prof. dr. joão batista de almeida e silva [email protected] [email protected]...
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INTRODUÇÃOINTRODUÇÃO
• O QUE É ENGENHARIA BIOQUÍMICA? O QUE É ENGENHARIA BIOQUÍMICA?
– Engenharia Bioquímica é um ramo da Engenharia Bioquímica é um ramo da Engenharia Química voltado aos Engenharia Química voltado aos processos biotecnológicos industriaisprocessos biotecnológicos industriais
– Processos onde ocorre a Processos onde ocorre a transformação de matérias-primas transformação de matérias-primas em produtos através da ação de em produtos através da ação de material de origem ou caráter material de origem ou caráter biológico: células (microbianas, biológico: células (microbianas, animais ou vegetais) ou enzimasanimais ou vegetais) ou enzimas . .
INTRODUÇÃOINTRODUÇÃO
• INTERDICIPLINARIDADE:INTERDICIPLINARIDADE:
- O uso desta área de conhecimento O uso desta área de conhecimento atuando em conjunto com diferentes atuando em conjunto com diferentes profissionais, como é o caso dos profissionais, como é o caso dos geneticistas, biologistas moleculares, geneticistas, biologistas moleculares, microbiologistas, bioquímicos e microbiologistas, bioquímicos e engenheiros agrônomos e engenheiros engenheiros agrônomos e engenheiros bioquímicos, permitem aplicar a bioquímicos, permitem aplicar a Engenharia BioquímicaEngenharia Bioquímica
INTRODUÇÃOINTRODUÇÃO
• INTERDICIPLINARIDADE:INTERDICIPLINARIDADE:
A Engenharia Bioquímica se encontra em nosso A Engenharia Bioquímica se encontra em nosso cotidiano, e nem damos atenção a isso, vejamos cotidiano, e nem damos atenção a isso, vejamos abaixo alguns exemplos.abaixo alguns exemplos.
CCONHECIMENTO:ONHECIMENTO: Microbiologia, Bioquímica, Microbiologia, Bioquímica, Genética, Engenharia, Química, Informática;Genética, Engenharia, Química, Informática;
BENS:BENS: Alimentos, Bebidas, Produtos Químicos, Alimentos, Bebidas, Produtos Químicos, Energia, Produtos Farmacêuticos, Pesticidas, etc;Energia, Produtos Farmacêuticos, Pesticidas, etc;
AAGENTES BIOLÓGICOS:GENTES BIOLÓGICOS: Microrganismos, Células e Microrganismos, Células e Moléculas (Enzimas, Anticorpos, DNA, etc.);Moléculas (Enzimas, Anticorpos, DNA, etc.);
SSERVIÇOS:ERVIÇOS: Purificação da água, Tratamentos de Purificação da água, Tratamentos de resíduos, Controle de poluição, etc.resíduos, Controle de poluição, etc.
INTRODUÇÃOINTRODUÇÃO
• 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;
ORIGEMORIGEM
•FATOS IMPORTANTES:
•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);
EVOLUÇÃOEVOLUÇÃO•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;
EVOLUÇÃOEVOLUÇÃO
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;
EVOLUÇÃOEVOLUÇÃO•Antes do inicio da segunda guerra os
processos fermentativos não dispertavam interesse 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;
EVOLUÇÃOEVOLUÇÃO• Inicialmente, os cultivos foram realizados
em frascos em plataformas giratórias, mas existia a limitação na transferência de oxigênio;
•Evolução de frascos agitados e aerados mecanicamente usados como fermentadores em 1947, foi o primeiro biorreator utilizando os conhecimentos da Engenharia Química, Biologia e Bioquímica, produzido pela americana New Brunswick;
EVOLUÇÃOEVOLUÇÃO
•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 63 anos;
EVOLUÇÃOEVOLUÇÃO
• 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 está inserida na Biotecnologia Industrial e tem características multidisciplinares necessitando de conhecimentos como Biologia, Química, Engenharia, Bioquímica, Biologia Molecular, Matemática e Computação.
