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Title:
MACHINE AND PROCESS OF FERMENTATION FOR THE GROWTH OF MICROORGANISMS INTENDED FOR MANUFACTURING BIOLOGICAL PRODUCTS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2020/237330
Kind Code:
A1
Abstract:
The present invention defines a machine along with a process for the fermentation and multiplication of microorganisms using conditions, management and a process that ensure biosafety. Said machine and respective process allow for the controlled fermentation of fungi, bacteria and yeasts for manufacturing biofertilizers, biopesticides and agricultural biological products. The equipment and production process are suitable and specific for manufacturing biofertilizers and biopesticides as sustainable agricultural products. Using the machine and inherent process, it is possible to produce the aforementioned products directly on farms, ensuring the right to cultivate and multiply biological products, whether singly or not, very close to or at the actual application site, with proven and traceable agricultural references, significantly reducing the costs of management and of pest and pathogen control.

Inventors:
ALVES DE PAULA CARLOS HENRIQUE (BR)
Application Number:
BR2019/050380
Publication Date:
December 03, 2020
Filing Date:
September 06, 2019
Export Citation:
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Assignee:
INNOVAR AUTOMATIZACAO IMP E EXPORTACAO LTDA (BR)
ALVES DE PAULA CARLOS HENRIQUE (BR)
International Classes:
C12M1/04
Domestic Patent References:
WO2006086489A12006-08-17
WO2008088371A22008-07-24
WO2016161159A12016-10-06
Foreign References:
CN103881906A2014-06-25
Other References:
ALLMAN, A. R.: "Chapter 15: Bioreactors: Design, Operation, and Applications", FERMENTATION MICROBIOLOGY AND BIOTECHNOLOGY, 2012, Florida/ USA
ROMEU, F. J.: "Development of biotechnology control systems", ISA TRANSACTIONS, vol. 34, 1995, pages 3 - 19, XP004020124, DOI: 10.1016/0019-0578(94)00052-N
Attorney, Agent or Firm:
APICE MARCAS E PATENTES LTDA (BR)
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Claims:
REIVINDICAÇÃO

[001] “MÁQUINA E PROCESSO DE FERMENTAÇÃO PARA DESENVOLVIMENTO DE MICROORGANISMOS DESTINADOS À FABRICAÇÃO DE PRODUTOS BIOLÓGICOS”, caracterizada por ‘Máquina’ agregada a ‘PROCESSO DE FERMENTAÇÃO E MULTIPLICAÇÃO DE MICROORGANISMOS’ em condições, controle e processo de biossegurança, os quais desenvolvem a fermentação de fungos, bactérias e leveduras, para a fabricação de biofertilizantes, biodefensivos e produtos biológicos agrícolas; a máquina é constituída de: gabinete de controle (01), conexão específica - controle da produção (02), CPU e IHM (03), suporte para frascos (04), bombas peristálticas (05), turbina de linha (06), filtro microbiológico (07), dispositivo de controle de pressão e vasão de ar (08), conexão de gerador de ozônio (09), tubo de conexão de saída (10), flauta de conexões (11), conexão para abastecimento de água (12), bolsa de cultivo (13), caixa da bolsa de cultivo (14), manga de conexão (15), bocal: conexão para sonda de nível de espuma (16), bocal: conexão para sonda de filtro microbiológico (17), dispositivo de oxigenação e aeração (18), tubulação inferior (19), filtro para equalização de pressão (20), manga de conexão (21) e, Bocal: Conexão Inferior da Bolsa de Cultivo (22).

Description:
“MÁQUINA E PROCESSO DE FERMENTAÇÃO PARA DESENVOLVIMENTO DE MICROORGANISMOS DESTINADOS À FABRICAÇÃO DE PRODUTOS BIOLÓGICOS”

Campo da Invenção

[001] O pedido de patente para“MÁQUINA E PROCESSO DE FERMENTAÇÃO PARA DESENVOLVIMENTO DE MICROORGANISMOS DESTINADOS À FABRICAÇÃO DE PRODUTOS BIOLÓGICOS” define máquina agregada a PROCESSO DE FERMENTAÇÃO E MULTIPLICAÇÃO DE MICROORGANISMOS em condições, controle e processo de bios segurança. A dita máquina desenvolve a fermentação controlada de fungos, bactérias e leveduras, para a fabricação de biofertilizantes, biodefensivos e produtos biológicos agrícolas.

