, INDICE Lista de Autores . V Nota Introdutória . XXI Agradecimentos . XXII Prefácio . XXIII Nomenclatura . Parte I - FUNDAMENTOS . 1 . 3 I. Estequiometria e Cinética dos Processos Microbianos XXV M Manuela da Fonseca 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 Introdução.... Estequiometria 3 3 das reacções. 1.2.1 Composição das células microbianas............................................................................. 1.2.2 Equação macroquímica do crescimento microbiano 1.2.3 Grau de redução Cinética de crescimento, consumo e produção l.3.1 Modelos não estruturados de crescimento e morte l.3.1.1 Na ausência de inibição 3 4 6 7 8 8 1.3.1.2 Com inibição.................................................................................................................. 1.3.l.2.1 Inibição pelo substrato l.3.l.2.2 Inibição pelo produto ou por compostos tóxicos 1.3.1.3 Morte celular.................................................................................................................. l.3 .l.4 O crescimento de microrganismos fi1amentosos li li 12 12 12 1.3.2 Consumo de substratos 1.3.2.1 Manutenção.................................................................................................................... 1.3.2.2 Factores de rendimento.................................................................................................. 13 14 15 1.3.2.2.1 Biomassa/substrato..................................................................................................... 1.3.2.2.2 Outros......................................................................................................................... l.3.2.3 Consumo de substratos fornecidos através de uma fase gasosa 1.3.3 Formação de produtos.................................................................................................... l.3.3.1 Produtos associados e produtos não associados ao crescimento 1.3.3.2 Formação de CO2..................•.............•.......••.......................................•.•.•.••.•.•.•.•.•........ 15 16 16 19 19 20 l.3.3.3 Efeito das condições ambientais Equações gerais de balanço à biomassa, substratos e produtos Exercícios 21 24 25 2. Geometrias e Modos de Operação 27 José A. Teixeira, M Manuela da Fonseca, António A. Vicente 2.1 2.2 Introdução Geometrias-tipo: 2.2.1 2.2.2 reactores com e sem agitação mecânica......................................................... Tanque agitado............................................................................................................... Leito fixo........................................................................................................................ © LIDEL - Edições Técnicas Lda. 27 27 27 28 IX Reactores Biológicos - Fundamentos e Aplicações 2.2.3 2.2.4 2.2.5 2.3 Modos 2.3.1 ~2.3.2 C5'i/ ---O 2.3.3 2.4 2.5 2.6 Leito fluidizado.............................................................................................................. Coluna de bolhas............................................................................................................ Reactor de circulação por arejamento (air-lift).............................................................. de operação Reactor descontínuo :. ~..~ Reactor contínuo com fluxo pistão Reactor continuo com mistura perfeita 29 30 30 32 -:)4 36 37 2.3.3.1 CSTR limitado por um substrato fornecido pela corrente líquida 2.3.3.2 CSTR limitado por um substrato fornecido pela corrente gasosa.................................. 39 42 2.3.3.3 2.3.3.4 2.3.4 2.3.4.1 2.3.4.2 2.3.5 44 45 48 48 5J 51 CSTR limitado por dois substratos CSTR com recirculação Associação de biorreactores........................................................................................... CSTRs associados em série Associação CSTR-CPFR Reactor com a imentação escalonada 2.3.5.1 Caudal de alimentação constante 2.3.5.2 Caudal de alimentação exponencial............................................................................... 54 54 2.3.5.3 Outros modos de alimentação escalonada Outras configurações/modos de operação.................................................................................. 2.4. I Reactores de alta densidade celular 56 56 56 2.4.2 Reactores para fermentação em fase sólida Selecção de um reactor biológico Exercícios................................................................................................................................... 59 61 63 3. Mistura............................................................................................................................................... 69 Sebastião S. Alves, José A. Teixeira, Jorge M. T Vasconcelos, Nuno Reis 3.1 3.2 Introdução: a importância da mistura......................................................................................... Fundamentos 69 69 3.3 Biorreactores descontínuos: o tempo de mistura 3.3.1 Reactores com agitação mecânica 3.3.1.1 Tempo de mistura, sistemas sem arejamento................................................................. 3.3.1.2 O efeito do arejamento................................................................................................... 