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Prof. Dr. João Batista de Almeida e Silva ENGENHARIA BIOQUÍMICA.

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1 Prof. Dr. João Batista de Almeida e Silva ENGENHARIA BIOQUÍMICA

2 INTRODUÇÃO O QUE É ENGENHARIA BIOQUÍMICA? O QUE É ENGENHARIA BIOQUÍMICA? –Engenharia Bioquímica é um ramo da Engenharia Química voltado aos processos biotecnológicos industriais –Processos onde ocorre a transformação de matérias-primas em produtos através da ação de material de origem ou caráter biológico: células (microbianas, animais ou vegetais) ou enzimas.

3 INTRODUÇÃO INTERDICIPLINARIDADE: INTERDICIPLINARIDADE: -O uso desta área de conhecimento atuando em conjunto com diferentes profissionais, como é o caso dos geneticistas, biologistas moleculares, microbiologistas, bioquímicos e engenheiros agrônomos e engenheiros bioquímicos, permitem aplicar a Engenharia Bioquímica

4 INTRODUÇÃO INTERDICIPLINARIDADE: INTERDICIPLINARIDADE: A Engenharia Bioquímica se encontra em nosso cotidiano, e nem damos atenção a isso, vejamos abaixo alguns exemplos. A Engenharia Bioquímica se encontra em nosso cotidiano, e nem damos atenção a isso, vejamos abaixo alguns exemplos. CONHECIMENTO: Microbiologia, Bioquímica, Genética, Engenharia, Química, Informática; CONHECIMENTO: Microbiologia, Bioquímica, Genética, Engenharia, Química, Informática; BENS: Alimentos, Bebidas, Produtos Químicos, Energia, Produtos Farmacêuticos, Pesticidas, etc; BENS: Alimentos, Bebidas, Produtos Químicos, Energia, Produtos Farmacêuticos, Pesticidas, etc; AGENTES BIOLÓGICOS: Microrganismos, Células e Moléculas (Enzimas, Anticorpos, DNA, etc.); AGENTES BIOLÓGICOS: Microrganismos, Células e Moléculas (Enzimas, Anticorpos, DNA, etc.); SERVIÇOS: Purificação da água, Tratamentos de resíduos, Controle de poluição, etc. SERVIÇOS: Purificação da água, Tratamentos de resíduos, Controle de poluição, etc.

5 INTRODUÇÃO 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

6 ORIGEM 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.

7 ORIGEM

8 ORIGEM FATOS IMPORTANTES: 8000 A.C.: vinhos, cervejas e vinagres; 4000 A.C.: surgem os laticínios; 500 A.C: processo de salga e picles;

9 Monges: Utilização do lúpulo IDADE MÉDIA (476dC-1453dC)

10 ORIGEM 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);

11 EVOLUÇÃO 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;

12 EVOLUÇÃO 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;

13 EVOLUÇÃO 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;

14 EVOLUÇÃO 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;

15 EVOLUÇÃO 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;

16 EVOLUÇÃO 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.

17 EVOLUÇÃO

18 EVOLUÇÃO PRODUTOS OBTIDOS A PARTIR DESTE PROCESSOS BIOQUÍMICOS: - enzimas (utilizadas amplamente nas indústrias têxtil e de alimentos); –ácidos orgânicos (com aplicações diversas na indústria química); –antibióticos, vacinas e hormônios (utilizados na área de saúde humana e animal); –anticorpos (utilizados em kits de diagnóstico); –fermento (para uso caseiro e na indústria alimentícia); –aminoácidos.

19 EVOLUÇÃO PRODUTOS OBTIDOS A PARTIR DESTE PROCESSOS BIOQUÍMICOS: Etanol Combustíveis; Etanol Combustíveis; Etanol produzido por fermentação do caldo de cana ou hidrolisados amiláceos Etanol produzido por fermentação do caldo de cana ou hidrolisados amiláceos

20 EVOLUÇÃO PRODUTOS OBTIDOS A PARTIR DESTE PROCESSOS BIOQUÍMICOS: Etanol em Bebidas Etanol em Bebidas Bebidas Fermentadas: Bebidas Fermentadas: Caxiri; Caxiri; Cervejas; Cervejas; Vinhos; Vinhos; Fermentados de frutas; Fermentados de frutas; Sidras; Sidras;

21 EVOLUÇÃO PRODUTOS OBTIDOS A PARTIR DESTE PROCESSOS BIOQUÍMICOS: Etanol em Bebidas Etanol 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.

