Protótipo desenvolvido por pesquisadores do Instituto de Biotecnologia aumenta produtividade de enzimas utilizáveis nas indústrias alimentícia, farmacêutica e química
Foto Claudia Velho/UCS
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| Professor Tomás Polidoro apresenta o protótipo do tambor rotativo no Laboratório de Bioprocessos: solução para o controle de temperatura no cultivo de microorganismos. |
O Instituto de Biotecnologia da Universidade de Caxias do Sul (IB-UCS) assegurou a conquista da segunda carta-patente conferida à instituição, em pouco mais de um mês, pelo Instituto Nacional de Propriedade Industrial (INPI). Desta vez, um projeto desenvolvido pelo Laboratório de Bioprocessos resultou na outorga de propriedade de 'modelo de utilidade': um biorreator de tambor rotativo que possibilita, se adaptado ao contexto industrial, a produção em larga escala de enzimas usadas por empresas alimentícias, farmacêuticas e de química fina (anticongelantes, solventes, entre outros).
O protótipo foi desenvolvido pelo professor Tomás Polidoro, inicialmente como Trabalho de Conclusão de Curso (TCC) na graduação em Engenharia Química, e, em seguida, no mestrado em Biotecnologia(acompanhado do bolsista Lucas Gelain). A sugestão foi do professor orientador, Maurício Silveira, que,ainda em 2006, propôs, ao então bolsista de iniciação científica, buscar a resolução de um problema recorrente no cultivo de fungos em meio sólido em laboratório: conseguir aumentar a escala deprodução de enzimas pectinolíticas (usadas, por exemplo, na clarificação, diminuição da viscosidade e aumento da extração do suco da uva e da maçã, melhorando o produto final e a produtividade).
Controle de temperatura e umidade
Para tanto, seria preciso resolver o problema do aumento de temperatura ocasionado pela liberação de calor do cultivo. Até então, o procedimento no laboratório ocorria com o uso de pequenas quantidades de subtrato (farelo de trigo), depositado em recipientes de vidro colocados em estufas. Como amultiplicação de microorganismos gera calor, aumentar a quantidade de substrato para produzir mais enzimas faz com que a temperatura do cultivo ultrapasse os 30ºC ideais, ocasionando a desnaturação (perda de propriedades) das enzimas.
A necessidade, então, era criar um equipamento capaz de conter mais substrato e permitir a regulaçãodas variáveis necessárias ao bioprocesso. “O microorganismo deve crescer dentro de condições específicas. Basicamente, se controla a temperatura, evitando-se que aqueça demais, e a umidade, que precisa ser uniforme no material”, explica Polidoro. “A solução, para produzir em quantidade maior, seria colocar o meio de cultivo em agitação, desagregando a massa do substrato sólido para liberar o calor e homogeneizar a umidade do meio de cultivo”, complementa.
Adaptação com resolução específica
O professor se inspirou em reatores que trabalham com tambor agitado (recipiente cilíndrico com eixo giratório interno) para criar a ideia de um tambor rotativo transparente, no qual o casco gira para revolver o conteúdo, que pode ser monitorado visualmente. “Por isso é um modelo de utilidade: uma adaptação de algo pré-existente para resolver um problema, e não uma invenção”, pontua o pesquisador.
A partir daí, foi pura engenhosidade, com a inclusão de artefatos conforme as demandas iam surgindo. Primeiro, a anexação de um motor de baixa rotação ao tambor cilíndrico para fazê-lo girar. Depois, umtimer para provocar um giro intermitente, revolvendo o substrato de tempos em tempos, evitando a formação de grumos (porções aglomeradas do material).
Aquecimento e resfriamento
Para controle de temperatura externa ao tambor, Polidoro adaptou uma caixa de aquecimento a ar – nas primeiras 24 horas é preciso fornecer calor para o cultivo, que dura 96 horas. Também é enviado ar, aquecido e umidificado, para o interior do cilindro, através de uma mangueira, com controle de pressão e vazão. A intenção é manter a temperatura necessária ao cultivo, entre 27ºC e 32ºC.
Após as primeiras 24 horas, o aumento de temperatura precisa ser contido – e aí entra a solução trazida pelo projeto. Além do movimento para revolver o conteúdo, o aquecimento é substituído por um aspersor que despeja uma lâmina d'água sobre o tambor giratório, para resfriá-lo continuamente até o fim das 72 horas restantes do bioprocesso.
RECURSO PARA CENTROS DE PESQUISA E INDÚSTRIAS
De acordo com Polidoro, o controle de temperatura trazido pelo modelo permite, além do cultivo de microorganismos (bioprocessos) para a produção de enzimas, também a utilização em processos enzimáticos (biotransformação). Estes se referem à obtenção de produtos de interesse a partir do processamento das enzimas.
Ambas aplicações são úteis para laboratórios e universidades – atualmente, há cerca de 50 centros de pesquisa em biotecnologia no país. O modelo criado pela UCS também surge como recurso para empresas, dos ramos alimentício, farmacêutico e químico, que poderiam produzir suas próprias enzimas em vez de adquiri-las de fornecedores.
A validade da carta-patente, autorizando a UCS a disponibilizar o tambor rotativo ao mercado, é de 15 anos a partir da data de depósito (8 de junho de 2009). Em março, a Universidade, recebeu outra concessão do INPI – uma carta-patente de invenção oriunda de uma pesquisa do Laboratório de Enzimas e Biomassas, também do Instituto de Biotecnologia, que desenvolveu tecnologia para produção de agentes antipoluentes e de insumos para as indústrias têxtil e papeleira.