EVOLUÇÃOEVOLUÇÃO
PRODUTOS OBTIDOS A PARTIR DESTE PRODUTOS OBTIDOS A PARTIR DESTE PROCESSOS BIOQUÍMICOS:PROCESSOS BIOQUÍMICOS:
- enzimas (utilizadas amplamente nas indústrias - enzimas (utilizadas amplamente nas indústrias têxtil e de alimentos);têxtil e de alimentos);
– ácidos orgânicos (com aplicações diversas na ácidos orgânicos (com aplicações diversas na indústria química);indústria química);
– antibióticos, vacinas e hormônios (utilizados antibióticos, vacinas e hormônios (utilizados na área de saúde humana e animal);na área de saúde humana e animal);
– anticorpos (utilizados em kits de diagnóstico);anticorpos (utilizados em kits de diagnóstico);– fermento (para uso caseiro e na indústria fermento (para uso caseiro e na indústria
alimentícia);alimentícia);– aminoácidos.aminoácidos.
EVOLUÇÃOEVOLUÇÃO
PRODUTOS OBTIDOS A PARTIR DESTE PRODUTOS OBTIDOS A PARTIR DESTE PROCESSOS BIOQUÍMICOS:PROCESSOS BIOQUÍMICOS:
Etanol Combustíveis;Etanol Combustíveis;
Etanol produzido por fermentação do Etanol produzido por fermentação do caldo de cana ou hidrolisados amiláceoscaldo de cana ou hidrolisados amiláceos
EVOLUÇÃOEVOLUÇÃO
PRODUTOS OBTIDOS A PARTIR DESTE PRODUTOS OBTIDOS A PARTIR DESTE PROCESSOS BIOQUÍMICOS:PROCESSOS BIOQUÍMICOS:
Etanol em BebidasEtanol em Bebidas Bebidas Fermentadas:Bebidas Fermentadas:Caxiri;Caxiri;Cervejas;Cervejas;Vinhos;Vinhos;Fermentados de frutas;Fermentados de frutas;Sidras;Sidras;
EVOLUÇÃOEVOLUÇÃO
PRODUTOS OBTIDOS A PARTIR DESTE PRODUTOS OBTIDOS A PARTIR DESTE PROCESSOS BIOQUÍMICOS:PROCESSOS BIOQUÍMICOS:
Etanol em BebidasEtanol em Bebidas Bebidas Destiladas:Bebidas Destiladas:Aguardentes;Aguardentes;Cognac;Cognac;Destilados de vinhos;Destilados de vinhos;Graspa;Graspa;Pisco;Pisco;Rum;Rum;Tequila;Tequila;Tiquira;Tiquira;Uísque.Uísque.
EVOLUÇÃOEVOLUÇÃO
PRODUTOS OBTIDOS A PARTIR DESTE PRODUTOS OBTIDOS A PARTIR DESTE PROCESSOS BIOQUÍMICOS:PROCESSOS BIOQUÍMICOS:
Etanol em BebidasEtanol em Bebidas Bebidas Retificadas:Bebidas Retificadas:Vodka;Vodka;GinGin Bebidas Obtidas por MisturasBebidas Obtidas por MisturasLicores;Licores;Sangria;Sangria;Cooler;Cooler;
EVOLUÇÃOEVOLUÇÃOPROCESSOS BIOQUÍMICOS:PROCESSOS BIOQUÍMICOS:
-Passa-se então a estudar a utilização de células -Passa-se então a estudar a utilização de células vegetais e animais com objetivo de obter produtos vegetais e animais com objetivo de obter produtos de estruturas mais complexas e maior valor de estruturas mais complexas e maior valor agregado;agregado;
-Melhoria significativa na produtividade e no -Melhoria significativa na produtividade e no rendimento dos processos em função de projetos rendimento dos processos em função de projetos com novas configurações dos biorreatores, meios com novas configurações dos biorreatores, meios de cultura e cepas mais produtivas;de cultura e cepas mais produtivas;
-A este progresso duas novas áreas do -A este progresso duas novas áreas do conhecimento foram extremamente importantes: conhecimento foram extremamente importantes: Informática e Biologia MolecularInformática e Biologia Molecular
EVOLUÇÃOEVOLUÇÃOPROCESSOS BIOQUÍMICOS:PROCESSOS BIOQUÍMICOS:
- O uso de computadores permitiram o uso de - O uso de computadores permitiram o uso de modelos matemáticos para o estudo cinético modelos matemáticos para o estudo cinético dos processos;dos processos;
- A tecnologia de DNA recombinante A tecnologia de DNA recombinante permitiram modificar a capacidade dos m.o;permitiram modificar a capacidade dos m.o;
- Surge também as técnicas de Down-Stream Surge também as técnicas de Down-Stream que permitiram conhecimentos de operações que permitiram conhecimentos de operações unitárias mais requintados facilitando a unitárias mais requintados facilitando a obtenção de produtos mais puros e com alto obtenção de produtos mais puros e com alto valor agregado, como os hormônios, vacinas, valor agregado, como os hormônios, vacinas, reagentes, produtos obtidos pela química reagentes, produtos obtidos pela química fina para uso alimentícios e farmacêuticos. fina para uso alimentícios e farmacêuticos.