3.3.1.3 Suspensão de sólidos...................................................................................................... 3.3.2 Coluna de bolhas............................................................................................................ 71 72 75 76 77 78 3.3.3 Reactores com circulação induzida pela diferença de densidade de fases........................... 3.3.3.1 A circulação da fase líquida........................................................................................... 3.3.3.2 A mistura em reactores air-lift 3.3.3.3 Suspensão de sólidos...................................................................................................... 3.3.3.4 Um estudo de caso - mistura em reactores air-lift trifásicos......................................... Biorreactores em contínuo: desvios à idealidade 79 80 82 83 84 90 3.4.1 3.4.2 3.4.3 3.4.3.1 3.4.3.2 90 92 93 94 95 3.4 X D~tribuição de tempos de residênci~ ..:........................................................................... Determinação da DTR Modelos de fluxo não-ideal Modelo de reactor pistão com dispersão axial............................................................... Modelo de reactores agitados em série © LIOEL - Edições Técnicas Lda. Índice 3.4.3.3 Outros modelos hidrodinâmicos 98 4. Transferência de Massa rT03- José A. Teixeira, António A. Vicente, Isabel Belo 4.1 4.2 Introdução. 4.1.1 Transferência 4.1.2 Transferência 4.1.3 Transferência de massa por difusão molecular de massa por convecção.......................................................................... de massa através de uma película 103 105 105 106 Transferência de massa gás-líquido 4.2.1 Correlações empírica para o KLa................................................................................... 107 4.2.2 Transferência de massa de oxigénio 4.2.2.1 Balanço ao oxigénio num biorreactor 4.2.2.2 Determinação da capacidade de transferência de oxigénio 4.2.2.2.1 Métodos em estado transiente 4.2.2.2.2 Métodos em estado estacionário Estratégias alternativas de fornecimento de oxigénio................................................................ 111 111 112 112 114 115 Transferência de massa na fase líquida...................................................................................... Transferência de massa líquido-sólido....................................................................................... 4.5.1 Correlações empíricas para o K 4.5.2 Balanço de massa........................................................................................................... Transferência de massa na fase sólida 116 117 118 118 119 4.6.1 Determinação de Dz na ausência de limitações externas à transferência de massa.......... 120 4.6.2 Determinação de Dz na presença de limitações externas à transferência de massa.......... 121 5. Transferência de Calor e Esterilização......................................................................................... 125 4.3 4.4 4.5 4.6 109 Dina Mateus, M Manuela da Fonseca 5.1 Introdução 125 5.2 Transferência de calor 5.2.1 Balanço de energia......................................................................................................... 5.2.1.1 Calor de reacção biológica............................................................................................. 5.2.1.2 Variação de entalpia entre as correntes de entrada e saída.... 5.2.1.3 Trabalho realizado pela agitação mecânica e arejamento.............................................. 5.2.1.4 Calor trocado com o exterior 125 125 126 128 129 129 5.2.1.4.1 Diferença média de temperaturas............................................................................... 5.2.1.4.2 Coeficiente global de transferência de calor Esterilização de meios de cultura pelo calor 13 I 132 136 5.3.1 5.3.2 5.3.3 5.3.4 137 140 142 144 5.3 5.4 Cinética da sobrevivência dos microrganismos ao calor Critérios de esterilização................................................................................................ Esterilização em descontínuo......................................................................................... Esterilização em contínuo ,........................................................................ Exercícios................................................................................................................................... 147 6. Medição das Variáveis Principais................................................................................................. 153 Maria Henriques L. Ribeiro, Bruno Sommer Ferreira 6.1 Introdução 153 © LIDEL- Edições Técnicas Lda. XI Reactores Biológicos - Fundamentos e Aplicações 6.2 Medição da biomassa................................................................................................................. 6.2.1 Métodos de determinação do número de células 153 154 6.2.2 Métodos de determinação da massa de células.............................................................. 6.2.3 Medições in situ e em linha 6.2.3.1 Sensores ópticos............................................................................................................. 