Tópicos especiais em Engenharia Química

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-Eng.bioprocessos 
-Processos de conversão da biomassa
Prof.Me.Ederson R. Abaide
Estrutura
UNIDADE 1 – INTRODUÇÃO A BIOPROCESSOS E PROCESSOS DE CONVERSÃO DA BIOMASSA
Contexto – aplicações em bioprocessos.
Contexto – aplicações em processos de conv.da biomassa.
Operações e processos envolvidos.
UNIDADE 2 – PROCESSO FERMENTÁTIVO E CINÉTICA
Fermentação descontínua.
Fermentação contínua.
UNIDADE 3 – TÉCNOLOGIA DOS REATORES BIOQUÍMICOS
Esterilização do equipamento.
Esterilização dos meios de fermentação.
Esterilização do ar.
Agitação e areração.
UNIDADE 4 – PROCESSOS DE CONVERSÃO DA BIOMASSA 
Hidrólise da biomassa – um contexto.
Hidrólise ácida e básica.
Hidrólise enzimática
Hidrólise com água no estado sub/supercrítico
UNIDADE 5 – PROCESSOS DE EXTRAÇÃO NA BIOMASSA
Extração por arraste a vapor – óleos essenciais, perfumaria.
Extração com fluidos pressurizados ou no estado supercrítico.
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1. Contexto - Aplicações em bioprocessos
Engenheria de Bioprocessos
(ramo dentro da biotecnologia)
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UNIDADE 1
Transferência
Descobertas da ciência
PRODUTOS, SERVIÇOES E PROCESSOS
Necessidades para sociedade
EX:
1. Contexto - Aplicações em bioprocessos
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UNIDADE 1
Biotecnologia
Eng.Processos
Bioprocessos
1. Contexto - Aplicações em bioprocessos
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UNIDADE 1
6000 a 5000 anos atrás – Pão 
Fermentado – Egito Antigo –
 Processo espontâneo
5000 anos atrás – Cerveja
Egito / Irã 
FERMENTAÇÃO
Necessidades para sociedade
1. Contexto - Aplicações em bioprocessos
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UNIDADE 1
FERMENTAÇÃO 
- > Processo anaeróbio realizado principalmente por leveduras e algumas bactérias para produção de ATP a partir de compostos orgânicos
1. Contexto - Aplicações em bioprocessos
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UNIDADE 1
TIPOS DE FERMENTAÇÃO
1. Contexto - Aplicações em bioprocessos
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UNIDADE 1
FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA
Fermentação de açúcares existentes na uva por leveduras saccharomices cerevisae existente na casca das uvas.
As uvas são esmagadas para formarem o mosto que inicialmente é agitado para promover a aeração do meio e provocar o crescimento das leveduras.
O CO2 formado liberta-se e o etanol (produto desejado) aumenta a concentração. Quando atinge os 12% torna-se tóxico para as leveduras e o processo pára.
Produção de vinho
Convencionais – amplo mercado
1. Contexto - Aplicações em bioprocessos
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UNIDADE 1
FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA
Produção de vinho
Convencionais – amplo mercado
1. Contexto - Aplicações em bioprocessos
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UNIDADE 1
FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA
Produção de cerveja
Fermentação de açúcares existentes no malte da cevada ou outros cereais ricos em amido por leveduras do tipo Saccharomices cerevisae.
Antes da fermentação ocorre a hídrólise do amido em açúcares que depois são fermentados em CO2, etanol e um pouco de ác.acético. O gás é liberado em parte e o etanol atinge uma concentração em torno de 3,8 %.
Depois a cerveja é armazenada para que ocorra durante esse tempo a precipitação das leveduras, proteínas e outras substâncias indesejáveis .
A cerveja é então carbonatada, clarificada filtrada e engarrafada.
Convencionais – amplo mercado
1. Contexto - Aplicações em bioprocessos
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UNIDADE 1
FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA
Produção de cerveja
Convencionais – amplo mercado
1. Contexto - Aplicações em bioprocessos
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UNIDADE 1
FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA
Produção de pão
Fermentação de açúcares existentes nos cereais por leveduras do tipo Saccharomices cerevisae. A fermentação ocorre em temperaturas brandas.
O Amido é hidrolisado em açúcares simples e forma-se depois CO2 e etanol, mas o gás que é o produto desejado, pois faz crescer a massa do pão.
O Calor que está sendo fornecido no cozimento evapora o etanol e mata as leveduras, interrompendo a fermentação
É também o calor que favorece uma série de reações que levam a estrutura da massa do pão
Convencionais – amplo mercado
1. Contexto - Aplicações em bioprocessos
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UNIDADE 1
FERMENTAÇÃO LÁCTICA
Fermentação do leite por bactérias que produzem ácido láctico a partir da lactose 
Aquecimento prévio do leite entre 86 a 93 °C para destruição de contaminantes e a degradação de compostos (pasteurização)
