Ingeniería Bioquímica
Código: 106062 Créditos ECTS: 6| Titulación | Tipo | Curso |
|---|---|---|
| 2500897 Ingeniería Química | OT | 4 |
Contacto
- Nombre:
- José Luis Montesinos Seguí
- Correo electrónico:
- joseluis.montesinos@uab.cat
Idiomas de los grupos
Puede consultar esta información al final del documento.
Prerrequisitos
Se recomienda haber alcanzado los conocimientos básicos sobre: Biología i Bioquímica General, Reactores, Aplicaciones Informáticas y Simulación de Procesos Químicos.
Objetivos y contextualización
Relacionar y aplicar conceptos y métodos conocidos en diferentes materias (desde la biología y bioquímica hasta los principios fundamentales de la ingeniería química) en el análisis y diseño de bioprocesos: cómo, cuándo y dónde aplicar los conocimientos adquiridos. Para ello, se han de alcanzar unos conocimientos básicos, saber aplicarlos y resolver problemas sobre diferentes aspectos relevantes en procesos bioindustriales, tales como balances de materia y energía, fenómenos de transporte, diseño y uso adecuado de un biorreactor según su aplicación, así como la interacción entre cinética y modo de operación. Finalmente es necesario saber describir y diseñar correctamente la diversidad de procesos de separación a diferente escala en el ámbito de los bioprocesos
Competencias
- Aplicar el método científico a sistemas donde se produzcan transformaciones químicas, físicas o biológicas tanto a nivel microscópico como macroscópico.
- Comprender y aplicar los principios básicos en que se fundamenta la Ingeniería Química, y más concretamente: Balances de materia, energía y cantidad de movimiento. Termodinámica, equilibrio entre fases y equilibrio químico. Cinética de los procesos físicos de transferencia de materia, de energía y de cantidad de movimiento, y cinética de la reacción química.
- Demostrar que conoce las diferentes operaciones de reacción, separación, procesado de materiales y transporte y circulación de fluidos involucradas en los procesos industriales de la Ingeniería Química.
- Hábitos de trabajo personal
- Trabajo en equipo
Resultados de aprendizaje
- "Fer la selecció objectiva d'alternatives tenint en compte paràmetres de rendiment, selectivitat i criteris econòmics.;;"
- Desarrollar estrategias de aprendizaje autónomo.
- Describir la interacción entre cinética y modo de operación del biorreactor.
- Explicar, aplicar y resolver problemas sobre los balances de materia y energía en los procesos bioindustriales.
- Identificar y aplicar los sistemas de inmovilización y su modo de operación.
- Trabajar cooperativamente.
- Traducir de manera eficiente los descubrimientos de la investigación biológica básica en aplicaciones ingenieriles para la sociedad
Contenido
TEMA 1.- INGENIERÍA BIOQUÍMICA Y BIOTECNOLOGÍA
1.1. Introducción a los Procesos Biotecnológicos. Sectores implicados
1.2. Ingeniería Bioquímica
1.3. Aplicaciones de enzimas, microrganismos y células. Nuevos productos
1.4. Fermentación
TEMA 2.- ENZIMAS. CINÉTICA Y APLICACIONES
2.1. Introducción a la catálisis enzimática
2.2. Clasificación de los enzimas
2.3. Cinética enzimática
2.3.1. Reacciones enzimáticas con un sol substrato
2.3.2. Ecuación de Michaelis-Menten
2.3.3. Determinación de los parámetros cinéticos
2.3.4. Reacciones enzimáticas con inhibición
2.3.5. Factores que influyen sobre la actividad y estabilidad enzimática
2.4. Utilización y aplicaciones de enzimas
TEMA 3.- CRECIMIENTO CELULAR
3.1. Fases del cultivo celular
3.2. Cinética de crecimiento. Modelos
3.3. Efectos de las condiciones ambientales en la cinética de crecimiento
3.4. Determinación de la concentración celular
3.5. Medios de cultivo y composición celular
