ESTERILIZAO DO AR

Prof Msc. Claudia Ramos Santana

1. INTRODUO

At a 2 Guerra Mundial:

impossibilidade de garantir assepsia;

dificuldade em produzir em larga em escala (vitaminas,

antibiticos etc.);

os produtos elaborados eram aqueles cuja produo

tornava o meio imprprio (etanol, acetona, etc.).

Aps a 2 Guerra Mundial:

Foram desenvolvidas estratgias que permitiram a

conduo de processos em larga escala e em condies de

assepsia.

Em particular a possibilidade de se efetuar a esterilizao

de grandes volumes de ar, necessrios aos processos

biolgicos aerbios.

O nvel de preocupao com a esterilidade do ar depende

da maior ou menor suscetibilidade do processo quanto a

contaminantes.

Caso o meio de cultivo, ou as condies impostas no reator

(pH, temperatura), seja extremamente seletivo, os cuidados

podem ser atenuados.

Mas a ocorrncia de contaminaes pode interferir

negativamente no que se refere obteno de algum

rendimento.

2. AEROSSIS MICROBIANOS

Os microrganismos podem ser provenientes do solo,

plantas e gua;

So colocados em suspenso pela movimentao do ar e

esto freqentemente associados a partculas de poeira.

Quantidade e qualidade varia com a umidade (>n de

clulas vegetativas); Temperatura; Vento ( extremamente

elevada); Chuva ( drasticamente reduzida); Maior exposio

luz favorece contagem de espcies termorresistentes (esporos

bacterianos).

Para a escolha do local de captao de ar para processo:

Evitar locais contaminados como locais junto ao solo;

Evitar locais particulares e sujeitos a um maior nvel de

contaminao.

3. AMOSTRADORES

A determinao da concentrao de microrganismos

suspensos no ar atmosfrico realizada atravs do uso de

dispositivos designados genericamente de amostradores.

Esses instrumentos tambm so empregados para a

verificao da efetiva esterilizao do ar destinado ao

processo.

De uma forma geral todos os amostradores funcionam de

maneira semelhante. O princpio bsico deles consiste em:

Reter os microrganismos suspensos em um determinado

volume de ar;

Dar condies para que estas clulas proliferem de modo

que seja possvel a contagem de colnias, para quantificao.

Desse mtodo geral pode-se concluir que:

No se pode assegurar total reteno dos microrganismos

de diferentes amostradores;

Na coleta, h a possibilidade de destruio de certas

espcies;

As clulas suspensas no ar podem estar associadas

partculas de poeira, podendo ocorrer a existncia de mais de

uma clula por partcula;

difcil um meio de cultura que todas as espcies se

desenvolvam em determinado intervalo de tempo.

Quando se quer efetuar testes de efetividade de

esterilizao de um dado sistema, pode-se quantificar a

eficincia de reteno de um filtro:

Onde:

N1 = concentrao de microrganismos no ar antes da

passagem pelo filtro.

N2 = concentrao de microrganismos no ar aps da

passagem pelo filtro.

100N

NN

1

21

3.1. Tipos de Amostradores

a) Impinger

A Figura 1 mostra um exemplo tpico desse tipo de

amostrador:

Figura 1: All-glass impinger (AGI). (1) Entrada do ar; (2) Sada do ar (Bomba de vcuo)

Consta de um recipiente de vidro com cerca

de 10 mL do lquido coletor, que pode ser gua

destilada;

Ao se iniciar a amostragem do ar liga-se a

abertura 2, a uma bomba de vcuo, de forma a

reduzir a presso dentro do recipiente;

O ar entra no amostrador pela abertura 1,

borbulhando no lquido coletor atravs de um

tubo de vidro;

Terminada a tomada de amostra, o frasco

agitado, para promover desagregao;

A concentrao de microrganismo

determinada atravs dos mtodos usuais de

diluies e contagem de colnias.

b) Amostragem por Filtrao

Consiste em:

Fazer passar o ar atravs de um elemento filtrante, para

reter os microrganismos suspensos;

Posteriormente coloca-se esse material em suspenso em

um volume conhecido do lquido coletor;

Agita-se vigorosamente;

Efetua-se a determinao da concentrao de

microrganismos atravs dos mtodos usuais de diluies e

contagem de colnias.

Alternativamente, pode-se aps a passagem

do ar atravs do elemento filtrante dar condies

para que as clulas proliferem no prprio

coletor.

