04/04/2014

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Engenharia Bioqumica

Prof. Marlia Magalhes Gonalves

Universidade Federal de So Joo Del Rei Engenharia Bioqumica

Ramo da Engenharia Qumica

Objetivo de aplicao dos conhecimentos

da engenharia qumica na soluo de

problemas que se apresentam na

implantao de processos biotecnolgicos

em larga escala e em sua otimizao

Engenharia Bioqumica

Produo de Penicilina durante a Segunda

Guerra Mundial

Fonte: www.infoescola.com

Biotecnologia

Estudo do uso de agentes e materiais

biolgicos (clulas ou derivados de

microrganismos, plantas e animais), com o

objetivo de produzir bens e servios para

usufruto do homem

Biotecnologia

Processos biotecnolgicos ou bioqumicos

so tcnicas comerciais que usam

organismos vivos, ou substncias desses

organismos, para produzir ou modificar um

produto

Biotecnologia

A utilizao comercial dos processos

biotecnolgicos e seus produtos requer o

desenvolvimento de uma operao em

larga escala, que seja tecnologicamente

eficiente e economicamente vivel

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Biotecnologia

Tem carter multidisciplinar e envolve

conhecimento de reas como:

Bioqumica, Fisiologia, Gentica,

Microbiologia, Virologia, Botnica, Zoologia,

Ecologia e Engenharia, particularmente,

Engenharia Qumica

Biotecnologia

Diferentes microrganismos so utilizados

para a produo de substncias de

interesse comercial, como: antibiticos,

cidos orgnicos, solventes, enzimas e

biocombustveis por processos

fermentativos

Biotecnologia

O objetivo do processo pode ser o prprio

microrganismo, como na produo de levedura

de panificao e inoculantes agrcolas

Os microrganismos podem, ainda, atuar em

processos de biotransformao, como na

produo de esterides, aromas e fragrncias

Biotecnologia

Processos biotecnolgicos tambm ocorrem

quando microrganismos so utilizados no

tratamento de resduos e efluentes urbanos e

industriais, na recuperao de metais, tais

como cobre, chumbo e urnio, ou em

processos de biorremediao de solos

contaminados

Biotecnologia

Tcnicas utilizadas:

Tcnicas de manipulao gentica

Tecnologia do DNA recombinante

Biotecnologia

Processos Biotecnolgicos

Cultura de tecidos

Tecnologia de enzimas

Tecnologia de fermentao

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Biotecnologia

Produtos da Biotecnologia

Indstria farmacutica - antibiticos,

hormnios, vacinas, vitaminas e protenas

teraputicas humanas

Indstria de alimentos - aminocidos,

flavorizantes, polissacardeos e gomas

xantana

Biotecnologia

Produtos da Biotecnologia

Indstria qumica (etanol, acetona,

butanol, glicerol, cido ltico, cido

ctrico, polisteres, inseticidas microbianos

Enzimas microbianas

Figura 2: Principais bioprodutos comercializadosFigura 2: continuao

Fonte: Rech, 2006

Fonte: Pereira, et al., 2009

Biotecnologia

Produtos a serem desenvolvidos em processos

biotecnolgicos:

drogas medicinais mais sofisticadas;

culturas de tecidos e rgos humanos;

biochips para computadores;

pesticidas compatveis com o meio-ambiente;

microrganismos para degradao de efluentes

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Bioprocesso

Processos realizados por agentes biolgicos

Conjunto de operaes que efetuam o

tratamento da matria-prima/resduo, o preparo

dos meios, a esterilizao (quando o processo

demandar) e a transformao do substrato em

produto(s) por rota bioqumica, seguida de

processos de separao e purificao de

produto (s)

Bioprocesso x Processo Qumico

Diferenas se baseiam na natureza dos

catalisadores utilizados em suas reaes

Bioprocessos so conduzidos por ao de

agentes biolgicos, so transformaes

catalisadas enzimaticamente

Bioprocesso x Processo Qumico

Figura 3: Diferenas entre bioprocessos e processos qumicosFonte: Pereira et al., 2009

Caractersticas dos Bioprocessos

Normalmente ocorrem em fase aquosa

As condies (temperatura, pH, presso,

potencial redox, fora inica, presso

osmtica) devem ser brandas, dada a

sensibilidade de microrganismos e

enzimas

Caractersticas dos Bioprocessos

A energia gerada nas reaes a

energia qumica proveniente da

transformao da molcula do substrato

Normalmente no necessita de energia

trmica ou radiante

Caractersticas dos Bioprocessos

Elemento central o reator, onde se

desenvolvem as transformaes de

interesse, com devido controle

Tratamentos iniciais antecedem a

operao no reator e tm a finalidade de

colocar o sistema nas condies

previamente escolhidas

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Caractersticas dos Bioprocessos

Tratamentos finais envolvem a separao

e purificao dos produtos e subprodutos

obtidos e o tratamento dos resduos

formados

Processo fermentativo x enzimtico

Fermentativo agentes das

transformaes so microrganismos vivos,

clulas de tecidos animais ou vegetais

Enzimtico agentes das transformaes

pode ser uma enzima ou mistura delas

extradas de clulas microbianas

Figura 4: Etapas de um processo biotecnolgico (Fonte: Rech, 2006)

Desvantagens dos processos biotecnolgicos

Presena de muitas substncias que

interferem na purificao do produto

Produtos bastante diludos

Contaminao pode comprometer o

processo

Baixa velocidade da reao

Papel do Engenheiro Qumico em Processos

Biotecnolgicos

desenho e operao de biorreatores,

esterilizadores e equipamentos para

recuperao de produtos

desenvolvimento de sistemas para automao e

controle de processos

projetos de indstrias de fermentao seguras e

eficientes

Ementa da disciplina

Introduo Engenharia Bioqumica

Fundamentos de Bioqumica

Fundamentos de Microbiologia

Cintica das reaes enzimticas

Estequiometria da atividade celular

Esterilizao

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Ementa da disciplina

Biorreatores

Agitao e aerao em biorreatores

Principais etapas de separao e

purificao de biomolculas

Principais bioprocessos e produtos de

interesse industrial

Biolixiviao

Referncias Bibliogrficas

Schmidell, W. et al. Biotecnologia Industrial. So Paulo: Edgard

Blucher, vol. 2 Engenharia Bioqumica, 2001;

Pereira Jr., N. Bon, E. P. S., Ferrara, M. A. Sries em Biotecnologia,

Rio de Janeiro: Escola de Qumica/UFRJ, vol. 1 Tecnologia de

Bioprocessos, 2008;

Bastos, R. G. Tecnologia das fermentaes Fundamentos de

Bioprocessos, EdUFSCar, 2010.

Apostilas de tecnologia de fermentaes, biotecnologia,

bioprocessos;

Notas de aula professor Andr Aguiar, Engenharia Bioqumica,

UFSJ - CAP