TEMA 4.- BALANCES DE MATÉRIA Y ENERGÍA
4.1. Crecimiento celular, consumo de substratos ygeneración de productos
4.2. Estequiometría delsistema
4.3. Rendimientos
4.4. Balances de materia y energía
4.4.1. Substrato como fuente de energía. Rendimiento intrínseco y coeficiente de mantenimiento
4.4.2. Balances elementales
4.4.3. Balance redox. Grado de reductancia
TEMA 5.- BIOCATALIZADORES INMOVILIZADOS
5.1. Conceptos generales
5.1.1. Métodos de inmovilización
5.1.2. Adsorción
5.1.3. Enlace covalente
5.1.4. Entrecruzamiento
5.1.5. Atrapamiento
5.1.6. Membranas
5.2. Selección del método de inmovilización
5.3. Cinética de biocatalizadores inmovilizados
5.3.1. Transferencia de materia externa
5.3.2. Transferencia de materia interna
5.4. Aplicaciones de los biocatalizadores inmovilizados
TEMA 6.- DISEÑO DE BIORREACTORS IDEALES
6.1. Reactores con células
6.1.1. RDTA
6.1.2. Reactor discontinuo alimentado
6.1.3. RCTA
6.1.4. RCTA’s en serie
6.1.5. RCTA con recirculación
6.1.6. RCFP
6.2. Reactores enzimáticos
6.2.1. RDTA
6.2.2. RCTA
6.2.3. RCFP
TEMA 7.- AIREACIÓN
7.1. Velocidad de transferencia de oxígeno (OTR)
7.2. Factores que influyen en la velocidad de transferencia de oxigeno
7.3. Velocidad de consumo de oxígeno (OUR)
7.4. Determinación experimental del coeficiente kLa
7.4.1. Métodos indirectos
7.4.2. Métodos directos
TEMA 8.- AGITACIÓN
8.1. Reología de los cultivos
8.2. Factores y efectos del esfuerzo cortante
8.3. Diseño de los sistemas de agitación
8.3.1. Agitadores
8.3.2. Potencia de agitación
8.4. Estimación del coeficiente kLa en sistemas con aireación
TEMA 9.- ESTERILIZACIÓN
9.1. Introducción y objetivos
9.2. Métodos físicos de esterilización
9.2.1. Tratamientos térmicos
9.2.2. Esterilización de gases
9.3. Tratamientos químicos
9.4. Otros métodos de control de microrganismos
TEMA 10.- CONFIGURACIÓN Y OPERACIÓN DE BIORREACTORES
10.1. Configuración y elementos de los diferentes tipos de biorreactor
10.2. Operación de los biorreactores. Instrumentación y control
10.2.1. Fermentadores
10.2.2. Cultivo celular
10.3. Cambio de escala
10.3.1. Teoría de la semejanza
10.3.2. Métodos más frecuentes
TEMA 11.- SEPARACIÓN Y RECUPERACIÓN DE PRODUCTOS
11.1. Introducción a las operaciones de separación en bioprocesos
11.2. Secuenciación de etapas de separación
11.3. Separación de productos insolubles
11.4. Disrupción celular
11.5. Separación de productos solubles
11.6. Ejemplos de diferentes bioprocesos
Actividades formativas y Metodología
| Título | Horas | ECTS | Resultados de aprendizaje |
|---|---|---|---|
| Tipo: Dirigidas | |||
| Clases magistrales | 30 | 1,2 | 3, 2, 7, 4, 5, 1 |
| Prácticas de aula (Resolución Problemas) | 15 | 0,6 | 3, 2, 7, 4, 5, 1, 6 |
| Seminarios | 5 | 0,2 | 3, 7, 1 |
| Tipo: Supervisadas | |||
| Tutorias de soporte | 3 | 0,12 | 3, 2, 7, 4, 5, 1, 6 |
| Tipo: Autónomas | |||
| Estudio | 38 | 1,52 | 3, 2, 7, 4, 5, 1, 6 |
| Resolución de problemas | 50 | 2 | 3, 2, 7, 4, 5, 1, 6 |
| Tutorias con el profesor | 2 | 0,08 | 3, 2, 7, 4, 5, 1, 6 |
MD1 Exposición de contenidos en clase – Clase magistral o conferencia
MD2 Clases participativas (resolución conjunta de problemas, debates, análisis de casos, presentacions de trabajos realizados por estudiantes)
MD3 Tutorías
MD5 Actividades de evaluación (evaluación continuada con al menos tres hitos: Inicial, de seguimiento y final)
MD6 Aprendizaje basado en problemas/casos de uso/proyectos
Nota: se reservarán 15 minutos de una clase dentro del calendario establecido por el centro o por la titulación para que el alumnado rellene las encuestas de evaluación de la actuación del profesorado y de evaluación de la asignatura o módulo.