EVOLUÇÃOEVOLUÇÃOPROCESSOS BIOQUÍMICOS:PROCESSOS BIOQUÍMICOS: - Muitos desafios e potenciais de aplicação ainda Muitos desafios e potenciais de aplicação ainda
existem:existem:- Obtenção de produtos com valor agregados;Obtenção de produtos com valor agregados;- Tratamentos biológicos de efluentes;Tratamentos biológicos de efluentes;- Obtenção de produtos com custos mais competitivos;Obtenção de produtos com custos mais competitivos;- Substituição de processos e produtos agressivos ao Substituição de processos e produtos agressivos ao
meio ambiente;meio ambiente;- Desenvolvimento de processos e equipamentos mais Desenvolvimento de processos e equipamentos mais
produtivos;produtivos;- Uso de matérias-primas alternativas;Uso de matérias-primas alternativas;- Tratamento biológicos de efluentes;Tratamento biológicos de efluentes;- Tecnologia mais limpa;Tecnologia mais limpa;- Inovação.Inovação.
ProdutividadeProdutividade: proporcionará a redução de : proporcionará a redução de custos é o grande motivador da busca de maior custos é o grande motivador da busca de maior produtividade, tanto no nível da operação;produtividade, tanto no nível da operação;
QualidadeQualidade: a melhoria continua da qualidade é : a melhoria continua da qualidade é a chave para o sucesso industrial, pois é a chave para o sucesso industrial, pois é melhorando a qualidade que se consegue melhorando a qualidade que se consegue diminuir os custos e aumentar a produtividade;diminuir os custos e aumentar a produtividade;
TecnologiaTecnologia: a importância do desenvolvimento : a importância do desenvolvimento
tecnológico leva a obtenção de vantagem tecnológico leva a obtenção de vantagem
competitiva.competitiva.
INOVAÇÃO BUSCAINOVAÇÃO BUSCA
Adotar estratégias e tecnologia para gerar Adotar estratégias e tecnologia para gerar lucros;lucros;
Gerar conhecimento, globalização e competição Gerar conhecimento, globalização e competição
para manter-se no mercado diante da para manter-se no mercado diante da competitividade das empresas;competitividade das empresas;
A globalização fez com que os países A globalização fez com que os países permitissem a abertura da economia;permitissem a abertura da economia;
A elaboração de estratégia competitiva ganha A elaboração de estratégia competitiva ganha maior relevância em decorrência do acirramento maior relevância em decorrência do acirramento da concorrênciada concorrência . .
INOVAÇÃO BUSCAINOVAÇÃO BUSCA
Fusão da Companhia Antarctica Paulista e a Fusão da Companhia Antarctica Paulista e a Companhia Cervejaria Brahma, Companhia Cervejaria Brahma,
Hoje a empresa Companhia de Bebidas das Hoje a empresa Companhia de Bebidas das Américas, possuí mais de 70% de participação no Américas, possuí mais de 70% de participação no mercado nacional de bebidas;mercado nacional de bebidas;
Continuam adotando as estratégias para manter Continuam adotando as estratégias para manter sua participação no mercado de bebidas;sua participação no mercado de bebidas;
Fusões com a belga Interbrew e com a americana Fusões com a belga Interbrew e com a americana Anheuser-Busch, produzindo 25% de toda a cerveja Anheuser-Busch, produzindo 25% de toda a cerveja
produzida no mundo.produzida no mundo.