[002] Trata-se de máquina de multiplicação de microrganismos com bios segurança aplicada, que se destina exclusivamente ao controle da fermentação de fungos, bactérias e leveduras, que se dá em recipiente asséptico que é também a embalagem final. A produção pode ser desenvolvida diretamente nas áreas rurais, assegurando aos proprietários o direito de cultivar e multiplicar produtos biológicos isolados ou não, sem intermediários, em local muito próximo de sua utilização, de forma legal, com referências agronómicas comprovadas e de origem rastreável. Assim, o controle de pragas e de patógenos em plantações, pode ser realizado em lavouras, hortaliças e pomares, através do uso de inoculadores, defensivos e fertilizantes biológicos de baixo custo financeiro e ambiental, tudo isto com alta eficiência de resultados.

Estado da Técnica [003] No atual estado da técnica, já se obtém a produção de biofertilizantes e biodefensivos, direto em propriedades rurais, tanto em métodos de produção de batelada com biorreatores industriais complexos e de alto custo, como também em processos caseiros inteiramente improvisados, sem bios segurança, altos índices de microrganismos contaminantes e de baixo rendimento.

[004] O que a patente que aqui se pleiteia, distingue e a torna inovadora são:

A existência de uma máquina específica e eficiente; As formas de realizar o cultivo, com a fermentação direcionada para a obtenção de biofertitilantes e biodefensivos; As condições de biossegurança, com funcionalidade e de baixo custo;

A produção pode ser obtida em escala condizente com a área de cultura em cada propriedade.

[005] O que se revela na novidade é que, tanto a objetividade do processo (o método) de multiplicação microbiana, quanto à biossegurança aplicada, consubstancia máquina que se apresenta inovação apreciável e custo-benefício.

Fundamentos da Invenção

[006] Na busca constante em prevalecer à nova era de agricultura sustentável, tem-se como essência e uma de suas principais metas, a redução gradativa do uso de fertilizantes e defensivos químicos, preservando e devolvendo a biota natural do solo e meio ambiente. Busca- se também a redução dos custos de produção e manejo das culturas, resultando em aumento de produtividade e na disponibilização de alimentos mais saudáveis. [007] Com tais buscas, surgiram os fertilizantes e defensivos biológicos como insumos alternativos e assertivos, de destacados resultados agronómico. Porém, na maioria dos casos os processos produtivos de tais insumos são explorados por uma minoria empresarial, que domina o mercado e toma difícil a utilização ée dos insumos naturais pelos altos custos de produção. Há de se considerar também que, tecnicamente, a maior parte destes insumos, no momento de sua aplicação, já se encontra com sua viabilidade relativamente comprometida.

[008] Os insumos produzidos através do invento agem naturalmente. Assim é que, como defensivos atingem diretamente os insetos e pragas microbianas de modo natural, em sua forma mais comum, contribui para o reequilibro do meio ambiente em lavouras e plantações em geral. Como fertilizantes facilitam, principalmente a sobrevida e à incorporação de agentes biológicos que fixam o nitrogénio do ar no solo, que é um dos principais componentes químicos elementares, necessários à flora em nosso planeta.

[009] Fundamentados nestes quesitos, almejamos agricultura responsável, sustentável, de resultados e de custo justo. Para atingir tais méritos, propomos solução conforme descrição deste pedido de patente. Aqui se propõem uma máquina e seu processo intrínseco de Fermentação e Multiplicação de Microrganismos (fungos e bactérias), a qual possui forma e processo agregado inédito quando aplicados para a fabricação de biofertilizantes e biodefensivos agrícolas, como insumos de agricultura sustentável.

