Biorreator: o que é, como funciona e guia completo

O biorreator é um equipamento utilizado para promover reações biológicas em ambiente controlado, com o objetivo de cultivar microrganismos, células ou tecidos em larga escala.

É muito utilizado em indústrias como farmacêutica, alimentícia e de biotecnologia, o biorreator garante condições ideais de temperatura, pH, oxigênio dissolvido e agitação para maximizar a produtividade dos processos biológicos.

Seu funcionamento baseia-se na criação de um ambiente estéril e otimizado, onde os organismos vivos transformam matérias-primas em produtos como vacinas, antibióticos, enzimas, bebidas fermentadas, bioinsumos para a agricultura e até ácido hialurônico a partir de leveduras. Existem diversos tipos de biorreatores, como os de agitação mecânica ou airlift, onde a agitação é realizada pelo fluxo de ar.

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O que é um biorreator e qual sua principal função?

O biorreator é um equipamento utilizado para promover reações biológicas em ambiente controlado, com o objetivo de cultivar microrganismos, células animais, vegetais ou enzimas.

Sua principal função é fornecer as condições ideais para que essas células cresçam e produzam compostos de interesse, como medicamentos, vacinas, enzimas, bioinsumos e outros

É usado nas indústrias farmacêutica, alimentícia, agrícola, ambiental e energética, sendo indicado para processos biotecnológicos em escala laboratorial e industrial.

Quais são os principais tipos de biorreatores existentes?

Os biorreatores são classificados de acordo com o modo de operação e o tipo de cultivo.

Dessa forma, os principais tipos incluem:

Biorreator de tanque agitado: o mais comum, com agitadores mecânicos para mistura e homogeneidade.
Biorreator airlift: promove a circulação do meio por meio de injeção de ar ou gás, com menos estresse celular.
Biorreatores fotossintéticos: usados para cultivo de algas e outros organismos fotossintetizantes, com luz como insumo.

Como funciona um biorreator na prática?

Na prática, o biorreator funciona como um ambiente fechado e estéril onde as condições físico-químicas são rigorosamente controladas. Os nutrientes são adicionados ao meio de cultura, e as células ou microrganismos são inoculados.

O sistema de controle monitora variáveis como temperatura, pH, oxigenação, pressão e agitação para manter o ambiente. Dependendo do tipo de operação (batelada, batelada alimentada ou contínua), o processo dura horas ou dias, até que o produto desejado seja extraído.

Quais são os componentes básicos de um biorreator?

Basicamente, podemos dizer que os principais componentes básicos do biorreator são:

Tanque de cultivo (vaso de reação): onde ocorre o crescimento celular.
Sistema de agitação: responsável pela homogeneização do meio e transferência de massa.
Sistema de aeração: fornece oxigênio para muitos processos aeróbios.
Sensores e controladores: monitoram e ajustam parâmetros como pH, temperatura, oxigênio dissolvido e pressão.
Sistema de alimentação e colheita: permite a entrada de nutrientes e retirada do produto.
Camisa de resfriamento ou aquecimento: regula a temperatura do meio.
Console com interface: para o operador usar o equipamento, podendo também ser feito de forma remota
Sistema de CIP e SIP: responsáveis pela limpeza e esterilização do equipamento e linhas auxiliares

Guia completo sobre biorreatores

Para que serve o controle de temperatura, pH e oxigênio dissolvido em um biorreator?

O controle desses parâmetros serve para o sucesso do cultivo biológico. A temperatura influencia diretamente na taxa de crescimento e metabolismo das células.

O pH precisa ser mantido em níveis ideais para evitar danos celulares ou queda na produção. Enquanto isso, o oxigênio dissolvido é interessante em processos aeróbios; sua deficiência compromete a atividade celular.

O sistema de controle automático ajusta continuamente esses fatores para assegurar o ambiente mais favorável ao processo produtivo.

Quais microrganismos ou células podem ser cultivados em biorreatores?

Biorreatores são amplamente utilizados para o cultivo de diferentes tipos de microrganismos e células, dependendo da aplicação industrial ou laboratorial.

Entre os mais comuns estão bactérias como Bacillus subtilis e Escherichia coli, muito utilizadas na produção de enzimas e proteínas recombinantes; leveduras como Saccharomyces cerevisiae e Pichia pastoris, aplicadas em processos fermentativos; fungos filamentosos como Aspergillus niger e Trichoderma harzianum, importantes na produção de bioinsumos agrícolas e biocontrole. Também são cultivadas microalgas como Chlorella e Spirulina para produção de biomassa, pigmentos e nutrientes.

Além dos microrganismos, biorreatores também podem ser usados para culturas de células animais e vegetais, especialmente em biotecnologia farmacêutica e cosmética, como na produção de anticorpos, vacinas ou metabólitos secundários.

