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Planilla de Actividades Curriculares
Código: Q1832
Ingeniería Bioquímica II
Última Actualización de la Asignatura: 06/03/2018
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Descargar Planilla N°2 [PDF]CARRERAS PARA LAS QUE SE DICTA
| Carrera | Plan | Carácter | Cantidad de Semanas | Año | Semestre |
|---|---|---|---|---|---|
| 03030 - Ingeniería Química | 2018 | Optativa |
Totales:
0
Clases:
0
Evaluaciones:
0
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5to |
Desde el 10º  - |
CORRELATIVIDADES
INFORMACIÓN GENERAL
PLANTEL DOCENTE
No se ha actualizado el plantel docente aún.
OBJETIVOS
Introducir al alumno en el área de la tecnología de los procesos biotecnológicos,. Teniendo en cuenta los conocimientos microbiológicos básicos adquiridos en la materia Ingeniería Bioquímica I, en esta materia se profundizarán los estudios sobre manejo y operación de bioprocesos. El alumno deberá alcanzar conocimientos de: a) cinética y estequiometria del crecimiento microbiano, b) esterilización de bioreactores en escala industrial, c) diseño de medios de cultivos, d) operaciones de biorreactores tanto en sistema batch, continuo o batch alimentado, e) monitorear y controlar bioprocesos por técnicas convencionales y mediante el empleo de Espectroscopía infrarroja con Transformada de Fourier, e) cambios de escala, f) tratamiento de efluentes.
PROGRAMA SINTÉTICO
Introducción a la energética y cinética en biotecnología. Balances de materia y energía. Concepto de grado de reductancia y de carbono-mol de biomasa y producto. Estequiometría del crecimiento microbiano y formación de producto. Aplicación de olos balances de materia y grado de reducción al crecimiento aeróbico y anaeróbico. Consumo de oxígeno. Rendimientos. Cinética de crecimiento y formación de producto. Ecuación de Monod. Concepto de crecimiento balanceado, restricto e irrestricto. Energía de mantenimiento. Sistemas de cultivo batch, batch alimentado y continuo. Aplicaciones. Transferencia de oxígeno. Coeficiente de transferencia de oxígeno (KLa). Métodos de cálculo. Correlaciones en sistemas aereados con y sin agitación mecánica. Factores que afectan la transferencia de oxígeno. Diseño de biorreactores. Tipos de fermentadores. Fermentación sin agitación mecánica. Cambio de escala. Criterios. Instrumentación y control de bioprocesos. Tipos de sensores físicos y químicos. Variables de control. Técnicas de control. Empleo de espectroscopía infrarroja con transformada de Fourier en procesos biotecnológicos. Tratamiento de efluentes. Evaluación de efluentes.
PROGRAMA ANALÍTICO
Año: 2020, semestre: 1
Vigencia: 24/08/2017 - Actualidad
1.- Esterilización de líquidos en sistema continuo. Fundamentos. Cálculo de tiempos de retención. Equipos. Esterilización de gases. Mecanismos de retención. Tipos de filtros. Membranas filtrantes. Empleo de prefiltros. Eficiencia de procesos. Condiciones operativas. Monitoreo de integridad de membranas.
2.- Dinámica del crecimiento microbiano. Crecimiento microbiano en entornos limitados. Cultivo batch. Limitación de crecimiento por ausencia de sustrato. Fases de crecimiento. Cinética de crecimiento. Rendimientos. Influencia del sustrato limitante del crecimiento sobre la velocidad de crecimiento. Ecuación de Monod. Desviaciones a altas concentraciones de sustratos. Crecimiento aeróbico y anaeróbico. Consumo de nutrientes, formación de biomasa, formación de producto.
.- Crecimiento en cultivo continuo. Implementación del sistema. Condición de estado estacionario, velocidad de dilución. Velocidad de dilución crítica. Determinación de constate de saturación (Ks) y de rendimientos. Coeficiente de mantenimiento celular. Cultivos continuos en dos o más etapas. Aplicaciones. Cultivo batch alimentado. Formas de alimentación. Formas alternativas de control. Aplicaciones industriales.
4.- Estequiometría y energética del crecimiento microbiano. Sustrato limitante, rendimiento celular, formas de expresión. Concepto de C-mol de biomasa, definición. Aplicación de la estequiometría al análisis de datos. Formación de producto. Grado de reducción. Cálculo del calor producido en un cultivo. Límites teóricos del rendimiento celular en base al sustrato limitante y al oxígeno consumido. Relación con el grado de reducción. Cultivos limitados por carbono y por energía. Rendimiento celular en base al ATP. Definición. Rendimientos en cultivos aeróbicos y anaeróbicos.
5.- Equipos y accesorios. Diseño de fermentadores. Relaciones geométricas, materiales de construcción, válvulas, cañerías, sellos de vapor y otros. Operaciones de tranferencia de inóculos en condiciones asépticas en escala industrial.
6.- Instrumentación y control. Medida y control de variables fundamentales de procesos microbiológicos. Sensores físicos y químicos. Medida y control de la aereación, pH, temperatura, concentración de sustrato, oxígeno disuelto. Medida de potencia consumida. Control de espuma. Medida y control de propiedades reológicas de los caldos de fermentación.
7.- Aereación y agitación. Transferencia de oxígeno en bioprocesos. Suministro y demanda de oxígeno. Influencia de la forma de crecimiento. Cálculos de determinación del coeficiente de transferencia de oxígeno (kLa) en equipos de fermentación. Método químico y cinético. Interpretación de resultados. Importancia de la aereación en los procesos industriales. Factores que aumentan la eficiencia de la aereación. Distribución de aire. Influencia del medio de cultivo. Criterios de aereación.
8.- Cambio de escala. Criterios empleados en el cambio de escala de procesos fermentativos. Efecto de la esterilización, calidad de nutrientes, número de pasajes del inóculo, geometría del equipo, en los rendimientos celulares. Efectos de la tranferencia de materia. Criterios: potencia consumida, velocidad en la punta del agitador, transferencia de oígeno, números adimensionales. Tiempo de mezclado. Cambios de escala en procesos aeróbicos y anaeróbicos. Correlaciones generales.
9.- Tratamiento de efluentes. Gestión de efluentes, conceptos. Legislación sobre cargas de efluentes. Metodología de análisis. Empleo de agentes biológicos para evaluación de calidad de efluentes. Procesos aeróbicos y anaeróbicos. Tratamiento de residuos domiciliarios. Plantas de tratamiento de efluentes líquidos. Etapas.
.10.- Monitoreo de procesos mediante técnicas espectroscópicas vibracionales. Diferenciación entre fenotipos bacterianos de distintas fases de crecimiento. Determinación de composición macromolecular. Monitoreo durante la producción de Bacillus thuringiensis. Evaluación de biomasa, esporos y cristal parasporal mediante el empleo de marcadores. Monitoreo de la concentración de glucosa en sobrenadante. Diagramas tridimensionales. Softwares disponibles.
Vigencia: 24/08/2017 - Actualidad
1.- Esterilización de líquidos en sistema continuo. Fundamentos. Cálculo de tiempos de retención. Equipos. Esterilización de gases. Mecanismos de retención. Tipos de filtros. Membranas filtrantes. Empleo de prefiltros. Eficiencia de procesos. Condiciones operativas. Monitoreo de integridad de membranas.
2.- Dinámica del crecimiento microbiano. Crecimiento microbiano en entornos limitados. Cultivo batch. Limitación de crecimiento por ausencia de sustrato. Fases de crecimiento. Cinética de crecimiento. Rendimientos. Influencia del sustrato limitante del crecimiento sobre la velocidad de crecimiento. Ecuación de Monod. Desviaciones a altas concentraciones de sustratos. Crecimiento aeróbico y anaeróbico. Consumo de nutrientes, formación de biomasa, formación de producto.
