Estrutura, objetivos e tecnologias essenciais para pesquisa, desenvolvimento, controle de qualidade e produção de bioinsumos

Os bioinsumos têm ganhado cada vez mais espaço na agricultura por oferecerem alternativas baseadas em recursos biológicos para diferentes etapas da produção agrícola.

Os bioinsumos são produtos ou tecnologias obtidos a partir de recursos biológicos, como organismos vivos, materiais de origem biológica ou processos biológicos, destinados a desempenhar funções de interesse na produção agropecuária. Eles podem ser utilizados, por exemplo, no manejo de pragas e doenças, na nutrição vegetal e em processos relacionados à saúde e à fertilidade do solo. 

Com o avanço das políticas públicas e a consolidação do Programa Nacional de Bioinsumos (PNB), o setor amplia seu espaço na agricultura e impulsiona a busca por novas tecnologias. Assim, o laboratório assume um papel estratégico, concentrando etapas essenciais de pesquisa, desenvolvimento, avaliação e controle de qualidade, além de gerar dados que sustentam a evolução e a aplicação dessas tecnologias em diferentes escalas.

O papel do laboratório no desenvolvimento e produção de bioinsumos

O desenvolvimento de um bioinsumo envolve diferentes etapas, desde a seleção de microrganismos e matérias-primas até a validação de processos, formulações e produtos finais. Por isso, o laboratório não deve ser visto apenas como um espaço para análises, mas como uma estrutura essencial para gerar conhecimento, validar resultados e garantir a qualidade dos processos. 

Dependendo de sua finalidade, o laboratório pode atuar na pesquisa de novos microrganismos, na otimização de formulações, no controle de qualidade ou até mesmo em etapas relacionadas à produção e ao escalonamento dos processos.

O primeiro passo: definir a finalidade do laboratório 

Antes de planejar a infraestrutura ou selecionar equipamentos, é fundamental definir qual será o objetivo da estrutura. 

Um laboratório de pesquisa normalmente está voltado ao isolamento, caracterização e avaliação de novos microrganismos ou mecanismos de ação. Já um laboratório de pesquisa e desenvolvimento (P&D) trabalha na otimização de processos, formulações e condições de cultivo para transformar descobertas em soluções aplicáveis. 

No controle de qualidade, o foco está na avaliação de matérias-primas, processos e produtos, verificando se características previamente estabelecidas estão sendo mantidas ao longo da produção. 

Por sua vez, laboratórios voltados à produção ou ao escalonamento precisam considerar maiores volumes de operação e condições capazes de transferir os resultados obtidos em bancada para escalas mais amplas. 

A partir dessas definições, torna-se possível planejar a estrutura física, os equipamentos, as condições ambientais e os procedimentos necessários para que o laboratório funcione de maneira eficiente, segura e reprodutível.

Como planejar a estrutura de um laboratório de bioinsumos? 

Depois de definir a finalidade do laboratório, o próximo passo é planejar uma infraestrutura que seja compatível com os processos que serão realizados. Em um laboratório de bioinsumos, isso significa considerar o fluxo de pessoas, materiais e amostras, além das condições necessárias para cada etapa do trabalho. 

Não existe uma única configuração que atenda a todos os laboratórios de bioinsumos. A estrutura deve ser dimensionada de acordo com o tipo de pesquisa ou processo, os microrganismos ou agentes biológicos envolvidos, a escala de trabalho e as atividades previstas. 

Entre os ambientes que podem fazer parte dessa estrutura estão:

• Área de recebimento e preparo de amostras: destinada à entrada, identificação, registro e preparação dos materiais que serão analisados ou processados;
• Área de preparo de meios de cultura e soluções: espaço destinado ao preparo dos materiais utilizados nas análises microbiológicas;
• Sala de cultivo e incubação: ambiente destinado ao crescimento e à manutenção dos microrganismos, com condições ambientais controladas conforme a aplicação;
• Sala de análises: destinada à realização de análises microbiológicas, físico-químicas ou outras avaliações necessárias ao processo;
• Área de lavagem e esterilização: utilizada para higienização e esterilização de materiais e utensílios;
• Área de armazenamento: destinada à conservação adequada de amostras, matérias-primas, culturas e produtos, de acordo com suas necessidades específicas;
• Local para descarte e gerenciamento de resíduos: planejada para o acondicionamento e a destinação adequada dos resíduos gerados nas atividades laboratoriais.

Fluxos do laboratório 

A simples separação física dos ambientes não é suficiente para garantir uma rotina segura e organizada. É necessário planejar como pessoas, materiais e amostras circulam pelo laboratório, estabelecendo fluxos que reduzam o risco de contaminação cruzada. 

Dependendo das atividades realizadas, podem ser adotadas áreas segregadas, restrições de acesso e outras barreiras de controle. O objetivo é evitar que materiais ou agentes biológicos de uma etapa interfiram em outras atividades e comprometam os resultados. 

Esse planejamento também deve estar associado a procedimentos de limpeza, higienização, controle de contaminação, identificação e rastreabilidade de amostras, gerenciamento de resíduos e registro das atividades.

Gestão e qualificação da equipe 

A gestão laboratorial completa essa estrutura. Referências como ISO/IEC 17025 e princípios de Boas Práticas de Laboratório (BPL) podem servir como bases para a organização de processos, rastreabilidade, controle documental, gerenciamento de equipamentos e confiabilidade dos resultados, conforme a finalidade e os requisitos aplicáveis ao laboratório. 

Além da estrutura e dos processos, a equipe é um elemento fundamental. Os profissionais devem ser capacitados de acordo com as atividades realizadas, conhecendo os procedimentos de biossegurança, as boas práticas laboratoriais e os métodos utilizados na rotina. 

Treinamentos periódicos e registros consistentes ajudam a manter a padronização das atividades e permitem identificar e corrigir desvios antes que eles comprometam etapas posteriores do desenvolvimento. 

Assim, espaço físico, fluxos, processos e pessoas devem ser planejados de forma integrada. Com a definição da estrutura física, dos fluxos de trabalho e das necessidades operacionais, o próximo passo é estabelecer quais equipamentos serão necessários para executar cada etapa do processo de forma segura, padronizada e reprodutível.

Quais equipamentos são necessários em um laboratório de bioinsumos? 

A definição dos equipamentos deve partir das atividades realizadas no laboratório, da finalidade do processo e da escala de trabalho. Em uma rotina de pesquisa e desenvolvimento de bioinsumos, diferentes etapas precisam ser integradas, desde o preparo de meios e soluções até a esterilização, o cultivo de microrganismos e as análises dos resultados.

Esterilização, manipulação asséptica e incubação 

A prevenção de contaminações é um dos pontos críticos em trabalhos que envolvem microrganismos. Equipamentos destinados à esterilização e à manipulação em condições assépticas ajudam a preservar a integridade das culturas e dos materiais utilizados nos ensaios. 

A autoclave é utilizada para a esterilização de meios de cultura, materiais e determinados resíduos. Já a cabine de fluxo laminar, como a bancada de fluxo laminar horizontal PA-200-ECO, proporciona um ambiente com fluxo de ar controlado para atividades que exigem condições de manipulação mais limpas.

As estufas de secagem e esterilização também podem fazer parte dessa etapa.

Preparo de meios e soluções 

O preparo adequado de meios de cultura, soluções e reagentes é fundamental para garantir condições consistentes entre os ensaios. Nessa etapa, a precisão na pesagem, a homogeneização e o controle de parâmetros como o pH são aspectos importantes. 

Balanças analíticas e semianalíticas são utilizadas na pesagem de reagentes. Para a homogeneização, podem ser empregados agitadores magnéticos, indicados para soluções líquidas de menor viscosidade, ou agitadores mecânicos, mais adequados a materiais viscosos ou com sólidos em suspensão. 

Chapas aquecedoras  auxiliam no aquecimento uniforme de soluções, enquanto dispensadores automáticos podem contribuir para maior padronização na dosagem de alíquotas. O medidor de pH permite determinar e acompanhar o pH de meios e soluções, um parâmetro que pode ser importante para diferentes processos biológicos. 

A etapa de distribuição dos meios de cultura também pode ser otimizada. Bombas dosadoras ou sistemas automatizados, como os dosadores de meio de cultura, permitem preencher placas, tubos e frascos de maneira mais padronizada, reduzindo variações durante o preparo e tornando a rotina mais eficiente. 

Já na preparação de amostras para ensaios envolvendo microrganismos, toxinas ou outros materiais, homogeneizadores de amostras podem facilitar a obtenção de uma mistura uniforme sem a necessidade de contato direto com o material, contribuindo para maior padronização e segurança durante o processamento.

Qualidade da água 

A água utilizada no preparo de meios, soluções e análises também merece atenção. Impurezas, sais, metais e contaminantes microbiológicos podem interferir nos resultados ou afetar determinadas etapas de cultivo. 

Por isso, dependendo dos requisitos do processo, podem ser utilizados destiladores de água e sistemas de osmose reversa, que permitem obter água com diferentes níveis de purificação para aplicações laboratoriais.



Incubação e crescimento microbiano 

Após o preparo e a inoculação, as condições de cultivo precisam ser controladas de acordo com as características do microrganismo estudado. 

Incubadoras ou estufas bacteriológicas permitem manter as amostras sob temperatura controlada durante o período necessário ao crescimento. Já as incubadoras com agitação orbital (shaker) associam temperatura controlada à agitação contínua orbital, favorecendo a transferência de oxigênio e a homogeneização do meio em cultivos de microrganismos aeróbios. 

A escolha entre diferentes tipos de incubação depende, portanto, do microrganismo, do meio utilizado e das condições necessárias para o processo.

Análises microbiológicas 

Depois do cultivo, é necessário avaliar os resultados obtidos. Entre os equipamentos que podem integrar essa etapa estão os contadores de colônias, que facilitam a contagem de unidades formadoras de colônias em placas, e as centrífugas, utilizadas para separar células, sólidos ou outros componentes de uma amostra quando essa separação é necessária para a análise ou para etapas posteriores. 

