Course Syllabus
Obiettivi
1. Conoscenza e capacità di comprensione.
Al termine dell'insegnamento lo studente dovrà conoscere le basi microbiologiche e di processo per la crescita di un microorganismo in biorettore; dovrà saper riconoscere i vantaggi/svantaggi delle diverse tecnologie bioreattoristiche e tecniche di crescita; dovrà conoscere i principi base per l’immobilizzazione ed applicazioni di enzimi. Dovrà infine conoscere ed essere in grado di sviluppare analisi comparate del metabolismo centrale dei microrganismi e le varie produzioni classiche della industria biotecnologica in campi diversi quali quello alimentare, farmacologico e sanitario, nella produzione di fine-chemicals, ma anche per processi per la salvaguardia dell’ambiente e recuperi energetici (Bioeconomia Circolare). Il corso prevede anche attività di laboratorio sugli argomenti citati.
2. Capacità di applicare conoscenza e comprensione.
Al termine dell'insegnamento lo studente dovrà essere in grado di applicare le conoscenze acquisite al punto 1 a metodologie biosintetiche applicate nell'ambito della ricerca o nei processi industriali.
3. Autonomia di giudizio.
Lo studente dovrà essere in grado di elaborare quanto appreso e saper riconoscere i processi e i problemi in cui le metodologie della chimica e biotecnologia delle fermentazioni apprese possano essere utilizzate.
4. Abilità comunicative.
Alla fine dell'insegnamento lo studente saprà esprimersi in modo appropriato nella descrizione delle tematiche affrontate con proprietà di linguaggio e sicurezza di esposizione.
5. Capacità di apprendimento
Alla fine dell'insegnamento lo studente sarà in grado di consultare la letteratura sugli argomenti trattati e saprà analizzare, applicare e integrare e collegare le conoscenze acquisite con quanto verrà appreso in insegnamenti correlati alla produzione di prodotti chimici di interesse merceologico dell'industria biotecnologica.
Contenuti sintetici
1. Il Bioreattore.
2. Monitoraggio e controllo dei parametri
3. Enzimi immobilizzati
4. Biotecnologie delle fermentazioni classiche.
Programma esteso
1. Il Bioreattore.
Caratteristiche ideale per un microorganismo. Tecnologie bioreattoristiche per colture di microrganismi. Sterilità e sicurezza, trasferimento di calore, trasferimento di ossigeno, omogeneità. Le principali tecniche fermentative: coltura batch, coltura continua, coltura fed-batch. Composizione e sviluppo dei terreni colturali. Scale-up.
2. Monitoraggio e controllo dei parametri.
Parametri misurati, determinati e calcolati. Parametri aggregati e segregati. Controllo della fermentazione.
3. Enzimi immobilizzati.
Metodi di immobilizzazione. Vantaggi e svantaggi. Esempi di applicazione.
4. Biotecnologie delle fermentazioni classiche.
Metabolismo del Carbonio. Analisi comparata del metabolismo centrale dei microrganismi. Bilanci di massa ed energia. Produzione di acidi organici (Acido lattico, Acido Citrico). Produzione di solventi (Etanolo).
Prerequisiti
E’ necessario avere acquisito i contenuti e superato gli insegnamenti classici di Biochimica Generale.
Modalità didattica
Materiale didattico
Il Corso sarà svolto con l’ausilio di diapositive ed approfondimenti alla lavagna o grazie ai supporti didattici a disposizione. Tutto il materiale didattico proiettato viene messo a disposizione degli studenti.
Periodo di erogazione dell'insegnamento
Secondo semestre del II anno di Corso.
Modalità di verifica del profitto e valutazione
La verifica delle conoscenze apprese verrà effettuata mediante una prova d’esame orale al termine del corso. Durante la prova, lo studente dovrà affrontare almeno due domande volte a verificare la conoscenza della materia. La prova ha una durata di circa 30 minuti.
Orario di ricevimento
Qualunque orario, previa verifica della presenza del docente tramite telefono o Email
Aims
The course aims to introduce topics and problems related to basic and applied research related to the use of natural microorganisms for classical fermentation biotechnologies.
1. Knowledge and understanding.
At the end of the course the student will know the microbiological and process general bases for understanding the growth of a microorganism in a biorector; he/she will gain how to recognize the advantages of different bioreactor technologies, growth techniques and the basic principles for the immobilization of enzymes. The student will gain the ability to understand the general principles of the biotechnology industry in different fields such as food, pharmacological and health products, in the production of fine chemicals, but also for processes to protect the environment and recover of energy (Circular Bioeconomy). The course includes practical teachings.
2. Applying knowledge and understanding.
At the end of the course the student will be able to apply the acquired knowledge above described to biosynthetic methodologies for basic research and industrial processes.
3. Making judgments.
The student must be able to process what learned and be able to recognize the processes and problems of the industrial microbiology.
4. Communication skills.
Use of an appropriate scientific vocabulary and ability in written and oral reports.
5. Learning skills.
At the end of the course the student will be able to read the literature on the topics covered and will be able to analyse, use and integrate the knowledge acquired with what will be learned in lessons related to the production of chemical products of interest for the biotechnology industry.
Contents
1. The Bioreactor.
2. Monitoring and control of the parameters
3. Immobilized enzymes
4. Biotechnology of classic fermentations.
Detailed program
1. The Bioreactor.
Ideal features for an industrial microorganism. Bioreactor technologies for cultures of microorganisms. Sterility and safety, heat transfer, oxygen transfer, homogeneity. Main fermentative techniques: batch culture, continuous cultivation, fed-batch culture. Composition and development of culture media. Scale-up.
2. Monitoring and control of the parameters.
Measured, determined and calculated parameters. Aggregated and segregated parameters. Fermentation control. 3. 3. Immobilized enzymes.
Immobilization methods. Advantages and disadvantages. Applied examples.
4. Biotechnology of classic fermentations.
Carbon metabolism. Comparative analysis of central metabolism of microorganisms. Mass and energy balances. Production of organic acids (lactic acid, citric acid). Solvent production (Ethanol).
Prerequisites
To have acquired the contents and passed the classical teachings of General Biochemistry.
Teaching form
The methodological approach involves a historical reconstruction of the progress of knowledge accompanied by an analysis of the logical process that guided the experimentation and that led to the understanding of the mechanisms underlying the bioprocesses. The educational activities will take the form of lectures and practical experiences.
Textbook and teaching resource
The Course will be carried out with the aid of slides and exercises on the blackboard or electronic facilities. All projected teaching material is made available to the students.
Semester
Secon semester, II year course
Assessment method
The assessment of the knowledge learned will be carried out by an oral exam at the end of the course. During the test, the student will have to face at least two questions aimed at verifying the knowledge of the course. The test has a duration of about 30 minutes.
Office hours
Contact: on demand, upon request by mail to lecturer or during the lecture.