Oxigênio dissolvido

O que é oxigênio dissolvido?

Oxigênio dissolvido é a quantidade de oxigênio molecular presente em um líquido e disponível para células, microrganismos e reações químicas. Em bioprocessos, esse parâmetro indica o equilíbrio entre o oxigênio transferido da fase gasosa para o meio de cultura e o oxigênio consumido pela atividade metabólica.

O oxigênio dissolvido também é conhecido pela sigla OD, em português, ou DO, do inglês dissolved oxygen. A concentração pode ser expressa em miligramas por litro, partes por milhão ou porcentagem de saturação. Em biorreatores e microbiorreatores, a porcentagem de saturação é frequentemente utilizada para monitorar e controlar cultivos aeróbios.

Como o oxigênio dissolvido é medido?

A medição pode ser realizada por sensores eletroquímicos ou ópticos. Sensores eletroquímicos, como os polarográficos, medem uma corrente relacionada à redução do oxigênio em um eletrodo. Eles podem consumir uma pequena quantidade de oxigênio durante a análise e exigem cuidados com membranas e eletrólitos.

Sensores ópticos, também chamados de optodos, utilizam um material luminescente cuja resposta é alterada pela presença de oxigênio. Esses sensores não consomem oxigênio durante a leitura e podem ser incorporados a placas de microtitulação, frascos e biorreatores.

A escolha do sensor deve considerar faixa de medição, tempo de resposta, temperatura, pressão, necessidade de esterilização e compatibilidade com o meio. A calibração e a compensação de temperatura são importantes para obter resultados confiáveis.

O que influencia a concentração de oxigênio dissolvido?

A solubilidade do oxigênio e sua transferência para o líquido são influenciadas por diferentes fatores:

• temperatura e pressão do sistema;
• composição e vazão do gás fornecido;
• velocidade de agitação e tipo de impelidor;
• tamanho e distribuição das bolhas;
• viscosidade e composição do meio;
• concentração e atividade metabólica das células;
• geometria e volume do biorreator.

Em geral, o aumento da temperatura reduz a solubilidade do oxigênio. Em cultivos celulares, o crescimento da biomassa pode elevar rapidamente o consumo e provocar limitação de oxigênio, mesmo quando a agitação e a aeração permanecem constantes.

Controle do oxigênio dissolvido em biorreatores

Quando o valor medido fica abaixo do ponto programado, o sistema de controle pode aumentar a agitação, elevar a vazão de ar, enriquecer o gás com oxigênio ou modificar a pressão. Essa sequência de respostas é conhecida como controle em cascata.

O objetivo não é necessariamente manter o maior valor possível, mas estabelecer uma faixa adequada ao organismo e ao processo. Oxigênio insuficiente pode limitar o crescimento ou alterar a formação de produtos. Valores excessivos podem aumentar o estresse oxidativo, gerar espuma e elevar os custos de operação.

Aplicações em laboratórios e indústrias

O monitoramento de oxigênio dissolvido é utilizado em fermentação microbiana, cultivo celular, produção de proteínas, desenvolvimento de vacinas, tratamento de efluentes, aquicultura, controle da qualidade da água e pesquisas ambientais.

Em microbiorreatores, a medição paralela permite comparar cepas, meios e estratégias de alimentação. Em escala industrial, o parâmetro ajuda a controlar a transferência de oxigênio e a identificar mudanças no metabolismo ou no desempenho do processo.

Qual é a diferença entre oxigênio dissolvido e concentração de oxigênio no gás?

O oxigênio no gás descreve a composição da atmosfera fornecida ao sistema. O oxigênio dissolvido indica quanto desse gás está efetivamente disponível no líquido. Os valores estão relacionados, mas também dependem da transferência de massa e do consumo celular.

O que significa 100% de saturação de oxigênio?

Significa que o líquido atingiu equilíbrio com uma condição de referência definida durante a calibração. Não significa que o líquido seja composto por oxigênio puro. A concentração correspondente varia com temperatura, pressão, salinidade e composição do gás.

Por que o oxigênio dissolvido diminui durante o cultivo?

A redução geralmente ocorre quando o consumo de oxigênio pelas células aumenta mais rapidamente do que sua transferência para o meio. Quedas também podem indicar alterações de agitação, aeração, viscosidade ou funcionamento do sistema.