Filtração e centrifugação - Apostilas - Biotecnologia, Notas de estudo de Biotecnologia. Universidade de São Paulo (USP)
Raimundo
Raimundo15 de Março de 2013

Filtração e centrifugação - Apostilas - Biotecnologia, Notas de estudo de Biotecnologia. Universidade de São Paulo (USP)

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Apostilas de Biotecnologia sobre o estudo da Filtração e centrifugação, definições.
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Universidade Estadual do Rio Grande do Sul - UERGS Unidade Bento Gonçalves

Engenharia de Bioprocessos e Biotecnologia Recuperação e Purificação de Bioprodutos I Professor: Francine Fioravanso Tramontina

Aluno: Monichara Marinello

Filtração e centrifugação As duas operações de clarificação mais utilizadas em escala industrial

são a filtração e a centrifugação. A filtração é utilizada para a clarificação de grandes volumes de suspensões diluídas de células, produtos extracelulares e situações onde a assepsia é desnecessária. A centrifugação é utilizada na separação de materiais de diferentes densidades através da aplicação de uma força maior que a da gravidade.

Filtração:

Durante a filtração sob pressão a suspensão é direcionada para o meio filtrante e a fração volumétrica que atravessa esse meio é denominado filtrado. Sobre esse meio ocorre deposição de células que resulta na formação da “torta de filtração”. A filtração é descrita pela lei de Darcy , que correlaciona a velocidade do liquido que permeia o meio filtrante com a diferença de pressão resultante do referido fluxo.

A seguinte equação representa o tempo necessário à filtração de um volume V de suspensão contendo células sujeitas à compressibilidade, sob determinada pressão e através de uma área A.

t= μα ´X V 2∆P(1-s)A2 Para a redução da compressibilidade ou a compactação da torta de

filtração são utilizados auxiliares de filtração, que aumentam a permeabilidade do leito. Os auxiliares utilizados são a perlita ou terra diatomácea. Essas são agregadas à suspensão inicial ou são depositadas na forma de fina camada sobre o meio filtrante, o que reduz a compressibilidade da torta e o entupimento do filtro.

A seleção do auxiliar é realizada em ensaios simples onde acrescentam- se concentrações conhecidas deste a frascos contendo igual volume da suspensão a ser filtrada. Este ensaio determina a velocidade de sedimentação das células, a turbidez do sobrenadante e as características do sedimento.

As limitações encontradas no uso de auxiliares de filtração são a adsorção irreversível da própria molécula-alvo sobre o auxiliar; e a não possibilidade de adição de terra diatomácea em células contendo produtos intracelulares.

O emprego de filtros convencionais invariavelmente depende do uso de um auxiliar de filtração para a viabilização da retenção de bactérias e fungos, porque a dimensão desses microrganismos é menor que o diâmetro dos filtros.

A configuração dos filtros tem a variação significativa. Os filtros de placa e quadro são equipamentos abertos, precisam de grande mão-de-obra e geram tortas mais desidratadas. Os filtros fechados possuem placas horizontais ou verticais, são de difícil manuseio e são aplicados a células patogênicas e em pequenos volumes de suspensão.

O filtro rotativo a vácuo é utilizado na clarificação de grandes volumes de suspensões microbianas. Este filtro é formado por um tambor onde a pressão no interior deste é reduzida e promove a filtração, que gera uma fina camada compacta de biomassa e auxiliar chamada de torta. Essa torta é lavada, desidratada e raspada. A lavagem serve para remover o meio contendo soluto dos poros do bolo e remover a molécula-alvo associada às células contidas na torta.

Centrifugação: A centrifugação compreende a aceleração de sedimentação de células

em meio líquido, por ação de um campo gravitacional centrífugo e gera suspensões de células mais concentradas em relação à original. É utilizada em bactérias e leveduras.

A sedimentação de partículas sólidas pode ser descrita e quantificada com base na atuação da aceleração ou desaceleração da partícula. Se a duas forças se igualarem à partícula passa a apresentar velocidade constante de sedimentação.

A velocidade de sedimentação sob ação da gravidade baseia-se na diferença de densidade entre a célula e o meio líquido, na viscosidade do meio, na força motriz e no diâmetro das partículas. Equação que determina velocidade de sedimentação sob ação da gravidade é:

Vg = d2 (ρs – ρ)g 18µ Na centrifugação a sedimentação é forçada, pois a força motriz é

ampliada pela aplicação de uma rotação angular. A velocidade de sedimentação da partícula é devida ao campo centrifugo, e é dada por:

Vc = d(ρs – ρ)ω2r 18µ Na clarificação de suspensões microbianas é comum o uso de centrifugas tubulares e centrifugas de discos. As tubulares operam sob refrigeração, sua capacidade é limitada a algumas dezenas de litros e a operação é descontinua. As de discos de sedimentação operam reduzindo o tempo de clarificação e possuem processamento continuo. A equação que determina a vazão do clarificado é:

Q = V tr

A ampliação de escala baseia-se no uso de dados de laboratório para a previsão do comportamento do processo em uma centrífuga. Os seguintes critérios devem ser empregados no projeto: o qualitativo e o quantitativo. Onde o qualitativo baseia-se na manutenção do incremento de aceleração e o tempo na escala ampliada; e o quantitativo baseia-se na escolha de uma centrífuga adequada entre as disponibilidades dos fabricantes.

Uma maior velocidade de centrifugação é resultante da coagulação de células microbianas. Esse processo pode ser induzido pelo ajuste do pH ou por adição de eletrólitos à suspensão. Sais de alumínio, cálcio ou ferro atraem de maneira similar ao pH e os polieletrólitos sintéticos atuam simultaneamente reduzindo a repulsão eletrostática entre as células e formando uma ponte entre elas, por sua ligação a radicais iônicos de caráter positivo ou negativo na superfície delas.

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