11-02-2013

Engenharia Bioquímica
Licenciatura em Biotecnologia
Aula 1
11 de Fevereiro de 2013

Módulo 1. Componente Teórica
João Noronha
1. Introdução aos bio reatores batch, fed-batch, e contínuos, e caso
particular dos reatores em "solid state".
2. Termodinâmica e estequiometria do crescimento celular. Cinéticas
de crescimento, de produção e de inibição.
3. Principais questões de transferência de massa e de energia em bio
reatores aplicadas ao dimensionamento preliminar de bio reatores.
4. Aplicações - "estudos de caso" - ex: produções industriais de ácido
láctico (solid state), de etanol (fermentação batch), corantes
alimentares (beta caroteno em reatores contínuos), de "biodiesel"
(produção de combustíveis alternativos por utilização direta de
matérias-primas ou reaproveitamento industrial de óleos vegetais)
e de bioplásticos.

Avaliação ­ Teóricas
· Teste(s) de avaliação (60%)
· Apresentação de um trabalho de grupo
relativo ao desenvolvimento de um bio
produto - ex: cerveja, ácido cítrico, produção
de colagénio, etc. (40%)

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Módulo 2. Componente Prática
Marta Henriques
Exercícios de aplicação e prática laboratorial à escala piloto:
· EB1 - Reator batch para crescimento de biomassa. Avaliação e
controlo das variáveis operatórias.
· EB2 - Determinação da taxa específica máxima de crescimento, da
constante de Monod e do rendimento em biomassa, em sistema
batch.
· EB3 - Reator contínuo para crescimento de biomassa. Avaliação das
evolução da biomassa e da concentração de substracto em função
da taxa de diluição.
· EB4 - Fermentação batch com biomassa imobilizada / não
imobilizada. Avaliação dos fenómenos de transferência de massa
durante o processo fermentativo.
· EB5 - Determinação do coeficiente de transferência de massa (kla)
no crescimento microbiano.

Avaliação práticas
1) Trabalhos práticos (65%) - execução prática,
tratamento e discussão de resultados
2) Relatório Formal (35%) de um dos trabalhos
práticos efetuados
(ver com a Professora Marta Henriques)

Página da UC e contacto
· www.esac.pt/noronha
­ Descritor da disciplina
­ Sumários
­ Apontamentos

· Gabinete: Bloco Z
· [email protected]
· Em último caso.... 934584171
E nunca de manhã cedo!!!

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Engenharia Bioquímica
· Condução de processos biológicos numa
escala industrial (Lee, 2001)
· Trata-se da aplicação conjunta de
ferramentas multidisciplinares (matemática,
física e biologia) para a quantificação,
"scaling-up", melhoramento e otimização de
bioprocessos, devendo incluir também uma
componente de análise de riscos e de
oportunidades de investimento (?)

Alguns marcos da engenharia bioquímica
·
·
·
·
·
·

Alimentos fermentados (iogurte, queijo, molho de soja, pickles, vinho e cerveja são
alguns exemplos produtos produzidos via fermentativa, já com milénios de
tradição)
Os Aztecas do México cultivaram a Spirulina (alga unicelular) que utilizavam em
sistemas de depuração de água e como fonte de proteína
Explosivos foram fabricados na renascença, via fermentativa pelo uso de bactérias
que nitrificavam amónia, presente em urina de cavalo
Louis Pasteur no sec. XIX prova definitivamente a existência de microrganismos
associados à bioconversão do açúcar em etanol e em ácido láctico
Alexandre Fleming descobriu a penicilina (1928)
Actualmente são produzidos numerosos produtos de elevadíssimo valor comercial
de que são exemplos antibióticos, solventes, amino ácidos (ex. lisina e ácido
glutâmico), ácidos orgânicos, biopesticidas, probióticos, corantes para a indústria
têxtil (índigo pela Pseudomonas cepacia) e para a indústria alimentar (ex. bcaroteno) fermentações conduzidas ao nível de resíduos industriais possibilitam a
obtenção de produtos com interesse económico

Produtos da Engenharia Bioquímica
Área

Produtos

Antibióticos

Penicilina, cefalosporina, tetraciclina

Enzimas

Amilases, proteases, lipases

Enzimas específicos

enzimas de restrição , endonucleases, streptoquinases

Biomassa

Leveduras ,"starters diversos", algas

Biopolímeros

goma de xantano, polihidroxido, alcanoatos, dextrano

Biopesticidas

bacillus thuringinensis, caculovirus

Alimentos

molho de soja, tofu, café, iogurte, vinagre, queijo, cacau, pão,
etc..

pigmentos

b-caroteno, astaxantina

Indústria

Interleukina, factor de necrose para tumores, interferon ,vacinas,

farmacêutica

hormonas de crescimento, anticorpos

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Tipos de fermentações
· Produção de células (biomassa) como produto
­ Produção de fermento de padeiro
­ Produção de células consumo humano ou animal (single cell protein)

· Produção de enzimas microbiológicas
­ Amilases, proteases, celulases, etc..

· Produção de metabolitos microbiológicos
­ Etanol, ácido cítrico, ácido glutâmico, etc..

· Produção de produtos recombinantes
­ Interferon, insulina

· Modificação de um composto que é adicionado à fermentação ­
Biotransformação
­ Produção de vinagre (etanol em ácido acético)
­ Esteroides, antibióticos, prostaglandinas

Fases de desenvolvimento da indústria de fermentação
Fase

Principais
produtos

Tipo de
biorreactores

Controlo do
processo

Modo de
operação

Instalação
piloto ?

Seleção de
estirpes

I