Diferença entre biorreatores de bancada, piloto, industrial

Qual a diferença entre biorreatores de bancada, piloto e industrial? Os biorreatores de bancada, piloto e industrial diferem principalmente em escala, aplicação e complexidade.

O biorreator de bancada é compacto, com volumes entre 1,5 e 15 litros, para pesquisas, testes iniciais e desenvolvimento de processos em laboratórios.

O biorreator piloto atua como etapa intermediária entre o laboratório e a produção industrial, com volumes que variam de 50 a 100 litros, permitindo simular condições industriais em menor escala e validar parâmetros operacionais.

Por fim, o biorreator industrial é projetado para produção em larga escala, com volumes que chegam a 5000 de litros ou em alguns projetos até mais. Eles exigem sistemas avançados de automação, segurança e controle de qualidade.

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Volume de operação

A principal diferença entre os biorreatores de bancada, piloto e industrial está no volume de operação.

Biorreatores de bancada operam com volumes pequenos, entre 1,5 e 15 litros, para testes iniciais e desenvolvimento de processos em laboratório.
Biorreatores piloto variam de 50 a 100 litros, servindo como etapa intermediária para simular as condições da produção real.
Biorreatores industriais, por sua vez, têm volumes que ultrapassam cinco mil litros, sendo destinados à produção em escala comercial.

Finalidade de uso (pesquisa, validação, produção)

Cada tipo de biorreator tem uma finalidade diferente dentro da cadeia de desenvolvimento e produção biotecnológica.

O biorreator de bancada é voltado para pesquisa e desenvolvimento, para estudar o comportamento celular, testar novas formulações e validar condições de cultivo.
O biorreator piloto é utilizado para validação e escalonamento, sendo para ajustes técnicos antes da aplicação industrial.
O biorreator industrial é focado na produção contínua, com exigência de estabilidade, repetibilidade e rendimento. Essa é uma das principais diferença entre biorreatores.

Nível de automação e controle

O nível de automação também varia bastante entre os três tipos.

Os biorreatores de bancada têm controle manual ou automatizado, dependendo da aplicação. Muitos modelos modernos, no entanto, já incluem interfaces digitais para controle de pH, temperatura e agitação.
Os biorreatores piloto exigem um nível de automação mais avançado, com softwares de monitoramento e controle integrados, simulando o ambiente industrial. Chegando a disponibilizar para o usuário até sistemas CIP e SIP automáticos que anulam potencialmente riscos de contaminação, como nos biorreatores da ENGCO.
Nos biorreatores industriais, a automação é muito importante. Eles operam com sistemas completos de supervisão, registro contínuo de dados e respostas automáticas a variações de processo, além das funcionalidades presentes no biorreator piloto.

Complexidade do sistema

A complexidade técnica e mecânica do sistema aumenta conforme se avança do biorreator de bancada para o industrial.

Equipamentos de bancada são mais simples para manusear e com menor número de componentes.
No nível piloto, já são integradas soluções como sistema de limpeza e esterilização automática
Em escala industrial, os biorreatores estão presentes em um contexto de produção, associando-se com outros sistemas, por exemplo distribuição e envase.

Custo de aquisição e operação

O custo é uma das diferenças mais marcantes entre os três tipos.

Os biorreatores de bancada possuem custo mais acessível pois contam com menos recursos automáticos frente ao piloto.
Os biorreatores piloto já demandam investimento maior, com foco em empresas que buscam validação antes da produção, ou ainda no contexto universitário.
Enquanto isso, os biorreatores industriais têm o maior custo de aquisição, operação e manutenção, em função do volume disponível e oferecem grande retorno em capacidade produtiva.

Capacidade de escalabilidade

A escalabilidade é uma característica ao escolher entre biorreatores de bancada, piloto e industrial.

Os biorreatores de bancada são usados em fases iniciais de desenvolvimento, com foco em experimentação e pesquisa. No entanto, nem sempre seus parâmetros são diretamente aplicáveis à produção em larga escala.
Os biorreatores piloto foram projetados justamente para testar a transição entre o laboratório e a indústria, validando processos em condições semelhantes às industriais.
Os biorreatores industriais operam em escala plena, utilizando os parâmetros otimizados nas fases anteriores.

