engenharia bioquÍmica - debiq.eel.usp.brjoaobatista/engenhariabioquimica.pdf · (bioquímica,...
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INTRODUINTRODUÇÇÃOÃO
•• O QUE O QUE ÉÉ ENGENHARIA BIOQUENGENHARIA BIOQUÍÍMICA? MICA?
–– Engenharia BioquEngenharia Bioquíímica mica éé um ramo da um ramo da Engenharia QuEngenharia Quíímica voltado aos mica voltado aos processos processos biotecnolbiotecnolóógicosgicos industriaisindustriais
–– Processos onde ocorre a transformaProcessos onde ocorre a transformaçção ão de matde matéériasrias--primas em produtos atravprimas em produtos atravéés s da ada açção de material de origem ou ão de material de origem ou carcarááter biolter biolóógico: cgico: céélulas (microbianas, lulas (microbianas, animais ou vegetais) ou enzimasanimais ou vegetais) ou enzimas . .
INTRODUINTRODUÇÇÃOÃO
•• INTERDICIPLINARIDADE:INTERDICIPLINARIDADE:
-- O uso desta O uso desta áárea de conhecimento rea de conhecimento atuando em conjunto com diferentes atuando em conjunto com diferentes profissionais, como profissionais, como éé o caso dos o caso dos geneticistas, biologistas moleculares, geneticistas, biologistas moleculares, microbiologistas, bioqumicrobiologistas, bioquíímicos e micos e engenheiros agrônomos e engenheiros engenheiros agrônomos e engenheiros bioqubioquíímicos, permitem para o E.B.micos, permitem para o E.B.
-- SSóólida formalida formaçção em engenharia, alão em engenharia, aléém de m de ter conhecimentos bter conhecimentos báásicos de sicos de microbiologia, genmicrobiologia, genéética e bioqutica e bioquíímica.mica.
INTRODUINTRODUÇÇÃOÃO
• Estes conhecimentos permitem atuar nos:• Projeto de biorreatores;• Estudos de cinética de processos
bioquímicos;• Modelagem e simulação;• Purificação de produtos biológicos;• Transferência de oxigênio e ampliação de
escala;• Análise econômica;• Instrumentação e controle
ORIGEMORIGEM
• Do termo, desde a Segunda Guerra;• Porém, Vinho, Pão, Cerveja, Queijo,
Picles, Iogurte, Vinagre, produtos descobertos na antiguidade quase por acaso, já eram conhecidos, e hoje considerados produtos obtidos por processo bioquímicos.
ORIGEMORIGEM
• FATOS IMPORTANTES:• 8000 A.C.: vinhos, cervejas e vinagres;• 4000 A.C.: surgem os laticínios;• 500 A.C: processo de salga e picles;• 1808 D.C: cerveja chega ao Brasil;• 1861 D.C: Pauster desenvolve a
pasteurização;• 1990 D.C: enzima para fabricação de
queijo (primeiro produto modificado EUA);
EVOLUEVOLUÇÇÃOÃO• Final da segunda guerra devido a
quantidade de feridos, existe a necessidade do desenvolvimento de novas técnicas para obtenção de probióticos;
• As técnicas usadas até aquele momento, com o cultivo de fungos em superfície não supria a demanda;
• O conhecimento da Engenharia de Processos oriundo dos processos químicos tradicionais é utilizada para aumentar a produção de antibióticos;
EVOLUEVOLUÇÇÃOÃO
A produção de penicilina em larga escala revoluciona o processo descoberto por Alexander Fleming em 1928;
• A humanidade passa então a beneficiar-se de produtos com propriedades organolépticas mais requintados, obtidos pela ação de microrganismos, dentre eles o queijo, pão, iogurte, cerveja, vinhos e destilados;
EVOLUEVOLUÇÇÃOÃO• Antes do inicio da segunda guerra os
processos fermentativos não dispertavaminteresse porque os produtos não alimentícios, como os solventes e ácidos orgânicos já eram produzidos por processos químicos;
• A colaboração de profissionais da área de engenharia e da área biológica permitiu o desenvolvimento de novas técnicas de obtenção de novos produtos usando a ação de microrganismos;
EVOLUEVOLUÇÇÃOÃO• Inicialmente, os cultivos foram realizados
em frascos em plataformas giratórias, mas existia a limitação na transferência de oxigênio;
• Evolução de frascos agitados e aeradosmecanicamente usados como fermentadores em 1947, foi o primeiro biorreator utilizando os conhecimentos da Engenharia Química, Biologia e Bioquímica, produzido pela americana New Brunswick;
EVOLUEVOLUÇÇÃOÃO
• Neste mesmo ano a Merck é premiada por produzir o antibióticos estreptomicina surgindo então oficialmente o termo Engenharia Bioquímica;
• Portanto em julho próximo o termo Engenharia Bioquímica completa 62 anos;
EVOLUEVOLUÇÇÃOÃO• Novos produtos passaram a ser produzidos por
processos bioquímicos;• Considerando aspectos como ampliação de
escalas, preparação de meio de cultura (Bioquímica, Microbiologia e Engenharia);
• Conclui-se que a Engenharia Bioquímica estáinserida na Biotecnologia Industrial e tem características multidisciplinares necessitando de conhecimentos como Biologia, Química, Engenharia, Bioquímica, Biologia Molecular, Matemática e Computação.
