Dentro de uma fábrica de bactérias: A arte e a ciência de produção de bactérias de qualidade

As bactérias foram uma das primeiras formas de vida a aparecer na Terra e elas existem em uma infinidade de formas adaptadas a qualquer ambiente ou dentro de nossos corpos. Certas cepas foram cuidadosamente selecionadas para aplicações industriais ou aplicações alimentícias e são produzidas em instalações de fermentação.

Nas últimas décadas, o uso de bactérias vivas na produção animal ganhou impulso. Além de serem utilizadas como ingredientes ativos de probióticos e inoculantes de silagem, as bactérias benéficas também podem ser aplicadas nas instalações animais, como soluções de biofilme positivo e produtos de biorremediação usados na aquicultura.

De um único frasco de um banco de células mestre a um produto bacteriano embalado, aqui está a jornada das células bacterianas em uma das plantas de produção da Lallemand Animal Nutrition

Controle de cada etapa

Várias centenas de toneladas de produtos contendo bilhões de bactérias vivas por grama são produzidos anualmente em uma fábrica de bactérias. No entanto, tudo começa sempre a partir de alguns microlitros de um frasco contendo células de uma cepa específica. Esse pequeno número de bactérias vivas
passa por multiplicações sequenciais em condições estéreis e estritamente controladas, começando em um frasco de laboratório, até fermentadores industriais (Figura 1).

Com isso em mente, é fácil entender a importância de rigorosos testes de controle de qualidade (CQ) ao longo do processo: qualquer contaminante ou mudanças nas condições de crescimento que afetem o comportamento ou a fisiologia das bactérias pode levar à multiplicação de microrganismos indesejados e afetar a pureza, a atividade e a eficácia do produto final.

Durante todo o processo de produção, desde o banco de células que é usado para iniciar a produção até a plataforma de logística, pelo menos 16 testes de qualidade são realizados para garantir a pureza, a viabilidade e a identidade da cepa da bactéria no produto final, bem como a consistência de lote para lote.

Outro elemento fundamental para garantir que a cepa que está sendo cultivada seja estritamente idêntica à que foi selecionada no passado é garantir a pureza e a consistência do banco de células a partir do qual todos os novos lotes são produzidos. As cepas puras, quando selecionadas, são depositadas em reconhecidas coleções de cultura de microrganismos (por exemplo: NCIMB, Instituto Pasteur Instituto Pasteur, etc.). Análises genéticas são realizadas para verificar a pureza da cultura e garantir a identidade
genética em relação à cultura depositada. Um certificado de análise é liberado para cada lote de bactérias vivas produzidas pela Lallemand (Figura 1).

Além disso, o controle de qualidade não ocorre somente dentro da fábrica. A equipe de qualidade da Lallemand também realiza análises regulares dos produtos dos clientes para garantir que as bactérias vivas que eles compram permanecem viáveis e ativas em sua aplicação final, como ração, inoculantes de forragem, biorremediação e soluções para o ambiente animal.

O processo de produção

Todo o processo de produção de bactérias está esquematizado na Figura 1, vamos dar uma olhada mais detalhadamente.

Figure 1: Bacteria production process and QC tests.

Fermentação: Tudo começa com algumas bactérias de um frasco de banco de células (1), que serão cultivadas passo a passo a partir de um frasco de laboratório até o fermentador industrial (4).

Cada cepa de bactéria segue seu padrão de crescimento com o passar do tempo, mas uma curva típica de crescimento microbiano começa com uma fase de latência, seguida por uma fase exponencial (multiplicação) e um platô (fase estacionária) e, em seguida, uma fase descendente (morte) (Figura 2). O objetivo é interromper a fermentação quando as bactérias estão mais ativas, o que não é necessariamente o rendimento máximo.

Figura 2: A curva de crescimento bacteriano representa o número de células vivas em uma população ao longo do tempo. (Michal Komorniczak/Wikimedia Commons/CC BY-SA 3.0)

Colheita. As bactérias vivas são então separadas do meio de cultura por centrifugação: cerca de 75% da água é removida nessa etapa, aumentando entre 20 a 50 vezes a concentração de bactérias vivas (5).5).

Liofilização. O método de preservação usado para garantir a estabilidade das bactérias lácticas é a liofilização. Liofilização não é usado para bacilos, por exemplo.  Primeiro, o produto é levado a uma temperatura muito baixa e a água restante é eliminada por sublimação sob baixa pressão (a sublimação é a passagem da fase sólida para a gasosa sem um intermediário líquido) (7). Esse método foi introduzido na década de 1940 pelo Institut Rosell no Canadá (hoje parte da Lallemand Health Solutions), que desenvolveu a liofilização para bactérias láticas, revolucionando a preservação de bactérias e suas aplicações industriais.

