Syllabus del corso
Obiettivi
L'insegnamento si propone di fornire conoscenza approfondita delle problematiche tipiche di un laboratorio di ricerca e sviluppo nell'ambito delle fermentazioni industriali. In particolare, saranno valutati gli effetti che le scelte effettuate in fase di sviluppo di un processo comportano in ottica di costi della strumentazione necessaria e delle tempistiche di esecuzione delle operazioni.
Conoscenza e capacità di comprensione.
Al termine dell'insegnamento lo studente dovrà conoscere le basi delle logiche di organizzazione e funzionamento di un impianto industriale; dovrà avere chiare le strategie di ottimizzazione delle operazioni e gli effetti del numero/dimensionamento dei macchinari sul flusso di processo
Capacità di applicare conoscenza e comprensione.
Al termine dell'insegnamento lo studente dovrà essere in grado di applicare le conoscenze acquisite alla progettazione di un impianto per la produzione industriale di una commodity di rilevanza biotecnologica proponendo le migliori soluzioni atte all’ottimizzazione del processo prescelto come case-study.
Autonomia di giudizio.
Lo studente dovrà essere in grado di elaborare criticamente quanto appreso per saper correttamente individuare i punti critici del processo in sviluppo. Al conseguimento di tali capacità concorrono gli esercizi di discussione critica della letteratura previsti, i momenti di discussione durante l’analisi dei case studies e la redazione del progetto richiesto per l’esame finale.
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. Si sottolinea che la redazione di un progetto originale e la sua esposizione orale sono parte integrante della prova di esame.
Capacità di apprendimento
Alla fine dell'insegnamento lo studente sarà in grado di elaborare un processo produttivo autonomo utilizzando un software progettuale e gestionale professionale. Lo studente sarà in grado di consultare la letteratura sugli argomenti trattati e saprà applicare le conoscenze acquisite con quanto verrà appreso in insegnamenti correlati alla produzione industriale in campo biotecnologico, alimentare e chimico.
Contenuti sintetici
1. Richiami della struttura del bioreattore e delle strategie fermentative
2. Approfondimento delle problematiche di produzione di case-study.
3. Raccolta dei dati pratici necessari alla simulazione del processo.
4. Introduzione ai software gestionali
5. Sviluppo di un processo originale per il prodotto prescelto.
Programma esteso
1. Richiami della struttura del bioreattore e delle strategie fermentative uso dei bioreattori.
- I componenti di un bioreattore
- Le strategie di fermentazione classiche
- Controllo dei parametri di fermentazione
- Monitoraggio della fermentazione e archiviazione dati
- Calcolo performance bioreattore
- Process flow di un processo biofermentativo: dalla cell bank al prodotto finale
2. Analisi dettagliata di case study reali.
3. Raccolta dei dati pratici necessari alla simulazione del processo (laboratorio).
4. Introduzione ai software gestionali (piattaforma LIBaaS, macchina virtuale da utilizzare sul proprio computer).
- Disegno di un processo integrato
- Dimensionamento della strumentazione
- Ciclo produttivo e ottimizzazione delle operazioni
- Analisi dei costi e valutazione economica
- Analisi punti critici del processo
- Gestione degli scarti
5. Sviluppo di un processo originale per il prodotto prescelto (piattaforma LIBaaS, macchina virtuale da utilizzare sul proprio computer).
Prerequisiti
Prerequisiti. E’ fortemente consigliato che i fruitori del corso posseggano una buona dimestichezza con le tematiche della microbiologia e della chimica delle fermentazioni.
Propedeuticità. Nessuna
Modalità didattica
Lezioni Frontali - 18 lezioni per complessive 35 ore costituite da:
- una parte in modalità erogativa (didattica erogativa, DE) focalizzata sulla presentazione-illustrazione di
contenuti, concetti, principi scientifici, che forniranno la cornice introduttiva alle varie tematiche oggetto dell'insegnamento pari a circa il 50% del monte ore - una parte in modalità interattiva (didattica interattiva, DI), che prevede interventi didattici integrativi, brevi
interventi effettuati dai corsisti, dimostrazioni aggiuntive di applicazioni pratiche dei contenuti della parte erogativa, analisi di casi di studio, esercizi applicativi pari a circa il 50% del monte ore. Sono previsti approfondimenti su casi reali su specifiche tematiche in collaborazione con aziende biotecnologiche.
Tutte le attività sono svolte in presenza
Laboratorio – 4 attività di laboratorio per complessive 10 ore, svolte in modalità interattiva in presenza.
Le attività programmate forniranno gli studenti dei dati sperimentali necessari allo sviluppo inventivo e personale di un layout di processo biotecnologico.
La frequenza è obbligatoria
L'insegnamento verrà tenuto in lingua italiana
Materiale didattico
Come supporto alla didattica, sulla piattaforma e-learning dell'insegnamento saranno disponibili:
Slides e registrazioni delle lezioni.
Dispense e articoli scientifici fornite dal docente
Manuale operativo del software SuperPro Design
Dati sperimentali raccolti e elaborati
Testi consigliati.
