Objavljeno: .
Ažurirano: 9. siječnja 2022.

bioprocesno inženjerstvo (biokemijsko inženjerstvo), grana inženjerstva koja se bavi industrijskom proizvodnjom i postrojenjima zasnovanima na procesima u kojima se s pomoću biokatalizatora provode biokemijske transformacije sirovine u proizvod; obuhvaća razvoj postupaka i opreme, tehnološko unapređivanje, vođenje proizvodnih linija, prijenos bioprocesa u veće mjerilo. Krajem XX. st. naziv bioprocesno inženjerstvo počeo se rabiti umjesto dotadašnjega izraza  biokemijsko inženjerstvo.

Biokatalizatori su mikrobne stanice (kvasci, bakterije i plijesni u rastu ili u mirovanju), kulture staničnih linija viših organizama (ljudskih, životinjskih i biljnih) ili dijelovi stanica (najčešće djelomično ili potpuno pročišćeni enzimi, slobodni, membranski vezani ili imobilizirani). Biotehnološki procesi (bioprocesi) odvijaju se u reaktorskim posudama koje se nazivaju → bioreaktori (ili fermentori), odn. enzimski reaktori kada se kao biokatalizator rabe enzimi. Bioproces u bioreaktoru zauzima središnje mjesto u proizvodnoj liniji. Njemu prethode tehnološke operacije pripreme sirovina (otapanje ili suspendiranje hranjivih tvari i drugih sastojaka hranjive podloge za bioprocese sa stanicama ili priprema supstrata za enzimski proces). Slijedi toplinska ili filtracijska sterilizacija (šaržna ili kontinuirana) koje se provode u bioreaktoru (toplinska) ili u posebnom postrojenju (toplinska i filtracijska). Bioproces započinje dodatkom biokatalizatora u bioreaktor (nacjepljivanje ili inokulacija). Tijekom trajanja bioprocesa provodi se biokemijska konverzija osnovnih sastojaka podloge u proizvod. Proizvod može biti biomasa (npr. pekarski kvasac), konvertirana podloga (npr. pivo, vino, ocat), spoj nakupljen u tekućoj hranjivoj podlozi (npr. antibiotici, mliječna kiselina), unutarstanični spoj (npr. biopolimer PHB, unutarstanični enzim), plin (npr. biometan), ili čvrsti, odnosno polučvrsti supstrat (npr. fermentirani proizvod silaža). Nakon završetka bioprocesa u bioreaktoru slijede postupci izdvajanja, a zatim i pročišćavanja proizvoda do željenoga stupnja čistoće, koji se provode fizikalnim, kemijskim ili biološkim metodama (filtracija, membranska filtracija, destilacija, gravitacijsko i kemijsko taloženje, kristalizacija, apsorpcija, adsorpcija, centrifugiranje, elektrostatska separacija, flotacija, bioseparacija, kromatografija, sublimacija, ekstrakcija tekuće-tekuće i kruto-tekuće i dr.). Bioprocesna oprema je pojam koji se rabi za svu navedenu opremu proizvodne linije za dobivanje određenoga biotehnološkog proizvoda. Zbog složenosti cjelokupnoga proizvodnog procesa bioprocesno inženjerstvo nužno povezuje znanja iz prirodnih znanosti (biologija, mikrobiologija, kemija, biokemija i fizika), tehničkih (kemijsko inženjerstvo, strojarstvo, elektrotehnika, automatizacija, računalstvo i kibernetika) te biotehničkih znanosti (biotehnologija u najširem smislu).

Kristalizator, tj. kotao u kojem se provodi kristalizacija aktivne farmaceutske supstance u poduzeću Pliva

Instrument za kromatografsko pročišćavanje pilotnih serija bioloških lijekova, Centralni laboratorij BICRO BIOCentra, BIOCentar

Instrument za tangencijalnu filtraciju i razdvajanje staničnih ostataka od supernatanta, Centralni laboratorij BICRO BIOCentra, BIOCentar