Tipo de aplicação (laboratorial, pré-produção, produção em massa)

Cada tipo de biorreator atende a uma etapa dentro do ciclo de desenvolvimento e produção.

O biorreator de bancada é aplicado em testes laboratoriais, desenvolvimento de processos e pesquisas acadêmicas.
O biorreator piloto serve como ponte entre a bancada e a indústria, usado para pré-produção, validação de parâmetros e otimização.
O biorreator industrial é voltado para produção em massa, capaz de operar continuamente por longos períodos com alto rendimento.

Espaço físico necessário

A dimensão física dos equipamentos é outro fator que varia bastante entre cada um deles. Desse modo, a escolha do modelo deve considerar o espaço disponível e os requisitos de instalação.

Biorreatores de bancada ocupam pouco espaço e são facilmente acomodados em bancadas de laboratório. Demandando mais espaço para as utilidades do que para o próprio biorreator em si
Biorreatores piloto normalmente exigem um espaço maior, inclusive alocando espaço para tubulações para o sistema de limpeza, diferente dos biorreatores piloto da ENGCO que possuem o sistema de limpeza (CIP) integrados ao equipamento, otimizando espaço físico.
Biorreatores industriais demandam barracões amplos, áreas com controle ambiental, estruturas metálicas e isolamento de segurança, além de infraestrutura para utilidades maiores (água, vapor, ar comprimido).

Requisitos de segurança e certificação

Conforme a escala aumenta, também crescem os requisitos de segurança e certificação. Os equipamentos de bancada, portanto, seguem normas laboratoriais básicas.

Enquanto isso, os de escala piloto e industrial precisam atender a normas técnicas rigorosas, como ASME BPE; NBR IEC 60034-5; NBR IEC 60034-6; NBR 17094-1; NBR IEC 60529; NBR 5410; NR10; NR12; NR13; NR17; NR23; NR26

Tipo de manutenção exigida

Uma das principais diferença entre biorreatores. Todos os biorreatores demandam manutenção preventiva que ocorre por período ou hora trabalhada, sendo nos biorreatores de bancada manutenções mais simples, aumentando a complexidade conforme tipo e tamanho do biorreator.

Tempo de processo e rendimento

O tempo de processo e o rendimento produtivo variam bastante entre biorreatores de bancada, piloto e industrial.

Biorreatores de bancada são voltados para experimentação e desenvolvimento, com foco na obtenção de dados e não na quantidade de produto final. Por isso, os tempos de processo tornam-se mais longos e os rendimentos, limitados.

Biorreatores piloto buscam simular com maior fidelidade as condições de produção, permitindo testes com maior produtividade e ciclos mais otimizados.

Enquanto isso, os biorreatores industriais são projetados para operar continuamente ou em bateladas de alto volume, com ciclos mais curtos, maior rendimento e aproveitamento de recursos.

Porém é importante enfatizar que o determina de fato o tempo do bioprocesso é o próprio organismo que está sendo escalado.

Facilidade de limpeza e esterilização

A facilidade de limpeza e esterilização é outro aspecto que distingue os três tipos de biorreatores. Distinguindo também biorreatores fornecidos pela empresa, sendo que um mesmo tipo de biorreator (ex: piloto) pode ter esses sistemas mais manuais, ampliando substancialmente o risco de contaminação. Escolha sempre biorreatores com sistemas automatizados.

Os modelos de bancada permitem desmontagem rápida e esterilização por autoclave das peças removíveis. São práticos, para uso acadêmico e pesquisa.
Os biorreatores piloto contam com sistemas SIP (Sterilization in Place) e CIP (Cleaning in Place integrado ao equipamento) automáticos, facilitando o preparo entre ensaios e simulando o ambiente industrial, anulando riscos de contaminação.
Os biorreatores industriais exigem processos validados de limpeza e esterilização automatizada, assegurando segurança sanitária.

Recursos de monitoramento e registro de dados

Existem diferentes níveis de biorreatores disponibilizados no mercado, desde biorreatores com monitoramento manual dos parâmetros até os automatizados que constam com todo um sistema de gráficos e registro de dados direto em pendrive ou rede indicada, presente nos biorreatores da ENGCO.

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