Evaluación
Actividades de evaluación continuada
| Título | Peso | Horas | ECTS | Resultados de aprendizaje |
|---|---|---|---|---|
| Entrega y presentación de problemas, actividades y ejercicios | 20 % | 0 | 0 | 3, 2, 7, 4, 5, 1, 6 |
| Prueba de síntesis | 50 % | 5 | 0,2 | 3, 2, 7, 4, 5, 1 |
| Pruebas parciales | 30 % | 2 | 0,08 | 3, 2, 7, 4, 5, 1 |
Para considerar superada la asignatura será necesario obtener una nota global mínima de 50/100.
a) Proceso de evaluación y actividades programadas
La evaluación continuada se realizará considerando una serie de actividades:
- Problemas, trabajos y ejercicios (PTE): 20 % nota
- 1ª prueba parcial (PP1) (temas 1 a 5): 15 % nota.
- 2ª prueba parcial (PP2) (temas 6 a 10): 15 % nota.
- Prueba de síntesis (PS) (temas 1 a 11): 50 % nota.
Los problemas, trabajos y ejercicios (PTE) se harán individualmente o en grupo y podrán ser problemas de la lista de la asignatura o no, estudio de casos específicos y actividades basadas en conceptos teóricos clave de los temas correspondientes.
Las pruebas parciales (PP1, PP2) consistirán en un problema corto y conceptos teóricos de los temas correspondientes (1h). La prueba de síntesis (PS) incluirá todo el contenido de la asignatura y consistirá en una parte teórica y otra con dos problemas (4h).
En las pruebas parciales y los problemas de la prueba de síntesis se podrá utilizar material de apoyo tipo: apuntes, libros, formularios, problemas resueltos, ordenador, herramientas de cálculo, etc ... En la parte de teoría de la prueba de síntesis no se podrá utilizar ningún tipo de material adicional a menos que sea indicado por el profesor.
b) Programación de actividades de evaluación
La programación de las actividades de evaluación y entrega de trabajos se publicarán en la Plataforma virtual correspondiente (Moodle) y pueden estar sujetos a posibles cambios de programación por motivos de adaptación a posibles incidencias. Siempre se informará en la Plataforma virtual correspondiente sobre estos cambios, ya que se entiende que esta es la plataforma habitual de intercambio de información entre profesores y estudiantes.
No se realizarán exámenes en fechas, horarios y lugares diferentes a los que se programen y difundan por la coordinación de titulación/Escuela de Ingeniería. No se podrá introducir ningún cambio sin la aprobación de la coordinación de la titulación. Transcurridos 30 min de la hora programada de la actividad de evaluación, si no se ha iniciado se cancelará. Las actividades canceladas se reprogramarán.
c) Proceso de recuperación
Los/las estudiantes que hayan suspendido la evaluación continuada o quieran subir la nota podrán hacer la prueba final de recuperación (PR 100%). Deberán haber sido evaluados/as de un conjunto de actividades que representen un mínimo de 2/3 partes de la calificación total de la asignatura. Al presentarse a esta prueba final de recuperación renuncian a todas las notas de la evaluación continuada.
La prueba final incluirá todo el contenido de la asignatura y consistirá en una parte teórica y otra con dos problemas (4h). En los problemas de la prueba final se podrá utilizar material de apoyo tipo: apuntes, libros, formularios, problemas resueltos, ordenador, herramientas de cálculo, etc ... En la parte de teoría de la prueba final no se podrá utilizar ningún tipo de material adicional a menos que sea indicado por el profesor. En caso de no presentarse a la prueba final la calificación de la asignatura será la dela evaluación continua.
d) Procedimiento de revisión de las calificaciones
Para cada actividad de evaluación, se indicará en la Plataforma virtual correspondiente (Moodle) un lugar, fecha y hora de revisión en la que el estudiante podrá revisar la actividad con el profesor.
e) Calificaciones especiales
Otorgar una calificación de Matrícula de Honor (MH), aparte de la nota mínima que puede dar acceso (≥ 9.00), es decisión del profesorado responsable de la asignatura que tendrá en cuenta la proactividad hacia la asignatura, la comprensión de los fundamentos y su relación con otras asignaturas y la fluidez, fiabilidad y expresión de los razonamientos. Se tendrá especial cuidado con la parte teórica de las pruebas de síntesis y final. Se podrán conceder las MH resultantes de calcular el 5% o fracción de personas matriculadas. Se considerará No Evaluable (NA) si los/las estudiantes no han sido evaluados/as de un conjunto de actividades que representen un mínimo de 2/3 partes de la calificación total de la asignatura.
f) Irregularidades por parte del alumnado, copia y plagio
En el caso que el estudiante realice cualquier irregularidad que pueda conducir a una variación significativa de la calificación de un acto de evaluación, se calificará con un 0 este acto de evaluación, con independencia del proceso disciplinario que se pueda instruir. Esta actividad de evaluación no será recuperable. El profesor responsable de la asignatura tendrá que informar de estos casos a la coordinación de la titulación que registrará el hecho.
g) Evaluación del alumnado repetidor
A partir de la segunda matrícula, el estudiante/a podrá optar por hacer de nuevo la evaluación continuada o una prueba de síntesis que será la misma prueba (igual fecha y horario) que la de síntesis (PS) para los estudiantes de primera matrícula. Lo tendrá que comunicar por e-mail al profesor dentro de los primeros 15 días de curso. De este modo, la calificación de la asignatura corresponderá o bien a la evaluación continuada o tan solo a la nota de esta prueba de síntesis (PS 100 %), en sustitución de la evaluación continuada a todos los efectos. También podrá hacer una prueba final de recuperación (PR 100%), de acuerdo con las restricciones y condiciones de la modalidad que haya escogido, y será la misma prueba (igual fecha y horario) que la de recuperación (PR 100%) para los/las alumnos/as de primera matrícula.
h) Evaluación única
Esta asignatura no prevé el sistema de evaluación única.
Bibliografía
- Berenjian, A. Essentials in Fermentation Technology. Springer. (2019). Versión digital.
- Blanch, H.W., Clark, D.S. Biochemical Engineering. Marcel Dekker. (1997).
- Doran, P.M. Bioprocess Engineering Principles, 2nd ed. Academic Press. 2n ed. (2013). Versión digital.
- El-Mansi, EMT, Bryce, C.F.A., Demain, A.L., Allman, A.R. Fermentation Microbiology and Biotechnology, 3rd ed. CRC Press. (2011).
- Gòdia, F., López, J. Ingeniería Bioquímica. Síntesis. (1998).
- Liu, Sh. Bioprocess Engineering. Kinetics, Sustainability, and Reactor Design. Elsevier B.V. 2n ed. (2017). Versión digital.
- Shuler, M.L., Kargi, F., De Lisa, M. Bioprocess engineering: basic concepts. Prentice Hall PTR. 3rd ed. (2017).
Software
- Pal, Nirupam & Siletti, Charles & Petrides, Demetri. (2008). Superpro Designer: An Interactive Software Tool for Designing and Evaluating Integrated Chemical, Biochemical, and Environmental Processes
Lista de idiomas
| Nombre | Grupo | Idioma | Semestre | Turno |
|---|---|---|---|---|
| (PAUL) Prácticas de aula | 1 | Catalán/Español | primer cuatrimestre | manaña-mixto |
| (SEM) Seminarios | 1 | Catalán/Español | primer cuatrimestre | manaña-mixto |
| (TE) Teoría | 1 | Catalán/Español | primer cuatrimestre | manaña-mixto |