Asignatura: 4J4 INGENIERÍA BIOQUÍMICA Curso: Cuarto Cuatrimestre: Primero Créditos: 5 (3 T + 2 P) Tipo: Obligatoria Área de Conocimiento: Ingeniería Química Profesorado Clases Teóricas: Dr. D. Antonio Bódalo Santoyo (Profesor Responsable) Dra. Dª. Elisa Gómez Gómez Clases Prácticas: Dr. D. Antonio Bódalo Santoyo (Profesor Responsable) Dra. Dª. Elisa Gómez Gómez Horario de Tutorías: Lunes, Martes y Miércoles, de 18-20 horas Descriptores: Alcance de la materia y estudio de fermentadores. Producción e inmovilización de enzimas. Cinética enzimática heterogénea. Reactores con enzimas inmovilizadas. Cinética microbiana. Reactores microbianos. Objetivos: Se pretende, dada la importancia de la industria bioquímica y biotecnológica, que los alumnos aprendan las peculiaridades de dichos procesos en relación con los netamente químicos, desarrollen modelos matemáticos de los procesos cinéticos con enzimas inmovilizadas, y de diseño de sus reactores, y los resuelvan numéricamente. Asimismo, el modelado de los procesos de reacción microbiana, el diseño de los fermentadores, el cálculo matemático requerido, y los aspectos de transferencia de materia en relación con el suministro de nutrientes a la masa microbiana. Conocimientos previos necesarios: Los alumnos que cursen esta materia han de haber aprobado una asignatura general de Bioquímica en 2º curso. Por esta razón la asignatura está enfocada a los sistemas bioquímicos heterogéneos y a los reactores/fermentadores en los que se realizan estas transformaciones. También han cursado en 3er curso Cinética Química Aplicada, que les aporta, complementariamente, las metodologías de análisis y tratamiento de datos cinéticos, así como el modelado de los sistemas que presentan limitaciones difusionales y reacción, simultáneamente, todos ellos conocimientos previos necesarios para el seguimiento de esta materia. El seguimiento normal de esta asignatura, para que puedan los alumnos aprovechar el bloque práctico, exige que éstos conozcan un lenguaje de programación y programación básica, conocimientos que, si no los tienen, pueden haberlos adquirido en la asignatura optativa de 3º, Programación Aplicada a la Ingeniería Química. Conocimientos, habilidades y destrezas que debe adquirir el alumno: El alumno debe: - Aprender la importancia de la industria bioquímica, y sus analogías y diferencias con la industria química. - Comprender las peculiaridades de los fermentadores, en relación con los reactores químicos. - Conocer la producción de enzimas, separándolas de los distintos materiales que las producen, como industria tipo de productos bioquímicos. - Discernir entre los distintos métodos de inmovilización de enzimas, sus potencialidades, ventajas y prestaciones. - Adquirir habilidades y destrezas en la formulación de modelos físico-químicos y matemáticos para sistemas enzimáticos heterogéneos, en conjunción con el control difusional en el transporte de las especies químicas implicadas, así como la integración numérica de las ecuaciones diferenciales resultantes. - Asimismo, para el diseño de los reactores con enzimas inmovilizadas en sus diversas versiones funcionales. - Adquirir conocimientos generales del planteamiento cinético de los sistemas microbianos, así como del diseño de sus reactores y la resolución de los modelos matemáticos representativos de los mismos.

- Finalmente, comprender los aspectos particulares de la transferencia de materia en sistemas microbianos, en relación con los amplios conocimientos que ellos alcanzan en sus estudios, para que puedan ser trasladados a estos otros, que ofrecen sus particularidades. Programa de clases teóricas: 1.- Generalidades. 2.- Fermentadores. 3.- Producción de enzimas. 4.- Inmovilización de enzimas. 5.- Cinética enzimática heterogénea. Introducción. 6.- Efectos difusionales internos. 7.- Integración numérica. Estimación del factor de eficacia. 8.- Reactores con enzimas inmovilizadas. Generalidades. 9.- Reactores tanque con enzimas inmovilizadas. 10.- Reactores de lecho fijo con enzimas inmovilizadas. 11.- Cinética microbiana. 12.- Reactores microbianos. Principales tipos. 13.- Transferencia de materia y respiración microbiana. Programa de clases prácticas: Seminarios y trabajo en microaula. Elaboración de programas y simulación en ordenador de los siguientes casos: 1.- Cinéticas enzimáticas. 2.- Cinéticas microbianas. 3.- Estimación de factores de eficacia en sistemas con enzimas inmovilizadas. 4.- Reactores tanque con enzimas inmovilizadas. 5.- Reactores de lecho fijo con enzimas inmovilizadas. Metodología didáctica: Las clases de teoría consisten en la exposición por el profesor/a de los contenidos del tema correspondiente, utilizando la escritura en la pizarra y la proyección de imágenes de transparencias; en este caso se suministran al alumno copias de dichas imágenes. Los seminarios y el trabajo de microaula se desarrollan con la siguiente metodología: En una primera fase, se plantean casos sencillos de sistemas con cinéticas simples, operando en reactores de comportamiento ideal, para que los alumnos confeccionen sus propios programas, los corrijan y depuren hasta obtener resultados correctos. En la segunda fase, se les explican los modelos más complejos, cinética y difusionalmente, dándoles copias de los mismos, para después en la microaula proporcionarles los programas, en principio para que los comprendan, y después hacer simulaciones, obteniendo perfiles de concentraciones en la partícula, factores de eficacia, y las conversiones en las distintas condiciones experimentales supuestas. Sistema y criterios de evaluación: Se compendian de la siguiente manera: Parte teórica: Se realiza un examen al final del cuatrimestre en donde se plantean entre 8 y 10 cuestiones que se puntúan entre 0 y 10. Parte práctica: Se valora y puntúa la asistencia, obligatoria, a los seminarios y a la microaula, así como el trabajo individual y por grupos, revisándoles los programas y los resultados numéricos y gráficos obtenidos en las simulaciones. Calificación global: La nota se corresponde con la obtenida en el examen de teoría, aunque para aprobar, es requisito indispensable tener evaluación positiva en las prácticas. Bibliografía: 1.- Aiba S., Humphrey A.E., Millis N.F. (1973), Biochemical Engineering, 2ª Ed., Academic Press (New York). 2.- Atkinson B. (1986), Reactores Bioquímicos, Reverté (Barcelona). 3.- Bailey J.E., Ollis D.F. (1977), Biochemical Engineering Fundamentals, McGraw-Hill (New York).

4.- Bódalo A. y col. (1986), Análisis y simulación digital de reactores de lecho fijo para sistemas de enzimas inmovilizadas, Secretariado de Publicaciones. Universidad de Murcia. 5.- Doran P.M. (1995), Bioprocess Engineering Principles, Academic Press (London). 6.- Casas Alvero C. y col. (1998), Ingeniería Bioquímica, Editorial Síntesis, S.A. (Madrid). 7.- Bódalo A., Gómez J.L., Gómez E. (2002), Programación Aplicada a la Ingeniería Química, Ed. Diego Marín, Murcia.