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.