22 EVOLUÇÃO PRODUTOS OBTIDOS A PARTIR DESTE PROCESSOS BIOQUÍMICOS: Etanol em Bebidas Etanol em Bebidas Bebidas Retificadas: Bebidas Retificadas: Vodka; Vodka; Gin Gin Bebidas Obtidas por Misturas Bebidas Obtidas por Misturas Licores; Licores; Sangria; Sangria; Cooler; Cooler;

23 EVOLUÇÃO PROCESSOS BIOQUÍMICOS: -Passa-se então a estudar a utilização de células vegetais e animais com objetivo de obter produtos de estruturas mais complexas e maior valor agregado; -Melhoria significativa na produtividade e no rendimento dos processos em função de projetos com novas configurações dos biorreatores, meios de cultura e cepas mais produtivas; -A este progresso duas novas áreas do conhecimento foram extremamente importantes: Informática e Biologia Molecular

24 EVOLUÇÃO PROCESSOS BIOQUÍMICOS: - O uso de computadores permitiram o uso de modelos matemáticos para o estudo cinético dos processos; -A tecnologia de DNA recombinante permitiram modificar a capacidade dos m.o; -Surge também as técnicas de Down-Stream que permitiram conhecimentos de operações unitárias mais requintados facilitando a obtenção de produtos mais puros e com alto valor agregado, como os hormônios, vacinas, reagentes, produtos obtidos pela química fina para uso alimentícios e farmacêuticos.

25 EVOLUÇÃO PROCESSOS BIOQUÍMICOS: -Muitos desafios e potenciais de aplicação ainda existem: -Obtenção de produtos com valor agregados; -Tratamentos biológicos de efluentes; -Obtenção de produtos com custos mais competitivos; -Substituição de processos e produtos agressivos ao meio ambiente; -Desenvolvimento de processos e equipamentos mais produtivos; -Uso de matérias-primas alternativas; -Tratamento biológicos de efluentes; -Tecnologia mais limpa; -Inovação.

26 Produtividade: proporcionará a redução de custos é o grande motivador da busca de maior produtividade, tanto no nível da operação; Produtividade: proporcionará a redução de custos é o grande motivador da busca de maior produtividade, tanto no nível da operação; Qualidade: a melhoria continua da qualidade é a chave para o sucesso industrial, pois é melhorando a qualidade que se consegue diminuir os custos e aumentar a produtividade; Qualidade: a melhoria continua da qualidade é a chave para o sucesso industrial, pois é melhorando a qualidade que se consegue diminuir os custos e aumentar a produtividade; Tecnologia: a importância do desenvolvimento tecnológico leva a obtenção de vantagem competitiva. Tecnologia: a importância do desenvolvimento tecnológico leva a obtenção de vantagem competitiva. INOVAÇÃO BUSCA

27 Adotar estratégias e tecnologia para gerar lucros; Adotar estratégias e tecnologia para gerar lucros; Gerar conhecimento, globalização e competição para manter-se no mercado diante da competitividade das empresas; Gerar conhecimento, globalização e competição para manter-se no mercado diante da competitividade das empresas; A globalização fez com que os países permitissem a abertura da economia; A globalização fez com que os países permitissem a abertura da economia; A elaboração de estratégia competitiva ganha maior relevância em decorrência do acirramento da concorrência. A elaboração de estratégia competitiva ganha maior relevância em decorrência do acirramento da concorrência. INOVAÇÃO BUSCA

