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
5
Total de horas
81
Língua de ensino
Português
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.
- Desintegração Celular - Estrutura e constituição de paredes celulares; Métodos Químicos e Métodos Mecânicos.
- 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;
- 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;
- 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;
- 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.
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 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 componentes:
1. Realização de dois testes, cada um valendo 30% da nota final. O primeiro teste abrange a matéria dos capítulos 1 a 4 do programa da disciplina . O segundo teste abrange a matéria dada nos restantes capítulos do programa.
A duração de cada teste é de 1 hora e 30 min. 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 dois testes. Valorização para a nota final da parte 1= 60%
2. Realização de um Seminário e respectiva apresentação pública e discussão. A realizar em grupo, constituído no máximo por 4 alunos. 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 dois trabalhos práticos ( simulação e laboaratorial). A avaliação desta parte inclui a realização de cada trabalho bem como a elaboração e discussão do respectivo relatório. A realizar em grupo, constituído no máximo por 4 alunos. 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 aluno não tenha aprovação na 1ª componente da avaliação (Realização dos dois 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 aluno 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 seminário e dos dois 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 Seminário + 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.