BRPI0923056B1 - fermentador em forma de u e/ou bocal em laço em u, e, método para realizar um processo de fermentação - Google Patents

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(54) Título: FERMENTADOR EM FORMA DE U E/OU BOCAL EM LAÇO EM U, E, MÉTODO PARA REALIZAR UM PROCESSO DE FERMENTAÇÃO (51) Int.CI.: C12M 1/36; C12M 1/02; B01J 19/18 (30) Prioridade Unionista: 15/12/2008 DK PA 2008 01780 (73) Titular(es): UNIBIO A/S (72) Inventor(es): EBBE BUSCH LARSEN (85) Data do Início da Fase Nacional: 15/06/2011 / 37 “FERMENTADOR EM FORMA DE U E/OU BOCAL EM LAÇO EM U, E, MÉTODO PARA REALIZAR UM PROCESSO DE FERMENTAÇÃO”

CAMPO DA INVENÇÃO [1] A presente invenção refere-se a um fermentador em forma de U e/ou bocal em laço em U e a um método de afetar um processo de fermentação.

[2] Mais especificamente, a invenção refere-se a fermentadores em forma de U e/ou de bocal em laço em U e métodos para a operação dos mesmos, que são particularmente apropriados pra processos de produção com bactérias metanotróficas e processos similares, por meio do que um ou mais diferentes gases e outros nutrientes são para ser supridos ao líquido de fermentação. O transporte de massa de gás da fase gás e para dentro do líquido de fermentação é melhorado a fim de obter-se um processo de fermentação de processamento ótimo, com a mais elevada possível produção do produto de fermentação no mais curto possível período de tempo.

DEFINIÇÕES [3] Um fermentador ou biorreator é definido aqui como um vaso adequado para conduzir fermentação ou para empregar biocatalisadores.

[4] Um processo de fermentação é definido como o crescimento ou manutenção de biocatalisadores vivos sob condições aeróbicas, anaeróbicas ou parcialmente aeróbicas, de modo que um produto desejado seja produzido, quer esse produto seja as próprias células ou substâncias produzidas pelas células ou convertidas pelas células.

[5] Os biocatalisadores vivos abrangem células microbianas, células animais, células de insetos, células de plantas, vírus, fagos, priônios, amebas, algas, fungos, bactérias, procarióticas ou eucarióticas.

[6] Os biocatalisadores não-vivos são células mortes ou extratos de células vivas ou mortas, p. ex., enzimas.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

Petição 870180049880, de 11/06/2018, pág. 14/56 / 37 [7] O uso de biocatalisadores tais como células microbianas ou enzimas para produzir produtos é bem conhecido e tem sido praticado por séculos em o que se tornou conhecido como processamento biotecnológico. Tipicamente, em processos biotecnológicos os microorganismos são cultivados em um tanque (também chamado um tanque de fermentação ou simplesmente um fermentador), dentro do qual os substratos, necessários para os microorganismos produzirem o produto, são adicionados.

[8] Tais processos de cultivo tipicamente ocorre em soluções aquosas (também chamadas líquidos de fermentação, caldas de fermentação ou simplesmente caldas) contendo uma variedade de substratos, tais como fontes de carbono, bem como fontes de nitrogênio, fosfatos, sulfatos mais uma larga variedade de outros componentes dependendo do microorganismo usado e dos produtos a serem produzidos. Em muitos casos o nome genérico fermentação é usado para tais processos, que podem ser realizados na presença ou na ausência de oxigênio ou ar.

[9] Em muitos cultivos, os microorganismos usados requerem oxigênio e este tem que ser adicionado. Oxigênio é tipicamente adicionado como um gás bombeando-se ar atmosférico comprimido dentro do caldo de fermentação. Oxigênio gasoso puro ou ar enriquecido por oxigênio podem também ser usados como uma fonte de oxigênio. Cultivos em que oxigênio é adicionado são chamados fermentações aeróbicas ou cultivos aeróbicos. Em alguns casos, outros substratos usados pelos microorganismos são adicionados como gases à solução e podem, por exemplo, ser fontes de carbono, tais como metano. Produtos resíduo são também formados durante a fermentação. Um produto resíduo que é normalmente produzido na maior quantidade é dióxido de carbono.

[10] A adição de substratos gasosos tais como oxigênio ou metano no líquido de fermentação é problemática, uma vez que os microorganismos não podem usar os gases diretamente. Os gases têm, portanto, que ser

Petição 870180049880, de 11/06/2018, pág. 15/56 / 37 dissolvidos no caldo de fermentação, após o que eles são absorvidos pelos microorganismos e usados como uma fonte de energia e/ou para crescimento microbiano. Um problema genético dos processos de fermentação é, portanto, solubilizar bastante dos nutrientes gasosos no caldo para satisfazer as demandas dos microorganismos, particularmente se a população ou concentração de microorganismos for grande (e a demanda por substratos gasosos for elevada) ou se a temperatura de fermentação for elevada, o que tende a diminuir a solubilidade dos substratos gasosos no caldo de fermentação.

[11] A taxa de transferência da fase gás para dentro da fase líquida pode ser melhorada se bolhas muito pequenas forem usadas ou se uma pressão mais elevada (isto é, a pressão dentro do espaço superior do fermentador for acima da pressão atmosférica) for usada no fermentador ou se a temperatura do caldo for reduzida. Uma vez que os microorganismos são células vivas sensíveis, redução significativa da temperatura não é possível se afetar a taxa de crescimento dos microorganismos.

[12] Uma grande quantidade de energia é tipicamente usada nos tanques de fermentação convencionais, para assegurar que suficientes quantidades dos substratos gasosos sejam dissolvidas no caldo de fermentação. Mesmo assim, muitos processos de fermentação são limitados por insuficiente transferência de gases para a fase líquida.

[13] Fermentadores convencionais são tanques agitados altos, em que a mistura de gases com o líquido de fermentação é efetuada por meio de pás agitadores colocadas centralmente no fermentador. As pás agitadoras geram turbulência no líquido, o que significa que gás, usualmente injetado na base do reator, será dissipado no líquido na forma de pequenas bolhas gasosas finas. Os substratos gasosos são adicionados na base do tanque e devem ser pressurizados para superar a pressão hidrostática do tanque, dentro do qual eles são bombeados. Esta compressão de gases requer quantidades

Petição 870180049880, de 11/06/2018, pág. 16/56 / 37 significativas de energia.

[14] Este tipo de reator provê uma mistura relativamente homogênea, isto é, aquela em torno das mesmas concentrações de gases e substratos que será encontrada se medindo no topo ou na base do reator. Porém a mistura vigorosa a fim de criar pequenas bolhas de gás e assegurar mistura ótima dentro do tanque também requer o uso de energia excessiva e implica ainda em um significativo aquecimento do líquido de fermentação. O uso excessivo de energia torna este tipo de reator não-econômico, especialmente para produtos baratos, tais como células microbianas, que são atualmente vendidas como comida animal ou comida de peixe.

[15] Outros tipos de fermentadores foram também projetados com a intenção de reduzir o consumo de energia para mistura, mas ainda assegurando suficiente transferência de massa de gases para a fase líquida. Estes fermentadores são com frequência chamados fermentadores de levantamento de ar, fermentadores de circuito de jato ou fermentadores em laço em U.

[16] Diferentes tipos de reatores de levantamento de ar têm sido projetados a fim de evitar a agitação mecânica. A maior parte destes reatores são chamados reatores de circuito tendo duas seções: uma parte de fluxo ascendente e uma parte de fluxo descendente, que são interconectadas em ambas as extremidades. Os gases são supridos como pequenas bolhas na base do reator na parte de fluxo ascendente, usualmente em um arranjo de bocal. As bolhas misturam-se com o líquido, por meio do que a densidade total é reduzida e a mistura de gás-líquido ascende, enquanto sendo deslocada por novo líquido emergindo da parte de fluxo descendente. A mistura de gáslíquido move-se para cima através da parte de fluxo ascendente do reator e libera bolhas de gás no topo. Em seguida, o líquido descende através da parte de fluxo descendente, a fim de obter um longo tempo de permanência para as bolhas de gás no líquido. Os reatores de levantamento de ar são

Petição 870180049880, de 11/06/2018, pág. 17/56 / 37 convencionalmente reatores delgados muito altos e o gás deve ser suprido em uma elevada pressão para superar a pressão hidrostática na base do reator. Se o gás for ar, isto implica no uso de compressores. A compressão de ar usualmente requer significativas quantidades de energia.

[17] Os reatores de levantamento de ar têm uma exploração relativamente pobre do gás injetado. Tipicamente, somente 20 - 40% do gás oxigênio são utilizados. É com frequência difícil obter-se uma liberação boa e rápida das bolhas de gás do líquido de fermentação no topo do reator e separação da fase gás assim produzida (que pode ser um tanto espumante) da fase líquida antes de o líquido fluir para a parte de fluxo descendente do reator. A fase gás, incluindo quantidades significativas de gases residuais da fermentação, p. ex., CO2, é assim arrastada no caldo, é então redispersa no caldo, o que pode resultar em uma solubilização reduzida dos gases de substrato adicionados ao fermentador.

[18] O reator em forma de U tem um projeto simples e é construído com vistas a prover injeção de gás não-comprimido ou quase não comprimido, em combinação com um longo tempo de permanência para os gases e, assim, um alto grau de exploração dos gases injetados. O topo do reator é projetado para obter uma boa separação de gases e líquido.

