ENGENHARIA BIOQUÍMICA Prof. Dr. João Batista de Almeida e Silva joaobatista@debiq.eel.usp.br joaobatista@pq.cnpq.br

INTRODUÇÃO 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 .

INTRODUÇÃO 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

INTRODUÇÃO INTERDICIPLINARIDADE: 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; BENS: Alimentos, Bebidas, Produtos Químicos, Energia, Produtos Farmacêuticos, Pesticidas, etc; AGENTES BIOLÓGICOS: Microrganismos, Células e Moléculas (Enzimas, Anticorpos, DNA, etc.); SERVIÇOS: Purificação da água, Tratamentos de resíduos, Controle de poluição, etc.

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

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.

ORIGEM

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

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

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);

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;

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;

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;

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;

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;

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.

EVOLUÇÃO

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.

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

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

EVOLUÇÃO PRODUTOS OBTIDOS A PARTIR DESTE PROCESSOS BIOQUÍMICOS: Etanol em Bebidas Bebidas Destiladas: Aguardentes; Cognac; Destilados de vinhos; Graspa; Pisco; Rum; Tequila; Tiquira; Uísque.

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

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

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.

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.

INOVAÇÃO BUSCA 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; Tecnologia: a importância do desenvolvimento tecnológico leva a obtenção de vantagem competitiva.

INOVAÇÃO BUSCA Adotar estratégias e tecnologia para gerar lucros; 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 elaboração de estratégia competitiva ganha maior relevância em decorrência do acirramento da concorrência .

EXEMPLOS DE INOVAÇÃO 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; 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.

INOVAÇÕES TECNOLÓGICAS 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 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.

INOVAÇÕES TECNOLÓGICAS 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; 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.

INOVAÇÕES TECNOLÓGICAS 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 terceira geração: produzido a partir de hidrolisado de macroalgas marinhas;

INOVAÇÕES TECNOLÓGICAS Vodka gaseificada; Cervejas aromatizadas (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; Cervejas com adjuntos não convencionais (arroz preto, banana, pupunha, pinhão, melaço de cana); INOVAÇÕES TECNOLÓGICAS