.- Crecimiento en cultivo continuo. Implementación del sistema. Condición de estado estacionario, velocidad de dilución. Velocidad de dilución crítica. Determinación de constate de saturación (Ks) y de rendimientos. Coeficiente de mantenimiento celular. Cultivos continuos en dos o más etapas. Aplicaciones. Cultivo batch alimentado. Formas de alimentación. Formas alternativas de control. Aplicaciones industriales.
4.- Estequiometría y energética del crecimiento microbiano. Sustrato limitante, rendimiento celular, formas de expresión. Concepto de C-mol de biomasa, definición. Aplicación de la estequiometría al análisis de datos. Formación de producto. Grado de reducción. Cálculo del calor producido en un cultivo. Límites teóricos del rendimiento celular en base al sustrato limitante y al oxígeno consumido. Relación con el grado de reducción. Cultivos limitados por carbono y por energía. Rendimiento celular en base al ATP. Definición. Rendimientos en cultivos aeróbicos y anaeróbicos.
5.- Equipos y accesorios. Diseño de fermentadores. Relaciones geométricas, materiales de construcción, válvulas, cañerías, sellos de vapor y otros. Operaciones de tranferencia de inóculos en condiciones asépticas en escala industrial.
6.- Instrumentación y control. Medida y control de variables fundamentales de procesos microbiológicos. Sensores físicos y químicos. Medida y control de la aereación, pH, temperatura, concentración de sustrato, oxígeno disuelto. Medida de potencia consumida. Control de espuma. Medida y control de propiedades reológicas de los caldos de fermentación.
7.- Aereación y agitación. Transferencia de oxígeno en bioprocesos. Suministro y demanda de oxígeno. Influencia de la forma de crecimiento. Cálculos de determinación del coeficiente de transferencia de oxígeno (kLa) en equipos de fermentación. Método químico y cinético. Interpretación de resultados. Importancia de la aereación en los procesos industriales. Factores que aumentan la eficiencia de la aereación. Distribución de aire. Influencia del medio de cultivo. Criterios de aereación.
8.- Cambio de escala. Criterios empleados en el cambio de escala de procesos fermentativos. Efecto de la esterilización, calidad de nutrientes, número de pasajes del inóculo, geometría del equipo, en los rendimientos celulares. Efectos de la tranferencia de materia. Criterios: potencia consumida, velocidad en la punta del agitador, transferencia de oígeno, números adimensionales. Tiempo de mezclado. Cambios de escala en procesos aeróbicos y anaeróbicos. Correlaciones generales.
9.- Tratamiento de efluentes. Gestión de efluentes, conceptos. Legislación sobre cargas de efluentes. Metodología de análisis. Empleo de agentes biológicos para evaluación de calidad de efluentes. Procesos aeróbicos y anaeróbicos. Tratamiento de residuos domiciliarios. Plantas de tratamiento de efluentes líquidos. Etapas.
.10.- Monitoreo de procesos mediante técnicas espectroscópicas vibracionales. Diferenciación entre fenotipos bacterianos de distintas fases de crecimiento. Determinación de composición macromolecular. Monitoreo durante la producción de Bacillus thuringiensis. Evaluación de biomasa, esporos y cristal parasporal mediante el empleo de marcadores. Monitoreo de la concentración de glucosa en sobrenadante. Diagramas tridimensionales. Softwares disponibles.
BIBLIOGRAFÍA
Año: 2020, semestre: 1
Vigencia: 24/08/2017 - Actualidad
1.- Manual of Industrial MIcrobiology and Biotechmology. Second Edition. 1999. Editors Demain, A. L. and Davies, J. E. ASM Press. USA.
2.- Biotechnology. Volume 1. Biological Fundamentals. 1993. Edited by Rehm, H.-J. and Reed G. VCH Verlag, Germany.