[010] Através da máquina e do processo inerente, é possível produzir os insumos já mencionados, diretamente nas propriedades rurais, assegurando o direito em cultivar e multiplicar produtos biológicos isolados ou não, muito próximos ou na própria da área de aplicação, com referências agronómicas comprovadas e rastreáveis, reduzindo significativamente os custos de manejo, controle de pragas e patógenos. Assim, não é problema apreciável para o agricultor, a estocagem dos produtos e de seu prazo de validade.

[011] A disposição da máquina de fermentação com biossegurança aplicada (e respectivo processo) promove a fabricação e fermentação controlada de fungos e bactérias, com produção em recipiente asséptico, que também já é a embalagem final. Desta forma, reduz -se o tempo entre a produção e uso, obtém-se redução nas distancias entre o local de produção e de aplicação, evita-se a armazenagem (imprópria nesta logística), determinando garantia de viabilidade para o produto final, além de se obter altas taxas de UFC’s (unidades formadoras de colónias).

[012] Enumeramos também, outros aspectos a considerar:

Os produtos ficam livres de contaminantes, por não necessitarem de embalagens secundárias e do respectivo processo de envasamento;

A produção é simples, ou seja, de fácil execução;

É de baixo custo para o produtor agrícola, mesmo que em escala reduzida.

[013] Tais fatores revelam em conjunto, a inovação aplicada no presente pedido. Para melhor compreensão da invenção e respectivo processo, listamos abaixo os conceitos mais importantes:

1 - Praticidade no desenvolvimento de agricultura responsável, sustentável com resultados e custos justos, utilizando máquina própria para realizar o cultivo de fermentação e obtenção de biofertilizantes e biodefensivos, considerando- se a biossegurança suficiente e necessária, praticidade e baixo custo; 2 - A disposição de máquina, processo de fermentação e multiplicação, que aqui se pleiteia, ambos inéditos, transfere ao produtor rural soluções e redução dos custos dos insumos e manejo de culturas, resultando em aumento da produtividade e alimentos saudáveis;

3 - Outras vantagens de logística: máquina móvel de fácil manejo, podendo o insumo ser produzido diretamente nas propriedades; redução nas distancias e armazenagem; promove a fermentação eficiente de fungos e bactérias, já que a produção ocorre em recipiente rigorosamente controlado e asséptico, o que determina um produto final com alta qualidade; a matéria prima básica - as sementes - é adquirida em pequenos volumes, evitando- se o transporte, a geração e descarte de inúmeras embalagens de maior volume, já que o recipiente de aplicação final é reaproveitável.

Descrição detalhada da invenção

[014] A Máquina que desenvolve o exclusivo Processo de Fermentação é constituída por duas unidades básicas, interligadas mostradas na Figura 1 - Vista em Perspectiva do Conjunto.

01 - Gabinete de Controle;

14 - Caixa da Bolsa de Cultivo.

Figura 2 - Vista frontal do Conjunto - conexões e interligações.

01 - Gabinete de Controles;

10 - Tubo de Conexão de Saída;

13 - Bolsa de Cultivo;

14 - Caixa da Bolsa de Cultivo;

18 - Dispositivo de Oxigenação e Aeração;

19 - Tubulação Inferior; 20 - Filtro para equalização de pressão;

21 - Manga de Conexão.

Figura 3 - Vista Superior do Conjunto.

01 - Gabinete de Controle;

13 - Bolsa de Cultivo;

14 - Caixa da Bolsa de Cultivo.

Figura 4 - Vista em Perspectiva do Gabinete de Controle.

01 - Gabinete de Controle;

02 - Conexão Específica - controle da produção;

03 - IHM e CPU (interface homem máquina);

04 - Suporte para Frascos (insumos básicos e opcionais);

05 - Bombas Peristálticas (transferências de insumos);

06 - Turbina de Linha (emulsificação, homogeneização, reciclo e oxigenação).