[19] Em princípio, o reator em forma de U é também um reator de laço. Entretanto, ao contrário dos reatores de circuito convencional, a circulação do líquido é realizada por meio de uma bomba em linha. A bomba pode ser do tipo de bomba propulsora, em que as pás de hélice são projetadas para bombear uma mistura de líquido e gás. Empregando-se bombas em vez de ar ou gases comprimidos injetados para criar circulação de líquido reduz-se o consumo de energia total durante a fermentação. Os gases de substrato podem ser introduzidos em diferentes locais no circuito em forma de U. Tipicamente, eles serão supridos na extremidade superior da parte de fluxo descendente do circuito. Introduzindo-se os gases de substrato na extremidade

Petição 870180049880, de 11/06/2018, pág. 18/56 / 37 superior da parte de fluxo-descendente do laço, uma injeção quase nãocomprimida é obtida, uma vez que os gases somente têm que superar uma pressão hidrostática de alguns metros. Os gases podem ser introduzidos por meio de distribuidores provendo uma distribuição através da inteira seção transversal da parte de fluxo descendente do laço. Fina dispersão dos gases no líquido é efetuada por meio de elementos de mistura estáticos colocados imediatamente a jusante dos injetores de gás (os elementos de mistura podem ser de, p. ex., de manufatura Sulzer). O fluxo de líquido na parte de fluxo descendente do circuito deve ser suficientemente elevada para transportar todo o gás injetado através dos misturadores estáticos. Nos misturadores estáticos, a fase gás é decomposta em um grande número de pequenas bolhas de gás, que são dispersas uniformemente no líquido. As bolhas são transportadas juntamente com o fluxo de líquido através da parte de fluxo descendente do circuito para sua extremidade inferior e mais adiante através de uma curva U para a parte de fluxo ascendente do circuito. As bolhas de gás podem ser redispersas (p. ex., por meio de uma pluralidade de elementos de mistura estáticos providos na parte tanto de fluxo descendente como de fluxo ascendente) diversas vezes no líquido.

[20] A bomba em linha é normalmente colocada adjacente à curvaU, parcialmente porque ela então auxilia na produção de uma redispersão do gás no líquido e parcialmente porque é prático ter-se-á colocada na base do fermentador.

[21] O topo do fermentador é projetado de modo que a parte de fluxo ascendente do circuito, via uma curva, seja passada horizontal e tangencialmente para dentro do lado de um alargamento da extremidade superior da parte de fluxo descendente do circuito. Este detalhe de construção particular auxilia na produção de uma boa separação de líquido e bolhas de gás, quando as forças centrífugas atuam na curva, e no mesmo alargamento da extremidade superior da parte de fluxo descendente do circuito uma

Petição 870180049880, de 11/06/2018, pág. 19/56 / 37 circulação vigorosa do líquido, com correspondentes forças centrífugas acompanhantes, surge, que também realiza separação do líquido e bolhas de gás. Desse modo, um dos grandes problemas associados com os reatores de levantamento de ar, isto é, separação das fases gás e líquida, é elegantemente resolvido.

[22] Além disso, o reator em forma de U provê um longo tempo de contato entre as fases gás e líquida, cisto que o gás injetados está presente tanto na parte de fluxo descendente como na parte de fluxo ascendente do circuito. Isto significa que uma utilização essencialmente mais elevada do gás é obtida, em comparação com reatores de levantamento de ar e tanques agitados convencionais.

[23] As bolhas de gás dos líquidos têm uma tendência de fundiremse junto com bolhas maiores (coalescer). Esta tendência contribui para produzir reatores de levantamento de ar convencionais ineficazes, visto que as bolhas tornam-se cada vez maiores para cima através da parte de fluxo ascendente, parcialmente devido à coalescência e parcialmente devido a uma pressão hidrostática reduzida. No reator em forma de U, esta tendência na parte de fluxo ascendente é neutralizada provendo-se misturadores estáticos apropriadamente afastados entre si em distâncias que dependem do meio aplicado. Na parte de fluxo descendente, a pressão hidrostática crescente neutraliza a tendência para tamanhos de bolha aumentados. Na extensão em que este efeito não pode compensar a coalescência das bolhas de gás, misturadores de gás estáticos são providos para redispersão dos gases por misturadores estáticos.

[24] A quantidade de gás, que pode vantajosamente ser disperso no líquido, depende da pressão hidrostática. No caso de reatores altos, seria portanto vantajoso terem-se diversos locais para a introdução de gases na parte de fluxo descendente. A única exigência com respeito às entradas de gás é que pelo menos um elemento de mistura estático é colocado imediatamente

Petição 870180049880, de 11/06/2018, pág. 20/56 / 37 após cada entrada para dispersar o gás no líquido.

[25] Exemplos de fermentadores de levantamento de ar pode ser vistos na EP 306466 A ou US 5342781 A.

[26] Exemplos de fermentadores em laço em U do tipo acima mencionado são descritos nas EP 185407A, EP 418187 A, EP 1183326 B e WO 03/016460 A1.

[27] Na EP 1183326 B e WO 03/16460 A1, que são considerados para descrever a mais próxima arte anterior da presente invenção, o processo de fermentação é controlado usando-se sensores e analisadores dos sinais de suprimento de fermentador para as unidades de processamento de dados, que então controlam a adição de substratos gasosos e outros parâmetros do processo.

[28] No WO 03/16460 A1, uma parte substancial do circuito-U do reator é horizontal a fim de superar problemas surgindo de uma crescente pressão hidrostática. Esta construção do fermentador pode resultar em bolsões de gás desenvolvendo-se no topo da parte horizontal do circuito-U e, assim, reduzindo o volume de líquido no fermentador e reduzindo a produtividade total do fermentador.

[29] Contudo, a transferência de gases entre a fase gás e a fase líquida em tais fermentadores é ainda demasiado pouca para produzir produtos baratos em um processo de fermentação.

[30] A transferência de massa de gás pode ser melhorada aumentando-se a pressão no espaço áéreo (isto é, o espaço acima da superfície líquida do fermentador) p. ex., até 1 bar ou mais acima da pressão atmosférica. Este aumento de pressão no espaço superior aumenta a pressão no inteiro fermentador.

[31] Um problema com o aumento da pressão no fermentador é que a liberação de gases residuais do líquido de fermentação é reduzida quando aumentando-se a pressão. A energia empregada para pressurizar o espaço

Petição 870180049880, de 11/06/2018, pág. 21/56 / 37 superior não pode ser recuperada. Se a fonte de carbono for suprida como um gás, p. ex., metano, então misturas de gás explosivas no espaço superior podem surgir mais facilmente quando a pressão é aumentada.

[32] Um dos produtos de resíduo produzidos em grandes quantidades nos processos de fermentação é dióxido de carbono (CO2). Todas as células microbianas produzem dióxido de carbono, que passam para fora da célula e para dentro do líquido de fermentação. O dióxido de carbono deve então ser transferido para a fase gás antes de poder ser liberado do fermentador. A solubilidade dos gases, incluindo dióxido de carbono, no líquido de fermentação é aumentada aumentando-se a pressão. Assim, uma pressão mais elevada no fermentador reduzirá a liberação de dióxido de carbono para a fase gás no fermentador, resultando em uma mais elevada concentração de dióxido de carbono no caldo de fermentação. Uma elevada concentração de dióxido de carbono no líquido de fermentação provoca uma reduzida produtividade das células no fermentador e, desse modo, uma reduzida produtividade total no processo de fermentação.

[33] Embora as referências acima mencionadas também lidem com otimização dos fermentadores e métodos de fermentar, em que os gases supridos para o fermentador são gases mais caros, tal como ar enriquecido com oxigênio, oxigênio puro e/ou metano, há ainda uma necessidade de mais melhoria da produtividade total dos fermentadores e dos processos de fermentação e especialmente mais melhoria da da utilização dos gases de substrato adicionados a tais fermentações.

[34] Nenhum fermentador, fermentador ou tanque adequado para cultivo de células vivas foi anteriormente descrito, que permita a pressão ser aumentada à vontade em certas partes do fermentador, enquanto a pressão é substancialmente igual a ou mesmo mais baixa do que a pressão atmosférica em outras partes do reator.

RESUMO DA INVENÇÃO

Petição 870180049880, de 11/06/2018, pág. 22/56 / 37 [35] O objetivo da invenção é melhorar a transferência de massa dos substratos gasosos para dentro da fase líquida, onde eles são disponíveis para os biocatalisadores (p. ex., os microorganismos) de uma maneira eficiente de energia.

[36] É também um objetivo da invenção melhorar a eficiência da remoção de gás residual melhorando-se a transferência do gás residual da fase líquida para dentro da fase gás, para remoção do fermentador, mesmo quando o fermentador é operado sob pressão aumentada.

[37] Estes objetivos são alcançados com o fermentador em forma de U e/ou bocal em laço em U de acordo com a invenção, que compreende uma parte-U tendo uma parte de fluxo descendente essencialmente vertical, uma parte de fluxo ascendente essencialmente vertical e uma curva-U tendo uma parte conectante substancialmente horizontal, que conecta as extremidades inferiores da parte de fluxo descendente e a parte de fluxo ascendente, uma parte de topo que é provida acima da parte-U e conecta a extremidade superior da parte de fluxo descendente e a extremidade superior da parte de fluxo ascendente, a parte de topo tendo um diâmetro que é substancialmente maior do que o diâmetro da parte-U, meio de circulação de líquido na parte-U do fermentador, uma saída, preferivelmente colocada na parte de topo ou na parte conectante horizontal da parte-U do fermentador, para retirar líquido de fermentação, e um ou mais pontos de injeção de gás que, de acordo com desejos e demanda, são colocados na parte de fluxo descendente, na parte conectante horizontal e/ou na parte de fluxo ascendente, e tendo membros de mistura para dispersão do(s) gás(es) introduzidos dentro do líquido de fermentação, caracterizados pelo fato de que um primeiro dispositivo de controle de pressão ser inserido na parte-U do fermentador para aumentar a pressão em pelo menos uma primeira zona da parte-U do fermentador, em relação à pressão em outro zona do fermentador, o primeiro dispositivo de controle de pressão sendo preferivelmente inserido na

Petição 870180049880, de 11/06/2018, pág. 23/56 / 37 extremidade superior da parte de fluxo descendente e um segundo dispositivo de controle de pressão sendo inserido na parte-U do fermentador e a jusante do primeiro dispositivo de controle de pressão, quando visto na direção do fluxo do líquido de fermentação.

[38] O primeiro dispositivo de controle de pressão pode ser uma válvula (p. ex., tipos de válvulas comercialmente disponíveis), uma bomba, p. ex., uma bomba de pás, uma bomba de lobo ou uma bomba de turbina, ou a pressão pode ser aumentada por injeção de ar pressurizado ou outro gás, p. ex., um gás inerte. O primeiro dispositivo de controle de pressão é preferivelmente uma bomba propulsora, que também cria circulação de líquido no fermentador.

