Consórcio vai combinar uma plataforma de biorreator já testada em outros bioprocessos com retenção de biomassa por aglomeração celular; ganhos para proteínas alimentares ainda precisam ser demonstrados
Um consórcio formado por NIZO Food Research, DAB.bio, Vivici, dsm-firmenich e Van Hall Larenstein University of Applied Sciences vai testar uma abordagem de fermentação contínua que busca manter as células produtoras dentro do biorreator enquanto a proteína é retirada do processo.
O projeto ECOFERM pretende combinar operação contínua com retenção de biomassa in situ por meio de aglomeração celular controlada. Proteínas obtidas por fermentação de precisão, entre elas a beta-lactoglobulina, serão usadas como casos de demonstração.
A proposta mira um problema importante para a economia da fermentação de precisão: quanto produto um equipamento consegue gerar por volume e por unidade de tempo, durante quanto tempo e com que estabilidade.
O ECOFERM ainda está no início. O projeto não demonstrou aumento de produtividade ou redução de custo para proteínas alimentares. Seu objetivo é verificar se uma configuração contínua com retenção das células pode melhorar o aproveitamento do biorreator sem introduzir complexidade suficiente para anular uma eventual vantagem.
Uma plataforma existente entra em nova aplicação
Parte da tecnologia sobre a qual o ECOFERM trabalhará já existe.
A DAB.bio desenvolve o FAST, sistema que integra fermentação e separação dentro da mesma plataforma e permite retirar continuamente determinados produtos durante o processo.
Em 2022, a empresa colocou em operação uma unidade FAST de 500 litros na Bio Base Europe Pilot Plant, na Bélgica. Segundo a DAB.bio, os primeiros testes envolveram três tipos de compostos — butanol, um álcool aromático e um terpeno — e utilizaram retirada contínua de produto. A instalação também foi projetada para funcionar em conjunto com um fermentador de 15 mil litros.
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Esses antecedentes mostram que a arquitetura de fermentação e separação contínua não está sendo criada no ECOFERM. Mas são aplicações diferentes da produção de proteínas alimentares e, portanto, não permitem atribuir ao novo projeto o mesmo desempenho.
A etapa que o consórcio pretende desenvolver acrescenta outro desafio: manter as células produtoras dentro do reator durante uma operação contínua.
Por que reter as células importa
Em uma fermentação contínua, meio de cultivo pode entrar no biorreator enquanto material é retirado continuamente. Dependendo da configuração, células também podem sair com esse fluxo.
Isso cria a necessidade de mantê-las no sistema ou recuperá-las para preservar uma concentração celular capaz de sustentar a produção.
O ECOFERM pretende explorar uma estratégia baseada em aglomeração celular controlada. A ideia é fazer com que as células formem agregados que possam permanecer no biorreator enquanto o produto segue para as etapas posteriores.
O projeto investigará como controlar e manter essa aglomeração, otimizar o reator FAST, avaliar a robustez do processo e desenvolver estratégias de ampliação de escala.
A abordagem busca reduzir a dependência de métodos de retenção celular que podem acrescentar equipamentos e operações ao processo, como membranas ou centrifugação. Isso não significa, porém, que essas etapas já tenham sido eliminadas pelo ECOFERM ou que deixariam de ser necessárias em todo o processamento da proteína.
O problema da produtividade
A possível vantagem econômica da fermentação contínua está ligada, entre outros fatores, ao uso do equipamento.
Processos batch e fed-batch funcionam em campanhas. Ao final de cada uma, o fermentador precisa passar por etapas como esvaziamento, limpeza, esterilização e preparação antes de voltar a produzir.
Uma operação contínua estável pode reduzir a frequência desses intervalos e aumentar o tempo efetivamente dedicado à produção. Mas isso não significa que o modo contínuo seja, por definição, mais produtivo ou barato.
A literatura sobre fermentação contínua mostra que os resultados dependem do organismo, da proteína, das condições do cultivo e do desenho do processo. Há casos em que operações contínuas alcançam produtividade superior e outros em que processos fed-batch bem otimizados apresentam desempenho competitivo ou melhor.
Além disso, campanhas prolongadas trazem seus próprios desafios, como contaminação, estabilidade genética e fenotípica dos microrganismos, manutenção da produtividade e controle do processo.
Para proteínas alimentares, a economia também não termina no biorreator. Rendimento, concentração do produto, composição do meio, consumo de recursos, purificação e outras operações de downstream ajudam a determinar o custo final.
É por isso que o ECOFERM precisará demonstrar mais do que a possibilidade de manter uma fermentação funcionando continuamente.
Beta-lactoglobulina como caso de demonstração
Entre as proteínas previstas para os testes está a beta-lactoglobulina, uma das principais proteínas do soro do leite bovino.
A escolha aproxima o projeto de uma aplicação comercial concreta. A Vivici, integrante do consórcio, já produz beta-lactoglobulina por fermentação de precisão e levou seu processo a fermentações de maior escala.
A documentação pública do ECOFERM não esclarece, porém, se haverá comparação direta entre a nova configuração contínua e o processo atualmente utilizado pela empresa.
Esse tipo de benchmark seria importante porque permitiria avaliar a nova abordagem diante de um processo já desenvolvido para a mesma proteína, em vez de compará-la apenas com referências genéricas de fermentação batch ou fed-batch.
A beta-lactoglobulina funciona, portanto, como um teste para uma pergunta maior que a própria molécula: uma configuração contínua com retenção de biomassa consegue tornar o biorreator mais produtivo sem criar novos custos e dificuldades operacionais que neutralizem o ganho?
Para responder, o projeto terá de medir fatores como produtividade volumétrica, duração das campanhas, estabilidade do organismo produtor, eficiência da retenção celular e desempenho durante o aumento de escala.
Se esses indicadores mostrarem vantagem, a abordagem poderá oferecer uma forma de produzir mais utilizando determinada capacidade instalada. Se não mostrarem, o ganho teórico de operar continuamente pode perder relevância diante da complexidade adicional.
É essa comparação que torna o ECOFERM relevante para a fermentação de precisão neste estágio: não porque já tenha resolvido o custo ou a escala das proteínas produzidas por microrganismos, mas porque coloca à prova uma estratégia de engenharia de processo para usar de maneira mais eficiente uma das partes mais caras da infraestrutura de produção.
