Protótipo desenvolvido por pesquisador do Instituto de Biotecnologia aumenta produtividade de enzimas utilizáveis nas indústrias alimentícia, farmacêutica e química. Carta-Patente foi concedida pelo Instituto Nacional de Propriedade Industrial no início do mês de maio. 

O Instituto de Biotecnologia da Universidade de Caxias do Sul 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, Mauricio 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 de produção 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 substrato (farelo de trigo), depositado em recipientes de vidro colocados em estufas. Como a multiplicação de microrganismos 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 regulação das variáveis necessárias ao bioprocesso. “O microrganismo 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, um timer 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 pode ser utilizado em centros de pesquisa e empresas

De acordo com Polidoro, o controle de temperatura trazido pelo modelo permite, além do cultivo de microrganismos (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 adquíri-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).

Fotos: Claudia Velho