Expediente Nº 6075/280 Rosario, 12 de abril de 2012

Transcripción

1 Expediente Nº 6075/280 Rosario, 12 de abril de 2012 VISTO el presente expediente, mediante el cual el Sr. Director Académico del Área Fisicoquímica, Dr. Guillermo Picó, eleva el programa de la asignatura Procesos Biotecnológicos II, correspondiente a la Carrera de Licenciatura en Biotecnología, y CONSIDERANDO: El Análisis realizado por la Escuela Universitaria de Biotecnología. La conformidad de la Comisión de Asuntos Académicos. Que el presente expediente es tratado en Sesión del día de la fecha. Por ello, EL CONSEJO DIRECTIVO DE LA FACULTAD DE CIENCIAS BIOQUIMICAS Y FARMACEUTICAS RESUELVE: ARTICULO 1º.- Aprobar el programa analítico de la Asignatura Procesos Biotecnológicos II, correspondiente a la Carrera de Licenciatura en Biotecnología, según se detalla en el ANEXO UNICO de la presente Resolución. ARTICULO 2º.- Regístrese, comuníquese y archívese.- RESOLUCION C.D. Nº 075/2012 Fdo.:) Dr. Esteban C. Serra - Presidente de la Sesión ES COPIA

2 Resolución C.D. Nº 075/12 ANEXO UNICO DEPARTAMENTO DE QUÍMICA-FÍSICA ÁREA FISICOQUÍMICA PROGRAMA ANALITICO DE LA ASIGNATURA: PROCESOS BIOTECNOLÓGICOS II Vigencia a partir del año 2011 Ubicación en la Carrera de Licenciatura en Biotecnología: Primer cuatrimestre del cuarto año. Carga horaria: Clase Teóricas: 2 por semana de 1 h 30 min de duración cada una. Total semanal: 3 hs. Tareas de Aula ó Laboratorios: 4 hs. semanales. En las semanas en que se dictan Tareas de Aula no se realizan Laboratorios. Tareas de aula: 2 por semana, de 2 hs. Laboratorios: 1 por semana, de 4 hs. Carga horaria total semanal: 7 hs. Carga horaria total por cuatrimestre: 100 hs. Marco de referencia: La Biotecnología, a pesar de su desarrollo en paralelo con la historia de la humanidad, aparece a fines del siglo XX como una tecnología renovada cuando el hombre comienza a dominar la información genética de las células animales superiores, vegetales y microorganismos. Esta situación ha llevado a la creación de nuevas industrias, modificaciones de las ya existentes (farmacéuticas, agroquímicas, alimenticias), formulación y desarrollo de nuevos productos (medicamentos, biomateriales, alimentos), modificaciones de sistemas productivos (agricultura e industrias) e incluso, cambios profundos en la sociedad (diagnóstico citogenético, filiaciones, clonación). Por otra parte, los cambios originados a nivel molecular trajeron innovaciones en los procesos de producción y en las ingenierías biológicas: nuevos procesos para el cultivo de células animales y vegetales, nuevos procesos de fermentación y diseños de biorreactores, nuevos equipos y sistemas analíticos, como así también nuevos procesos de protección del medio ambiente entre otros. Objetivos de la asignatura: Procesos Biotecnológicos II es la asignatura encargada de impartir los conocimientos tecnológicos necesarios que permiten la utilización de material biológico en procesos de producción, como también la problemática de la separación y purificación de los bioproductos obtenidos, campo de creciente interés nacional e internacional. Así, el conocimiento simultáneo de la problemática biológica (genética, bioquímica y fisiología celular) y tecnológica (equipos y operaciones que optimizan las variables biológicas) permitirá al Licenciado en Biotecnología una destacada inserción en las áreas de desarrollo, producción y control de calidad de plantas industriales y laboratorios