[39] O segundo e, opcionalmente, um terceiro dispositivo de controle de pressão pode ser colocado na parte de fluxo descendente, na parte de fluxo ascendente ou na parte conectante horizontal, porém preferivelmente o segundo determinação de controle de passagem fica na semi-parte superiro da parte de fluxo ascendente. O terceiro dispositivo de controle de pressão opcional é preferivelmente colocado na semi-parte superior da parte de fluxo ascendente e a jusante do segundo dispositivo de controle de pressão, quando visto na direção do fluxo do líquido de fermentação. Os segundo e/ou terceiros dispositivo de controle de pressão são escolhidos entre um grupo de dispositivos compreendendo uma válvula (p. ex., tipos de válvula comercialmente disponíveis), um misturador estático, um hidrociclone, uma bomba (p. ex., uma bomba propulsora, uma bomba de lobo ou uma bomba de turbina), uma válvula controlada por pressão, uma placa com furos, bocais ou jatos ou um estreitamento do diâmetro ou seção transversal da parte de fermentador em que é colocado.

[40] Outro objetivo da invenção é permitir a descarga rápida do espaço superior para melhorar a remoção de gás residual e reduzir o risco de misturas de gás explosivas sendo formadas no espaço superior do

Petição 870180049880, de 11/06/2018, pág. 24/56 / 37 fermentador. Isto é conseguido colocando-se meios de jato de gás na parte de topo, tais como dispositivos para adicionar e/ou remover um gás em espaço superior. Os meios de jateamento de gás são preferivelmente colocados acima da superfície líquida para criar um fluxo de gás de gás de jateamento concorrente ou contracorrentemente ao fluxo de líquido na parte de topo do fermentador. Os meios de adição de gás podem também ser colocados embaixo da superfície de líquido na parte de topo. Alternativa ou adicionalmente, a remoção do gás residual pode ser aumentada reduzindo-se a pressão no espaço superior aplicando-se sucção ou um vácuo, assim reduzindo-se a pressão no espaço superior e/ou instalando-se os meios modificadores de fluxo na parte de topo.

[41] A invenção também permite que a energia aplicada para aumentar a pressão seja recuperada para reutilização. Isto é conseguido conectando-se o segundo e, opcionalmente, o terceiro dispositivo de controle de pressão a um freio ou um gerador para diminuir a pressão com a bomba propulsora. Se um gerador for conectado ao segundo e/ou terceiro dispositivo de controle de pressão, parte da energia aplicada ao sistema pode ser coletada, assim reduzindo o consumo de energia total do sistema.

[42] Outro objetivo da invenção é prover um método aperfeiçoado de fermentação, em que a utilização de substâncias gasosas adicionadas é melhorada.

[43] Portanto, a invenção também refere-se a um método de realizar um processo de fermentação, em que pelo menos um dos substratos é um gás, compreendendo adicionar microorganismos de fermentação, substratos necessários, tais como sais nutrientes, componentes de ajuste de pH e água e pelo menos um componente de substrato gasoso dentro de um fermentador de formado-U e/ou bocal em laço em U, e fermentar enquanto o líquido de fermentação é circulado no fermentador por meios de circulação de líquido, retirar uma corrente de produto do fermentador e reciclar o líquido de

Petição 870180049880, de 11/06/2018, pág. 25/56 / 37 fermentação recuperado (sobrenadante), se algum, para o fermentador, caracterizado por compreender as etapas de controlar a pressão diferentemente no líquido de fermentação de circulação em pelo menos duas diferentes zonas do fermentador, aumentando-se a pressão em pelo menos uma primeira zona da parte-U do fermentador em relação à pressão em outra zona do fermentador, desse modo aumentando-se a transferência de massa do pelo menos um componente de substrato gasoso adicionado da fase gás para dentro da fase líquido daquela zona, seguido pela diminuição da pressão em outra zona em relação à pressão na primeira zona, antes de o líquido de fermentação circulante entrar na parte de topo do reator, o que inicia a liberação de gases da fase líquido, e liberar gases aprisionados no líquido de fermentação de circulação na parte de topo do fermentador.

[44] A produtividade do processo de fermentação é ainda otimizado pelo fato de o líquido de fermentação circulante experimentar uma pressão alternativa durante a circulação no fermentador e ter uma aumentada de massa e solubilidade de gases de substrato dentro da fase líquida na zona tendo uma aumentada pressão. A produtividade é também melhorada pela liberação de gases, tais como gases residuais do líquido de fermentação circulante, que é aumentada nas zonas onde a pressão é reduzida.

[45] O método pode ser ainda melhorado criando-se uma terceira zona entre o segundo dispositivo de controle de pressão e um terceiro dispositivo de controle de pressão e controlando-se a pressão diferentemente no líquido de fermentação circulante em cada uma das três diferentes zonas, p. ex., aumentando-se a pressão na primeira zona pelo primeiro dispositivo de controle de pressão e diminuindo-se a pressão nas duas zonas subsequentes em duas etapas pelos segundo e terceiro dispositivos de controle de pressão.

[46] O objetivo do método de acordo com a presente invenção é também conseguido aplicando-se uma pressão na primeira zona, preferivelmente de 0,5 - 5 bar acima da pressão atmosférica e diminuindo-se

Petição 870180049880, de 11/06/2018, pág. 26/56 / 37 a pressão correspondentemente nas seguintes uma ou mais zonas.

[47] Outro objetivo do método de acordo com a presente invenção é melhorar a separação de gás dos gases residuais no fermentador. Isto pode ser conseguido criando-se um fluxo de gás do gás de jateamento para jatear o espaço superior concorrentemente ou contracorrentemente ao fluxo de líquido na parte de topo. A separação degás pode também ser ainda melhorada adicionando-se o gás de jateamento (p. ex., ar, CO2 ou um gás inerte ou suas misturas) na parte de topo abaixo da superfície de líquido para aumentar a extração de gases do líquido de fermentação na parte de topo e para dentro do espaço superior. Isto pode também ser conseguido pelo líquido de fermentação passando pelos meios de modificação de fluxo na parte de topo.

[48] Outra forma de realização do método de acordo com a presente invenção é um Preferivelmente aperfeiçoado, em que pelo menos um dos gases introduzidos dentro do líquido de fermentação é metano ou gás natural, e adicionalmente pelo menos um gás é introduzido, que é ar atmosférico, oxigênio puro ou ar atmosférico enriquecido com oxigênio. A fonte de nitrogênio pode ser gás amoníaco, que é introduzido do circuito de circulação de fermentação.

[49] Outra forma de realização do método de acordo com a presente invenção é um processo de fermentação metanotrófico aperfeiçoado, em que as bactérias metanotróficas usadas na fermentação são Methylococcus Capsulatus. Opcionalmente, uma ou mais bactérias heterotróficas são adicionadas ao líquido de fermentação metanotrófico. As bactérias heterotróficas preferidos são escolhidas de Alcaligenes acidovorans (NCIMB 13287), Aneurinibacillus danicus (NCIMB 13288) e Bacillus firmus (NCIMB 13289) e suas combinações.

[50] A fermentação no fermentador em forma de U e/ou bocal em laço em U pode ser realizada em batelada, modo de alimentação por batelada ou contínuo. Prefere-se fazer funcionar o fermentador em um modo contínuo

Petição 870180049880, de 11/06/2018, pág. 27/56 / 37 após uma fase de partida. Operação contínua pode ser conduzida como um quimiostat, pH-stat, produtostat ou outros modos contínuos, como sabido pela pessoa hábil, porém preferivelmente como um quimiostat.

[51 ] Em uma forma de realização preferida, o fermentador funciona em modo de operação contínua, em que a produtividade é otimizada e o consumo de matérias primas é minimizado. Idealmente, o fermentador pode funcionar continuamente por um período de tempo prolongado, p. ex., muitos meses, sem ser paralisado. Durante a operação ele deve alcançar um estado constante em que a maior parte das variáveis, incluindo produtividade, são essencialmente estáveis, isto é, variando menos do que 50% entre três medições e, preferivelmente, menos do que 10% entre cinco medições, levando metade de um tempo de permanência separado (onde tempo de permanência é devido à taxa de diluição).

[52] A invenção é considerada ter especial relevância para a produção da chamada proteína de célula única (SCP) por processos de fermentação de cultura contínuos, p. ex., por Methylococcus capsulatus, embora o fermentador possa ser usado para qualquer processo de fermentação emque pelo menos um componente de substrato é um gás, p. ex., fermentação de outros microorganismos, incluindo microorganismos geneticamente modificados ou processod de tratamento de água residual.

BIOCATALISADORES [53] Biocatalisadores adequados usados no processo e no fermentador de acordo com a presente invenção podem preferivelmente ser células vivas, p. ex., microorganismos de origem natural, isto é, tipos selvagens, especialmente tipos mutados especialmente selecionados ou tipos geneticamente modificados, que podem ser usados para produzir proteína de célula única, proteína de célula única enriquecida, proteína ou extratos de peptídeo, extratos celulares ou preparações contendo substâncias benéficas particulares a serem usadas, por exemplo, para alimento ou alimentação ou a

Petição 870180049880, de 11/06/2018, pág. 28/56 / 37 serem supridos a fim de melhorar ou otimizar a saúde, desempenho ou bem estar de humanos ou animais, tais como mas não limitado a animais de casco fendido (p. ex., gado vacum, cabras, carneiro, porcos etc.), aves domésticas (p. ex., galinha, frango, patos, ganso, peru etc.), peixe (p. ex., salmão, hipoglosso, truta, bacalhau ou outras espécies criadas em cativeiro) ou mariscos (p. ex., moluscos tais como mexilhão, ostras ou vieiras).

[54] Os biocatalisadores são preferivelmente microorganismos vivos. A fermentação dos microorganismos pode ser realizada usando-se culturas puras ou usando-se combinações/uma mistura de diferentes microorganismos, p. ex., para produção de levedura de padeiro, proteína de célula única (SCP). O processo de fermentação pode também resultar em biotransformações (isto é, conversão microbiana de diferentes produtos químicos em outros produtos químicos úteis), ou produção de enzimas, proteínas ou hormônios intracelulares ou extracelulares, pára uso em diferentes indústrias ou em certos produtos (p. ex., farmacêuticos, nutracêuticos ou compostos para uso como agentes diagnósticos ou analíticos).