6.2.3.1.1 Sensores de fluorescência 6.2.3.2 Métodos calorimétricos.................................................................................................. 6.2.3.3 Medição da capacitância................................................................................................ 155 156 157 158 159 160 6.2.304 Outras técnicas de análise da biomassa Medição da temperatura 604 Medição de pH 6.5 Medição do oxigénio dissolvido 6.6 Medições na fase gasosa 6.6.1 Análise quantitativa de correntes gasosas 6.3 6.7 160 161 163 164 166 167 6.6.1.1 Analisador paramagnético e fotómetro de absorção no infravermelho.............................. 6.6.1.2 Espectrometria de massa................................................................................................ 168 169 6.6.1.3 Medidores foto e magneto-acústicos 6.6.104 Analisadores electroquímicos Considerações finais................................................................................................................... 170 170 171 7. Escala Laboratorial e Escala Industrial........................................................................................ 173 Carla C. C. R. de Carvalho, Bruno Sommer Ferreira, M Manuela da Fonseca 7.1 7.2 Introdução Critérios para aumento de escala................................................................................................ 7.2.1 Agitação 7.2.1.1 PotIVouPotdVconstante............................................................................................. 173 175 176 176 7.2.1.2 Velocidade da extremidade das pás constante 7.2.1.3 Tempo de mistura, 'm: constante 177 177 7.2.2 178 178 Arejamento..................................................................................................................... 7.2.2.1 KLQ constante 7.2.2.2 Qvvm constante 7.3 7A 7.5 179 7.2.3 Transferência de calor Considerações e exemplos de aumento de escala Redução de escala...................................................................................................................... 704.1 Transposição do desempenho de reactores de produção para pequena escala 180 181 183 183 704.2 188 189 Desenvolvimento Exercícios 8. Modelação, Monitorização ou optimização intensiva de processos e Controlo de Reactores Biológicos....................................................... 193 Eugénio C. Ferreira, Sebastião Feyo de Azevedo 8.1 XII Introdução........ 8.1.1 Evolução científica e tecnológica, social e industrial.................................................... 193 193 8.1.2 8.1.3 194 194 Abordagens de análise de processos biotecnológicos.................................................... Automação industrial..................................................................................................... © LIDEL - Edições Técnicas Lda. Índice 8.2 8.3 8.4 Modelo da dinâmica de reactores biológicos 8.2.1 Classes de modelos matemáticos 196 196 8.2.2 Equações de balanço em reactores biológicos 8.2.3 Modelação das taxas de crescimento 8.2.4 Modelação da formação de um produto de síntese........................................................ 8.2.5 Dinâmica do oxigénio dissolvido................................................................................... 8.2.6 Dinâmica do dióxido de carbono dissolvido.................................................................. Monitorização industrial 198 200 202 203 204 206 8.3.1 Características básicas de sensores e técnicas de medida directa.................................. 8.3.1.1 Aspectos de automação industrial.................................................................................. 207 207 8.3.1.2 8.3.1.3 8.3.1.4 8.3.1.5 Aspectos gerais sobre sensores Principais tipos de medidas, sensores e técnicas de medida.......................................... Sensores inteligentes e outros equipamentos na rede de monitorização e controlo Padrões de comunicação 208 209 210 210 8.3.1.6 8.3.1.7 8.3.1.8 8.3.1.9 8.3.2 8.3.2.1 Conceitos básicos sobre conversão analógico-digital (CAD) e digital-analógica Aquisição de dados........................................................................... Acção de controlo........................................................... Medição de propriedades subjectivas Monitorização inferencial- sensores por programação Processo - caracterização na perspectiva da engenharia de sistemas.... 211 211 213 214 214 214 (CDA) 8.3.2.2 Monitorização e controlo de processos biotecnológicos 8.3.2.3 Observadores de estados.... 8.3.2.4 Observadores assimptóticos........................................................................................... 8.3.3 Técnicas alternativas de monitorização inferencial....................................................... Controlo de reactores biológicos................................................................................................ 8.4.1 Conceitos básicos........................................................................................................... 215 216 216 219 220 220 8.4.2 8.4.3 8.4.3.1 8.4.4 Metodologias de controlo para processos biotecnológicos............................................ Controlo em ciclo aberto................................................................................................ Controlo óptimo Controlo por retroacção (realimentação negativa)......................................................... 220 221 221 222 8.4.5 8.4.6 8.4.6.1 8.4.6.2 8.4.6.3 Controlo por antecipação Apreciação de outros métodos de controlo Controlo convencional em cascata................................................................................. Controlo avançado com base em modelos..................................................................... Novas tendências - controlo com base em métodos de engenharia do conhecimento..... 225 227 227 227 228 9. Projecto e Construção de Fermentadores Industriais 231 Manuel Eduardo Fernandes 9.1 9.2 Introdução O projecto de um fermentador - alguns aspectos a considerar 9.2.1 Determinação do volume do fermentàdor...................................................................... 231 232 232 9.2.2 9.2.3 9.2.4 Geometria....................................................................................................................... Material de construção................................................................................................... O fermentador como um reservatório pressurizado....................................................... 232 233 235 9.2.5 As cGMPs 235 © LlDEL - Edições Técnicas Lda. XIII Reactores Biológicos - Fundamentos e Aplicações 9.3 9.2.6 Aspectos construtivos genéricos 9.2.7 Agitação, arejamento e transferência mentadores 236 de calor - sistemas críticos no projecto de fer238 9.2.7.1 Agitação e arejamento.................................................................................................... 9.2.7.1.1 Coeficiente de transferência de massa/concentração de O2 no meio.............................. 9.2.7.1.2 Equipamento para agitação e arejamento................................................................... 238 238 239 9.2.7.1.2.1 Odifusor(sparger)................................................................................................. 9.2.7.1.2.2 As turbinas 9.2.7.2 Transferência de calor.................................................................................................... 239 240 241 9.2.7.2.1 Equipamento para transferência de calor 9.2.7.3 Aspectos a considerar no projecto mecânico dos sistema de agitação 9.2.7.3.1 Sistemas de agitação 9.2.7.3.2 Forças 9.2.7.3.3 Dimensionamento do veio do agitador 9.2.7.3.3.1 Forças que actuam no veio agitador........................................................................ 242 243 243 243 245 245 9.2.7.3.3.2 O caso de um fermentador industrial...................................................................... 9.2.7.3.3.3 Análise de frequência-vibração-velocidade crítica de agitação 9.2.7.3.4 Dimensionamento da turbina de agitação 9.2.7.3.5 Selagem do veio......................................................................................................... 9.2.7.3.5.1 A caixa de empanque 248 250 253 254 255 9.2.7.3.5.2 Os selos mecânicos 9.2.7.3.6 Moto-redutor e orgãos de transmissão 9.2.7.3.6.1 Princípios a observar na fase de projecto................................................................ 256 258 258 9.2.7.3.6.2 Forças que actuam no moto-redutof........................................................................ 9.2.7.3.6.3 Factor de serviço 9.2.7.3.6.4 Motor eléctrico - características a observar............................................................ Operações a realizar para alcançar e manter o fermentador em condições de esterilidade 259 259 260 262 9.3.1 9.3.1.1 9.3.1.2 9.3.2 9.3.2.1 9.3.2.2 262 262 265 267 268 269 Esterilização do fermentador Processo descontínuo Processo contínuo Esterilização do ar.......................................................................................................... Filtros de profundidade................ Filtros de membrana 9.3.2.3 O conjunto de cartuchos e campânula 9.3.2.4 Esquema de montagem no fermentador......................................................................... 9.3.2.5 Esterilização do filtro in situ - SIP 271 272 272 9.3.2.6 Selecção e dirnensionamento 274 Parte 11- APLiCAÇÕES........................................................................................................................... 275 10. 277 Produção de Cerveja..................................................................................................................... José M Machado Cruz 10.1 10.2 XIV Introdução O processo cervejeiro............................................................................................................ 10.2.1 Fabricação do mosto............................................................................................... © LIDE L - Edições Técnicas Lda. 277 278 279 Índice 10.2.1.1 Matérias-primas...................................................................................................... 10.2.1.1.1 Cevada................................................................................................................ 10.2.1.1.2 Cereais não maltados.......................................................................................... 10.2.1.1.3 Lúpulo................................................................................................................. 