28 Fusão da Companhia Antarctica Paulista e a Companhia Cervejaria Brahma, Fusão da Companhia Antarctica Paulista e a Companhia Cervejaria Brahma, Hoje a empresa Companhia de Bebidas das Américas, possuí mais de 70% de participação no mercado nacional de bebidas; Hoje a empresa Companhia de Bebidas das Américas, possuí mais de 70% de participação no mercado nacional de bebidas; Continuam adotando as estratégias para manter sua participação no mercado de bebidas; Continuam adotando as estratégias para manter sua participação no mercado de bebidas; Fusões com a belga Interbrew e com a americana Anheuser-Busch, produzindo 25% de toda a cerveja produzida no mundo. Fusões com a belga Interbrew e com a americana Anheuser-Busch, produzindo 25% de toda a cerveja produzida no mundo. EXEMPLOS DE INOVAÇÃO

29 Para o sucesso da inovação, muitas pesquisas tem que ser conduzidas: Para o sucesso da inovação, muitas pesquisas tem que ser conduzidas: Pesquisa básica: trabalho criativo realizado para ampliar o conhecimento científico. Este esforço não é direcionado a um objetivo específico ou prático; Pesquisa básica: trabalho criativo realizado para ampliar o conhecimento científico. Este esforço não é direcionado a um objetivo específico ou prático; Pesquisa aplicada: pesquisa original dirigida a um alvo prático ou objetivo prédeterminado. Pode representar a articulação da pesquisa básica com sua forma prática; Pesquisa aplicada: pesquisa original dirigida a um alvo prático ou objetivo prédeterminado. Pode representar a articulação da pesquisa básica com sua forma prática; Desenvolvimento experimental: representa o uso do conhecimento científico para produzir novos produtos ou materiais, dispositivos, processos, sistemas ou serviços melhorados substancialmente. Desenvolvimento experimental: representa o uso do conhecimento científico para produzir novos produtos ou materiais, dispositivos, processos, sistemas ou serviços melhorados substancialmente. INOVAÇÕES TECNOLÓGICAS

30 Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE), apresenta os seguintes conceitos para o processo de inovação: Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE), apresenta os seguintes conceitos para o processo de inovação: Inovação tecnológica como a fase de implementação de produtos (bens ou serviços) ou processos tecnologicamente novos ou substancialmente aprimorados; Inovação tecnológica como a fase de implementação de produtos (bens ou serviços) ou processos tecnologicamente novos ou substancialmente aprimorados; Implementação da inovação é fase em que o produto é introduzido no mercado ou quando o processo passa a ser operado pela empresa; Implementação da inovação é fase em que o produto é introduzido no mercado ou quando o processo passa a ser operado pela empresa; Produto tecnologicamente novo é aquele cujas características fundamentais diferem significativamente de todos os produtos previamente produzidos pela empresa. Produto tecnologicamente novo é aquele cujas características fundamentais diferem significativamente de todos os produtos previamente produzidos pela empresa. INOVAÇÕES TECNOLÓGICAS

31 Etanol de primeira geração: produzido a partir de caldo de cana (leveduras selecionadas, alteraçao da relação bagaço/caldo; Etanol de primeira geração: produzido a partir de caldo de cana (leveduras selecionadas, alteraçao da relação bagaço/caldo; Etanol de segunda geração: produzido a partir de materiais lignocelulósicos; Etanol de segunda geração: produzido a partir de materiais lignocelulósicos; Etanol de terceira geração: produzido a partir de hidrolisado de macroalgas marinhas; Etanol de terceira geração: produzido a partir de hidrolisado de macroalgas marinhas; INOVAÇÕES TECNOLÓGICAS

32 Vodka gaseificada; Vodka gaseificada; Cervejas aromatizadas (limão, abacaxi, compota de frutas e manjericão, pêssegos, limão, chocolate, rosas); Cervejas aromatizadas (limão, abacaxi, compota de frutas e manjericão, pêssegos, limão, chocolate, rosas); Cerveja produzidas como os vinhos, que trazem no rótulo a safra, e envasadas em garrafas com rolhas que podem ser guardadas em adegas por muitos anos; Cerveja produzidas como os vinhos, que trazem no rótulo a safra, e envasadas em garrafas com rolhas que podem ser guardadas em adegas por muitos anos; Cervejas com adjuntos não convencionais (arroz preto, banana, pupunha, pinhão, melaço de cana); Cervejas com adjuntos não convencionais (arroz preto, banana, pupunha, pinhão, melaço de cana); INOVAÇÕES TECNOLÓGICAS

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