A escolha do organismo depende do objetivo do processo, e o ambiente controlado do biorreator — com controle de pH, temperatura, oxigênio, agitação e alimentação — garante as condições ideais para alto desempenho biológico.

Qual a diferença entre biorreatores de uso industrial e laboratorial?

A principal diferença entre os biorreatores de bancada, piloto e industriais está na escala de operação e no objetivo de uso.

Os modelos de laboratório, com volumes entre 1,5 e 15 litros, são ideais para testes iniciais, desenvolvimento de processos e pesquisa.

Os biorreatores piloto, que operam entre 50 e 100 litros, permitem validar condições de cultivo em uma escala intermediária, aproximando-se do cenário industrial.

Já os biorreatores industriais, com capacidades que chegam a 5000 litros, são projetados para produção contínua ou em batelada, com automação avançada, controle rigoroso e alta estabilidade dos parâmetros críticos.

Um grande diferencial da ENGCO é que todos os nossos biorreatores — de bancada ao industrial — compartilham a mesma interface de operação. Isso padroniza o uso, reduz erros e facilita o treinamento da equipe em qualquer etapa do processo.

Além disso, a escalabilidade dos nossos sistemas permite que o que é cultivado em 1,5 litros possa ser reproduzido com precisão em um equipamento de 5.000 litros, assegurando consistência e desempenho em todas as fases do bioprocesso.

Em quais setores industriais os biorreatores são mais utilizados?

Os biorreatores são utilizados em indústrias de biotecnologia, com destaque para os seguintes setores:

Farmacêutico: produção de antibióticos, vacinas, hormônios (como insulina) e biofármacos.
Agricultura: cultivo de microrganismos para defensivos biológicos e bioestimulantes.

Quais produtos podem ser obtidos a partir de processos em biorreatores?

Medicamentos: como insulina, hormônio do crescimento, anticorpos monoclonais e vacinas.
Bioinsumos: nematicida, inseticida, fungicida, acelerador de biodegração e inoculantes
Enzimas industriais: usadas em detergentes, alimentos e processos químicos.
Ácidos orgânicos: como ácido cítrico, lático e acético.
Compostos bioativos: como pigmentos, vitaminas e antioxidantes.

Como é feita a esterilização de um biorreator?

A esterilização serve para evitar contaminações que comprometam o processo. Assim sendo, podemos dizer que os métodos mais comuns são:

Esterilização por autoclave: usado especialmente em biorreatores de bancada
Esterilização com vapor (SIP – Sterilization In Place): muito usado em escala industrial, esteriliza todo o sistema, incluindo equipamentos e linhas auxiliares de forma automática

O que diferencia os bioprocessos contínuos, batelada e batelada alimentada?

Esses três modos operacionais definem como os insumos e produtos são inseridos ou retirados do sistema ao longo do processo:

Batelada (batch)

Todo o meio de cultura e os microrganismos são inseridos no início do processo. O sistema permanece fechado até a colheita final. É o mais recomendado para produções em menor escala e testes iniciais.

Batelada alimentada (fed-batch)

Semelhante ao modelo em batelada, mas com adição gradual de nutrientes ao longo do cultivo. Possibilita maior controle sobre o crescimento celular e produção, sendo muito usado na indústria farmacêutica.

Contínuo

Os nutrientes são continuamente adicionados e o produto continuamente retirado, mantendo as células em estado estacionário. É mais indicado em processos longos e de alta produtividade.

Como escolher o melhor biorreator?

A escolha do biorreator envolve diversos fatores técnicos e operacionais. O primeiro passo é entender o tipo de célula ou microrganismo a ser cultivado. Afinal, alguns são sensíveis ao cisalhamento mecânico, exigindo modelos com agitação suave, como os biorreatores airlift.

Também será preciso considerar o volume de produção, a automação, a facilidade de limpeza e esterilização, e a disponibilidade de sensores e controladores.

Outro ponto é a escalabilidade: se o processo começar em laboratório, o equipamento deve permitir transição para escala piloto e industrial com o mínimo de adaptação.

Conheça a ENGCO

A ENGCO é referência em soluções para a bioindústria, oferecendo biorreatores de bancada, piloto e industriais, além de equipamentos de suporte como bombas peristálticas e mesas agitadoras.

Fundada com base na experiência de mais de 30 anos de seus sócios no setor de biotecnologia, nossa empresa se destaca pela qualidade, personalização e suporte técnico de excelência.

Nossos biorreatores contam com 3 anos de garantia, e são utilizados por instituições renomadas como Embrapa, Esalq, Biotrop, Agrivalle, UEL, entre centenas de outros.

A ENGCO também oferece serviços como construção e aluguel de biofábricas, atendendo desde projetos laboratoriais até demandas industriais.

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