10.2.1.1.4 Água.................................................................................................................... 10.2.1.2 Brassagem.. 279 279 282 282 284 284 10.2.1.2.1 Moagem :................................................................................. 285 10.2.1.2.2 Brassagem (propriamente dita)........................................................................... 10.2.1.2.3 Filtração do mosto 10.2.1.2.4 Ebulição.............................................................................................................. 285 286 287 10.2.1.2.5 Clarificação do mosto 10.2.1.3 Tratamento do mosto 10.2.1.3.1 Arrefecimento..................................................................................................... 10.2.1.3.2 Arejamento 10.2.1.3.3 Adição de levedura............................................................................................. 10.2.1.3.4 Levedura............................................................................................................. 10.2.2 Fermentação 10.2.2.1 Aspectos bioquímicos............................................................................................. 10.2.2.1.1 Metabolização dos açúcares 10.2.2.1.2 Ciclo glicolítico da fermentação alcoólica 10.2.2.1.3 Metabolização dos aminoácidos 10.2.2.1.4 Produção de metabolitos aromaticamente activos.............................................. 10.2.2.2 Maturação............................................................................................................... 10.2.2.3 Estabilização coloidal........... 10.2.3 Fermentador............................................................................................................ 10.2.4 Operações de acabamento 10.2.4.1 Filtração.................................................................................................................. 10.2.4.2 Acondicionamento.................................................................................................. 10.2.5 Uma fábrica de cerveja num relance 287 287 287 288 288 289 290 291 293 293 294 294 299 299 300 303 303 304 304 11. Produção de Tetraciclinas............................................................................................................ 307 Joaquim Pereira Cardoso 11.1 11.2 Introdução Modos de acção das tetraciclinas 307 308 11.3 Produção de tetraciclinas . 11.3.1 Aspectos microbiológicos da produção de tetraciclinas.... 11.3.2 Fermentação industrial das tetraciclinas................................................................. 11.3.2.1 Estádios do processo fermentativo 11.3.2.1.1 Balões vegetativos 11.3.2.1.2 Pré-fermentadorseed.......................................................................................... 11.3.2.1.3 Fermentação........................................................................................................ 310 310 311 312 312 313 313 11.3.2.1.4 Níveis de produção industrial............................................................................. 11.3.2.2 Susbtâncias relacionadas das tetraciclinas 11.3.2.2.1 Tetraciclina......................................................................................................... 11.3.2.2.2 Oxitetraciclina 316 316 316 317 © LlDEL - Edições Técnicas Lda. XV Reactores Biológicos - Fundamentos 11.4 12. e Aplicações 11.3.2.2.3 Demec1ocic1ina........ Isolamento dos antibióticos dos caldos fermentados 317 318 11.4.1 11.4.2 11.4.3 11.4.3.1 11.4.4 319 319 321 323 326 Produção Caracterização de um caldo fermentado Rendimento de filtração Isolamento da tetracic1ina e oxitetracic1ina Exemplo de aplicação............................................................................................. Isolamento da demeclociclina como c1oridrato...................................................... de Levedura de Panificação.. 327 1. Pinto da Cunha, João Bártolo 12.1 12.2 12.3 12.4 Introdução Qualidade da levedura de panificação Descrição do processo........................................................................................................... 12.3.1 Fundamentos biológicos......................................................................................... 12.3.2 Preparação das matérias-primas 327 328 330 330 333 12.3.3 12.3.4 Preparação de melaço............................................................................................. Fermentação 333 335 12.3.5 12.3.6 Separação................................................................................................................ Filtração e embalagem............................................................................................ 336 336 12.3.7 Controlo 12.4.1 12.4.2 Selecção da levedura e produção de starters.......................................................... de qualidade........................................................................................................... Equipamento e instalações Controlo do processo.............................................................................................. 337 337 338 339 12.4.3 Controlo do produto final....................................................................................... 