Scheda Insegnamento: CHIMICA E BIOTECNOLOGIE DELLE FERMENTAZIONI A.A. 2017/2018
  • Corso di Laurea: BIOTECNOLOGIE (L-2)
  • Codice: 16180
  • Crediti: 10
  • Anno Off. Formativa: 2017/2018
  • Anno di Corso: 3
  • Erogazione: I semestre
  • Docente:MAURIZIO RUZZI

Modulo : 1 Cfu(6)

Programma

OBIETTIVI FORMATIVI
Il corso ha lo scopo di fornire agli studenti gli strumenti necessari per la gestione di bioprocessi su scala industriale. Verranno trattate le problematiche relative all’isolamento, alla conservazione e al miglioramento genetico di microrganismi di interesse industriale, alla formulazione dei terreni industriali, al controllo della crescita microbica e dei parametri di processo e al recupero del prodotto. Verrà inoltre trattato il funzionamento di processi biotecnologici destinati alla produzione di starter, birra, metaboliti, molecole bioattive e proteine ricombinanti.

RISULTATI DI APPRENDIMENTO ATTESI
"Conoscenza e capacità di comprensione" - Aver sviluppato conoscenza dei processi fermentativi e delle tecnologie utilizzate per la coltivazione dei microrganismi su scala industriale.
"Conoscenza e capacità di comprensione applicate" - Lo studente conoscerà e sarà in grado di eseguire le operazioni di base per l’allestimento e il controllo di un processo fermentativo e per il dosaggio di nutrienti e metaboliti.
"Autonomia di giudizio" - Lo studente acquisirà la capacità di interpretare, in modo autonomo, le conoscenze relative alla gestione dei processi fermentativi, all’isolamento e alla manipolazione genetica di ceppi microbici di interesse industriale, alla purificazione dei prodotti di interesse e alla gestione dei dati e delle informazioni raccolte durante le attività di laboratorio.
"Abilità comunicative" - L’esame scritto, il colloquio orale, le relazioni scritte sulle attività di laboratorio e l'uso di presentazioni in formato elettronico sugli argomenti di studio permettono allo studente di dimostrare la sua capacità di trasmettere efficacemente la propria conoscenza e competenza sui temi esposti e sui problemi affrontati.
"Capacità di apprendere" - Nelle prove scritte e orali e nella stesura delle presentazioni powerpoint sui processi fermentativi, lo studente dovrà dimostrare di possedere le abilità di apprendimento necessarie per lo sviluppo e l'approfondimento continuo delle competenze nel settore delle biotecnologie delle fermentazioni.


PROGRAMMA

PARTE GENERALE
Biocatalizzatori di interesse industriale e processi biotecnologici (2 ore)
- Catalizzatori biologici e tipologie di processi
- Fasi di un processo biotecnologico
Cinetica della crescita microbica (4 ore)
- Colture batch, batch ripetuto, fed-batch (a volume fisso e a volume variabile) e in continuo.
- Colture con cellule libere e immobilizzate
Isolamento e miglioramento di microrganismi di interesse industriale (4 ore)
- Isolamento di batteri, lieviti e funghi filamentosi
- Miglioramento genetico di ceppi industriali
Materie prime e terreni di coltura impiegati nei processi fermentativi (4 ore)
- Terreni per colture sommerse, di superficie e su stato solido
- Formulazione del terreno
- Acqua
- Fonti di carbonio, azoto, fosforo ed energia
- Sali minerali
- Fattori di crescita
- Tamponi
- Precursori e regolatori metabolici
- Ossigeno
- Antischiuma
- Ottimizzazione della formulazione del terreno di coltura
Sterilizzazione (2 ore)
- Sterilizzazione del terreno, del fermentatore, delle linee di alimentazione
- Processi di sterilizzazione in batch e in continuo
- Sterilizzazione mediante filtrazione
Conservazione dei ceppi industriali e preparazione dell'inoculo (2 ore)
- Tecniche di conservazione dei microrganismi industriali
- Modalità di preparazione dell'inoculo per microrganismi sporigeni e non sporigeni
- Criteri per l’inoculo di colture sommerse e a stato solido

