Processos de Separação de Produtos Biológicos

Objectivos

Pretende-se que os estudantes adquiram competências e capacidades que lhes permitam:

- Conhecer as várias técnicas de separação utilizadas em Biotecnologia

- Propor esquemas de isolamento para uma dada biomolécula e dimensionar o equipamento a utilizar em cada operação unitária

- Ter uma visão geral das exigências no manuseamento e validação de processos envolvendo produtos biológicos

Caracterização geral

Código

10685

Créditos

6.0

Professor responsável

Isabel Maria Rola Coelhoso, Pedro Miguel Calado Simões

Horas

Semanais - 4

Totais - 68

Idioma de ensino

Português

Pré-requisitos

A disponibilizar brevemente

Bibliografia

“Bioseparations: Downstream Processing for Biotechnology”, Paul A. Betler, A.L. Cussler, Wei-Shou Hu, John Wiley & Sons (1988) USA

“Handbook of Downstream Processing”, Ed. Elliott Goldberg, Blackie Academic & Professional (1997) UK

“Bioseparations Science and Engineering”, Roger Harrison, Paul Todd, Scott Rudge, Demetri Petrides, Oxford University Press (2003) UK

“Bioprocess Engineering Principles”, Pauline Doran, Academic Press (2003), UK

"Industrial Bioseparations: Principles and Practice"; Daniel Forcitini, Wiley-Blackwell (2007)

Método de ensino

O ensino baseia-se em aulas teóricas e aulas práticas de laboratório. Nas aulas teóricas são leccionadas as matérias da UC de acordo com o seu programa e, sempre que justificável, resolvidos exercícios de aplicação dos conceitos introduzidos. Nas aulas laboratoriais são realizados trabalhos práticos relacionados com o programa. Os alunos prepararão e apresentarão um trabalho de desenvolvimento sobre tópicos relacionados, dando-se particular relevo a novas técnicas de bioseparação.

Método de avaliação

A avaliação contínua da disciplina é constituída por três componentes:

 1. Realização de três testes, cada um valendo 20% da nota final. O primeiro teste abrange a matéria dos capítulos 1 a 3 do programa da disciplina. O segundo teste abrange a matéria de adsorção o terceiro teste a matéria de Processos com Membranas.

A duração de cada teste é de 1 hora e 30 minutos. Cada teste é avaliado de 0 a 20 valores. A avaliação é individual e sem consulta. É exigida uma classificação mínima de 9.5 valores, na escala de 0 a 20, na média aritmética simples das notas dos três testes. Valorização para a nota final da parte 1= 60%

2. Realização de um Mini projecto. A realizar em grupo, constituído no máximo por 3 estudantes. A avaliação desta parte inclui a realização de um relatório  e respectiva apresentação pública e discussão. É exigida uma classificação mínima de 9.5 valores, na escala de 0 a 20, nesta componente de avaliação. Valorização para a nota final da parte 2 = 20%

 3. Realização de trabalhos práticos. A realizar em grupo, constituído por 3 estudantes. A avaliação desta parte inclui a realização do trabalho no laboratório (caso do trabalho de adsorção), a entrega do respectivo relatório e sua discussão. É exigida uma classificação mínima de 9.5 valores, na escala de 0 a 20, nesta componente de avaliação. Valorização para a nota final da parte 3 = 20%

Caso o estudante não tenha aprovação na 1ª componente da avaliação (Realização dos testes) ou opte por não a fazer, terá direito a ir a exame de recurso. É exigida uma classificação mínima de 9.5 valores, na escala de 0 a 20, na nota do exame.

Ressalva-se que quer o estudante opte pela realização dos testes ou pelo exame de recurso, será sempre obrigatória a realização das restantes componentes da avaliação da disciplina, isto é, a realização do mini projecto e dos trabalhos práticos.

Nota final da disciplina: média ponderada das classificações obtidas nas três componentes de avaliação de acordo com a seguinte fórmula:

Nota final = 0.6 × Média dos Testes + 0.2 × Nota de mini projecto + 0.2 × Nota dos Trabalhos Práticos

As notas das três componentes de avaliação são arredondadas às décimas. A nota final, arredondada ao número inteiro mais próximo, deverá ser superior ou igual a 10 valores para aprovação na disciplina.

Conteúdo

  1. 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.
  2. 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.
  3. Desintegração Celular - Estrutura e constituição de paredes celulares; Métodos Químicos e Métodos Mecânicos.
  4. Processos de Cromatografia - Tipos de materiais cromatográficos. Critérios de selecção de materiais cromatográficos; Modelação de equilíbrio em processos cromatográficos. 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;
  5. Processos de Adsorção -  Equilíbrio de adsorção e de permuta iónica. Determinação experimental de isotérmicas de equilíbrio; Teoria de movimento de soluto. 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 ; Equação de Van Deemter;   Exemplos de processos industriais;
  6. 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;
  7. 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);

Cursos

Cursos onde a unidade curricular é leccionada: