Centrifugação

Purificação de Produtos Biotecnológicos Autores: Adalberto Pessoa Jr. e Beatriz Vahan Kilikian. Capítulo 3, pág. 30-36.

Christie John Geankoplis. Transport Process and Separation Processes. Prentice-Hall, 2003.

Universidade Federal de PelotasCentro de Desenvolvimento Tecnológico – CDTec

Graduação em BiotecnologiaDisciplina de Operações Unitárias

Profa. Dra. Patrícia S. Diaz

10. Centrifugação

Células em suspensão em um meio líquido sedimentam por ação da gravidade. A centrifugação compreende a aceleração dessa sedimentação por ação de um campo gravitacional centrífugo.

Conceito: Processo de separação mecânica de sistemas líquido-sólido e líquido-líquido que utiliza a força centrifuga para a separação das fases.

- permite efetuar separações que seriam impossíveis em condições gravitacionais;

- alcança uma sedimentação mais rápida;

- obtém-se suspensões de células mais concentradas em relação a original;

Centrifugação

Na sedimentação as partículas são separadas de um fluído por ação de forças gravitacionais.

A separação gravitacional pode ser muito lenta devido à proximidade entre as densidades das partículas e do fluido, ou por causa de forças associativas que mantém componentes ligados, como em emulsões.

O uso de centrífugas aumenta muitas vezes a força que atua sobre o centro de gravidade das partículas, facilitando e a separação e diminuindo o tempo de residência.

Aplicações

- sedimentação de células e vírus;

- separação de organelas subcelulares;

- isolamento de macromoléculas como DNA, RNA, proteínas ou lipídios;

- separação de líquidos de densidades diferentes;

-separação de lodo em estações de tratamento de efluente;

- entre outras

Vantagem da Filtração

Filtração x Centrifugação

obtem-se material mais seco

Desvantagens da filtração frente a centrifugação

- Gera grandes volumes de torta

- Dificulta a manutenção da assepsia

- Demanda significativa de mão de obra.

Tabela 1. Classes das centrifugas e suas aplicações

RCF – força centrifuga relativa

25 ..10.118,1 nrRCF

r

RCFn 299

Onde:

RCF = Relative Centrifugal Force (força g)

n = rpm

r = raio (cm)

Força centrifuga relativa (RCF) ou número g

Centrifugação – Equipamento

A centrifuga é um recipiente cilíndrico que gira a alta velocidade criando um campo de força centrífuga que causa a sedimentação das partículas.

Os fluidos e sólidos exercem uma força alta contra à parede do recipiente que limita o tamanho das centrífugas.

Centrifugação – Equipamento

Tipos de Rotores

Tipo de rotores

1. Possuem balanço (Móveis)

2. Ângulo fixo

3. Ângulo reto

Centrifugação – Equipamento

Tipos de Centrífugas

Centrífuga Tubular: Este tipo de centrífuga consiste em um tubo sólido fechado em ambas as extremidades, e que normalmente é alimentado com dois líquidos de densidades diferentes, por uma entrada no fundo. A fase mais pesada se concentra contra a parede do cilindro, enquanto a fase mais leve flutua sobre ela. As duas fases são separadas por meio de um defletor que as descarrega em dois fluxos distintos.

Centrífuga de Discos: opera a velocidades de 3000 a 20 000 vezes a gravidade e proporciona um sistema de clarificação contínuo que é satisfatório para materiais com um conteúdo de sólidos de 1-2% ou menos. Os sólidos sedimentam na parede do vaso e são descarregados manualmente ou automaticamente por aberturas intermitentes do vaso. A pilha de discos aumenta grandemente a área efetiva de sedimentação ou clarificação, e as fases líquida e sólida movem-se para cima ou para baixo na superfície dos discos. O líquido descarrega através de um ou mais discos

Centrífuga Decantadora de Vaso Horizontal: consistem em dois elementos giratórios concêntricos horizontais contidos em uma carcaça estacionária. O cesto (elemento giratório exterior) afila-se de forma que os sólidos descarreguem em um raio menor que o do licor. O elemento interno é um transportador de parafuso tipo rosca-sem-fim com a extremidade da lâmina ajustada próximo ao contorno da cesta.  A suspensão é alimentada no interior do eixo transportador por bombeamento ou por gravidade, sendo automaticamente acelerada até a velocidade da máquina. A força centrífuga impele a suspensão através de canais para o interior da cesta giratória, onde os sólidos decantam através da camada de licor formada sobre a parede.

Centrifuga de Tambor

Utilizada apenas na clarificação de líquidos, como por exemplo óleo isento de água.

O produto a ser clarificado entra no tambor pelo centro, escoando consecutivamente por cada câmara anelar a partir da câmara mais interna.

O tambor é dotado de 2 a 8 elementos cilíndricos internos, uma série de câmaras anelares unidas consecutivamente.

Em cada câmara o diâmetro é maior e aumenta a força centrífuga, fazendo o produto escoar por zonas centrífugas cada vez maiores, até o final do processo.

1000g/10 min

Sobrenadante/Decantado

3000g/10 minetc.

A - Centrifugação Diferencial: A separação é baseada no tamanho das partículas. Uma suspensão contendo diferentes moléculas é centrifugada e as partículas maiores sedimentam com mais rapidez do que as partículas menores, obtendo-se frações de moléculas.

Tipos de separações por centrifuga

Tipos de separações por centrifuga

B - Centrifugação por gradiente de densidade

Separação por zonas ( Centrifugação

ZONAL)

Separação por equilíbrio(Centrifugação ISOPÍCNICA)

B.2. CENTRIFUGAÇÃO ISOPICNICA

Densidade da partícula (na amostra)

Densidade do gradiente

Densidade do gradiente < >

Obs.: Ponto isopícnico (densidade da particula igual à densidade da porção do gradiente);