340 13. Reactores de Tratamento Aeróbio.............................................................................................. 343 Helena M Pinheiro, Nídia Dana Lourenço 13.1 13.2 13.3 XVI Introdução Descrição do processo........................................................................................................... 13.2.1 Características distintivas 13.2.2 Microbiologia do processo 343 348 348 349 13.2.2.1 O consórcio microbiano 13.2.2.2 Conversão de carbono orgânico 13.2.2.3 Conversão de azoto 13.2.2.3.1 Nitrificação 13.2.2.3.2 Desnitrificação.................................................................................................... 349 350 351 351 352 13.2.2.3.3 Processo SHARON (sing!e-reactor high-activify ammonia remova! over nitrite) 13.2.2.3.4 Processo ANAMMOX (anaerobic ammonium oxidation)................................. 13.2.2.4 Conversão de fósforo.............................................................................................. 13.2.2.4.1 Libertação de ortofosfato em condições anaeróbias........................................... 13.2.2.4.2 Remoção de ortofosfato em condições aeróbias................................................. 13.2.2.5 Agregação e separação da biomassa 354 354 355 355 356 357 Descrição de reactores e condições de operação................................................................... 13.3.1 Parâmetros de quantificação................................................................................... 13.3.1.1 Variáveis de estado................................................................................................. 359 359 359 © LIDEL - Edições Técnicas Lda. Índice 13.3.1.2 Variáveis operatórias.............................................................................................. 13.3.2 Configurações e modos operacionais 13.3.2.1 Configurações com biorreactor e decantador separados 13.3.2.1.1 Processo convencional em regime de fluxo tipo pistão (plug-flow) 361 363 363 363 13.3.2.1.2 13.3.2.1.3 13.3.2.1.4 13.3.2.1.5 13.3.2.1.6 13.3.2.1.7 363 364 364 365 365 365 Processo Processos Processo Processo Processo Processo em mistura completa com arejamento ou alimentação escalonados em alta carga........................................................................................ com arejamento prolongado de estabilização por contacto.. com separação por membranas............................................................ 13.3.2.2 Configurações em tanque único 13.3.2.2.1 Reactor descontínuo sequencial (sequencing batch reactor - SBR).................. 13.3.2.2.2 Vala de oxidação 13.3.2.3 Modos especiais 13.3.2.3.1 Arejamento com oxigénio puro.......................................................................... 366 366 366 367 367 13.3.2.3.2 Aplicação de carvão activado em pó (powdered activated carbon - PAC)....... 13.3.2.4 Exemplos. 13.3.3 Arejamento............................................................................................................. 367 368 368 14. Reactores para Tratamento Anaeróbio 373 Madalena Alves, Manuel Mota 14.1 Introdução 373 14.2 14.3 O processo de degradação anaeróbia Factores que determinam a actividade biológica anaeróbia.................................................. 14.3.1 pH e capacidade tampão......................................................................................... 14.3.2 Temperatura............................................................................................................ 14.3.3 Presença de inibidores ou tóxicos Processo anaeróbios versus processos aeróbios.................................................................... 373 375 375 376 376 378 Reactores anaeróbios para tratamento de efluentes 14.5.1 Parâmetros operatórios........................................................................................... 14.5.2 Reactores com retenção de biomassa 14.5.2.1 Reactor anaeróbio de manto de lamas (UASB - upflow anaerobic sludge blanket)... 14.5.2.2 Digestor anaeróbio de leito expandido ou fluidizado............................................. 14.5.2.3 Processo de contacto 379 380 381 381 383 384 14.5.2.4 Processos de leito fixo............................................................................................ 14.5.3 Reactores sem retenção de biomassa...................................................................... Aplicações 385 386 387 14.4 14.5 14.6 15. Reactores de Biofilme 393 Maria João Vieira, Rosário Oliveira 15.1 15.2 Introdução Vantagens e desvantagens de reactores de biofilme 393 394 15.3 Exemplos dos tipos mais comuns de reactores de biofilme (leitos fixos e móveis) e exemplos de aplicação 395 15.3.1 396 Reactores de leito fixo............................................................................................ © LIDEL - Edições Técnicas Lda. XVII Reactores Biológicos - Fundamentos e Aplicações 15.3.1.1 Filtro percolador 15.3.1.2 Reactor de discos rotativos . . 396 396 15.3.1.3 Reactores de membrana . 398 15.3.2 Reactores de leito expandido 15.3.2.1 Reactores de leito circulante . . 15.3.2.2 Reactores air-lift 15.3.2.3 Reactores de leito fluidizado . . 