[55] As bactérias preferidas para uso na invenção são aquelas capazes de produzir proteína de célula única, especialmente uma cultura compreendendo bactérias metanotróficas, que podem opcionalmente ser combinadas com uma ou mais espécies de outras bactérias, p. ex., bactérias heterotróficas.

[56] Alternativamente, o fermentador pode ser usado para a fermentação de fungos ou leveduras metilotróficos, tais como Pichia stipitus o Pichia pastoris. P. stipidus e P. pastoris são ambos capazes de metabolizar metanol e podem ser adequados para produção-GMO.

[57] As bactérias metanotróficas preferidas são espécies da família Methylococcus, especialmente Methylococcus capsulatus, que utilizam metano ou metanol como uma fonte de carbono, e amônia, nitrato ou

Petição 870180049880, de 11/06/2018, pág. 29/56 / 37 nitrogênio molecular como uma fonte de nitrogênio para síntese de proteína.

[58] M. capsulatus metaboliza o metano em gás natural em biomassa e dióxido de carbono. M. capsulatus é também capaz de metabolisar metanol em vez de metano. O gás natural frequentemente contém 5 - 10 % de etano e hidrocarbonetos mais elevados, e M. capsulatus pode somente oxidar estes hidrocarbonetos nos correspondentes álcoois, aldeídos e ácidos carboxílicos, porém não pode oxidar estes completamente em dióxido de carbono e água ou utilizá-los para produção de biomassa. Portanto, uma cultura pura de M. capsulatus, que é suprida com gás natural, acumulará ácido acético e outros ácidos carboxílicos, devido ao conteúdo de hidrocarbonetos superiores no gás natural. Altas concentrações acumuladas de ácidos carboxílicos inibem o crescimento de M. capsulatus. Portanto, pode ser útil cofermentar uma ou mais cepas de bactérias heterotróficas com as bactérias metanotróficas para digerir hidrocarbonetos superiores (álcoois, ácidos carboxílicos etc.), p. ex., etanol, acetato, citrato etc. ou produtos de degradação de biomassa morta ou em decadência, parcialmente digerida.

[59] Portanto, o líquido de fermentação pode ser suplementado com uma ou mais bactérias ou leveduras heterotróficas (p. ex., Saccharomyces e/ou Candida). A cofermentação é preferivelmente realizada usando-se três bactérias heterotróficas, que são selecionadas para obter um ecossistema de fermentação em que todos os nichos estão ocupados. Sua principal função é explorar ácido acético e outros ácidos carboxílicos e degradá-los em dióxido de carbono, de modo que seja evitada a acumulação de ácido carboxílico.

[60] As seguintes bactérias heterotróficas são particularmente úteis para co-fermentar com M. capsulatus: Raistonia, Bacillus brevis, brevibacillus agri, Alcaligenes acidovorans, Aneurininbacillus danicus e Bacillus firmus. Leveduras adequadas podem ser selecionadas de espécies de Saccharomyces e/ou Candida.

[61] A combinação preferida de bactérias é uma cofermentação de

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M. capsulatus com Alcaligenes acidovorans (NCIMB 13287), Aneurinibacillus danicus (NCIMB 13288) e Bacillus firmus (NCIMB 13289).

[62] O caldo de fermentação do fermentador é preferivelmente continuamente provida com as quantidades requeridas de água e sais nutrientes, tais como amônio/amoníaco, magnésio, cálcio, potássio, ferro, cobre, zinco, manganês, níquel, cobalto e molibdênio na forma de sulfatos, cloretos ou nitratos, fosfatos e componentes de controle de pH, isto é, ácidos e/ou bases, como normalmente usados pela pessoa hábil, p. ex., ácido sulfúrico (H2SO4), ácido nítrico (HNO3), hidróxido de sódio (NaOH), nitrato de potássio (KNO3). O último é também uma fonte de nitrogênio adequada para M. capsulatus.

DESCRIÇÃO DETALHADA [63] A invenção será agora descrita mais com referência aos desenhos, em que:

A fig. 1 é um desenho esquemático de uma seção transversal de um fermentador da arte anterior, descrito na EP 1183326 B;

a fig. 2 é um desenho esquemático de uma primeira forma de realização de um fermentador de acordo com a invenção;

a fig. 3 é uma vista de topo do fermentador da fig. 2; a fig. 4 é um desenho esquemático de uma forma de realização de um fermentador de acordo com a presente invenção, mostrando um leiaute alternativo de adição de gás e líquido ao fermentador; e a fig. 5 é um desenho esquemático de uma forma de realização de um fermentador de acordo com a presente invenção, tendo três dispositivos de controle de pressão.

[64] Os princípios de um fermentador em laço em U será agora explicado com referência à figura 1, que mostra um fermentador em forma de U da arte anterior como descrito na EP 1183326B, que pertence ao inventor da presente invenção e é por este meio incorporado por referência.

Petição 870180049880, de 11/06/2018, pág. 31/56 / 37 [65] Na fig. 1, 1 designa o fermentador em forma de U e/ou de bocal em laço em U e 2 designa a parte de fluxo descendente do fermentador, 3 sua parte curva-U e 4 sua parte de fluxo ascendente. 5 designa a parte de topo do fermentador, enquanto 6 designa um tubo de ventilação para exaurir o gás ou gases separados no espaço superior da parte de topo. 7, 8, 9, 10 indica membros para introduzir um gás, p. ex., gás natural ou metano, amoníaco, ar atmosférico, oxigênio puro ou ar atmosférico enriquecido com oxigênio puro. 12 designa uma bomba instalada na curva-U do fermentador para circulação do caldo dentro do fermentador. Cada um de 13, 14, 15, 16 e 17 indica membro de mistura, tal como membro de mistura estático-mecânico para dispersão dos gases supridos em numerosas pequenas bolhas finas. 18 e 19 designam condutos de suprimento para água e sais nutrientes, tais como fosfato, amônio, magnésio, cálcio, potássio, ferro, cobre, zinco, manganês, níquel, cobalto e molibdênio na forma de sulfatos, cloretos ou nitratos, fosfatos e componentes de controle de pH. 11 designa uma saída para drenagem de líquido de fermentação com conteúdos de biomassa e/ou outras substâncias produto produzidas para processamento a jusante. Os sensores 20, 21, 22, 23, 24 são providos para medir as concentrações dos gases e/ou íons em questão, p. ex., CH4 e O2 e/ou pelo menos um dos íons fosfato, amônio, nitrato e hidrogênio (pH) e um ou mais termo sensores 26 para medir a temperatura do líquido de fermentação no circuito de fermentador. Os sensores suprem sinais para um sistema de processamento de dados (PC) (não mostrado), que controla o inteiro processo de fermentação, incluindo equipamento de processamento a jusante.

[66] O líquido de fermentação retirado através da saída 11 é bombeado por uma bomba 27 para um separador de gás 28 e os gases separados são retornados para o fermentador através de um conduto 29. O CO2 é liberado do líquido de fermentação em 32 após adição de ácido 30, em seguida ao que o líquido de fermentação é passado para uma linha de

Petição 870180049880, de 11/06/2018, pág. 32/56 / 37 processamento de corrente descendente compreendendo um primeiro separador 35, tal como uma centrífuga, uma unidade de esterilização 39 (p. ex., UHT = Temperatura Ultra Elevada), um segundo separador 43, tal como unidade de ultrafiltragem e é finalmente passado para uma unidade de secagem 45, tal como um secador de pulverização. As frações líquidas, tendo um baixo teor de substâncias de biomassa/produto do primeiro separador 35, a unidade de esterilização 39 e o segundo separador 43 são drenados através dos condutos 36, 46, 47, respectivamente, e são retornados para o fermentador, p. ex., após um curto tratamento térmico, via o conduto de recirculação 25.

[67] A Fig. 2 mostra um novo fermentador de acordo com a presente invenção, em que a pressão pode ser elevada em certas zonas do fermentador, enquanto a pressão é substancialmente igual à pressão atmosférica ou, opcionalmente, reduzida abaixo da pressão atmosférica em outras zonas do fermentador.

[68] O fermentador é um fermentador em forma de U 100, tendo duas pernas, uma perna de fluxo descendente 101 e uma perna de fluxo ascendente 102, que estão sendo conectadas com uma curva-U para estabelecer uma seção de conexão horizontal 103.

[69] A seção transversal das pernas e a seção conectante são preferivelmente substancialmente circulares ou ovais, porém a seção transversal pode também ser poligonal, p. ex., quadrada, retangular ou hexagonal. A altura das pernas em relação ao comprimento da seção conectante horizontal 103 (altura pernas : seção conectante inferior longitudinal) pode ser na faixa entre 100:1 a 1:100, preferivelmente entre 50:1 a 1:50 ou 25:1 a 1:25, a relação mais preferida sendo 10:1. O volume total do fermentador pode ser na faixa de 1 litro a 1000 m3, preferivelmente na faixa de 0,2 - 500 m3, opcionalmente de 50 - 250 m3. O diâmetro das pernas e a seção conectante horizontal inferior em relação à altura das pernas

Petição 870180049880, de 11/06/2018, pág. 33/56 / 37 dependerão do volume total do fermentador necessário e podem facilmente ser calculados por qualquer pessoa hábil na arte.

[70] O fermentador pode conter um ou mais misturadores 116a116b, p. ex., misturadores estáticos ou misturadores dinâmicos necessários para modificar a mistura ou modificar o tamanho das bolhas de gás no líquido de fermentação como necessário. Os misturadores 116a - 116b podem ser colocados em ambas as pernas do fermentador, p. ex., onde gás é adicionado e, portanto, mistura de gás e líquido é necessária, ou em locais nas pernas do fermentador onde a redistribuição de gás é necessária, p. ex., devido a aumentada coalescência das bolhas de gás ou diminuída pressão hidrostática no líquido de fermentação. Prefere-se utilizar misturadores estáticos, tais como misturadores tipo “Sulzer”. O número de misturadores pode ser variado de acordo com as necessidades para a dispersão de gás dentro do fermentador e não é limitado ao número ou locais dos misturadores 116a - 116b mostrados nas figuras. Isto é indicado nas figuras em que os misturadores de gás são desenhados utilizando-se linhas tracejadas. A necessidade de dispersão de gás no fermentador depende dos microorganismos usados e sua concentração, bem como da composição e/ou propriedades físicas (p. ex., temperatura, viscosidade etc.) do caldo.