Um amostrador tpico dessa categoria o

amostrador de algodo (Figura 2).

Esse amostrador apresenta os inconvenientes

da dificuldade em suspender as clulas retidas,

alm de provocar a destruio de clulas

vegetativas.

Figura 2: Amostrador de algodo.

(1) Entrada de ar; (2) Sada do ar (bomba de vcuo).

c) Amostradores de fenda ou orifcio

O princpio bsico de funcionamento consiste em:

Fazer com que o ar amostrado incida sobre a superfcie de

um meio de cultura slido, ocasionando, por uma mudana

de direo do ar, a reteno destas partculas no meio.

A Figura 3 mostra

esquematicamente um amostrador de

fenda:

Consta de uma placa de petri, com

meio de cultura slido presa a um

disco horizontal giratrio;

O ar entra por um tubo vertical que

possui, na extremidade inferior, uma

fenda atravs da qual as partculas

em suspenso no ar so lanadas

contra a superfcie coletora;

Aps a amostragem, a placa de

petri retirada, fechada em

condies de assepsia e incubada.

Figura 3: Amostrador de fenda. (1)

Placa de Petri; (2) Disco giratrio; (3)

Tubo e fenda (entrada de ar); (4) Sada

do ar pra o medidor de vazo e bomba

de vcuo; (5) Caixa metlica.

4. MTODOS PARA A ESTERILIZAO DE AR

4.1. Esterilizao por Equipamento

A esterilizao do ar por calor seco exige temperaturas

relativamente elevadas, assim como tempos de permanncia

nestas temperaturas tambm elevados.

Em aplicaes industriais h necessidade de vazes de ar

bastante elevadas, portanto, a esterilizao de ar por calor

seco encontra apenas aplicaes para pequenas instalaes.

Na tabela 1 tm-se as condies de esterilizao,

trabalhando-se com esporos de Bacillus globigii e usando um

esterilizador de ar por resistores eltricos.

Tabela 1: Esterilizao de ar por calor seco. Ensaio com

esporos de Bacillus globigii.

Temperatura ( C) Tempo de permanncia*

(s)

218 24

246 10

274 5

300 3

* Para destruio de 99,9999%

Em virtude da facilidade de

construo e de controle, a

esterilizao de ar por

aquecimento atravs de

resistores eltricos ainda

encontra possveis aplicaes,

como por exemplos:

Para o ar de exausto de

cmaras asspticas;

Para o fornecimento de ar

estril para laboratrios (Figura

4).

Figura 4: Equipamento de

esterilizao de ar por

aquecimento atravs de resistores

eltricos.

4.2. Esterilizao por Radiao

Teoricamente, muitos tipos de radiaes podem ser utilizados

para esterilizao do ar.

Entretanto o emprego de uma determinada radiao deve levar

em conta uma srie de fatores tais como:

Eficincia na destruio de microrganismos;

Custo envolvido;

Periculosidade ou efeitos colaterais de sua utilizao.

Quando se visa a esterilizao do ar apenas as radiaes

ultavioleta encontram aplicaes prticas, porm, em virtude do

seu baixo poder de penetrao, necessita de longos tempos de

exposio.

4.3. Esterilizao por Filtrao

A esterilizao do ar por filtrao a soluo mais

adequada para obteno de altas vazes de ar com baixos

custos de operao.

Historicamente, muitos materiais filtrantes j foram

empregados, como carvo, algodo e papel, estes foram

substitudos por outros materiais como l de vidro.

Porm, surgiram, mais recentemente, os filtros de

membranas ou placas porosas de materiais polimricos, tais

como nilon, teflon e steres de celulose.

4.3.1. Filtros de Materiais Fibrosos

Os filtros de l de vidro ainda so encontrados em algumas

instalaes.

A operao com este tipo de filtro chamada de filtrao em

profundidade, pois as partculas so retidas ao longo de toda

altura da camada filtrante (Figura 5).

Esse tipo de filtro consiste em:

Um recipiente, normalmente ao

inoxidvel, com 2-3 m de altura e 1-1,5 m

de dimetro;

Na parte inferior conecta-se a tubulao

de entrada do ar e, na parte superior, a de

sada para o fermentador;

A camada filtrante ocupa a parte central

do recipiente e apresenta dimenses

variveis;

Essa camada de l de vidro

sustentada por uma grade de ferro e

comprimida por uma segunda grade,

colocada na parte superior da camada

filtrante;

Figura 5: Esquema de um filtro

tradicional de l de vidro para a

esterilizao do ar.