398 398 399 15.4 Especificidades de operação de um reactor de biofilme 15.4.1 Efeito do suporte . . 401 15.5 15.6 Estrutura do biofilme . Limitações difusionais de transferência de massa Caracterização hidrodinâmica . . 403 404 404 15.7 15.8 Arranque do reactor 15.9 Controlo do crescimento do biofilme 15.10 Influência do modo de formação do biofilme na sua morfologia 16. Reactores para a Produção de Proteínas 400 401 . . 405 . 407 Recombinantes 405 411 Lucí/ia Domingues, Nelson Lima 16.1 16.2 Introdução A tecnologia do DNA recombinante..................................................................................... 411 412 16.3 16.4 A especificidade das culturas recombinantes........................................................................ A contenção biológica das culturas recombinantes 413 417 16.5 A produção de proteínas recombinantes 418 16.5.1 A produção de proteínas recombinantes em Escherichia coli 16.5.1.1 Reactor e condições de operação............................................................................ 420 423 16.5.2 A produção de proteínas recombinantes em Saccharomyces cerevisiae 16.5.2.1 Marcas selectivas.................................................................................................... 424 426 16.5.2.2 Vectores.................................................................................................................. 428 16.5.2.3 Promotores e terminadores..................................................................................... 16.5.2.4 Excreção de proteínas heterólogas 429 430 16.5.2.4.1 16.5.2.4.2 430 431 16.5.3 Vectores e sequências sinal................................................................................ Excreção: potencialidades e limitações Outros sistemas de expressão em levedura 432 16.5.3.1 Reactor e condições de operação............................................................................ 16.5.4 Produção de proteínas recombinantes em linhas celulares de mamíferos.............. 432 433 16.5.4.1 Produção de proteínas recombinantes em grande escala........................................ 16.5.5 Outros sistemas de expressão................................................................................. 433 434 16.5.6 16.6 17. A produção de ~-galactosidase em Saccharomyces cerevisiae floculante - estudo de caso.................................................................................................................... Considerações finais Reactores para Cultura de Células Vegetais............................................................................. 436 439 441 M Emí/ia Lima-Costa, Sara Raposo 17.1 XVIII Introdução..... 17.1.1 A célula vegetal: morfologia celular e agregados © LIDEL - Edições Técnicas Lda. 441 443 Índice 17.1.2 17.2 17.3 Perfil de crescimento celular vegetaL................................................................... Descrição de um processo utilizando cultura de células vegetais......................................... 17.2.1 Procedimento para obtenção do taxol Descrição do reactor e condições de produção 18. Reactores para Cultura de Células Animais.............................................................................. 445 446 447 448 455 Cláudia Lobato da Silva, Bruno Sommer Ferreira, Joaquim M S. Cabral 18.1 Introdução 455 18.2 Cultura de células animais 18.2.1 Células animais versus células microbianas........................................................... 18.2.2 Metabolismo de células animais............................................................................. 18.2.3 Protocolo de cultura de células animais 18.2.3.1 Meio de cultura....................................................................................................... 18.2.3.2 Cinética de crescimento.......................................................................................... 455 455 456 457 458 459 18.3 Sistemas 18.3.1 18.3.2 18.3.3 18.3.3.1 18.3.3.2 461 461 462 465 466 469 18.4 18.5 de biorreactores para cultura de células animais.................................................... Considerações iniciais Sistemas de cultura à escala laboratorial....... Cultura de células animais em larga escala............................................................ Microcarriers Microencapsulação................................................................................................. 18.3.3.3 Imobilização em membranas.................................................................................. 18.3.4 Tipos de reactor 18.3.4.1 Tanque agitado 18.3.4.1.1 Dispositivos de retenção celular 18.3.4.2 Reactor de leito fixo e leito fluidizado 18.3.4.3 Reactor tipo air-lift................................................................................................. 469 470 470 472 473 476 18.3.4.4 Reactor de membranas 18.3.4.4.1 Fibras ocas.......................................................................................................... 18.3.4.4.2 Matriz cerâmica 477 477 477 18.3.4.5 Outros tipos de reactor Exemplo - expansão de células hematopoiéticas Considerações finais 478 479 481 estaminais humanas © LIDEL - Edições Técnicas Lda. XIX
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