3.- Bioseparaciones. 1995. Editores: Tejeda, A.; Montesinos, R. M. y Guzmán, R. Editorial UNISON, México.
4.- Apuntes de la Cátedra para Seminarios y Trabajos Prácticos.
Todo el material bibliográfico está disponible para los alumnos en la biblioteca del CINDEFI (50 y 115, Facultad de Ciencias Exactas, UNLP, La Plata). Los apuntes de la Cátedra se encuentran en locales de fotocopiadoras (1 entre 49 y 50).
Vigencia: 24/08/2017 - Actualidad
1.- Manual of Industrial MIcrobiology and Biotechmology. Second Edition. 1999. Editors Demain, A. L. and Davies, J. E. ASM Press. USA.
2.- Biotechnology. Volume 1. Biological Fundamentals. 1993. Edited by Rehm, H.-J. and Reed G. VCH Verlag, Germany.
3.- Bioseparaciones. 1995. Editores: Tejeda, A.; Montesinos, R. M. y Guzmán, R. Editorial UNISON, México.
4.- Apuntes de la Cátedra para Seminarios y Trabajos Prácticos.
Todo el material bibliográfico está disponible para los alumnos en la biblioteca del CINDEFI (50 y 115, Facultad de Ciencias Exactas, UNLP, La Plata). Los apuntes de la Cátedra se encuentran en locales de fotocopiadoras (1 entre 49 y 50).
ACTIVIDADES PRÁCTICAS
1.- Enzimas inmovilizadas (Seminario y Trabajo Práctico) Problemas I. Carga horaria: 6 horas2.- Estequiometría del crecimiento microbiano (Seminario). Problemas II. Carga horaria: 3 horas.3.- Rendimientos máximos teóricos. Eficiencia energética. (Seminario). Carga horaria: 3 horas. 4.- Cinética del crecimiento microbiano (Seminario y Trabajo Práctico) Carga horaria: 9 horas.5.- Sistemas de cultivo: batch, continuo y batch alimentado (Seminario). Problemas. Carga horaria 4 horas.6.- Medidas de parámetros físicos y químicos en cultivos microbianos. (Seminario y Trabajo Práctico) Problemas. Carga horaria 9 horas.7.- Manteniemiento celular y formación de producto. (Seminario). Carga horaria: 4 horas.8.- Monitoreo de procesos fermentativos mediante espectroscopía infrarroja-transformada de Fourier. Modelo: fermentación de Bacillus thuringiensis. Carga horaria 10 horas.9.- Visita a Fábrica: 4 horas
METODOLOGÍA DE ENSEÑANZA
El curso se desarrolla en base al dictado de temas teóricos complementados con Seminarios y Trabajos Prácticos. Se busca que exista una conexión temporal entre teoría y parte experimental. Para los Seminarios y TP los alumnos disponen del material teórico con antelación con el objeto de que puedan tener un conocimiento previo de los temas y problemas que tendrán que resolver. En algunos casos los alumnos deben preparar temas que exponen y analizan en el transcurso de los seminarios. Los alumnos deben asistir obligatoriamente al 80 % de los Seminarios y Trabajos Prácticos. La asistencia a clases teóricas es seguida por la Cátedra pero no implica un compromiso para los alumnos.
SISTEMA DE EVALUACIÓN
Se sigue el desempeño de los alumnos por su asistencia tanto al curso teórico como a los seminarios y trabajos prácticos, por su participación en los mismos y durante las exposiciones que los mismos deben realizar en seminarios. Se hace una evaluación de la materia de acuerdo a las pautas fijadas por la Ordenanza No 28. Para aprobar cada examen se exige una nota mínima de 6 puntos.
MATERIAL DIDÁCTICO
La Cátedra dispone de Guías de Trabajos Prácticos que son actualizadas regularmente, para que los alumnos dispongan de información en español de las temáticas de interés.