Basic Biotechnology - C. Ratledge & B. Kristiansen eds- Cambridge Press
Periodo di erogazione dell'insegnamento
Secondo semestre
Modalità di verifica del profitto e valutazione
Non sono previste prove in itinere. Prova scritta con orale obbligatorio. La verifica scritta consisterà in un Project Work, ossia la stesura di un progetto originale per lo sviluppo di un processo produttivo, elaborato a partire da una semplice idea o dall’analisi di un caso esistente e integrato da dati sperimentali raccolti dallo studente, che permetterà di valutare le capacità comunicative e le competenze di problem solving dello studente. Il colloquio orale consisterà nella discussione dell’elaborato presentato, e valuterà le capacità di riflessione autonoma e di pensiero critico maturate sulle tematiche inerenti al corso.
Orario di ricevimento
Ricevimento: su appuntamento previa richiesta via e-mail al docente.
Sustainable Development Goals
Aims
The course will treat typical issues of a research and development department of a bioindustrial plant. In particular, the effects of choices made during process development on the cost of the instrumentation required and the timing of operations will be evaluated.
Knowledge and understanding
The student will gain knowledge of the basics of the organization of an industrial plant; the strategies for optimizing operations and the effects of variations in number / sizing of machinery on the process flow
Applying knowledge and understanding
At the end of the course, the student should be able to apply the acquired knowledge to the design of a plant for the industrial production of a commodity of biotechnological relevance by proposing the best solutions to optimize the process chosen as a case-study.
Making judgements
Students should be able to critically process what they have learned in order to correctly identify the critical points of the developing process. The planned exercises in critical discussion of the literature, discussions during the analysis of case studies, and the project required for the final exam contribute to the achievement of these skills.
Communication skills
Use of an appropriate scientific/chemical vocabulary and ability in oral reports. It is emphasized that the writing of an original project and its oral exposition are an integral part of the examination.
Learning skills
At the end of the teaching the student will be able to work out an autonomous production process using professional design and management software. The student will be able to consult the literature on the topics covered and will be able to apply the knowledge acquired with what will be learned in teachings related to industrial production in the biotechnology, food and chemical fields.
Contents
1. Recalls on bioreactor structure and fermentative strategies
2. Case-studies exposition
3. Experimental data practical collection
4. Introduction to managing softwares
5. Development of original process layout for the production of commodity
Detailed program
1. Recalls on bioreactor structure and fermentative strategies.
- The Bioreactor
-Components
- Classical feeding strategies
- Control of main parameters
- Data monitoring and storage
- Performances evaluation
- Process flow: from master cell bank to finite product
2. Case-studies exposition
Analysis of a real case study.
3. Experimental data collection (lab practicals).
4. Introduction to managing softwares (computer lab practicals)
- Process management and simulation
- Integrated process design
- Choice of the equipment size
- Production cycle and scheduling
- Cost assessment and economical evaluation
- Debottlenecking
- Waste management
5. Development of original process layout for the production of commodity (computer lab practicals)
Prerequisites
Background. Microbiology and fermentation chemistry are strongly suggested.
Prerequisites. None
Teaching form
Classroom lectures (18 lessons, 35 hours, 5 ECTS): will give the framework to the main issues and will consist on:
- a part in the delivery mode (didactic delivery, DE) focused on the presentation-illustration of content, concepts, scientific principles, which will provide the introductory framework for the various topics covered in the teaching, this is equivalent to approximately 50% of the total number of hours.
- a part in the* interactive mode* (interactive didactics, DI), which includes integrative teaching interventions, short interventions made by the students, additional demonstrations of practical applications of the content of the delivery part, analysis of case studies, and application exercises, approximately 50% of the total number of hours.. In-depth study of real cases on specific topics in collaboration with biotechnology companies is planned.
All activities are conducted live.
Practical sessions- (4 activities, 10 hours, 1 ECTS): will yield the students a core of experimental data and parameters.
Real case studies will be examined also with the contribution of biotech industries.
Attendence is mandatory
The course will be taught in the Italian language
Textbook and teaching resource
As a learning aid, slides will be available at the e-learning platform of the course, together with registration of records of lessons held.
Bibliography available at the e-learning platform.
Reports and research articles
Operative manual for the software SuperPro Design
Elaboration of experimental data
Textbooks.
For general subjects: Basic Biotechnology - C. Ratledge & B. Kristiansen eds- Cambridge Press
Semester
Second semester
Assessment method
No partial tests are planned. Written test with a compulsory oral exam.
The written test will consist of a project work, i.e. the writing of an original project for the development of a production process, elaborated from a simple idea or from the analysis of an existing case, supplemented by experimental data collected by the student, which will allow the assessment of the student's communication and problem solving skills. The oral interview consists of a discussion of the presented paper and assesses the student's self-reflection and critical thinking skills on topics related to the course.
Office hours
Contact: on demand by email request to the lecturer
Sustainable Development Goals
Staff
-
Luca Giuseppe Brambilla