EVOLUEVOLUÇÇÃOÃOPRODUTOS OBTIDOS A PARTIR DESTE PRODUTOS OBTIDOS A PARTIR DESTE
PROCESSOS BIOQUPROCESSOS BIOQUÍÍMICOS:MICOS:-- enzimas (utilizadas amplamente nas indenzimas (utilizadas amplamente nas indúústrias strias
têxtil e de alimentos);têxtil e de alimentos);–– áácidos orgânicos (com aplicacidos orgânicos (com aplicaçções diversas na ões diversas na
indindúústria qustria quíímica);mica);–– etanol (utilizado como combustetanol (utilizado como combustíível e na vel e na
indindúústria de bebidas);stria de bebidas);–– antibiantibióóticos, vacinas e hormônios (utilizados na ticos, vacinas e hormônios (utilizados na
áárea de sarea de saúúde humana e animal);de humana e animal);–– anticorpos (utilizados em kits de diagnanticorpos (utilizados em kits de diagnóóstico);stico);–– fermento (para uso caseiro e na indfermento (para uso caseiro e na indúústria stria
alimentalimentíícia);cia);–– aminoaminoáácidos.cidos.
EVOLUEVOLUÇÇÃOÃOPROCESSOS BIOQUPROCESSOS BIOQUÍÍMICOS:MICOS:--PassaPassa--se então a estudar a utilizase então a estudar a utilizaçção de cão de céélulas lulas
vegetais e animais com objetivo de obter vegetais e animais com objetivo de obter produtos de estruturas mais complexas e maior produtos de estruturas mais complexas e maior valor agregado;valor agregado;
--Melhoria significativa na produtividade e no Melhoria significativa na produtividade e no rendimento dos processos em funrendimento dos processos em funçção de ão de projetos com novas configuraprojetos com novas configuraçções dos ões dos biorreatoresbiorreatores, meios de cultura e cepas mais , meios de cultura e cepas mais produtivas;produtivas;
--A este progresso duas novas A este progresso duas novas ááreas do reas do conhecimento foram extremamente conhecimento foram extremamente importantes: Informimportantes: Informáática e Biologia Moleculartica e Biologia Molecular
EVOLUEVOLUÇÇÃOÃOPROCESSOS BIOQUPROCESSOS BIOQUÍÍMICOS:MICOS:-- O uso de computadores permitiram o uso de O uso de computadores permitiram o uso de
modelos matemmodelos matemááticos para o estudo cinticos para o estudo cinéético tico dos processos;dos processos;
-- A tecnologia de DNA A tecnologia de DNA recombinanterecombinante permitiram permitiram modificar a capacidade dos m.o;modificar a capacidade dos m.o;
-- Surge tambSurge tambéém as tm as téécnicas de cnicas de DownDown--StreamStreamque permitiram conhecimentos de operaque permitiram conhecimentos de operaçções ões unitunitáárias mais requintados facilitando a rias mais requintados facilitando a obtenobtençção de produtos mais puros e com alto ão de produtos mais puros e com alto valor agregado, como os hormônios, vacinas, valor agregado, como os hormônios, vacinas, reagentes, produtos obtidos pela qureagentes, produtos obtidos pela quíímica fina mica fina para uso alimentpara uso alimentíícios e farmacêuticos. cios e farmacêuticos.
EVOLUEVOLUÇÇÃOÃOPROCESSOS BIOQUPROCESSOS BIOQUÍÍMICOS:MICOS:-- Muitos desafios e potenciais de aplicaMuitos desafios e potenciais de aplicaçção ainda ão ainda
existem:existem:-- ObtenObtençção de produtos com valor agregados;ão de produtos com valor agregados;-- Tratamentos biolTratamentos biolóógicos de efluentes;gicos de efluentes;-- ObtenObtençção de produtos com custos mais ão de produtos com custos mais
competitivos;competitivos;-- SubstituiSubstituiçção de processos e produtos ão de processos e produtos
agressivos ao meio ambiente;agressivos ao meio ambiente;-- Desenvolvimento de processos e equipamentos Desenvolvimento de processos e equipamentos
mais produtivos;mais produtivos;-- Uso de matUso de matéériasrias--primas alternativas;primas alternativas;-- Tratamento biolTratamento biolóógicos de efluentes;gicos de efluentes;-- Tecnologia mais limpa.Tecnologia mais limpa.