Processos de Separação de Produtos Biológicos
Código
10685
Unidade Orgânica
Faculdade de Ciências e Tecnologia
Departamento
Departamento de Química
Créditos
6.0
Professor responsável
Isabel Maria Rola Coelhoso, Pedro Miguel Calado Simões
Horas semanais
4
Total de horas
81
Língua de ensino
Português
Objectivos
Nesta disciplina pretende-se dar a conhecer as várias técnicas de separação utilizadas em Biotecnologia e fornecer informação suficiente para que os alunos possam propor esquemas de isolamento para uma dada biomolécula bem como dimensionar equipamento a utilizar em cada operação unitária. Será também estimulada a investigação de processos de purificação inovadores através da apresentação de seminários. Pretende-se ainda dar uma visão geral das exigências no manuseamento e validação de processos involvendo produtos biológicos, dado que diferem das condições de operação em engenharia química e purificação de produtos não biológicos.
Conteúdo
Introdução aos Processos de Separação – Classificação de bioprocessos; Propriedades, classificação e aplicações de produtos biológicos; Relação produção-custo; Esquemas RIPP (RECUPERAÇÃO-ISOLAMENTO-PURIFICAÇÃO-POLIMENTO) e típicas operações unitárias; Exemplo de processos bioquímicos industriais. Operações de Separação Sólido-Líquido - Operações de remoção de sólidos em suspensão: (i) Filtração por impacto a fluxo e a pressão constante. Dimensionamento de filtros. (ii) Sedimentação gravítica. Velocidade de Sedimentação; Lei de Stokes; Dimensionamento de Sedimentadores; (iii) Centrifugação. Lei de Stokes aplicada, Área equivalente de sedimentação; Tipos de centrífugas Equações de dimensionamento de centrífugas. Extracção por solventes – Extracção de produtos biológicos por solventes orgânicos ou fluidos supercríticos. Desintegração Celular - Estrutura e constituição de paredes celulares; Métodos Químicos e Métodos Mecânicos. Processos de Membranas - Classificação de tipo de membranas e de processos de membranas; Conceito de polarização da concentração. Cálculo de módulo de polarização; “Fouling” de membranas. Factores determinantes para o “fouling” de membranas. Formas de minimizar problemas de “fouling”: métodos químicos e métodos hidrodinâmicos; Tipo de módulos de membranas e sua selecção. Critérios de selecção; Mecanismo de transporte baseado em exclusão por tamanho. Modelo de gel e modelo osmótico. Micro/ultrafiltração, nanofiltração e osmose inversa; Mecanismo de transporte por solução-difusão. Permeação de vapor e pervaporação. Membranas líquidas. Processos com membranas de afinidade; Mecanismo de exclusão de Donnan. Efeito de campo eléctrico. Operações de diálise e de electrodiálise; Processos de Cromatografia - Tipos de materiais cromatográficos. Critérios de selecção de materiais cromatográficos; Modelação de equilíbrio em processos cromatográficos. Equilíbrio de adsorção e de permuta iónica. Determinação experimental de isotérmicas de equilíbrio; Teoria de movimento de soluto em cromatografia. Efeito de alteração de variáveis termodinâmicas. Ondas de choque e ondas dispersivas. Assumpções e limitações da teoria de movimento de soluto; Conceito de frente estacionária ou de padrão constante. Conceito de zona de transferência de massa. Cálculo da altura da zona de transferência de massa, fracção útil e capacidade de colunas; Sobreposição em sistemas lineares. Modelo de dispersão linear e modelo de etapas em cromatografia; Equação de Van Deemter; Tipos de processos cromatográficos: cromatografia de adsorção, cromatografia de permuta iónica, cromatografia de exclusão molecular, cromatografia de afinidade, cromatografia de interacção hidrofóbica, cromatografia de fase reversa, cromatografia covalente, cromatografia de afinidade iónica; Processos cromatográficos em grande escala. Exemplos de processos industriais; Electroforese - Separação de produtos biológicos por electroforese. Efeito de carga eléctrica e de dimensão do soluto. Problemas de aumento de escala por libertação de calor; Focagem isoeléctrica. Uso de substâncias anfotéricas para geração de gradiente de pH. Novos desenvolvimentos em focagem isoeléctrica sem recurso a compostos anfotéricos; Problemas Integrados - Critérios de selecção de operações unitárias e sua integração num diagrama global de processo; Regras heurísticas para a definição de sequências de operações de separação; Análise de processos ilustrada com casos específicos de produtos biológicos (por exemplo: produção de ácido cítrico; produção de insulina humana); Validação de Processos - Validação de equipamento e validação de processo. Boas Práticas de Produção (Good Manufacturing Practice - GMP) e validação em DSP (Biopharmaceutical Downstream Processing); Regulamentação de segurança. Classificação de agentes biológicos em termos de prevenção de risco. Pincípios de confinamento biológico e sua aplicação a operações de separação e purificação de produtos biológicos; Apresentação de Seminários
Bibliografia
- “Industrial Bioseparations: Principles and Practice”, Daniel Forciniti, November 2007, Wiley-Blackwell
Método de ensino
O ensino da unidade de Processos de Separação de Produtos Biológicos baseia-se em aulas teóricas, aulas teórico-práticas e aulas práticas de laboratório. Nas aulas teórico-práticas e laboratoriais serão propostos e resolvidos exercícios de aplicação dos conceitos introduzidos nas aulas teóricas, e apresentação de artigos científicos. Os alunos irão preparar e apresentar seminários sobre tópicos relacionados com a disciplina, dando-se particular relevo a novas técnicas de bioseparação.
Método de avaliação
A avaliação contínua da disciplina é constituída por três partes:
1. Realização de 3 mini testes, cada um valendo 20% da nota final. A duração de cada mini teste é de 1 hora. Cada teste é avaliado de 0 a 20 valores. Nota final: média das notas dos três mini testes com nota final mínima de 9,5 valores para aprovação na disciplina. A avaliação é individual. Valorização para a nota final da parte 1= 60%
2. Realização de um Seminário e respectiva apresentação pública e discussão. Avaliação em grupo de 3 alunos. Valorização para a nota final da parte 2 = 20%
3. Realização de 3 trabalhos práticos. A avaliação desta parte inclui a realização de cada trabalho bem como a elaboração e discussão do respectivo relatório. Avaliação em grupo de 3 alunos. Valorização para a nota final da parte 3 = 20%.
Caso o aluno não tenha aprovação na 1ª parte da avaliação (Realização de três mini testes) ou opte por não a fazer, terá direito a ir a exame de época de recurso. Para ter aprovação, a nota do exame deverá ser igual ou superior a 9,5 valores.
Ressalva-se que quer o aluno opte pela realização dos mini testes ou pelo exame de época de recurso, em qualquer um dos casos é obrigatória a realização das restantes partes da avaliação da disciplina, isto é, a realização do seminário e dos 3 trabalhos práticos.