[71] As partes superiores das duas pernas 101, 102 são conectadas por uma parte de topo 104 para fechar o fermentador. Em uma forma de realização preferida, o fermentador é fechado, exceto para tubos e acessórios (não mostrados) necessários para inserir sensores ou adicionar ou remover substâncias no fermentador. A parte de topo 104 é preferivelmente um recipiente tendo uma seção transversal cilíndrica ou oval e normalmente tendo um diâmetro maior do que as pernas do fermentador. A seção transversal da parte de topo 104 não necessita ser cilíndrica ou oval, porém pode também ser de formato poligonal, p. ex., retangular, quadrado ou hexagonal. A parte de topo 104 é conectada com partes de conexão retas ou cônicas 114 para

Petição 870180049880, de 11/06/2018, pág. 34/56 / 37 conectar a parte de topo 104 às pernas 101, 102 do fermentador. A parte de topo 104 do fermentador é preferivelmente projetada para conter uma parte substancial do líquido de fermentação. A parte de topo 104 pode, por exemplo, ser projetada para conter entre 1% e 99 % do volume total do fermentador, porém preferivelmente entre 10 % e 60% do volume total do fermentador. É especialmente preferido que o volume da parte de topo seja menor do que o volume da parte-U. Quando o fermentador estiver em operação, a parte de topo 104 pode ser enchida completa ou parcialmente com líquido. Preferivelmente, as pernas do fermentador 101 e 102 e as partes conectantes são inundadas completamente e a parte de topo 104 é inundada parcialmente com líquido de fermentação, deixando uma parte do volume, um espaço superior 117, na parte de topo 104 acima da superfície do líquido 118 disponível para acumulação de gases. O tamanho, isto é, tanto o diâmetro como a altura do fermentador podem variar de acordo com as necessidades do volume total do fermentador. Isto é indicdo nos desenhos pela parte mais inferior da parte-U, isto é, a curva-U 103, desenhada em linhas tracejadas.

[72] A parte de topo 104 pode ou não conter meios modificadores de líquido ou fluxo de gás 115 (mostrado em linhas tracejadas na fig. 2 e fig. 3) a fim de auxiliar a mistura dentro do fermentador ou para auxiliar a liberação de bolhas de gás do líquido. Os meios de modificação de gás ou fluxo de líquido 115 são tais como, mas não limitados a defletores ou misturadores estáticos, p. ex., do mesmo tipo que nas pernas do fermentador.

[73] Um ou mais dispositivos de controle de pressão são colocados no fermentador para permitir que a pressão dentro do fermentador seja controlada, de modo que diferentes zonas do fermentador experimentem uma mais elevada ou mais baixa pressão do que outras zonas. Prefere-se que um ou mais dos dispositivos usados para controlar a pressão sejam também usados para circular o líquido e/ou a mistura de gás-líquido no fermentador.

[74] Em uma forma de realização preferida da invenção, um

Petição 870180049880, de 11/06/2018, pág. 35/56 / 37 primeiro dispositivo de controle de pressão 105 é colocado no topo da primeira perna 101 (a perna de fluxo-descendente) ou nas partes de conexão 114, p. ex., em sua parte inferior. O primeiro dispositivo de controle de pressão circula o líquido dentro do fermentador e, ao mesmo tempo, provoca um aumento da pressão quando o líquido ou a mistura gás-líquido passa através do primeiro dispositivo de controle de pressão. O primeiro dispositivo de controle de pressão 105 é preferivelmente uma bomba, p. ex., uma bomba propulsora, uma bomba de lobo ou uma bomba turbina especialmente projetada para circular uma mistura de gás-líquido. Outros meios adequados para aumentar a pressão e criar circulação de líquido no fermentador são, p. ex., adição de um gás pressurizado, p. ex., ar ou um gás inerte em combinação com um dispositivo de circulação de líquido, que pode ser uma bomba.

[75] Um segundo dispositivo de controle de pressão 106 é colocado no fermentador 100, p. ex., em uma das pernas 101, 102 ou na parte horizontal da curva-U 103, de modo que a pressão pode ser aumentada entre os dispositivos de controle de pressão 105 e 106, quando vistos na direção do fluxo. Quando a pressão for aumentada emuma zona do fermentador, a solubilidade dos gases injetados na fase líquida é também aumentada. Em uma forma de realização preferida, o segundo dispositivo de controle de pressão 106 é colocado no centro do topo da segunda perna 102. Os dispositivos de controle de pressão 105, 106 são preferivelmente operados de modo que a pressão dentro do fermentador na zona 105-103-106 seja aumentada a uma pressão acima da pressão na zona 106-104-105. Entretanto, se o inteiro fermentador for operado em uma pressão acima da pressão atmosférica, os dispositivos de controle de pressão 105, 106 podem também ser operados de modo que a pressão dentro do fermentador na zona 106-104105 seja diminuída a uma pressão abaixo da pressão na zona 105-103-106, p. ex., conectando-se uma linha de sucção de vácuo (não mostrada), conectada ao espaço superior (isto é, acima da superfície de líquido 118) do

Petição 870180049880, de 11/06/2018, pág. 36/56 / 37 fermentador.

[76] O dispositivo de controle de pressão 106 pode ser escolhido entre numerosos dispositivos de controle de pressão, tais como: um estreitamento do diâmetro/seção transversal da perna 102 ou da parte conectante 103, uma placa com furos, jatos ou bocais inseridos na perna 102 ou a parte conectante inferior 103, uma válvula controlada pela pressão em um ou mais locais do fermentador, um misturador estático, um hidro ciclone ou uma bomba, tal como uma bomba propulsora, uma bomba de lobo ou uma bomba de turbina.

[77] Em uma forma de realização, o segundo dispositivo de controle de pressão 106 é um misturador de gás estático. Os misturadores de gás estáticos são normalmente otimizados para mistura ótima e a perda de pressão através dos misturadores é minimizada. Se um misturador estático for usado como um dispositivo de controle de pressão, deve ser construído para otimizar a perda de pressão de acordo com a queda de pressão requerida no fermentador. Em uma forma de realização alternativa, o segundo dispositivo de controle de pressão 106 (vide fig. 5) pode ser uma bomba propulsora. A bomba propulsora 106 pode ser acionada por um motor 107 se for para aumentar a pressão, p. ex., devido à perda de pressão através dos misturadores estáticos 116a, 116b. Alternativamente, a bomba propulsora 106 é conectada a um dispositivo 107 restringindo a rotação e, desse modo, diminuindo a pressão. O dispositivo 107, que restringe a rotação, pode ser um freio ou, alternativamente, pode ser um gerador que seja capaz de acumular alguma da energia usada para aumentar a pressão dentro do fermentador. A energia acumulada pode ser reutilizada em outros locais do sistema, assim reduzindo o consumo total de energia do sistema.

[78] Em ainda outra forma de realização da invenção, o dispositivo de controle de pressão 106 é um estreitamento do diêmtro/seção transversal da perna de fluxo ascendente 102 ou a parte horizontal da curva-U 103 ou

Petição 870180049880, de 11/06/2018, pág. 37/56 / 37 uma placa com furos, jatos ou bocais.

[79] Se necessário, um terceiro dispositivo de controle de pressão 108 (vide fig. 5) pode ser colocado em outro lugar do fermentador, p. ex., após o segundo dispositivo de controle de pressão 106 com respeito à direção de fluxo de líquido 109 dentro do fermentador. A pressão pode ser diminuída na zona entra os dois dispositivos de pressão 106 e 108, com respeito à pressão na primeira zona entre o primeiro dispositivo de controle de pressão 106 e 106, isto é, a pressão é reduzida em duas etapas antes de o caldo entrar na parte de topo do fermentador. A pressão reduzida na zona entre os dispositivos de controle de pressão 106 e 108 pode auxiliar a coalescência das bolhas de gás e ainda auxiliar na liberação de gases residuais, tais como CO2, do líquido de fermentação da parte de topo. O terceiro dispositivo de controle de pressão 108 pode ser dos mesmos tipos como descritos para o segundo dispositivo de controle de pressão 106 e é preferivelmente também um estreitamento do diâmetro/seção transversal da perna 102 ou da parte conectante 103 ou placa com furos, jatos ou bocais ou um misturador de gás estático.

[80] O fermentador também contém um ou mais pontos de injeção 110 para adicionar substâncias gasosas diretamente à calda dentro do fermentador. As substâncias gasosas podem ser adicionadas em qualquer parte ao longo das pernas 101, 102 ou da parte conectante inferior 103 do fermentador. Em uma forma de realização preferida, o gás, p. ex., oxigênio puro, ar esterilizado ou ar esterilizado enriquecido com oxigênio, é adicionado através dos pontos de injeção 110 no topo da primeira perna 101 do fermentador. Os pontos de injeção 110 são preferivelmente colocados rigorosamente após o dispositivo de aumento de fluxo/pressão 105, com respeito à direção de fluxo de líquido 109 dentro do fermentador. Neste local do fermentador, a pressão hidrostática somente contribui ligeiramente para a pressão total no líquido. Portanto, a necessidade de compressão do gás, p. ex.,