Os sistemas de filtração também podem ser utilizados em análises microbiológicas por meio do método de filtração por membrana, permitindo a retenção e a concentração de microrganismos para sua posterior detecção e quantificação. 

Em aplicações que demandam análises mais avançadas, a citometria de fluxo pode ser usada para caracterização e quantificação celular. O CyFlow Cube 6 V2m é um citômetro de bancada compacto que permite realizar contagens e análises de células e partículas por fluorescência. Sua tecnologia de contagem volumétrica absoluta dispensa o uso de microesferas de referência, simplificando o procedimento e contribuindo para maior agilidade analítica. 

A combinação desses recursos permite estruturar uma rotina mais padronizada, desde o preparo das condições de cultivo até a obtenção e avaliação dos resultados.

Equipamentos para escalonamento e produção: fermentação e monitoramento 

Após a seleção dos microrganismos ou agentes biológicos de interesse, o processo pode avançar para etapas de desenvolvimento e escalonamento, nas quais as condições definidas em laboratório são avaliadas e adaptadas para volumes progressivamente maiores.

Propagação do inóculo 

Antes de chegar aos biorreatores, o cultivo pode passar por etapas de propagação do inóculo. Incubadoras shaker permitem manter temperatura e agitação controladas, favorecendo a homogeneização do cultivo e a transferência de oxigênio necessária ao crescimento de microrganismos aeróbios. 

A utilização desses equipamentos contribui para obter inóculos mais consistentes antes da transferência para etapas de maior escala.

Biorreatores 

Os biorreatores permitem realizar o cultivo controlado de microrganismos para obtenção de biomassa ou de metabólitos de interesse. Durante o processo, diferentes parâmetros podem ser monitorados e controlados, como temperatura, pH, agitação e oxigenação, entre outros, de acordo com as características do cultivo. 

Esse controle é importante para reproduzir as condições definidas durante o desenvolvimento e avaliar o comportamento do processo à medida que a escala aumenta.

Monitoramento bioquímico 

Durante a fermentação, acompanhar a composição do meio ajuda a entender o comportamento do cultivo e a tomar decisões ao longo do processo. A análise de compostos como glicose, sacarose, etanol, lactato, amônio e glutamato, por exemplo, pode fornecer informações sobre o consumo de nutrientes e a formação de metabólitos. 

Os analisadores bioquímicos permitem realizar diferentes compostos a partir de uma mesma amostra, contribuindo para o acompanhamento do processo e para estratégias de alimentação controlada e otimização da produtividade.

Separação e concentração 

Após a fermentação, dependendo do produto e da estratégia de processo, pode ser necessário separar, concentrar ou purificar o material de interesse. 

O módulo de micro/ultrafiltração, por exemplo, permite utilizar membranas com diferentes características para realizar processos de separação e concentração de células, enzimas, proteínas e outras macromoléculas com base em seu tamanho.

Equipamentos para ensaios controlados com plantas 

O desenvolvimento de um bioinsumo não termina com sua obtenção em laboratório. Depois das etapas iniciais de desenvolvimento, é necessário avaliar seu desempenho em condições que se aproximem da aplicação agrícola, antes de sua utilização em campo.

Testes de pulverização 

Para produtos destinados à aplicação por pulverização, é importante avaliar características relacionadas ao processo de aplicação. A Câmara de Pulverização TE-9000 permite realizar testes controlados, simulando diferentes condições de aplicação de bioinsumos líquidos e adjuvantes. 

O equipamento possibilita programar parâmetros de pulverização e também realizar testes com chuva simulada, permitindo estudar aspectos como lavagem, aderência e comportamento do produto após a precipitação.

Avaliação fisiológica e agronômica 

As câmaras climáticas e salas climáticas permitem criar condições ambientais controladas para a realização de ensaios com plantas. Parâmetros como temperatura, umidade, iluminação, fotoperíodo e, quando solicitado, concentração de CO₂ podem ser controlados de acordo com o objetivo do estudo. 

Esses equipamentos podem ser utilizadas para avaliar:

• efeitos de bioestimulantes, inoculantes e biofertilizantes no desenvolvimento vegetal;
• ação de agentes de controle biológico;
• resposta das plantas a diferentes condições ambientais;
• comportamento de bioinsumos antes da realização de ensaios em campo. 

Esse controle permite reduzir a interferência de variáveis externas e comparar diferentes tratamentos em condições experimentais padronizadas.

Uma estrutura pensada para cada etapa 

Montar um laboratório de bioinsumos é um processo que começa pela definição dos objetivos e passa pelo planejamento dos espaços, fluxos, equipe e equipamentos. 

Com uma estrutura adequada, é possível conduzir as diferentes etapas do desenvolvimento com mais controle, segurança e confiabilidade, criando uma base para transformar pesquisa em soluções aplicáveis à agricultura. 

A Tecnal conta com soluções para diferentes etapas dessa rotina. Fale com nossa equipe e encontre as opções para o seu laboratório.

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