Введение
Производство с использованием химических реакций, осуществляемых биологическими организмами.
Биохимическая инженерия, также известная как инженерия биoproцессов, – это область знаний, берущая начало в химической и биологической инженерии. Она в основном занимается проектированием, конструированием и совершенствованием единичных процессов, включающих биологические организмы (например, ферментацию) или органические молекулы (часто ферменты), и имеет разнообразные применения в таких областях, как биотопливо, пищевая промышленность, фармацевтика, биотехнологии и процессы очистки воды. Задача инженера-биохимика – перенести результаты исследований, полученные биологами и химиками в лаборатории, в крупномасштабное производство.
История
На протяжении сотен лет люди использовали химические реакции биологических организмов для производства товаров. В середине 1800-х годов Луи Пастер одним из первых начал изучать роль этих организмов, исследуя процессы ферментации. Его работа также способствовала внедрению пастеризации, которая применяется и по сей день. К началу 1900-х годов использование микроорганизмов расширилось и стало применяться в промышленном производстве. До этого момента биохимическая инженерия как отдельная область знаний еще не сформировалась. Лишь в 1928 году, с открытием пенициллина Александром Флемингом, биохимическая инженерия оформилась в самостоятельную дисциплину. После этого открытия образцы были собраны со всего мира для продолжения исследований характеристик микробов, обитающих в почве, садах, лесах, реках и ручьях. Сегодня биохимические инженеры работают в самых разных отраслях, от пищевой промышленности до фармацевтики. Это обусловлено растущей потребностью в повышении эффективности и увеличении объемов производства, что требует понимания взаимодействия биологических систем и химических реакций, а также умения использовать их для решения этих задач.
Биотехнология
Биотехнология и биохимическая инженерия тесно связаны между собой, поскольку биохимическую инженерию можно рассматривать как подраздел биотехнологии. Одной из основных областей применения биотехнологии является медицина, где инженеры-биохимики работают над созданием фармацевтических препаратов, искусственных органов, биомедицинских устройств, химических сенсоров и систем доставки лекарственных средств. Биохимические инженеры используют свои знания о химических процессах в биологических системах для разработки материальных продуктов, улучшающих здоровье людей. К конкретным областям исследований относятся метаболическая инженерия, ферментология и тканевая инженерия. Изучение клеточных культур широко используется в биохимической инженерии и биотехнологии благодаря многочисленным возможностям его применения в разработке возобновляемых источников энергии, повышении эффективности производства лекарств и фармацевтических процессов, а также в создании средств для лечения заболеваний. Другие медицинские применения биохимической инженерии в рамках биотехнологии включают генетическое тестирование и фармакогеномику.
Продовольственная промышленность
Биохимические инженеры в основном занимаются разработкой систем, направленных на улучшение производства, переработки, упаковки, хранения и дистрибуции продуктов питания. Методы сохранения пищевых продуктов эволюционировали, чтобы соответствовать современным стандартам безопасности, но при этом используют те же принципы, что и раньше. Биохимические инженеры также работают над повышением питательной ценности продуктов, например, как в случае с золотым рисом, разработанным для предотвращения дефицита витамина А в регионах, где это являлось проблемой. Разработка новых технологий консервирования также позволяет обеспечить длительное сохранение питательных веществ при хранении продуктов. Упаковка играет ключевую роль не только в сохранении, но и в обеспечении безопасности продуктов, защищая их от загрязнения, физических повреждений и фальсификации. Она также может упростить транспортировку и подачу пищи. Типичная задача для биохимических инженеров, работающих в пищевой промышленности, – разработка способов реализации всех этих процессов в промышленных масштабах для удовлетворения потребностей населения. В обязанности специалистов этого направления входит проектирование и проведение экспериментов, оптимизация процессов, консультирование с группами по разработке новых технологий и подготовка проектной документации для оборудования и производственных площадок.