A indústria de biotecnologia é um dos ramos mais promissores no desenvolvimento mundial de ciência e tecnologia pelo grande potencial para novas fontes de materiais, compostos químicos específicos e produtos alimentícios (como enzimas, aditivos, etc.)
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A indústria de biotecnologia possui misturas complexas, matéria-prima com variação natural, diferentes concentrações de biomassa e dentro da cadeia há uma combinação de sólidos, líquidos e gases. Tudo isso torna o monitoramento do processo um desafio. Para aprimorar os processos, aumentar a eficiência e reduzir custos medições online são uma boa estratégia. Mas como isso pode ser feito em condições desafiadoras?
Retirar amostras off-line é uma opção, mas até que as amostras sejam purificadas e analisadas, por exemplo por HPLC, é bem provável que as condições do processo tenham mudado. Medições online simples como análise de pH, temperatura, oxigênio dissolvido e densidade óptica fornecem informações limitadas sobre o processo. Além disso, não permitem determinar concentrações químicas, nem permitem que haja melhorias avançadas na eficiência como possibilitar o controle em malha fechada. Nesse ponto, apresentamos o IRmadillo.
O Irmadillo é um espectrômetro FTIR projetado especificamente para suportar as situações mais adversas em processos, como por exemplo suportar a limpeza CIP (clean-in-place) e esterilização SIP (sterilize-in-place). Isso significa que o instrumento pode ser instalado e ali ficará – sem necessidade de manutenção ou movimentação física. Ele opera em processos aeróbicos e anaeróbicos, contínuos ou em batelada, cultura celular e fermentação. Assim, independentemente do processo de biotecnologia industrial que você realiza, o IRmadillo pode ajudar a melhorá-lo, reduzir custos e aumentar os lucros.
O mundo da biotecnologia industrial é tão diverso quanto o da química clássica, com vários e diferentes processos e necessidade focados na fermentação e cultura celular. Alguns exemplos:
Crescimento de biomassa – cultivo de fungos como fonte de micoproteína, ou cultivo de levedura como um ingrediente para a produção de bebidas fermentadas, pães ou biocombustíveis;
Produção de enzimas através da fermentação e cultura celular animal;
Fontes renováveis de precursores químicos através de fermentação (como álcoois, glicóis, éteres, etc.);
Hidrólise enzimática de biomassa como precursores químicos e açúcares.
O exato processo pode ser sutilmente diferente para cada refinaria, mas em todos os casos consiste em uma linha upstream de entrada de matéria prima, o vaso de reação principal (seja aeróbica ou anaeróbica) e uma linha downstream com o processamento e purificação.
O controle de nutrientes e matéria-prima no biorreator pode ter um grande impacto na eficiência do bioprocesso. Por exemplo, em um processo alimentado por batelada (fed-batch), pode ser desejável controlar a dosagem de açúcares para otimizar a produção do produto em vez do crescimento da biomassa (ou vice-versa). Medir em tempo real os níveis de açúcares permite essa otimização independente da taxa de absorção. Da mesma forma, um nutriente essencial pode ser necessário para a saúde celular, mas se estiver em uma concentração excedente pode na verdade atrapalhar o processo. Além disso, um produto obtido no processo pode ser tóxico para o organismo utilizado, então é necessário ter o controle fino de operar com a maior concentração possível para otimizar lucros, mas sem comprometer a viabilidade do organismo. O IRmadillo permite monitorar todas essas concentrações simultaneamente e oferece o controle preciso necessário para alcançar um processo otimizado.
A purificação no processo downstream pode ser controlada por meio do monitoramento em tempo real das correntes do processo, como a verificação de passagem de proteínas em um processo de filtração ou a identificação de contaminantes no produto final. Por fim, ao monitorar a água reciclada, é possível quantificar marcadores importantes, como ácidos lático e acético, que podem indicar uma contaminação bacteriana que precisará ser resolvida — especialmente em processos que não utilizam SIP.
Como o IRmadillo lida com a bioincrustração?
Instalações que funcionam por batelada em geral não apresentam esse problema, por conta da limpeza CIP a cada fim de processo. Assim, quando é limpo o reator, a sonda é limpa também, impedindo o crescimento do biofilme. Em processo contínuos, aí sim necessita-se ficar atento ao problema de incrustração ao longo do tempo. Mas com o IRmadillo isso é facilmente identificado pela escaneamento da ponto da probe que mostra se a ponta está limpa e alerta se houver necessidade de limpeza (Pensando na instalação, indicamos que o IRmadillo esteja num by-pass, para que a limpeza ocorra de forma simples).
Meu processo possui apenas portas Ingold de 25 mm – como posso usar uma sonda de 38 mm?
O IRmadillo foi projetado com foco na robustez e confiabilidade, o que significa que ele possui uma sonda com diâmetro ligeiramente maior do que os processos de menor escala geralmente utilizam. Mas o IRmadillo oferece uma variedade de opções como uma porta Ingold de 40 mm, conexão sanitária ou flange, possibilitando a instalação direta do instrumento em tanques e tubulações maiores. Mas também há opções utilizando circuitos de recirculação e células de fluxo, então, mesmo que a sonda seja maior que as portas do seu processo, isso não significa que você não possa aproveitar os benefícios do IRmadillo!
Ao medir a biomassa, a alta concentração de sólidos afeta o instrumento?
O IRmadillo utiliza um fenômeno conhecido como reflexão total atenuada (ATR) para direcionar luz na mistura, enquanto mantém uma vedação na extremidade da sonda. Isso significa que a luz do instrumento penetra cerca de 2 µm no líquido. Como resultado, o IRmadillo "enxerga" o líquido de forma muito intensa, enquanto os sólidos ficam menos visíveis (pois são maiores que a profundidade de penetração da luz).Assim, o IRmadillo é praticamente insensível à densidade de sólidos e já demonstrou funcionar bem em soluções com alta carga de sólidos, como polpas e xaropes. Embora o instrumento já tenha sido utilizado para fazer correlações com os níveis de biomassa, recomendamos outras tecnologias, como a medição por capacitância, para monitorar a biomassa de forma mais precisa.
O IRmadillo possibilita melhor controle dos processos industriais fornecendo dados em tempo real das reações químicas. O IRmadillo é um espectrômetro de infravermelho médio com aplicação prática para os diferentes seguimentos industrais.
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