Petição 870180049880, de 11/06/2018, pág. 38/56 / 37 ar ou oxigênio, é reduzida a um mínimo ou mesmo eliminada, o que reduz o consumo de energia total do sistema. Outros gases, tais como metano ou amoníaco, podem ser adicionados da mesma maneira, p. ex., em mistura com ar/oxigênio através dos pontos de injeção 110 ou através de outros bocais (não mostrados) colocados na perna de fluxo-descendente, na perna de fluxoascendente ou na curva-U do fermentador. Os pontos de injeção 110 para a adição dos gases podem ser bocais de fluxo-único e/ou bocais de multi-fluxos. Os bocais de fluxo único adicionam gases diretamente à calda e os bocais de multifluxos são, p. ex., bocais de jato acionados por uma bomba 111 (vide fig. 4), que recircula líquido pego de outra parte dentro do fermentador, opcionalmente via um tanque de retenção 112, e mistura o líquido com os gases antes ou durante injeção dentro do fermentador. O líquido para uso em bocais de multifluxos pode, p. ex., ser pego da parte de topo, um subfluxo do caldo retirada através de uma saída (113a, 113b) do fermentador e destinado para processamento a jusante, líquido recirculado da corrente descendente processando-se através de um tubo 122 (vide fig. 4) ou bombeando-se líquido fresco 123 (p. ex., água e/ou outros componentes líquidos do caldo) para os bocais nos pontos de injeção 110. Alternativamente, o arranjo de bocal pode compreender diversos bocais de diferente construção, cada um sendo otimizado para adição de gás em diferentes períodos do processo de fermentação. O arranjo de bocal para a adição de gás pode, p. ex., compreender bocais tanto de fluxo-único como de multifluxos, onde os bocais de fluxo único são principalmente usados durante a fermentação de partida e inicial, seguido pelo uso de bocais de multi-fluxos durante fermentação de estado constante. Os bocais para adição de gás podem opcionalmente ser arranjados em uma construção semelhante a tubo de distribuição. Substrato gasoso adicional ou outras substâncias gasosas podem também ser adicionados em um ou mais de outros locais da parte-U do fermentador. Se os gases forem adicionados em um ou mais pontos adicionais de injeção,

Petição 870180049880, de 11/06/2018, pág. 39/56 / 37 prefere-se colocar misturadores de gás estáticos extras em conexão com os pontos de injeção de gás.

[81] Substâncias líquidas, p. ex., água de composição, soluções aquosas de componentes de substrato, soluções reguladoras de pH podem também ser adicionados em um ou mais locais 123 ao longo da parte-U do fermentador, especialmente se uma ou mais dos substratos atuarem como um inibidor catabólico aos microorganismos usados.

[82] A saída 113a, 113b para transferir o caldo para equipamento de processamento a jusante pode ser colocada na parte de topo 104 e/ou na curva-U 103. A saída é preferivelmente colocada na parte de topo, quando o fermentador funcionar em um modo de fermentação contínuo. Alternativamente, ou em adição à primeira saída 113a, uma segunda saída 113b pode ser colocada na curvap-U, isto é, na parte mais inferior do reator. A segunda saída 113b pode também ser usada quando o fermentador for esvaziado inteiramente, p. ex., para inspeção ou para esterilização após um período de fermentação contínuo. A segunda saída 113b é também a saída primária se o fermentador funcionar em modo de batelada ou modo alimentado em batelada.

[83] A pressão no espaço superior 117 pode ser controlado por qualquer pessoa hábil na arte, p. ex., liberando-se gás do espaço superior 117 através de uma ou mais válvulas (não mostradas) conectadas a uma saída 120.

[84] O espaço superior 117 pode também ser inundado com um gás de descarga rápida ou extração para auxiliar na remoção de CO2 e outros gases residuais produzidos durante a fermentação ou outros gases presentes no espaço superior 117. É também possível descarregar rapidamente o espaço superior se metano estiver presente em quantidades críticas a fim de reduzir ou eliminar qualquer risco de explosão. O gás de descarga rápida pode ser ar, nitrogênio, dióxido de carbono ele próprio ou qualquer combinação de gases conhecidos adequados como um gás de descarga rápida. O gás de descarga

Petição 870180049880, de 11/06/2018, pág. 40/56 / 37 rápida é adicionado ao espaço superior através de um dispositivo 119. tal como um tubo e/ou um ou mais bocais, de tal maneira que ele inunda a superfície líquida 118 e/ou o espaço superior 117 e deixe a parte de topo através de uma saída 120. O fluxo do gás de descarga rápida pode descarregar rapidamente a superfície líquida e ou espaço superior concorrente ou contracorrentemente em respeito à direção do fluxo de líquido na parte de topo. Preferivelmente, um fluxo contracorrente de gás de descarga rápida é usado. A posição da entrada 119 e da saída 120 para gases de descarga rápida é ajustada de acordo com a direção de fluxo dos gases de descarga rápida.

[85] Alternativamente ou em adição à descarga rápida do espaço superior, uma ou mais das substâncias gasosas podem também ser adicionadas embaixo da superfície líquida da parte de topo 104 do fermentador. Se o gás de descarga rápida, tal como ar ou um gás inerte, for adicionado na base da ou na entrada da parte de topo 104, ele pode auxiliar na extração de qualquer resto de gases residuais solubilizados, especialmente CO2, do líquido de fermentação e para dentro do espaço superior 117.

[86] A parte-U do fermentador pode também ser equipada com um dispositivo regulador de temperatura 121 para aquecer ou esfriar o caldo de fermentação circulante. O dispositivo regulador de temperatura 121 é preferivelmente uma camisa de esfriamento e/ou de aquecimento montada sobre a perna de fluxo ascendente 102, como mostrado na fig. 2, tendo acessórios 121a, 121b para circular meios de aquecimento ou esfriamento através da camisa. Alternativamente, a camisa de esfriamento/aquecimento pode ser montada sobre a perna de fluxo descendente 101. Se necessário, o fermentador pode ser equipado com mais do que um dispositivo de ajuste de temperatura ou camisa de aquecimento/esfriamento, p. ex., tanto na perna de fluxo descendente 101 como na perna de fluxo ascendente 102.

[87] Um ou mais dispositivos sensores de pressão (não mostrados) são colocados no fermentador. Preferivelmente, pelo menos um sensor de

Petição 870180049880, de 11/06/2018, pág. 41/56 / 37 pressão é colocado em cada uma das zonas do fermentador operadas sob diferentes pressões. Os dispositivos sensores de pressão são conectados a um sistema de controle de processo, p. ex., um computador, que pode controlar os dispositivos de controle de pressão 105, 106, 108 a fim de manter uma pressão ótima em cada uma das zonas do fermentador. Um ou mais sensores (não mostrados) para determinar oxigênio dissolvido (DO) podem também ser colocados no fermentador, a fim de detectar se o níveo de oxigênio no fermentador é mantido dentro de uma faixa predefinida, que dependa do microorganismo ou microorganismos usados na fermentação.

[88] Sensores adicionais, p. ex., para medir a temperatura, pH, medições de condutividade, potencial de redução de oxidação e diferentes íons presentes no caldo, p. ex., amoníaco, nitrito, nitrato, fosfatos etc. são executados no caldo de circulação e/ou no sobrenadante recirculado do processamento de corrente descendente empregando sensores comercialmente disponíveis. Os sensores incluem biossensores, sensores eletroquímicos, p. ex., elétrodos sensíveis a íon ou sensores baseados em FIA (análise de injeção de fluxo) e medições ópticas, p.e x., dispositivos espectrofotométricos. Sonda de próximo do infravermelho (NIR) pode também ser usada para medir diversos diferentes componentes do caldo ou das células do fermentador, p. ex., concentração de células, amino ácidos, metanol, etanol e/ou diferentes íons. O fermentador pode também ser equipado com um sensor espectrométrico de massa (MS) ou um nariz eletrônico para determinar a concentração de componentes gasosos e voláteis (p. ex., CO2 e/ou CH4) no espaço superior 117. O sensor MS ou o nariz eletrônico pode controlar a pressão aplicada no fermentador e/ou a adição de componentes gasosos, p. ex., metano e/ou ar/oxigênio e/ou a adição de amoníaco gasoso ou o amoníaco/amônio em solução. Uma câmera de alta velocidade pode ser instalada na parte-U do fermentador, preferivelmente em conexão com a injeção de gás, para determinar o tamanho da bolha dos gases do caldo. O

Petição 870180049880, de 11/06/2018, pág. 42/56 / 37 tamanho da bolha pode ser determinado por processamento de imagem dos dados da câmara de alta velocidade.

[89] O sobrenadante recirculado 122 pode também ser adicionado à parte de topo do fermentador como na fig. 2 ou pode ser adicionado em uma ou mais posições da parte-U do fermentador. O retorno do sobrenadante do processamento a jusante reduz o consumo total de substratos, carbono e minerais, assim reduzindo os custos do processo de fermentação.

[90] As partes de conexão 114 pode ou não conter meios de impedimento de vórtice (não mostrados), p. ex., defletores ou similres, de acordo com as necessidades.

[91] O fermentador é normalmente posto a funcionar em modo de operação contínuo, após limpeza e um procedimento de esterilização, seguido pro um período de partida em que água, sais nutrientes necessários e/ou os microorganismos são adicionados ao fermentador. O caldo de fermentação é circulada no fermentador, principalmente pelo primeiro dispositivo de controle de pressão 105. Em seguida, adição de substratos gasosos é iniciada e a fermentação é iniciada. O caldo de fermentação é continuamente retirada do fermentador para processamento a jusante, quando os microorganismos alcançaram uma concentração de aproximadamente 0,5 - 10% e, preferivelmente, 1 - 5 % (em peso seco). Então retirada do líquido de fermentação através da saída 113a é iniciada simultaneamente com a adição de água de composição, substrato aquoso 123 e/ou recirculação de sobrenadante 122 em uma taxa de diluição dependendo dos microorganismos usados na fermentação. Se M. Capsulatus for usado, a taxa de diluição é, p. ex., de 0,01 - 1,5 h-1 e preferivelmente entre 0,2 - 0,8 h-1. A adição dos componentes de substrato na solução líquida, água adicional, recirculação de sobrenadante como arranjo para o caldo e gases de substrato retirados é controlada por dados de recebimento de computador dos sensores de gás no espaço superior, sensores ou analisadores de íon, termo sensores, sensores de

Petição 870180049880, de 11/06/2018, pág. 43/56 / 37 pressão etc. e calculando-se as quantidades necessárias de cada componente para obter-se crescimento otimizado dos microorganismos. O tempo de circulação hidráulica no fermentador é normalmente em torno de 10 - 15 segundos, dependendo do tamanho do fermentador e do efeito do primeiro dispositivo de controle de pressão.