A liofilização é uma etapa muito delicada para bactérias que são sensíveis a temperaturas extremas . Ela pode afetar sua viabilidade final. As bactérias são misturadas com uma fórmula crioprotetora adaptada. Cada cepa de bactéria se comportará de forma diferente e terá sensibilidade diferente à liofilização. Na Lallemand, esforços constantes de P&D são dedicados à otimização da fórmula do crioprotetor e dos ciclos de liofilização para cada cepa específica que é produzida.

A liofilização também é um processo que consome muita energia. Recentemente, a empresa substituiu todos os os liofilizadores em sua unidade de produção no Reino Unido (Malvern), para reduzir o consumo de energia.

Processamento downstream. As bactérias liofilizadas formam uma “pasta” sólida, contendo de 2 a 4% de água. Essa pasta é moída para obter um pó fino e consistente (8).

O pó bacteriano está então pronto para ser misturado (9), ainda sob rigoroso controle de temperatura e umidade para obter a formulação desejada. Ele é misturado com outros ingredientes inertes para obter a concentração desejada de bactérias.

Por fim, a embalagem (10) é outra etapa fundamental e realizada sob condições estritamente controladas, usando material apropriado. De fato, o armazenamento é outro ponto crítico na sobrevivência das bactérias vivas.

As bactérias vivas são sensíveis à umidade. O controle rigoroso da temperatura e da umidade durante a embalagem garante a estabilidade e a viabilidade do produto. O material da embalagem é também muito importante, pois eles têm níveis variados de permeabilidade ao oxigênio e à umidade. Essa embalagem adequada impede a entrada de ar, gases e umidade.

Sistema de Garantia de Qualidade Lallemand

Todos os locais de produção da Lallemand Animal Nutrition e fornecedores operam de acordo com o FAMI-QS ou sistema de certificação equivalente, que inclui:

Ele garante a conformidade com o Regulamento de Higiene de Rações da UE (183/2005/EC), US FDA FSMA e a maioria dos requisitos de outros países em termos de certificação e segurança. Esses rigorosos procedimentos de garantia de qualidade garantem que os produtos finais sejam seguros, de alta qualidade e estejam em conformidade com os requisitos dos clientes.

Por fim, para garantir a melhoria contínua da segurança, qualidade e eficácia de seus produtos, o grupo Lallemand opera um sistema centralizado de reclamações. O feedback dos clientes é vital nesse processo e, portanto, todas as informações sobre reclamações são comunicadas por meio desse sistema para as equipes responsáveis, bem como à gerência sênior da unidade de negócios e ao grupo corporativo da Lallemand, desde o envio até a resolução da reclamação.

Para saber mais sobre os métodos usadospara testes de CQ

Identidade da cepa

Cada cepa microbiana é única. A identidade da cepa é verificada em várias etapas ao longo do processo graças às técnicas clássicas de microbiologia (morfologia da colônia, sistema de identificação API bioMerieux, etc.) ou técnicas de identificação genética. Extração de DNA bacteriano e reação em cadeia da polimerase (PCR) em comparação com a cepa controle é nosso teste padrão de identificação genética para confirmar que a cepa correta foi propagada e que a bactéria está livre de mutações

Pureza microbiana

O controle da pureza microbiana inclui a detecção dos seguintes itens:

Viabilidade: O método UFC

UFC significa unidade formadora de colônias. É o padrão usado pelos microbiologistas para medir o número de microrganismos capazes de crescer e se multiplicar em uma amostra, usando o método de contagem em placas. A amostra a ser avaliada é diluída e espalhada em uma placa de ágar. Após a incubação, o número de colônias microbianas formadas na placa fornece uma contagem direta de microrganismos capazes de se multiplicar. Cada colônia é um agregado visível de microrganismos derivados de uma única célula bacteriana viva.

O número na amostra original pode ser calculado de acordo com a diluição e o volume usados e é normalmente expresso em UFC/mL ou UFC/g.

Conclusão

A produção de bactérias envolve processos únicos e complexos, que exige esforço substancial e contínuo da equipe de P&D para ajustar a fermentação, processamento downstream, bem como as condições e os materiais de embalagem e adaptá-los a cada uma das cepas produzidas.

O controle rigoroso da qualidade durante todo o processo é é crucial para garantir que o produto final realmente contenha as cepas de bactérias indicadas no rótulo, e somente elas, e que esteja em sua melhor forma, “viva e funcionando” e pronta para a ação. A Lallemand dominou a arte da fermentação durante seus mais de 100 anos de experiência na produção de leveduras e bactérias em uma ampla gama de mercados, desde a panificação, há um século, até expandindo para aplicações muito específicas em alimentos, bebidas, saúde e nutrição animal. Como produtor primário de microrganismos, a empresa tem controle total sobre o processo de produção desde o laboratório até a embalagem. Esse controle ajuda a garantir a qualidade, a segurança e a consistência dos produtos bacterianos para todos os clientes e usuários finais.