EXEMPLOS DE INOVAÇÃOEXEMPLOS DE INOVAÇÃO
Para o sucesso da inovação, muitas pesquisas tem Para o sucesso da inovação, muitas pesquisas tem que ser conduzidas:que ser conduzidas:
Pesquisa básicaPesquisa básica: trabalho criativo realizado para : trabalho criativo realizado para ampliar o conhecimento científico. Este esforço não ampliar o conhecimento científico. Este esforço não é direcionado a um objetivo específico ou prático;é direcionado a um objetivo específico ou prático;
Pesquisa aplicadaPesquisa aplicada: pesquisa original dirigida a um : pesquisa original dirigida a um alvo prático ou objetivo prédeterminado. Pode alvo prático ou objetivo prédeterminado. Pode representar a articulação da pesquisa básica com representar a articulação da pesquisa básica com sua forma prática;sua forma prática;
Desenvolvimento experimentalDesenvolvimento experimental: representa o uso : representa o uso do conhecimento científico para produzir novos do conhecimento científico para produzir novos produtos ou materiais, dispositivos, processos, produtos ou materiais, dispositivos, processos, sistemas ou serviços melhorados sistemas ou serviços melhorados substancialmente.substancialmente.
INOVAÇÕES INOVAÇÕES TECNOLÓGICASTECNOLÓGICAS
Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE), Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE), apresenta os seguintes conceitos para o processo de apresenta os seguintes conceitos para o processo de inovação:inovação:
Inovação tecnológicaInovação tecnológica como a fase de implementação de como a fase de implementação de produtos (bens ou serviços) ou processos produtos (bens ou serviços) ou processos tecnologicamente novos ou substancialmente tecnologicamente novos ou substancialmente aprimorados;aprimorados;
Implementação da inovaçãoImplementação da inovação é fase em que o produto é é fase em que o produto é introduzido no mercado ou quando o processo passa a ser introduzido no mercado ou quando o processo passa a ser operado pela empresa;operado pela empresa;
Produto tecnologicamente novoProduto tecnologicamente novo é aquele cujas é aquele cujas características fundamentais diferem significativamente de características fundamentais diferem significativamente de todos os produtos previamente produzidos pela empresa.todos os produtos previamente produzidos pela empresa.
INOVAÇÕES INOVAÇÕES TECNOLÓGICASTECNOLÓGICAS
Etanol de primeira geração: produzido a Etanol de primeira geração: produzido a partir de caldo de cana (leveduras partir de caldo de cana (leveduras selecionadas, alteraçao da relação selecionadas, alteraçao da relação bagaço/caldo;bagaço/caldo;
Etanol de segunda geração: produzido a Etanol de segunda geração: produzido a partir de materiais lignocelulósicos;partir de materiais lignocelulósicos;
Etanol de terceira geração: produzido a Etanol de terceira geração: produzido a partir de hidrolisado de macroalgas partir de hidrolisado de macroalgas marinhas;marinhas;
INOVAÇÕES INOVAÇÕES TECNOLÓGICASTECNOLÓGICAS
Vodka gaseificada;Vodka gaseificada;Cervejas aromatizadas (limão, abacaxi, Cervejas aromatizadas (limão, abacaxi,
compota de frutas e manjericão, pêssegos, compota de frutas e manjericão, pêssegos, limão, chocolate, rosas);limão, chocolate, rosas);
Cerveja produzidas como os vinhos, que Cerveja produzidas como os vinhos, que trazem no rótulo a safra, e envasadas em trazem no rótulo a safra, e envasadas em garrafas com rolhas que podem ser garrafas com rolhas que podem ser guardadas em adegas por muitos anos;guardadas em adegas por muitos anos;
Cervejas com adjuntos não convencionais Cervejas com adjuntos não convencionais (arroz preto, banana, pupunha, pinhão, (arroz preto, banana, pupunha, pinhão, melaço de cana);melaço de cana);
INOVAÇÕES INOVAÇÕES TECNOLÓGICASTECNOLÓGICAS
