Биохимическая инженерия , также известная как биотехнологическая инженерия , представляет собой область исследований, корни которой уходят в химическую и биологическую инженерию . В основном он занимается проектированием, созданием и продвижением единичных процессов , в которых участвуют биологические организмы (например, ферментация ) или органические молекулы (часто ферменты ), и имеет различные применения в таких областях, представляющих интерес, как биотопливо , продукты питания, фармацевтические препараты , биотехнологии и вода. процессы лечения. [1] [2] Роль инженера-биохимика заключается в том, чтобы взять результаты, полученные биологами и химиками в лаборатории, и перенести их в крупномасштабный производственный процесс.
На протяжении сотен лет люди использовали химические реакции биологических организмов для создания товаров. В середине 1800-х годов Луи Пастер был одним из первых, кто изучил роль этих организмов, когда исследовал ферментацию. Его работа также способствовала использованию пастеризации, которая используется до сих пор. К началу 1900-х годов использование микроорганизмов расширилось и стало использоваться для производства промышленных продуктов. До этого момента биохимическая инженерия как область еще не развивалась. Только в 1928 году, когда Александр Флеминг открыл пенициллин, возникла область биохимической инженерии. После этого открытия образцы были собраны со всего мира, чтобы продолжить исследование характеристик микробов из таких мест, как почвы, сады, леса, реки и ручьи. Сегодня инженеров-биохимиков можно найти в самых разных отраслях: от пищевой до фармацевтической. Это связано с растущей потребностью в эффективности и производстве, которая требует знаний о том, как биологические системы и химические реакции взаимодействуют друг с другом и как их можно использовать для удовлетворения этих потребностей.
Биохимическая инженерия не является специальностью, предлагаемой большинством университетов, а вместо этого в большинстве случаев является областью интересов по специальности химическая инженерия. Известно, что следующие университеты предлагают степени в области биохимической инженерии:
Биотехнология и биохимическая инженерия тесно связаны друг с другом, поскольку биохимическую инженерию можно рассматривать как подотрасль биотехнологии. Одним из основных направлений биотехнологии является медицина, где инженеры-биохимики работают над разработкой фармацевтических препаратов, искусственных органов, биомедицинских устройств, химических датчиков и систем доставки лекарств. [3] Инженеры-биохимики используют свои знания о химических процессах в биологических системах для создания реальных продуктов, улучшающих здоровье людей. Конкретные области исследований включают метаболическую, ферментную и тканевую инженерию. Изучение клеточных культур широко используется в биохимической инженерии и биотехнологии благодаря многочисленным применениям при разработке природного топлива, повышении эффективности производства лекарств и фармацевтических процессов, а также создании лекарств от болезней. [4] Другими медицинскими применениями биохимической инженерии в рамках биотехнологии являются генетическое тестирование и фармакогеномика .
Инженеры-биохимики в первую очередь сосредотачиваются на разработке систем, которые улучшат производство, обработку, упаковку, хранение и распространение продуктов питания. [1] Некоторые обычно перерабатываемые продукты включают пшеницу, фрукты и молоко, которые подвергаются таким процессам, как измельчение, обезвоживание и пастеризация, чтобы стать продуктами, которые можно продать. Существует три уровня обработки пищевых продуктов : первичный, вторичный и третичный. Первичная обработка пищевых продуктов включает в себя переработку сельскохозяйственной продукции в другие продукты, которые можно превратить в продукты питания, вторичная обработка пищевых продуктов — это изготовление продуктов питания из легкодоступных ингредиентов, а третичная обработка пищевых продуктов — это коммерческое производство готовых к употреблению продуктов или продуктов питания, разогреваемых и подающихся. Сушка, маринование, соление и ферментация продуктов были одними из старейших методов обработки пищевых продуктов, которые использовались для сохранения продуктов питания путем предотвращения порчи дрожжей, плесени и бактерий. [5] Методы сохранения продуктов питания были усовершенствованы и теперь соответствуют нынешним стандартам безопасности пищевых продуктов, но по-прежнему используют те же процессы, что и раньше. Инженеры-биохимики также работают над повышением пищевой ценности пищевых продуктов, например, золотого риса, который был разработан для предотвращения дефицита витамина А в определенных регионах, где это было проблемой. Усилия по развитию технологий консервирования также могут обеспечить длительное сохранение питательных веществ во время хранения продуктов. Упаковка играет ключевую роль в сохранении и обеспечении безопасности пищевых продуктов, защищая продукт от загрязнения, физического повреждения и фальсификации. [5] Упаковка также может облегчить транспортировку и подачу продуктов питания. Обычной задачей инженеров-биохимиков, работающих в пищевой промышленности, является разработка способов выполнения всех этих процессов в больших масштабах, чтобы удовлетворить потребности населения. В обязанности этого карьерного пути входит проектирование и проведение экспериментов, оптимизация процессов, консультирование групп по разработке новых технологий и подготовка планов проектов для оборудования и объектов. [5]