3 farmacéuticos de bioproductos, industrias alimenticias, plantas de tratamientos de efluentes, producción de biocombustibles, etc. De acuerdo con lo anteriormente expuesto, se plantean los siguientes objetivos generales: -aplicar estos conocimientos al estudio de las propiedades y diseño de distintos tipos de biorreactores. -desarrollar las capacidades y habilidades que permitan organizar, analizar y controlar el funcionamiento de un proceso biotecnológico global (operaciones unitarias físicas y biorreactores). -promover actitudes de búsqueda de respuestas originales, críticas y flexibles frente a determinados problemas, como para permitir la autoevaluación y el trabajo interdisciplinario, y con conciencia de la responsabilidad profesional y la preservación del medio ambiente. Conocimientos previos requeridos: La asignatura Procesos Biotecnológicos II (previo paso por Procesos Biotecnológicos I) se ocupa fundamentalmente de introducir y desarrollar los fundamentos de una serie de operaciones propias de la ingeniería, orientadas en su aplicación al diseño de procesos biotecnológicos a diversas escalas, hasta llegar al análisis de estos últimos. Para ello hace uso de muchos de los conocimientos físicos, químicos y biológicos adquiridos por el estudiante en materias básicas de la carrera, así como de buena parte de la formación alcanzada en su estudio de diferentes especializaciones de la Biología. Así se revén y profundizan conceptos de cinética química homogénea y heterogénea incluyendo catálisis homogénea y heterogénea. Se utilizan conceptos relativos a fenómenos de transporte y a fenómenos de superficie, con el objeto de fundamentar las bases de ciertas operaciones básicas relacionadas al transporte de masa y energía y su correspondiente balance, especialmente en biorreactores, y otras como filtración, mezclado, etc. Estos conocimientos son aplicados a la descripción de operaciones básicas como transferencia de calor, mezclado, filtración, centrifugación, etc., que son utilizados en el análisis del diseño de biorreactores y el manejo de los mismos, ejemplificando este estudio con casos concretos de procesos biotecnológicos. Aquí es donde se hace imprescindible la integración con los conocimientos adquiridos en el ciclo de formación, que permiten el análisis y la comprensión de los procesos propios de sistemas biológicos que sean aptos para su utilización industrial. TEMARIO ANALÍTICO DE LA ASIGNATURA Tema 1 Reactores químicos. Ecuaciones de diseño para distintos tipos de reactores. Reactores discontinuos o en lote. Reactores continuos: tanque agitado y flujo pistón. Otros tipos de reactores. Transferencia de calor en reactores químicos. Ventajas, desventajas y ejemplos de aplicación. Tema 2 Biorreactores. Introducción. Tipos de biorreactores: discontinuos o en lote, biorreactores de flujo estacionario (de mezcla completa y flujo pistón), biorreactores alimentados (ó de alimentación

4 intermitente). Crecimiento de biomasa en función del tiempo. Crecimiento biomasa en función del sustrato limitante: modelo de Monod. Coeficientes y rendimientos. Tema 3 Biorreactores discontinuos o en lote. Variación de biomasa, sustrato y productos asociados al crecimiento en función del tiempo. Modelo matemático: resolución de ecuaciones diferenciales por análisis numérico (Runge-Kutta). Desacople metabólico. Efecto Pasteur. Efecto Crabtree. Inhibición por sustrato. Inhibición por producto. Productos no asociados al crecimiento de biomasa. Ventajas, desventajas y ejemplos Tema 4 Biorreactores continuos. Parámetros: tiempo de residencia y velocidad de dilución. Variación de biomasa, sustrato y productos asociados al crecimiento en función del tiempo. Modelo matemático: análisis del estado estacionario. Puesta en funcionamiento. Ventajas, desventajas y ejemplos. Velocidad de dilución crítica: lavado del sistema. Biorreactores continuos con inmovilización: microorganismos y células. Biorreactores con enzimas inmovilizadas. Técnicas de inmovilización. Modelos matemáticos. Ventajas, desventajas y ejemplos. Tema 5 Biorreactores alimentados (o de alimentación intermitente). Variación de biomasa, sustrato y productos asociados al crecimiento en función del tiempo. Modelo matemático: análisis del estado pseudo-estacionario. Puesta en funcionamiento. Ventajas, desventajas y ejemplos. Tema 6 Transferencia de masa en biorreactores. Transferencia de oxígeno. Solubilidad. Velocidad de transferencia de oxígeno: parámetros. Agitación y aireación. Detergentes y antiespumantes. Flujo de aire. Tiempo de residencia de burbujas. Presurizado. El oxígeno como sustrato limitante. Tema 7 Configuración de biorreactores. Cultivos en reposo. Frasco agitado. Tanque agitado. Columnas de burbujas. Lecho fijo y lecho fluidizado. Diseño de biorreactores de tanque agitado. Características. Geometría. Sistemas de agitación. Sistemas de monitoreo de oxígeno. Sistemas de suministro de oxígeno. Sistemas de control de espuma. Sistemas de control de temperatura. Sistemas de control de ph. Limpieza y esterilización. Tema 8 Mezcla en biorreactores. Agitación y mezcla de líquidos. Modelos de flujo en tanques agitados. Mecanismos de mezcla. Efectividad de la mezcla. Potencia necesaria para el mezclado. Escala de Kolmogorov. Efectividad del mezclado: tiempo de mezcla. Potencia. Mezcla en sistemas aireados. Agitadores. Deflectores. Agitación y aireación en biorreactores con células animales. Daño por burbujas. Daño por espuma. Oxigenación sin burbujas.

5 Tema 9 Cambios de escala. Dificultades en el escalado. Desarrollo del inóculo. Etapas para el escalado. Criterios de escalado: tiempo de mezcla constante y relación potencia/volumen constante. Otros criterios. Tema 10 Ejemplos de Procesos Biotecnológicos. Producción de biomasa. Producción de metabolitos primarios: ácidos orgánicos, aminoácidos, polisacáridos, alcoholes, cetonas, vitaminas, nucleótidos y nucleósidos, etc. Producción de productos recombinantes de interés farmacéutico: interferón, insulina, hormona del crecimiento. Producción de inoculantes agrícolas. Industria de la leche y derivados. Producción de bebidas alcohólicas: vino y cerveza. Tema 11 Tecnologías de biodepuración. Lodos activados. Biotecnologías de eliminación de nitrógeno y fósforo. Tratamientos anaeróbicos. Procesos biotecnológicos depurativos de aguas residuales de origen urbano, agrícola o industrial: comparación y complementación con métodos fisicoquímicos. Derrames industriales. Mecanismos y alcances de la biorremedación. Muestreadores de campo y sondas. Determinaciones instrumentales de parámetros de calidad. Monitoreo y control de efluentes. Tema 12 Biocombustibles. Biogas. Bioalcohol y biodiesel. Trabajos de Laboratorio propuestos Laboratorio 1. Cinética de crecimiento de biomasa (Sacharomyces cerevisiae): modelo de Monod. Laboratorio 2. Biorreactores continuos con enzimas inmovilizadas. Laboratorio 3. Fermentador rotatorio. Laboratorio 4. Determinación del coeficiente volumétrico de transferencia de oxígeno utilizando un electrodo específico para determinar oxígeno disuelto. Laboratorio 5. Detoxificación de efluentes contaminados con metales pesados por adsorción en columna. Adsorción de Cu +2 sobre biomasa muerta (Sacharomyces cerevisiae). Curva de ruptura. Forma de acreditar la asignatura: Los recursos previstos para la evaluación consisten en: a) la realización de un Examen escrito al final del cuatrimestre, con la posibilidad de acceder a su correspondiente Recuperatorio (en caso de no aprobar la primera instancia). b) la realización de Laboratorios que serán evaluados en cada sesión. c) la realización de un Trabajo grupal sobre simulación de biorreactores con evaluación final. Aprobar las tres instancias anteriores llevará al alumno a la condición de PROMOVIDO, que implicará la promoción directa de la asignatura.

6 Los alumnos que no promuevan la asignatura quedarán en condición de LIBRE, debiendo aprobar un examen final, que consta de una evaluación escrita sobre temas teóricos y prácticos más la aprobación de un trabajo experimental, para así lograr la condición de asignatura aprobada.. Bibliografía Principios de ingeniería de los bioprocesos P. M. Doran Editorial Acribia, S. A., Zaragoza, 1998 Reactores Biológicos. Fundamentos e Aplicações M. Manuela Da Fonseca, José A. Teixeira Lidel edições técnicas, Lisboa, Operaciones unitarias en Ingeniería Química W. L. McCabe. J. C. Smith & P. Harriott McGraw Hill Interamericana, 4ª Edición, Madrid, Biotecnología. Introducción con experimentos modelo G. Jagnow & W David Editorial Acribia, S.A., Zaragoza, Tecnología de los Alimentos M.I. Cambero, L. Fernández, M.L. García, G. García de Fernando, L. de la Hoz, M.D. Selgas Volumenes I y II Editorial Síntesis, Madrid, 1998