[92] Em uma forma de realização do método, o fermentador é dividido em duas zonas em pelo menos dois dispositivo de controle de pressão 105,106 e as duas zonas são mantidas em diferentes pressões. A primeira zona de fermentador normalmente compreende a parte da parte-U entre o primeiro 105 e o segundo 106 dispositivo de controle de pressão e a segunda zona preferivelmente compreende a parte de topo 104 e, opcionalmente, a parte superior da perna de fluxo ascendente. O segundo dispositivo de controle de pressão 106 auxilia na manutenção da pressão aplicada na primeira zona e reduz a pressão no caldo de circulação antes de ela entrar na segunda zona. A pressão aumentada na primeira zona do fermentador auxilia a transferência de massa da fase gás para a fase líquida e, por este meio, aumenta a concentração/quantidade do(s) substrato(s) gasoso(s) disponível(eis) para os microorganismos. Quando o segundo dispositivo de pressão 106 reduz a pressão na segunda zona, a solubilidade dos gases no caldo de fermentação é reduzida. Isto aumenta a transferência de massa de componentes gasosos solubilizados do caldo para a fase gás e melhora a coalescência das bolhas de gás. Como resultado, a separação dos gases residuais na parte de topo é melhorada significativamente no método da invenção, em comparação com os fermentadores em forma de U ou de bocal em laço em U e métodos.

[93] Em uma forma de realização alternativa do método, o fermentador pode ser equipado com três ou mais dispositivos de controle de pressão. O segundo dispositivo de controle de pressão 106 reestabelece as perdas de pressão ocorrendo através do fermentador, p. ex., nos misturadores,

Petição 870180049880, de 11/06/2018, pág. 44/56 / 37 seguido por um terceiro dispositivo de controle de pressão 108, que reduz a pressão na zona seguinte compreendendo a parte de topo 104 do fermentador. O segundo dispositivo de controle de pressão 106 pode também diminuir a pressão ligeiramente no fermentador, que é então mais diminuída pelo terceiro dispositivo de controle de pressão 108 antes de o caldo de fermentação entrar na parte de topo 104. Na última forma de realização, o fermentador é dividido em três zonas em que a pressão é reduzida em duas etapas antes de o caldo entrar na parte de topo 104. Esta redução de duas etapas da pressão melhora mais a transferência de massa de gases do caldo e coalescência das bolhas de gás e, deste modo, aumenta a separação dos gases residuais na parte de topo 104.

[94] A pressão é principalmente controlada nas diferentes zonas pelo computador utilizando-se entrada dos sensores de pressão do fermentador. O primeiro dispositivo de controle de pressão 105 aplica uma pressão à calda, que é de até 8 bars ou mais e preferivelmente 0,5 - 5 bars. A pressão hidrostática aumenta a pressão mesmo mais através da perna de fluxo ascendente do fermentador. A contribuição da pressão hidrostática depende da altura do fermentador. Se a pressão for reduzida aplicando-se uma sucção ou vácuo na parte de topo 104 durante a fermentação, p. ex., auxiliando-se a remoção dos gases residuais, a pressão absoluta aplicada na primeira zona é reduzida correspondentemente. A diferença de pressão entre a pressão aplicada pelo primeiro dispositivo de controle de pressão 105 na primeira zona (isto é, a parte-U) e a pressão na parte de topo 104 deve preferivelmente ser de 0,5 - 5 bars.

[95] A separação de gás na parte de topo pode ser melhorada inundando-se o espaço superior acima da superfície líquida da parte de topo usando-se um gás de descarga rápida ou extração. O gás de descarga rápida é introduzido concorrente ou contracorrentemente no fluxo de líquido da parte de topo. Alternativamente, o gás de descarga rápida pode ser introduzido

Petição 870180049880, de 11/06/2018, pág. 45/56 / 37 dentro da parte de topo embaixo da superfície líquida. O gás de descarga rápida/extração então borbulha através do líquido de fermentação e extrai os gases arrastados no líquido.

[96] A temperatura pode ser regulada durante o início e fermentação pela adição de um meio de aquecimento ou esfriamento na camisa de aquecimento/esfriamento 121.

[97] A pressão e outras variáveis são normalmente controladas em relação aos pontos de ajuste ou intervalos dos sistemas de controle de processo normalmente providos pela pessoa hábil. Os dados dos outros sensores do fermentador e, opcionalmente, da linha de sobrenadante de recirculação, são incluídos no controle de parâmetros, p. ex., pressão, temperatura, adição de gás de substrato, ajuste de pH, adição de água de constituição, meios de substrato aquosos e/ou recirculação de sobrenadante, no sistema utilizando, p. ex., Process Analytical Technology (PAT) e/ou análise de dados multivariados combinados com controle de processo multivariado.

[98] Durante a operação, o processo de fermentação deve alcançar um estado constante em que a maior parte de variáveis, incluindo produtividade, é essencialmente estável (isto é, variando-se menos do que 50% entre três medições e, preferivelmente, menos do que 10% entre cinco medições, tomando-se metade de um tempo de permanência separado (onde tempo de residência é devido à taxa de diluição).

[99] Idealmente, o fermentador pode funcionar continuamente por um período prolongado de tempo, p. ex., muitos meses, sem ser paralisado, porém é preferido por em funcionamento o fermentador por um mês antes da paralisação.

[100] O processamento a jusante do líquido de fermentação extraído do fermentador é essencialmente similar ao processo descritona EP 1183326 B e como mostrado na fig. 1. Frações líquidas (sobrenadante) tendo uma

Petição 870180049880, de 11/06/2018, pág. 46/56 / 37 baixo teor de biomassa/substâncias produto, do primeiro separador 35, a unidade de esterilização 39 e o segundo separador 43 são drenados através dos condutos 36, 36, 47, respectivamente, e são retornados em 122 para o fermentador, p. ex., após um curto tratamento térmico, via o conduto de recirculação 25. Um ou mais dos fermentadores de acordo com a presente invenção podem ser conectados a um sistema de processamento a jusante comum.

[101] A unidade de secagem 45 pode ser omitida no processamento a jusante, se o produto for para ser usado como um concentrado líquido. Opcionalmente, a unidade de esterilização 39 pode também ser omitida em uma parte de ou na inteira corrente produto.

[102] Em uma forma de realização preferida da invenção, o método é usado para fermentar bactérias metanotróficas e especialmente para a produção de SCP por Methylococcus capsulatus. M. Capsulatus é aeróbica, isto é, requer adição de oxigênio como gás puro ou ar e utiliza metano ou metanol como um carbono e fonte de energia que é adicionada como um gás (gás metano ou natural) ou como um líquido, p.ex., em uma solução aquosa (metanol). Se gás natural for usado como uma fonte para metano para M. capsulatus, então o líquido de fermentação é suplementado com um ou mais, p. ex., até três bactérias heterotróficas, que são selecionadas de modo que sua função principal seja explorar ácido acético e outros ácidos carboxílicos e degradá-los em dióxido de carbono, de modo que seja evitada acumulação de ácido carboxílico. A combinação principal das bactérias é uma cofermentação de M. capsulatum com Alcaligenes acidovorans (NCIMB 13287), Aneurinibacillus danicus (NCIMB 13288) e Bacillus firmus (NCIMB 13289).

[103] O fermentador pode também ser adequado para fermentação contínua para produção de metabólitos primários e secundários, bem como químicos que não são nativos para o hospedeiro via genericamente modificando-se o organismo (assim chamado GMO) produção de vanilina. A

Petição 870180049880, de 11/06/2018, pág. 47/56 / 37 vanilina é tóxica para o organismo hospedeiro e pode inibir o crescimento ou morte do organismo hospedeiro, se a concentração no caldo tornar-se elevada. Se o fermentador for equipado com uma linha de vácuo ou sucção no espaço superior, então a vanilina pode evaporar no espaço superior e desse modo reduzir a concentração de vanilina tóxica no caldo. A vanilina pode subsequentemente ser extraída da fase gás que é retirada do espaço superior do fermentador.

EXEMPLO [104] A proteína de célula única é produzida por um cofermentador de M. capsulatus com Alcaligenes acidovorans (NCIMB 13287), Aneurinibacillus danicus (NCIMB 13188) E bACILLUS FIRMUS (ncimb 13289) usando-se gás natura como carbono e fontes de energia e ar atmosférico enriquecido com oxigênio puro como uma fonte de oxigenação. Amoníaco é usado como fonte de nitrogênio. Além destes substratos gasosos, o cultivo de M. capsulatus requer água, fosfato e diversos minerais, tais como magnésio, cálcio, potássio, ferro, cobre, zinco, manganês, níquel, cobalto e molibdênio (adicionados como sulfatos, nitratos ou cloretos em uma mistura mineral). O hidróxido de sódio e o ácido sulfúrico são usados para ajustes de pH. Todos os produtos químicos são de grau alimentar. O fosfato é suprido na forma de ácido fosfórico, minerais como sulfatos, cloretos ou nitratos.

[105] Após limpeza e esterilização, o fermentador em forma de U, tendo um volume de fermentação de 10 m3, é carregado com água e os sais nutrientes necessários e uma cultura de inoculação dos microorganismos de cofermentação são adicionados. Uma pressão de aproximadamente 5 bars é aplicada ao topo da perna de fluxo descendente na parte-U do fermentador e a circulação de líquido é começada pelo primeiro dispositivo de controle de pressão (uma bomba propulsora em linha). A pressão é reduzida à pressão atmosférica pelo segundo dispositivo de controle de pressão (uma válvula controlada por pressão) antes de o caldo circulante entrar na parte de topo. Em

Petição 870180049880, de 11/06/2018, pág. 48/56 / 37 seguida os gases de alimentação (gás natural, amoníaco e oxigênio como ar atmosférico) serem introduzidos exatamente abaixo da bomba propulsora para dentro do líquido de fermentação, até um estado constante com um teor de biomassa de 2 - 3% (p/p) de sólidos ser obtido. Em seguida, a retirada do líquido de fermentação através da saída 113a é iniciada simultaneamente com o suprimento de água e a solução mineral em uma taxa de diluição de aproximadamente 0,2 h-1. Em seguida, o suprimento de gases, sais nutrientes e meios de ajuste de pH são realizados com base em medições em linha de amônio, fosfato e nitrato, oxigênio, metano etc. pelos sensores do sistema.