Aps a colocao da l de vidro, coloca-

se a tampa que veda perfeitamente o

sistema;

O filtro deve ser esterilizado aps o final

de cada processo fermentativo, ocorrendo

assim a deteriorao da l de vidro, a qual

vai se tornando opaca e quebradia,

havendo ntido aumento de perda de

carga e diminuio da eficincia de coleta.

4.3.2. Filtros de Membrana

Os filtros de membranas microporosas, elaboradas a partir

de materiais polimricos, em geral apresentam caractersticas

hidrofbicas e proporcionam a reteno dos aerossis

microbianos na superfcie do elemento filtrante.

Esses filtros so normalmente fornecidos na forma de

discos, ou, mais freqentemente, para instalaes de grande

porte, na forma de cartuchos contendo a membrana filtrante

montada sobre a estrutura de polipropileno (Figura 6).

Figura 6: Filtros de membranas polimricas microporosas.

A Figura 7 permite uma idia simplificada a respeito da

forma de instalar um filtro de membrana em uma linha de

fornecimento de ar esterilizado para um biorreator.

Normalmente com a finalidade de aumentar a vida til do

filtro, sugere-se a instalao de pr-filtros, construdos com

materiais mais grosseiros e de baixo custo, a fim de retirar

do ar as partculas de poeira de maiores dimenses.

Observando-se a figura 7 deve-se prever a entrada de vapor

a fim de esterilizar o filtro, devendo este vapor tambm ser

devidamente filtrado, para evitar o acmulo de slidos na

superfcie do elemento filtrante.

Figura 7: Esquema geral para a instalao de um filtro de membrana polimrica.

Os filtros existentes so bastante resistentes

esterilizaes, mencionando-se uma resistncia at 150

esterilizaes.

Na literatura, sugere-se que a troca dos elementos

filtrantes seja feita pelo menos uma vez por ano, significando

cerca de 50 esterilizaes.

H, portanto, a possibilidade de operaes mais

prolongadas, mas deve ocorrer um aumento da perda de

presso nos elementos filtrantes.

4.3.3. Filtros HEPA

Os filtros HEPA (High Efficiency Particulate Air) so filtros

especialmente empregados em cmaras asspticas, ou em

reas limpas.

Podem ser feitos de:

Placas de acetato de celulose, apresentando uma eficincia

de 99,97% na remoo de partculas de dimetro mdio 0,3

m;

Placas de fibra de vidro, apresentando eficincia superior a

99,97% na remoo de partculas superiores a 0,5 m.

Normalmente esses filtros so montados com vrios

elementos filtrantes separados por folhas de alumnio, de

forma a se obter uma grande rea para a passagem do ar.

Conforme mencionado, esses filtros so utilizados em

cmaras asspticas em que se tm cmaras de fluxo laminar

com baixa velocidade de circulao do ar.

Um exemplo desse tipo de cmara est na Figura 8, a qual

ilustra um sistema com circulao vertical do ar. O ar

penetra pelo teto e sai pelo piso da cmara. Tais capelas de

fluxo laminar so bastante comuns em laboratrios.

Figura 8: Capela de fluxo laminar

Em instantes anteriores utilizao da capela, recomenda-

se:

Efetuar uma desinfeco das superfcies, empregando-se

etanol ou outras solues desinfetantes;

Deixar ainda que a capela permanea fechada durante

algum tempo;

Adicionalmente, ligando-se uma lmpada ultravioleta para

desinfeco do seu interior.

Ao iniciar a operao assptica:

Desliga-se a lmpada UV;

Aciona-se a circulao do ar;

Tomando-se sempre a precauo de evitar um excesso de

movimento no interior da capela.

5. Consideraes Finais

A esterilizao do ar para processos fermentativos

encontrou soluo mais adequada com o surgimento dos

filtros de membranas polimricas hidrofbicas que

substituram os filtros de l de vidro;

Para processos contnuos, nos quais espera-se operao

ininterrupta por vrias semanas, interessante a instalao

de dois filtros em paralelo para cada reator, evitando a

interrupo do processo;

A expectativa do surgimento de novos materiais que

permitam a operao de separao dos contaminantes do ar

atmosfrico.