วิศวกรรมชีวเคมี

ถังปฏิกรณ์ชีวเคมี

วิศวกรรมชีวเคมี หรือเรียกอีกอย่างว่า วิศวกรรมกระบวนการชีวภาพ เป็นสาขาการศึกษาที่มีรากฐานมาจาก วิศวกรรมเคมี และ วิศวกรรมชีวภาพ โดยส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับการออกแบบ การก่อสร้าง และการออกแบบ หน่วยกระบวนการ ที่เกี่ยวข้องกับสิ่งมีชีวิต เช่น การหมัก หรือโมเลกุลอินทรีย์ (ส่วนใหญ่มักเป็น เอนไซม์ ) และมีการใช้งานต่างๆ ในรูปแบบที่พบได้มากไก้แก่ เชื้อเพลิงชีวภาพ อาหาร ยา เทคโนโลยีชีวภาพ และกระบวนการบำบัดน้ำ บทบาทของวิศวกรชีวเคมีคือการนำผลการวิจัยที่นักชีววิทยาและนักเคมีพัฒนาในห้องปฏิบัติการมาแปลงเป็นกระบวนการผลิตขนาดใหญ่

ประวัติศาสตร์

มนุษย์ใช้ประโยชน์จากปฏิกิริยาเคมีของสิ่งมีชีวิตเพื่อสร้างผลิตภัณท์มานานหลายร้อยปี ในช่วงกลางคริสต์ศตวรรษที่ 1800 หลุยส์ ปาสเตอร์ เป็นหนึ่งในบุคคลแรกๆ ที่ศึกษาบทบาทของสิ่งมีชีวิตเหล่านี้โดยเขาทำการวิจัยเกี่ยวกับการหมัก งานของเขายังมีส่วนสนับสนุนการใช้การพาสเจอร์ไรเซชัน ซึ่งยังคงใช้มาจนถึงทุกวันนี้ ในช่วงต้นปี ค.ศ. 1900 การใช้จุลินทรีย์ได้ขยายตัวมากขึ้น และถูกนำมาใช้ในการผลิตผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรม จนถึงขณะนี้ วิศวกรรมชีวเคมียังไม่ได้รับการพัฒนาเป็นสาขาหนึ่ง ในปีพ.ศ. 2471 เมื่ออเล็กซานเดอร์ เฟลมมิงค้นพบเพนนิซิลลิน จึงได้มีการจำแนกสาขาวิศวกรรมชีวเคมีขึ้น ภายหลังการค้นพบนี้ มีการรวบรวมตัวอย่างจากทั่วโลกเพื่อดำเนินการวิจัยต่อไปเกี่ยวกับลักษณะเฉพาะของจุลินทรีย์จากสถานที่ต่างๆ เช่น ดิน สวน ป่าไม้ แม่น้ำ และลำธาร ในปัจจุบันวิศวกรชีวเคมีทำงานอยู่ในหลากหลายอุตสาหกรรม ตั้งแต่อุตสาหกรรมอาหารจนถึงอุตสาหกรรมยา เกิดจากความต้องการประสิทธิภาพและการผลิตที่เพิ่มมากขึ้น ซึ่งต้องอาศัยความรู้เกี่ยวกับปฏิกิริยาทางชีววิทยาและเคมีที่โต้ตอบกันและวิธีใช้เพื่อตอบสนองความต้องการเหล่านี้

การประยุกต์ใช้

การประยุกต์ใช้งานวิศวกรรมชีวเคมี

เทคโนโลยีชีวภาพ

เทคโนโลยีชีวภาพและวิศวกรรมชีวเคมีมีความเกี่ยวข้องกันอย่างใกล้ชิด เนื่องจากวิศวกรรมชีวเคมีถือเป็นสาขาย่อยของเทคโนโลยีชีวภาพ จุดเน้นหลักประการหนึ่งของเทคโนโลยีชีวภาพอยู่ในสาขาการแพทย์ ซึ่งวิศวกรชีวเคมีทำงานเพื่อออกแบบยา อวัยวะเทียม อุปกรณ์ชีวการแพทย์ เซ็นเซอร์สารเคมี และระบบส่งยา วิศวกรชีวเคมีใช้ความรู้เกี่ยวกับกระบวนการทางเคมีในระบบทางชีวภาพเพื่อสร้างผลิตภัณฑ์ที่จับต้องได้ซึ่งช่วยปรับปรุงสุขภาพของผู้คน สาขาของการศึกษาเฉพาะ ได้แก่ การเผาผลาญอาหาร เอนไซม์ และวิศวกรรมเนื้อเยื่อ การศึกษาเกี่ยวกับการเพาะเลี้ยงเซลล์ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในวิศวกรรมชีวเคมีและเทคโนโลยีชีวภาพเนื่องจากมีการนำไปใช้ประโยชน์มากมายในการพัฒนาเชื้อเพลิงธรรมชาติ การเพิ่มประสิทธิภาพในการผลิตยาและกระบวนการทางเภสัชกรรม และยังรวมถึงการสร้างวิธีรักษาโรคด้วย การประยุกต์ใช้ทางการแพทย์อื่นๆ ของวิศวกรรมชีวเคมีภายในเทคโนโลยีชีวภาพ ได้แก่ การทดสอบทางพันธุกรรม และ เภสัชพันธุศาสตร์