Após o arrefecimento adiciona-se de uma cultura mista de Lactobacillus bulgaricus e Streptococcus termophilus até atingir uma acidez de 3 a 5. A diminuição do pH faz coagular as proteínas do leite.
Industrialmente são adicionados também açúcares e aromatizantes para melhorar o sabor
Convencionais – amplo mercado
1. Contexto - Aplicações em bioprocessos
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UNIDADE 1
Convencionais – amplo mercado
1. Contexto - Aplicações em bioprocessos
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UNIDADE 1
Tecnológica – maior valor agregado
4 grandes grupos
1. PRODUÇÃO DE BIOMASSA MICROBRIANA
2. PRODUÇÃO DE ENZIMAS MICROBIANAS
3. PRODUÇÃO DE METABÓLITOS
4. MODIFICAÇAO DE COMPOSTOS
Onde não há bioprocessos?
1. Contexto - Aplicações em bioprocessos
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UNIDADE 1
Tecnológica – maior valor agregado
4 grandes grupos
1. PRODUÇÃO DE BIOMASSA MICROBRIANA
1. Formulação do meio de cultura
2. Esterilização do meio, equipamentos e acessórios
3. Produção do inóculo em quantidades suficientes para inocular o volume do processo (“SCALE UP”)
4. Crescimento do microorganismo no biorreatr em condições ótimas
1. Contexto - Aplicações em bioprocessos
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UNIDADE 1
Tecnológica – maior valor agregado
4 grandes grupos
2. PRODUÇÃO DE ENZIMAS MICROBIANAS
ENZIMAS SÃO OBTIDAS A PARTIR DE PLANTAS, ANIMAIS E MICROORGANISMOS
É POSSÍVEL PRODUZIR GRANDE QUANTIDADE VIA PROCESSOS BIOTECNOLÓGICOS;
É INFINITAMENTE MAIS FÁCIL MELHORAR A PRODUTIVIDADE DE UM SISTEMA MICORBIANO COMPARADO COM PLANTAS E ANIMAIS;
SUA PRODUÇÃO É CONTROLADA PARA O AUMENTO DA PRODUTIVIDADE
(Indutores no meio, aumento dos genes de expressão, ...)
As enzimas microbianas tem grandes vantagens
1. Contexto - Aplicações em bioprocessos
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UNIDADE 1
Tecnológica – maior valor agregado
4 grandes grupos
3. PRODUÇÃO DE METABÓLITOS
ANTIBIÓTICOS
1. Contexto - Aplicações em bioprocessos
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UNIDADE 1
Tecnológica – maior valor agregado
4 grandes grupos
3. PRODUÇÃO DE METABÓLITOS
ANTIBIÓTICOS
1. Contexto - Aplicações em bioprocessos
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UNIDADE 1
Tecnológica – maior valor agregado
4 grandes grupos
4. Modificação
VÍDEO
2. Contexto - Aplicações em processos de conversão da biomassa
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UNIDADE 1
CONVERSÃO
BIOMASSA
POR QUÊ?
EM QUE?
Energia
Alimentação
Transporte
Eletricidade
Comunicação
Saúde
Preocupação ambiental
MAS COMO TUDO ISSO OCORRE
?
?
2. Contexto - Aplicações em processos de conversão da biomassa
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UNIDADE 1
Glicose + gás oxigênio ----> gás carbônico + água + energia
Alimentação
REPRESENTAÇÕES DIFERENTES DA MESMA REAÇÃO
Celobiose
Glicose
Glicose
vaca
Glicose
Frutose
Sacarose
homem
CELULOSE
CANA DE AÇÚCAR
MOAGEM
GARAPA
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UNIDADE 1
2. Contexto - Aplicações em processos de conversão da biomassa
ELETRICIDADE
CANA-DE-AÇÚCAR
PALHA
BAGAÇO
FERMENTAÇÃO
PROCESSOS DE CONVERSÃO DA BIOMASSA LIGNOCELULÓSICA
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UNIDADE 1
2. Contexto - Aplicações em processos de conversão da biomassa
PROCESSOS DE CONVERSÃO DA BIOMASSA LIGNOCELULÓSICA
Termoquímica
Bioquímica
Química
Mecânica
Mudança na estrutura química da molécula, ampla classe de reações químicas
Combustão;
Pirólise;
Liquefação;
Gaseificação
Digestão anaeróbica;
Fermentação
Necessidade -> etapa anterior de 
HIDRÓLISE
Compensados, briquetes, etc...
Cinética microbiana
			
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2.Introdução
Cinética microbiana
			
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2.Introdução
Cinética microbiana
			
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2.Introdução
			
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2.Introdução
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Vídeo
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2.Introdução
Biomassa Seca 
Turbidimetria
Espectrofotometria
Unidades Formadoras de Colônias
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3.Quantificação
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3.Quantificação
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Meio de Cultura
Multicomponentes
Reações solução
Equilíbrio iônico
pH, T,...variáveis
Prop. reológicas variáveis
Fases múltiplas (G-L, S-L, G-S..)Não uniformidade
População Celular
Multicomponentes
Heterogeneidade entre indivíduos
Reações múltiplas
Controles internos
Adaptabilidade
Probabilidade
Variações genéticas
3.Quantificação
Int. Mecânicas
Calor
Produtos
Nutrientes/
Substratos
Agora é comigo
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4.Parâmetros de transformaçã
Exemplo
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4.Parâmetros de transformação
Gráficos de casos reais
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4.Parâmetros de transformação