Aumento de escala – a parte final do processo

Você que trabalha com micro-organismos em escala laboratorial já se perguntou como seria o aumento de escala para produzir o seu queridinho em tanques de milhares de litros?

Parece coisa de outro mundo, né? Mas não é! A engenharia trouxe isso para uma realidade acessível e já faz muitos anos!

Claro, há muitos cuidados para serem tomados na transição de escala, mas se tudo for feito certinho, não tem erro. As células do seu MO vão crescer felizes e contentes em um tanque de mil, cinco mil, dez mil litros, da mesma forma que cresce nos Erlenmeyers do laboratório (bom, pelo menos deveria hehe)!

Mas a pergunta que não cala: quando é o momento de aumentar as escalas de cultivo?

Bom, para isso, é preciso analisar todo seu processo e entender quais outras operações unitárias estão em questão. Precisamos concentrar as células depois? Ou retirá-las por completo? Existe alguma etapa de purificação? Os rendimentos estão satisfatórios?

Todos esses pontos são importantes para saber se já está na hora de sair do laboratório e caminhar para as instalações industriais com um novo produto! Após ter sido desenhado um processo padronizado e com seus parâmetros otimizados, chegamos na etapa de sair da escala de bancada e iniciar estudos de aumento de volumes (Scale-up).

Essa pode ser uma etapa onde a maioria dos estudos enfrenta dificuldades e passa por uma estagnação. Isso, muitas vezes, leva a um processo pobremente estudado e com rendimento diminuído. Primeiramente, é importante deixar bem claro que a definição de escala de bancada, piloto e industrial são relativas para cada processo. Para alguns tipos de processos, volumes por volta de 100 L já são considerados escala comercial (processos baseados em células animais, por exemplo).

Em contrapartida, se considerarmos os volumes utilizados para a produção de etanol, 100 L pode ser considerado uma escala piloto. Ou seja, vai depender muito do volume final desejado para serem definidos os volumes de bancadas, piloto e industrial. Mas quais são os objetivos dos estudos de Scale-up? Vamos dizer que, de certa forma, os testes de scale-up nos ajudam a dar um “chute” direcionado dos parâmetros em questão. Assim, temos dois objetivos majoritários: definir as condições de operação de uma escala para a outra e ter uma previsão da performance do processo na escala alternativa.

Algumas considerações gerais devem ser feitas nesses estudos. Sempre que possível é desejável manter a geometria entre os biorreatores. Isso quer dizer que todas as dimensões do biorreator devem ser aumentadas proporcionalmente. Assim que a escala do equipamento muda, os parâmetros físicos e mecânicos podem variar. Por isso, frequentemente, não é possível manter todos os parâmetros-chave constantes entre as diferentes escalas. Consequentemente, isso pode levar a uma alteração no ambiente químico e, por fim, da fisiologia da célula. Exatamente esse tipo de alteração do sistema que queremos evitar.

Mas então, quais parâmetros devemos manter constante? Isso vai depender das especificidade de cada processo. Os principais parâmetros estudados são:

  • Transferência de oxigênio (ou outro gás essencial);
  • Transferência de calor;
  • Força de cisalhamento;
  • Força de compressão;
  • Remoção de CO2.

Na maioria das vezes, é interessante fazer os cálculo para todos os parâmetros que foram definidos como principais e analisar quão longe uma condição ficou da outra. Algumas condições são até mesmo inviáveis de se executar na prática. Portanto, deve-se priorizar os aspectos críticos do processo em desenvolvimento e mantê-los o mais próximos da escala utilizada como referência.

Está com dúvida de como definir os parâmetros críticos de seu aumento de escala e como mantê-los constante durante as transições de escala? Entre em contato com a gente!! Nós podemos guiá-los nessas decisões de uma maneira eficiente e clara!

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