Laboratorij Karlovačke pivovare, 1970-ih, Gradski muzej Karlovac

Bioprocesno inženjerstvo predstavlja industrijsku tehnološku platformu za proizvodnju niza tradicionalnih biotehnoloških proizvoda, kao što su npr. pekarski → kvasac, etanol, → ocat, → pivo, slad, vino (→ vinogradarstvo i vinarstvo), starter kulture, fermentirana hrana i pića, i onih suvremenih, npr. monoklonska protutijela, → cjepiva, dijagnostički agensi, → antibiotici, → probiotici, terapijski proteini, aminokiseline, organske kiseline i otapala, → enzimi, → vitamini, hormoni, signalne molekule, biopolimeri, bioplin i druga → biogoriva. U zaštiti okoliša, biotehnološka obradba → otpadnih voda (sv. 4) i preradba čvrstih tvari (silaža, kompostiranje, mehaničko-biološka obradba) također spadaju u predmet interesa bioprocesnog inženjerstva. Bioprocesni inženjeri se većinom bave tehničkim i tehnološkim upravljanjem, rukovođenjem, projektiranjem, nadzorom izgradnje i ocjenom uspješnosti, te organizacijom malih, srednjih i velikih proizvodnih bioprocesnih postrojenja. Neki se bave i poslovima istraživanja i razvoja, što uključuje projektiranje nove procesne opreme te razvoj novih bioprocesa i njihova prijenosa iz istraživačkoga (laboratorijskoga i poluindustrijskoga) mjerila u industrijsko (engl. scale-up) i rješavanjem problema u proizvodnji prijenosom u manje mjerilo (engl. scale-down), održivošću bioprocesa i dr. Održivi bioprocesi temelje se na učinkovitoj energetskoj, ekološkoj i socijalnoj samoodrživosti proizvodnje različitih proizvoda iz obnovljivih sirovina, a uključuju proizvodnju biogoriva (npr. biometan, bioetanol, biobutanol), biopolimera (npr. polilaktati i polihidroksialkanoati) i različitih biokemikalija (npr. 2,3-butandiol), a provode se u složenim integriranim postrojenjima ‒ biorafinerijama.

Bioprocesno inženjerstvo u Hrvatskoj

Na području Hrvatske od prapovijesnih je vremena poznata proizvodnja fermentiranih proizvoda. Prvi dokazi o konzumaciji piva u Hrvatskoj iz nalazišta na Vučedolu pripadaju kostelačkoj i badenskoj kulturi oko 1800. pr. Kr. Najstariji prikaz vinove loze i proizvodnje vina je kovani novčić antičkoga grada Isse (Vis) iz V. st. pr. Kr. U pisanim dokumentima pivari se spominju od XIV. st., a obrtnička i manufakturna proizvodnja širi se u XVII. i osobito XVIII. st. Razvojem industrijske proizvodnje u XIX. st. došlo je do pojave novih tehnologija proizvodnje, u čemu su prednjačile prve industrijske pivovare, tvornice alkohola, octa, alkoholnih pića i kvasca. Najstarija industrijska pivovara u Hrvatskoj otvorena je u Daruvaru 1840., a slijedile su Karlovačka pivovara (1854), pivovara i tvornica leda Cajetana Šepera u Osijeku (1856) i Zagrebačka pivovara (1892). Prve industrijske tvornice octa dobivenoga mikrobnom oksidacijom alkohola (alkoholni ocat) bile su u Osijeku (osnovana 1851), Varaždinu (1874), Požegi (1884), Zagrebu (1892), Karlovcu (1900). Etilni alkohol (etanol, žesta, špirit) za tehničke namjene u industrijskim se razmjerima proizvodi od druge polovice XIX. st. Iz tog doba potječu rafinerije žeste obitelji Bombelles u Petrijancu kraj Varaždina. Tvornica i rafinerija špirita i pjenice u Savskom Marofu baruna Dumreichera (→ Žumberak) od 1878. proizvodi alkohol i kvasac, što su poslije nastavila poduzeća → Pliva i Lesaffre do 2018. Zagrebačka Tvornica žeste Arko (→ Badel 1862), osnovana 1867., nakon I. svj. rata proizvodila je etilni alkohol (iz hidroliziranih žitarica, krumpira, repe, odn. melase), eter, likere, rum, ocat i kvasac. Fabrika i rafinerija žeste P. Teslić iz Siska (→ Segestica) od 1925. proizvodila je alkohol, te likere, rum i sl., a od 1928. kvasac. U XX. st. postojala je i proizvodnja suhog aktivnog pekarskog i vinskog kvasca u Koprivnici (→ Podravka) te etanola u Županji (→ Sladorana) i moderna proizvodnja rafiniranog etanola iz melase u Zagrebu (Badel). Većina te proizvodnje obustavljena je potkraj XX. i početkom XXI. st. zbog različitih ekonomskih razloga.

Pogon za proizvodnju žeste tvornice Petra Teslića, 1927.

Pogon za alkoholno vrenje, Segestica

U XX. st. došlo je do razvoja farmaceutske industrije u Hrvatskoj, a time i začetaka primjene modernog bioprocesnog inženjerstva. U tome je prednjačilo poduzeće Kaštel, osnovano u Karlovcu 1921. Intenzivna istraživanja u laboratorijima poduzeća dovela su do patentiranja antibakterijskoga sulfonamidnog preparata streptazola. Nakon II. svj. rata poduzeće je nastavilo s radom pod nazivom Pliva (skraćenica od Proizvodnja lijekova i vakcina), kada je na temelju vlastitih razvojnih istraživanja pokrenuta proizvodnja antibiotika oksitetraciklina, vitamina C i hormona inzulina, a poslije i antibiotika mupirocina, azitromicina, te terapeutskih proteina eritropoetina (EPO) i faktora stimulacije rasta kolonija granulocita (GCSF). Proizvodnja GCSF-a odvija se i danas u pogonu u Savskom Marofu koji je u sastavu poduzeća Pfizer. Razvoju bioprocesne industrije u drugoj polovici XX. st. pridonio je i razvoj visokoga školstva i znanosti u tom području u RH (→ biotehnologija).