Figura 5 - Vista Lateral do Gabinete de Controle - onde se evidencia, entre outras peças.

07 - Filtro Microbiológico (entrada de ar comprimido para aeração e oxigenação, destinada à fermentação de microrganismos aeróbicos).

Figura 6 - Vista Superior do Gabinete de Controle - evidencia Conjunto de Vazão e Pressão do Ar.

08 - Dispositivo de Controle (de pressão e vasão de ar);

09 - Conexão do Gerador de Ozônio;

10 - Tubo de Conexão de Saída (para interligação com bolsa de cultivo). Figura 7 - Vista Frontal do Gabinete de Controle - evidencia conexões de controle e abastecimento.

11 -“Flauta de Conexões”,‘distribuidor’ com seis conexões para medições com: pHgâmetro, Od’ (medidor de oxigénio dissolvido), Ozômetro, sonda‘PT100’ (termómetro), inoculador e, bomba peristáltica;

12 - Conexão p / abastecimento de água.

Figura 8 - Vista frontal da Bolsa de Cultivo.

13 - Bolsa de Cultivo;

15 - Manga de Conexão (oxigenação e reciclo);

16 - Bocal: Conexão p / Sonda de Nível de Espuma;

17 - Bocal: Conexão p / Filtro Microbiológico Final;

22 - Bocal: Conexão Inferior da Bolsa de Cultivo.

Figura 9 - Vista frontal da Caixa da Bolsa de Cultivo.

14 - Caixa da Bolsa de Cultivo.

Operacionalização da “Máquina e Processo de Fermentação Para Desenvolvimento de Microrganismos Destinados à Fabricação de Produtos Biológicos”

[015] Inicialmente abastece a Bolsa de Cultivo (13) com água limpa ou, potável ou, filtrada ou, purificada ou ainda, WFI (“ W ater For Injection” - água para injeção), de 20 a 2000 litros, de acordo com o tamanho da bolsa de cultivo. Em seguida, adicionar o meio de cultura adequado e balanceado para cada tipo de microrganismo, seja bactéria ou fungo; deixar disponíveis nos frascos (04), os produtos químicos para controle de pH, antiespumante e demais insumos. Iniciar o processo abrindo a válvula de admissão de água de processo, da tubulação inferior (19), do conjunto da bolsa de cultivo (13); na sequência, ativar o [dispositivo / processo de reciclo) através do IHM, em circuito fechado por 15 minutos, até completar a homogeneização do meio de cultura solúvel na água.

[016] Caso a bolsa de cultivo (13), o meio e a água não sejam previamente esterilizados, acionar o dispositivo de oxigenação e aeração (18), através de ar comprimido, ao mesmo tempo em que habilita-se o dispositivo gerador de ozônio (09), conduzido no mesmo sentido do ar comprimido. Assim, será feita a melhor esterilização - prática e possível - de todo o meio de cultura e água dentro da bolsa de cultivo (além da própria bolsa), pela oxigenação e a formação de microbolhas.

[017] Com o processo produtivo previamente estabelecido e parametrizado através da IHM (03), a máquina fará a correção de pH opcionalmente (de forma automática), e o controle simultâneo de volume de espuma, caso houver. Neste momento, já com o meio estéril, realiza-se a inoculação, utilizando sementes dos microrganismos, em sua forma de apresentação purificada. O processo irá monitorar o crescimento e multiplicação destes microrganismos, através de porta ou conexão específica (02), na flauta de conexões (11). Para tanto, é necessário aguardar o período de fermentação inerente a cada cepa microbiana, obviamente.

[018] Ao término da fermentação, o biofertilizante ou biodefensivo estará propício para receber aditivos para o tempo previsto de estocagem ou, em ato contínuo de aplicação na lavoura, tudo isto em condições de segurança e economia.

[019] No encerramento da operação, basta desconectar eletricamente a máquina, realizar a limpeza e higienização conforme instruções explícitas formalizadas, as quais acompanham a documentação da máquina. Depois disto, a mesma estará pronta para novo processo.