[106] Durante a fermentação de estado constante, a concentração de oxigênio é mantida em um nível abaixo de 10 - 25 ppm, o valor do pH é controlado a 6,5 ± 0,3 e a temperatura é mantida a 45 °C ± 2 oC. Se qualquer quantidade significativa ou perigosa de metano for detectada no espaço superior (metano é detectado por MS), a pressão e/ou a adição de gás natural é reduzida ligeiramente. As quantidades médias das substâncias adicionadas e removidas são mostradas na tabela 1.

Tabela 1

Substâncias	Quantidade por hora
Gás natural (calculado como Metano) adicionado	60 kg
Gás oxigênio adicionado	200 kg
Ar adicionado	600 kg
Água adicionada	2000 kg
Amônia adicionada	10 kg
NaOH (1,5 % p/p) adicionado	15 kg
Mistura mineral adicionada	20 kg
Caldo retirado do fermentador	2000 kg
Gás de descarga rápida no espaço superior (ar) adicionado/removido	10 Nm3

[107] O caldo de fermentação retirado do fermentador é processada utilizando-se equipamento de processamento a jusante, descrito anteriormente e como mostradona fig. 1. Um aglomerado não-empoeirado, tendo um teor de sólidos (TS) de aproximadamente 94 % em peso, é obtido.

[108] Os valores da composição média do produto proteína SCP são

Petição 870180049880, de 11/06/2018, pág. 49/56 / 37 mostrados na tabela 2.

Tabela 2

Composição	% em peso
Protína bruta	70,6
Gordura bruta	9,8
Cinza	7,1
Fibra bruta	0,7
Extrato livre de N	11,8
Total	100,0

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Claims (16)

1. REIVINDICAÇÕES

   1. Fermentador em forma de U e/ou bocal em laço em U (100), compreendendo uma parte-U tendo uma parte de fluxo descendente essencialmente vertical (101), uma parte de fluxo ascendente essencialmente vertical (102) e uma curva-U tendo uma parte conectante horizontal, que conecta as extremidades inferiores da parte de fluxo descendente (101) e a parte de fluxo-ascendente (102), uma parte de topo (104) que é provida acima da parte-U e conecta a extremidade superior da parte de fluxo descendente (101) e a extremidade superior da parte de fluxo ascendente (102), a parte de topo (104) tendo um diâmetro que é maior do que o diâmetro da parte-U, meio de circulação de líquido na parte-U do fermentador e saída 113, preferivelmente colocada na parte de topo ou na parte de conexão horizontal da parte-U do fermentador, para retirar líquido de fermentação, e um ou mais pontos de injeção de gás (110) que, de acordo com os desejos e demanda, são colocados na parte de fluxo descendente (101), a parte conectante horizontal (103) e/ou a parte de fluxo ascendente (102), e tendo membros de mistura (116a, 116b) para dispersão do(s) gás(es) introduzidos dentro do líquido de fermentação, caracterizado pelo fato de que um primeiro dispositivo de controle de pressão (105) é inserido na parte-U do fermentador para aumentar a pressão em pelo menos uma primeira zona (105-103-106) da parte-U do fermentador em relação à pressão em outra zona (106-104-105 ou 108-104105), que inclui a parte de topo (104) do fermentador, o primeiro dispositivo de controle de pressão (105) sendo preferivelmente inserido na extremidade de topo da parte de fluxo descendente (101) ou na parte de conexão (114) conectando a parte de topo (104) e a parte de fluxo descendente (101), e um segundo dispositivo de controle de pressão (106) sendo inserido na semi-parte superior da parte de fluxo ascendente da parte-U do fermentador e a jusante do primeiro dispositivo de controle de pressão (105), quando visto na direção do fluxo (109) do líquido de fermentação, em que o segundo dispositivo de

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2. 2 / 5 controle de pressão compreende uma válvula; um hidrociclone; uma bomba; uma placa com furos; bocais ou jatos; ou um estreitamento de um diâmetro ou seção transversal da extremidade da metade de topo da parte de fluxo ascendente da parte-U; ou qualquer combinação dos mesmos; e em que o primeiro dispositivo de controle de pressão é uma válvula ou uma bomba, por exemplo, uma bomba propulsora, uma bomba de lobo ou uma bomba de turbina, que também atua como meio de circulação de líquido no fermentador.

   2. Fermentador de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a bomba compreende uma bomba propulsora ou uma válvula de pressão controlada.
3. 3. Fermentador de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a saída está localizada na parte superior ou na parte conectante horizontal da parte-U.
4. 4. Fermentador de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 - 3, caracterizado pelo fato de um terceiro dispositivo de controle de pressão (108) ser colocado na semi-parte superior da parte de fluxo ascendente (102) e a jusante do segundo dispositivo de controle de pressão (106), quando visto na direção do fluxo (109) do líquido de fermentação.
5. 5. Fermentador de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de o terceiro dispositivos de controle de pressão (106, 108) serem escolhidos de um grupo compreendendo uma válvula, um misturador estático sendo construído para otimizar a perda de pressão de acordo com a queda de pressão requerida no fermentador ou um hidrociclone ou uma bomba, tal como uma bomba propulsora ou uma válvula controlada por pressão ou uma placa com furos, bocais ou jatos ou um estreitamento do diâmetro da seção transversal da parte de fermentador em que é colocado.
6. 6. Fermentador de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 - 5, caracterizado pelo fato de que a parte de topo (104)

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   3 / 5 compreende meios para adicionar (119) e/ou remover (120) um gás de um espaço superior (117) os meios sendo colocados acima da superfície de líquido (118) ou abaixo do nível mínimo da superfície de líquido (118) na parte de topo (104).
7. 7. Método para realizar um processo de fermentação, em que pelo menos um dos substratos é um gás, dito método compreendendo a adição de microorganismos de fermentação, substratos necessários, tais como sais nutrientes, componentes ajustadores do pH e água e pelo menos um componente de substrato gasoso dentro de um fermentador em forma de U e/ou bocal em laço em U, como definido na reivindicação 1, e fermentação enquanto o líquido de fermentação é circulado dentro do fermentador por meios de circulação de líquido, retirada de uma corrente produto do fermentador e recirculação de líquido de fermentação recuperado (sobrenadante), se algum, para o fermentador, caracterizado pelo fato de compreender as etapas de controlar a pressão diferentemente no líquido de fermentação circulante em pelo menos duas diferentes zonas do fermentador

   - aumentando a pressão em pelo menos uma primeira zona da parte-U do fermentador em relação à pressão em uma segunda zona do fermentador através de um primeiro dispositivo de controle de pressão inserido em uma extremidade de topo de uma parte de fluxo descendente do fermentador ou em uma parte de conexão conectando uma parte de topo do fermentador e a parte de fluxo descendente e um segundo dispositivo de controle de pressão sendo inserido na semi-parte superior da parte de fluxo ascendente da parte-U do fermentador, desse modo aumentando a transferência de massa do pelo menos um componente de substrato gasoso adicionado da fase de gás para a fase líquida daquela zona, seguido por

   - reduzindo a pressão, em relação à pressão da primeira zona da parte-U, no líquido de fermentação circulante antes de ele entrar na outra zona, por meio de pelo menos um segundo dispositivo de controle de pressão

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   4 / 5 (106) antes de o líquido de fermentação circulante entrar na parte de topo do reator, que inicia a liberação de gases da fase líquida, e

   - liberando gases aprisionados no líquido de fermentação circulante na parte de topo do fermentador, em que o segundo dispositivo de controle de pressão compreende uma válvula; um hidrociclone; uma bomba; uma placa com furos; bocais ou jatos; ou um estreitamento de um diâmetro ou seção transversal da extremidade da metade de topo da parte de fluxo ascendente da parte-U; ou qualquer combinação dos mesmos; e em que o primeiro dispositivo de controle de pressão é uma válvula ou uma bomba, por exemplo, uma bomba propulsora, uma bomba de lobo ou uma bomba de turbina, que também atua como meio de circulação de líquido no fermentador.
8. 8. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pela criação simultânea de um fluxo circulante do líquido de fermentação no fermentador e aumento da pressão na primeira zona (105 - 103 - 106) em relação à pressão em outra zona (106-104-105) do fermentador por um primeiro dispositivo de controle de pressão, tal como uma válvula ou preferivelmente uma bomba, tal como uma bomba propulsora, uma bomba de lobo ou uma bomba de turbina, que é inserida na extremidade superior da parte de fluxo ascendente (101) do fermentador.
9. 9. Método de acordo com a reivindicação 7 ou 8, caracterizado pelo fato de que um segundo dispositivo de controle de pressão (106), que é inserido na parte-U do fermentador e a jusante do primeiro dispositivo de controle de pressão (105), quando visto na direção do fluxo (109) do líquido de fermentação.
10. 10. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 - 9, caracterizado pela criação ainda de uma terceira zona entre o segundo dispositivo de controle de pressão (106) e um terceiro dispositivo de controle de pressão (108) e controle da pressão diferentemente no líquido de

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    5 / 5 fermentação circulante de cada uma das três diferentes zonas.
11. 11. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 7

    - 10, caracterizado pela aplicação de uma pressão na primeira zona de 0,5 - 5 bars e diminuição da pressão correspondentemente nas seguintes uma ou mais zonas.
12. 12. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 7

    - 11, caracterizado pelo fato de o processo de fermentação ser uma fermentação metanotrófica.
13. 13. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de pelo menos um dos gases introduzidos no líquido de fermentação ser metano ou gás natural e que adicionalmente pelo menos um gás ser introduzido, que é ar atmosférico, oxigênio puro ou ar atmosférico enriquecido com oxigênio.
14. 14. Método de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de gás amoníaco adicionalmente ser introduzido dentro do circuito de circulação de fermentação como uma fonte de nitrogênio para o processo de fermentação.
15. 15. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 - 14, caracterizado pelo fato de as bactérias metanotróficas usadas na fermentação serem M. Capsulatus.
16. 16. Método de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que uma ou mais bactérias heterotróficas são adicionadas ao líquido de fermentação metanotrófico, as bactérias heterotróficas são escolhidas do grupo compreendendo Alcaligenes acidovorans (NCIMB 13287), Aneurinibacillus danicus (NCIMB 13288), e Bacillus firmus (NCIMB 13289) e suas combinações.

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