Introdução à Engenharia BioquímicaInteração entre biólogos e engenheirosBiólogos e Engenheiros diferem quanto à formação- Biólogos: vida animal, vida vegetal, taxonomia, microbiologia, bioquímica, genética, etc.- Engenheiros: física, matemática, (química), operações unitárias, termodinâmica, balanços materiais, etc.

As habilidades de biólogos e engenheiros são complementares em relação ao desenvolvimento e à operação de processos biotecnológicos, sobretudo em escala industrial.Neste sentido, o engenheiro necessita um sólido conhecimento de biologia e de suas ferramentas experimentais.

Daí surge o profissional Engenheiro Bioquímico, que deve ter a capacidade de aplicar os conhecimentos da Engenharia Química na solução de problemas que se apresentam na implantação de processos biotecno-lógicos em larga escala, e em sua otimização.

De acordo com AIBA, HAMPHREY e MILLS “Engenharia Bioquímica trata da condução de processos biológicos em escala industrial, fornecendo a ligação entre a biologia e a engenharia química.Os autores acreditam, ainda, que o “coração” da Engenharia Bioquímica corresponde à ampliação de escala e ao gerenciamento dos processos celulares”.

Para BAILAY e OLLIS, “O processamento de materiais biológicos e os processos que empregam agentes biológicos como células, enzimas ou anticorpos são o domínio central da Engenharia Bioquímica.O sucesso em Engenharia Bioquímica requer conhecimento integrado das propriedades e princípios biológicos e das estratégias e metodologias de engenharia química.”

DORAN, P. M. (2004), fez os seguintes destaques sobre os bioprocessos:“Os bioprocessos são uma parte essencial de muitas indústrias de alimentos, indústrias químicas e indústrias farmacêuticas.As operações dos bioprocessos usam células microbianas, animais e vegetais, assim como componentes de tais células (como enzimas) para a produção de novos produtos e para destruir resíduos perigosos.

O uso de microrganismos para transformar materiais biológicos para a produção de alimentos fermentados tem sua origem na antiguidade.Desde então, os bioprocessos vem sendo desenvolvidos para uma enorme variedade de produtos comerciais, desde materiais relativa-mente baratos como álcool e solventes orgânicos, até produtos de alto valor como antibióticos, proteínas terapêuticas e vacinas.Enzimas e células viávies de uso industrial, como leveduras de cervejaria e de panificação, também são produtos comerciais de bioprocessos.”

A produção de penicilina

Tem estreita relação com o surgimento da Engenharia Bioquímica.

Multidisciplinaridade

Uma formação adequada em bioprocessos requer conhecimento em três áreas básicas: Engenharia Química, Bioquímica e Microbiologia.

Na sua formação, o profissional deve ter sólidos conhecimentos em cinética de reações catalisadas por microrganismos ou enzimas, bioquímica energética e conversão em processos biológicos.

Isto o capacita a dominar e elaborar representações matemáticas que possibilitam o desenvolvimento de estratégias de controle e aperfeiçoamento de bioprocessos e biossistemas.

Visando satisfazer a estas necessidades, para a formação acadêmica e profissional do Engenheiro Bioquímico procura-se, com um plano de estudo adequado, permitir que o aluno adquira uma sólida formação em matemática, física, química e biologia.

Peculiaridades dos processos biotecnológicos

Os problemas que se apresentam no âmbito da Engenharia Bioquímica são, com alguma frequência, de difícil solução, dadas as peculiaridades e a complexidade dos sistemas em que se desenvolvem os processos biotecnológicos. Destacam-se:- Dificuldade de se estabelecer balanços materiais, devido ao grande número de reações que ocorrem na célula, além da transformação desejada.

- Dificuldade de estudo da cinética da transformação desejada, uma vez que, paralelamente, ocorrem várias outras (bio)reações do metabolismo celular.

- Dificuldade de manutenção da homogeneidade no reator, para que todos os agentes de transformação estejam, pelo menos aproximadamente, nas mesmas condições de processo.

- Esterilização de grandes volumes de meio (mosto): tempo, temperatura, processo de esterilização, dimensões dos equipamentos.

- Definição do processo de fermentação: células em suspensão ou imobilizadas, forma de condução (descontínuo, descontínuo alimentado, contínuo, semicontínuo), dimensões e formatos do biorreator, controle das condições de fermentação.

- Para processo enzimático com enzimas imobiliza-das, usar reator de leito fixo ou de leito fluidizado?

- Ampliação de escala: como reproduzir em escala industrial, os resultados obtidos em escala de laboratório?

- Definição do processo de recuperação do produto (e/ou subproduto) e tratamento dos resíduos.

Fermentador de bancada de volume útil igual a 5 litros.

Dornas (biorreatores) para fermentação.