Reklamna razglednica za antibiotik Streptazol tvornice lijekova Kaštel, rad Pavla Gavranića, 1930-ih, Hrvatski muzej medicine i farmacije, Zagreb

Fermentori tipa cigara u poduzeću Pliva

Danas se u Hrvatskoj bioprocesno inženjerstvo primjenjuje uglavnom u proizvodnji vina, piva, etanola, octa, slada, fermentirane hrane, farmaceutskih proizvoda, bioplina, u zaštiti okoliša. Primjeri industrijske proizvodnje su vinarije (→ Iločki podrumi, → Kutjevo, → Belje iz Darde, splitsko → Dalmacijavino), industrijske pivovare (→ Osječka pivovara, → Karlovačka pivovara, → Zagrebačka pivovara, te pivovare u Koprivnici, Daruvaru i Buzetu, kao i više od 35 malih pivovara), proizvođači jakih alkoholnih pića (zagrebački Badel 1862, zadarska → Maraska, požeško → Zvečevo), proizvođači octa (sisačka Segestica u sastavu Meteor grupe – Labud, varaždinska Prehrana, virovitički Mustač-commerce, male obrtničke octare), sladara (novogradiška Slavonija slad), fermentirana hrana (Podravka, Prehrana) i fermentirani mliječni proizvodi (varaždinska → Vindija, zagrebački → Dukat, osječki Meggle, itd.). Značajnu proizvodnju i razvoj suvremenih biotehnoloških (farmaceutskih) proizvoda te održanje svjetske razine tog područja ostvaruju farmaceutska poduzeća (zagrebački Pliva i Hospira, → Xellia, → Medika, koprivnički → Belupo, riječki → Jadran – galenski laboratorij, svetonedeljska → Genera). U RH je 2019. djelovalo 38 bioplinskih elektrana instalirane snage oko 42 MW (prva od njih → Osatina grupe kraj Ivankova blizu Vinkovaca snage 1 MW izgrađena je 2009) te jedna na plin iz postrojenja za pročišćavanje otpadnih voda, snage 2,5 MW (Zagrebačke otpadne vode). Zbrinjavanje čvrstih organskih otpadaka i obradba otpadnih voda, a time i zaštita okoliša, vezani su većinom uz aktivnosti niza komunalnih poduzeća u cijeloj Hrvatskoj, među kojima je najveće postrojenje Zagrebačkih otpadnih voda.


Ostali podatci
Vidi još...
Što pročitati?

J. Lakatoš: Industrija Hrvatske i Slavonije. Zagreb, 1924.

B. Blagović: Stoljeće proizvodnje kvasca i špirita u Savskom Marofu. Zagreb, 1971.

M. Kolar-Dimitrijević: Presjek kroz rad Zagrebačke pivovare d.d. do 1945. godine. Časopis za suvremenu povijest, 24(1992) 1, str. 149–168.

S. Krivošić: Dumreicherova tvornica žeste i pjenice u Savskom Marofu. Zbornik Odsjeka za povijesne znanosti Zavoda za povijesne i društvene znanosti HAZU, 12(1982), str. 49–61.

Povjesnica Plive. Zagreb, 1996.

R. Skenderović: Kako je pivo došlo u Hrvatsku. Hrvatska revija, 2(2002) 3, str. 21–24.

M. Hutinec: Pretpovijesno pivo – tekući kruh. U: Idemo na pivo! (katalog izložbe). Zagreb, 2012., str. 15–27.

Iz arhive LZMK-a

V. Johanides, V. Marić: TEHNOLOGIJA, MIKROBNA (biotehnologija). Tehnička enciklopedija, sv. 12, 1992., str. 543–560.

BIOKEMIJSKO INŽENJERSTVO. Hrvatska enciklopedija, sv. 2, 2000., str. 129–130.

bioprocesno inženjerstvo
Proizvodnja antibiotika, fermentacija u kotlovima – fermentorima u poduzeću Pliva, druga polovica XX. st.

Grana inženjerstva koja se bavi industrijskom proizvodnjom i postrojenjima zasnovanima na procesima u kojima se s pomoću biokatalizatora provode biokemijske transformacije sirovine u proizvod.

Kategorije i područja
Kategorija
Uže područje