Bioprocesso

O que é bioprocesso?

Bioprocesso é um processo que utiliza células, microrganismos, componentes celulares ou enzimas para produzir, transformar ou purificar substâncias de interesse. Essa abordagem combina conhecimentos de biologia, microbiologia, bioquímica e engenharia para controlar fenômenos como crescimento celular, consumo de nutrientes e formação de produtos.

Os bioprocessos são empregados na produção de medicamentos, vacinas, proteínas recombinantes, enzimas, alimentos fermentados, biocombustíveis, produtos químicos e biomateriais. Também podem ser utilizados no tratamento de resíduos e na remoção biológica de contaminantes.

Como funciona um bioprocesso?

Um bioprocesso começa com a seleção do organismo, da célula ou da enzima adequada ao produto desejado. Em processos celulares, o material biológico é cultivado em um meio que fornece fontes de carbono, nitrogênio, sais, vitaminas e outros nutrientes.

Durante o cultivo, equipamentos como incubadoras, agitadores, microbiorreatores, fermentadores e biorreatores ajudam a controlar as condições do processo. Entre os principais parâmetros monitorados estão:

• temperatura e velocidade de agitação;
• pH e oxigênio dissolvido;
• biomassa e crescimento celular;
• composição e vazão dos gases;
• concentração de nutrientes e metabólitos;
• estratégia de alimentação do cultivo.

Os dados obtidos permitem comparar condições e ajustar o processo para melhorar produtividade, rendimento e reprodutibilidade. Dependendo da forma de alimentação, o cultivo pode operar em modo batelada, batelada alimentada ou contínuo.

Etapas upstream e downstream

O desenvolvimento de um bioprocesso costuma ser dividido em upstream e downstream. O upstream reúne as atividades anteriores à recuperação do produto, incluindo seleção da linhagem, preparação do meio, desenvolvimento do inóculo, cultivo e fermentação.

O downstream compreende as operações usadas para recuperar, concentrar e purificar o produto. Essas operações podem incluir centrifugação, filtração, ruptura celular, precipitação, cromatografia e secagem. A escolha depende da localização do produto, de sua estabilidade e do grau de pureza necessário.

Aplicações dos bioprocessos em laboratórios e indústrias

Em laboratórios de pesquisa, os bioprocessos são utilizados para estudar microrganismos, avaliar meios, selecionar linhagens, comparar estratégias de alimentação e desenvolver métodos de escalonamento. Microbiorreatores permitem testar dezenas de condições paralelamente utilizando volumes reduzidos.

Na indústria, os bioprocessos são aplicados nos setores farmacêutico, biotecnológico, alimentício, químico, agrícola, ambiental e energético. Entre os produtos obtidos estão anticorpos, antibióticos, ácidos orgânicos, aminoácidos, enzimas industriais, culturas probióticas e biomassa microbiana.

Qual é a diferença entre bioprocesso e fermentação?

Fermentação é uma operação biológica utilizada em muitos bioprocessos, mas os termos não são totalmente equivalentes. Um bioprocesso pode incluir cultivo aeróbio, reações enzimáticas, recuperação, purificação e outras etapas além da fermentação.

Quais equipamentos são usados em um bioprocesso?

Os equipamentos dependem da escala e da aplicação. Os mais comuns incluem incubadoras, agitadores, microbiorreatores, biorreatores, centrífugas, sistemas de filtração, analisadores de gases, sensores de pH e oxigênio dissolvido e equipamentos de cromatografia.

Como um bioprocesso é transferido para uma escala maior?

O escalonamento considera fatores como mistura, transferência de oxigênio, geometria do reator, potência por volume, produção de calor e alimentação. A condição desenvolvida em pequena escala precisa ser validada progressivamente antes da produção industrial.