CONTROLO DE ADIÇÃO E PESO DO BIORREATOR – MODOS PARA MELHORAR A PRECISÃO E REPRODUTIBILIDADE NO BIORREATOR 

Existem diferentes modos de fermentação em sistemas de biorreatores: modo descontínuo (batch), semi-contínuo (fed-batch) e contínuo. O modo descontínuo é o mais simples. O biorreator é preenchido com o meio contendo todos os componentes necessários para o crescimento do organismo ou para a produção de biomoléculas específicas, como metabolitos ou proteínas. Este modo apresenta uma limitação de produção: quando o substrato limitante é consumido, as células deixam de crescer, resultando em produtividade limitada e baixa densidade celular.

Estratégias alternativas de operação incluem os modos semi-contínuo e contínuo, que têm como objetivo aumentar a densidade celular e a produtividade, sendo operados em sistemas abertos. O modo semi-contínuo implica a adição de substrato ao biorreator, geralmente uma solução concentrada do substrato limitante, para evitar problemas como a repressão por catabolitos que ocorrem quando a concentração inicial do substrato é muito alta. Já a fermentação contínua é um processo em que há uma remoção constante do meio e reposição contínua de meio fresco à mesma taxa de fluxo.

ESTRATÉGIA DE ADIÇÃO VOLUMÉTRICA (BOMBAS PERISTÁLTICAS)

O sistema de dosagem volumétrica é o mais comum para a adição de ácido, base, antiespuma, outros substratos e meio fresco em biorreatores. As bombas peristálticas são frequentemente utilizadas, pois apresentam várias vantagens:

• Não contaminam o fluido, já que apenas o tubo entra em contacto com o líquido;
• Requerem pouca manutenção;
• Têm alta capacidade para manusear fluidos viscosos e sensíveis ao cisalhamento;
• Previnem o refluxo;
• Garantem um volume fixo de fluido por rotação.

Contudo, estas bombas não são autoescorvantes, o que pode ocasionar ligeiras variações no fluxo real em comparação com as curvas de desempenho existentes. Além disso, o fluxo fornecido pode sofrer desvios devido ao desgaste dos tubos e requer ajustes periódicos de tensão, especialmente em operações prolongadas. Também podem ocorrer variações devido às propriedades reológicas da solução de substrato, pelo que é essencial medir e verificar regularmente o desempenho da bomba em aplicações críticas que exijam precisão.

ESTRATÉGIAS GRAVIMÉTRICAS DE ADIÇÃO

Para aplicações em que o volume adicionado ao biorreator é crítico, a BIONET recomenda estratégias de controlo gravimétrico, como o BWC (Bioreactor Weight Control) e o AWC (Addition Weight Control). Estas estratégias utilizam balanças de precisão combinadas com bombas de velocidade variável e software avançado, proporcionando maior precisão.

• AWC (Addition Weight Control): permite a adição automática precisa com base na variação de peso do recipiente de substrato medido numa balança externa. O peso é enviado para o software ROSITA ou MARTA, que regula o fluxo das bombas e regista os dados de peso.
• BWC (Bioreactor Weight Control): requer a ligação de uma balança ao biorreator para medições de nível ou para manter um peso constante em processos contínuos. O peso do biorreator é monitorizado em tempo real e integrado no software para controle mais preciso das bombas de adição e retirada de líquido.

Ambos os modos eliminam variabilidades associadas a sistemas volumétricos, como desgaste dos tubos de bombas peristálticas ou variações de densidade da solução de substrato, garantindo maior precisão e replicabilidade.

MÓDULOS TECNOLÓGICOS NECESSÁRIOS: AWC E BWC COM BSCALE

Essas funcionalidades são oferecidas pelo módulo bScale, compatível com todos os biorreatores da Bionet. O bScale permite a ligação de várias balanças e integração dos dados no software ROSITA ou MARTA, proporcionando controlo adicional e visualização dos dados de peso. Este módulo suporta diferentes marcas e gamas de precisão de balanças, garantindo flexibilidade ao utilizador.

SOFTWARE NECESSÁRIO: FUNCIONALIDADES AWC E BWC NO ROSITA E MARTA

Quando o bScale está conectado à unidade de controlo do biorreator, as capacidades avançadas são automaticamente integradas nas interfaces do software ROSITA ou MARTA.

• AWC: o utilizador define o peso desejado como setpoint. O fluxo da bomba é regulado automaticamente para atingir o setpoint com base na diferença de peso ao longo do tempo.
• BWC: o utilizador define o peso do biorreator como setpoint, controlando bombas de adição e/ou retirada. Configuração de valores PID e alarmes também é possível.

Ambos os sistemas permitem a programação de perfis temporais ou estratégias baseadas em eventos, ativando controlos específicos em até 20 pontos de tempo. A semelhança nas camadas de programação do ROSITA e MARTA facilita a escalabilidade e replicabilidade dos processos.