Propostas e analise do desempenho de diferentes configurações de sistemas de purificação continua de proteinas

Orientador: Rubens Maciel FilhoTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia QuimicaResumo: Enzimas e proteínas vêm sendo utilizadas em inúmeros produtos nas mais diversas áreas, tais como em indústrias farmacêuticas, alimentícias, e de detergentes. No processo de produção de enzimas e proteínas estas são obtidas em meio a impurezas que precisam ser separadas para que as enzimas tenham as especificações necessárias para cada tipo de aplicação. Os processos de purificação e extração de proteínas e enzimas além de estar diretamente ligado a qualidade final do produto correspondem a uma importante parcela nos gastos de produção. Este trabalho teve como objetivo estudar computacionalmente o desempenho de diferentes configurações de sistemas de purificação de proteínas contínuos. Foram propostas e estudadas diferentes configurações derivadas do sistema CARE (Continuous Adsorption Recyc1e Extraction) de purificação de proteína que tiveram seu desempenho comparado com o desempenho do leito móvel simulado (LMS). Estudou-se também o desempenho do sistema de purificação proposto neste trabalho, o tanque de mistura móvel simulado (TMMS), que consiste da substituição das colunas do leito móvel simulado por tanques de mistura com membrana. Os modelos matemáticos de cada sistema de purificação foram obtidos a partir de um balanço de massa de enzimas e impurezas e os parâmetros cinéticos de adsorção utilizados são das enzimas lisozima e lipase. Para os diferentes sistemas de purificação obteve-se equações diferenciais ordinárias e equações diferenciais parciais que foram discretizadas em dez partes e resolvidos pelo método de Runge-Kutta de quarta ordem. Entre os sistemas de purificação estudados o que apresentou melhor desempenho foi o leito móvel simulado, seguido pelo tanque de mistura móvel simulado e finalmente os sistemas derivados do sistema CARE. O leito móvel simulado apresentou um tempo de troca ótimo no qual obteve-se alto rendimento e alto fator de purificação que são requisitos essenciais a um processo de purificação. O tanque de mistura móvel simulado foi o segundo melhor sistema de purificação pois apesar de apresentar um baixo rendimento teve um bom fator de purificação. Os sistemas derivados do sistema CARE apresentaram os menores fatores de purificação e consequentemente a menor capacidade de purificaçãoAbstract: Enzymes and proteins have been used in countless products in a great variety of several areas, such as in phannaceutical, nutrition, and detergent industries. In the enzymes and proteins production process these are obtained with impurities that need to be separated so that the enzymes have the necessary specifications for each application type. The protein and enzyme purification and extraction processes, besides being directly tied up to the final quality of the product, correspond to an important portion in the production expenses. The objective ofthis work was to study by computer simulations the performance of different configurations of continuous systems of protein purification. Different configurations were proposed and studied. They were derived from the CARE system (Continuous Adsorption Recycle Extraction) of protein purification that had its performance compared with the performance of the simulated moving bed (SMB). The performance of the purification system proposed in this work was also studied: the simulated moving stirred tank (SMST), which consists of the substitution of the columns of the simulated moving bed by stirred tanks with membrane. The mathematical models of each purification system were obtained from a mass balance of enzymes and impurities and the kinetic parameters of adsorption used are from the lisozima and lipase enzymes. In the different purification systems ordinary differential equations and partial differential equations were obtained. They were subsequently discretizated in ten parts and solved by the Runge-Kutta of fourth order method. Among the purification systems studied, that presented better performance was the simulated moving bed, followed by the simulated moving stirred tank and finally the derived systems of the CARE system. The simulated moving bed presented an optimum time of change (time of valve rotation) in which high yield and high purification factor, which are excellent characteristic in a purification process, were obtained. The simulated moving stirred tank was the second best purification system because, in spite of presenting a low yield it showed a good purification factor. The derived systems of the CARE system presented the smallest purification factors and consequently the smallest purification capacityDoutoradoDesenvolvimento de Processos BiotecnologicosDoutor em Engenharia Químic