อุตสาหกรรมอาหาร

วิศวกรชีวเคมีมุ่งเน้นที่การออกแบบระบบที่จะปรับปรุงการผลิต การแปรรูป การบรรจุ การจัดเก็บ และการจัดจำหน่ายอาหารเป็นหลัก อาหารแปรรูปบางชนิดได้แก่ ข้าวสาลี ผลไม้ และนม ซึ่งต้องผ่านกระบวนการต่างๆ เช่น การสี การอบแห้ง และการพาสเจอร์ไรเซชัน เพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่สามารถจำหน่ายได้ การแปรรูปอาหาร มีอยู่ 3 ระดับ คือ ระดับปฐมภูมิ ระดับทุติยภูมิ และระดับตติยภูมิ การแปรรูปอาหารขั้นต้นเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนผลิตภัณฑ์ทางการเกษตรให้เป็นผลิตภัณฑ์อื่นที่สามารถเปลี่ยนเป็นอาหารได้ การแปรรูปอาหารขั้นที่สอง คือ การผลิตอาหารจากส่วนผสมที่หาได้ง่าย และการแปรรูปอาหารขั้นที่สาม คือ การผลิตอาหารพร้อมรับประทานหรืออาหารอุ่นและเสิร์ฟในเชิงพาณิชย์ การอบแห้ง การดอง การใส่เกลือ และการหมักอาหารเป็นเทคนิคการแปรรูปอาหารที่เก่าแก่ที่สุดที่ใช้ในการถนอมอาหารโดยป้องกันไม่ให้ยีสต์ เชื้อรา และแบคทีเรียทำให้เกิดการเน่าเสีย วิธีการถนอมอาหารได้รับการพัฒนามาเพื่อให้เป็นไปตามมาตรฐานความปลอดภัยของอาหารในปัจจุบัน แต่ยังคงใช้กระบวนการเดียวกันกับในอดีต วิศวกรชีวเคมียังทำงานเพื่อปรับปรุงคุณค่าทางโภชนาการของผลิตภัณฑ์อาหาร เช่น ในข้าวสีทอง ซึ่งได้รับการพัฒนาเพื่อป้องกันการขาดวิตามินเอในบางพื้นที่ที่ปัญหานี้เกิดขึ้น ความพยายามที่จะพัฒนาเทคโนโลยีการถนอมอาหารยังสามารถรับประกันการเก็บรักษาสารอาหารได้ยาวนานขณะจัดเก็บอาหาร บรรจุภัณฑ์มีบทบาทสำคัญในการถนอมรักษาและรับประกันความปลอดภัยของอาหารโดยปกป้องผลิตภัณฑ์จากการปนเปื้อน ความเสียหายทางกายภาพ และการปลอมแปลง บรรจุภัณฑ์ยังช่วยให้การขนส่งและเสิร์ฟอาหารสะดวกยิ่งขึ้น งานทั่วไปของวิศวกรชีวเคมีที่ทำงานในอุตสาหกรรมอาหารคือการออกแบบวิธีการดำเนินกระบวนการทั้งหมดเหล่านี้ในระดับขนาดใหญ่เพื่อตอบสนองความต้องการของประชากร ความรับผิดชอบสำหรับเส้นทางอาชีพนี้รวมถึงการออกแบบและดำเนินการทดลอง การปรับกระบวนการให้เหมาะสม การปรึกษาหารือกับกลุ่มต่างๆ เพื่อพัฒนาเทคโนโลยีใหม่ๆ และการเตรียมแผนโครงการสำหรับอุปกรณ์และสิ่งอำนวยความสะดวก

การศึกษา

ในปัจจุบันการศึกษาวิศวกรรมชีวเคมีในประเทศไทนส่วนใหญ่สอนอยู่ในภาควิชาวิศวกรรมเคมี คณะวิศวกรรมศาสตร์ เป็นวิชาเลือก และอีกบางส่วนในภาควิชาเทคโนโลยีืางอาหาร คณะวิทยาศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย