensaios contínuos realizados (C-1, C-2, C-3 e C-4) - continuação

Ensaio Descrição

C-4a

Primeira etapa do ensaio contínuo C-4 Volume Inicial = 4,0 L

Início da alimentação = 16 horas Vazão de alimentação = 120 mL/h

Vazão específica de alimentação: D = 0,03 h-1 Tempo de residência = 33 horas

Tempo total de alimentação = 152 horas

Composição da alimentação: meio R5 Modificado.

C-4b

Segunda etapa do ensaio contínuo C-4 Vazão de alimentação = 1200 mL/h

Vazão específica de alimentação: D = 0,30 h-1 Tempo de residência = 3,3 horas

Tempo total de alimentação = 32 horas

Composição da alimentação: meio R5 Modificado.