PARTE SPECIALE
Aerazione e agitazione (2 ore)
- Requisiti di ossigeno nelle fermentazioni industriali
- Domanda di ossigeno e modalità di ossigenazione dei brodi di fermentazione
- Determinazione della KLa e dei fattori che la influenzano
- Reologia dei terreni liquidi
- Scale-up e scale-down
Recupero e purificazione dei prodotti di fermentazione (4 ore)
- Rimozione di cellule microbiche e di altre sostanze solide
- Separazione della schiuma
- Precipitazione
- Filtrazione
- Centrifugazione
- Lisi cellulare
- Estrazione liquido-liquido, con micelle inverse e liquido supercritico
- Adsorbimento
- Rimozione di prodotti volatili
- Cromatografia
- Processi a membrana
- Essiccamento
- Cristallizzazione
Esempi di processi fermentativi di interesse industriale (16 ore)
- Proteine eterologiche da batteri e lieviti
- Birra
- Acidi organici
- Starter microbici
- Molecole bioattive di interesse agroalimentare e farmaceutico

ESERCITAZIONI (8 ore)
- Isolamento di ceppi microbici per la produzione di enzimi e/o metaboliti intra- ed extracellulari
- Allestimento e analisi di colture in batch e determinazione della crescita microbica
- Dosaggio di nutrienti e prodotti
- Determinazione della shelf-life di starter microbici

Testi consigliati

"Principles of Fermentation Technology" (3rd ed.)
Peter Stanbury, Allan Whitaker & Stephen Hall
Elsevier (2016) - ISBN: 9780080999531
Cap. 1-6, 9-10 & 12
Per i "Processi fermentativi", materiale didattico integrativo fornito dal docente sulla piattaforma Google Classroom

Altri testi suggeriti
“Fermentation Processes Engineering in the Food Industry”
Carlos Ricardo Soccol; Ashok Pandey; Christian Larroche
CRC Press (2013)

"Industrial Microbiology: An Introduction"
Michael J. Waites, Neil L. Morgan, John S. Rockey, Gary Higton
Blackwell Science Ltd (2001)

"Manual of Industrial Microbiology and Biotechnology (3rd Edition)"
Baltz, Richard H.; Davies, Julian E.; Demain, Arnold L.
American Society for Microbiology (2010)

Propedeuticità

Propedeuticità consigliate: Biochimica e Microbiologia

Frequenza

Facoltativa

Metodologia didattica

Ore lezione: 40

Valutazione del profitto

Prova in itinere, prova scritta, prova orale

Descrizione dei metodi di accertamento

Lo studente dovrà dimostrare di aver appreso tutti gli argomenti del programma del modulo. La verifica delle conoscenze e delle abilità acquisite sarà verificata mediante; - un esame scritto sulla "Parte Generale" del Programma; - un esame orale sulla "Parte Speciale" del Programma; - relazioni scritte sulle Esercitazioni di laboratorio. Il voto finale dell'esame (100%) sarà definito sulla base dei seguenti elementi: - 10%, in base alla frequenza delle lezioni (almeno il 75% delle ore previste) e delle esercitazioni (almeno 3 su 4); - 10%, in base alle relazioni scritte sulle attività pratiche (esercitazioni ed eventuali visite didattiche); - 40%, sulla prova scritta; - 40%, sulla prova orale. Descrizione delle prove di esame: Esame scritto: l'esame è composto da domande a risposta aperta e a risposta multipla sulla "Parte Generale" del Programma. Per superare la prova, è necessario che lo studente risponda in maniera soddisfacente alle domande riguardanti i diversi argomenti. Esame orale: la prova può essere sostenuta dagli studenti che abbiano superato l'esame scritto (con voto minimo di 18/30) o la prova intermedia (idoneo) di metà semestre e verte sugli argomenti trattati nella "Parte Speciale" del Programma. Il colloquio orale ha inizio con la presentazione e discussione di un elaborato multimediale (presentazione powerpoint) su argomento scelto dalla Commissione su una terna di argomenti proposti dallo studente (15-20 minuti) e prosegue con domande su argomenti scelti dalla Commissione (15-20 minuti). Due delle tre presentazioni multimediali devono riguardare gli "Esempi di Processi Fermentativi". La prova orale dovrà essere sostenuta contestualmente alla prova orale del secondo modulo. Allo studente frequentante (75% delle ore previste per lezioni ed esercitazioni) è data la possibilità di sostenere una prova intermedia (scritto) sulla prima parte del programma e, superata la prova intermedia, una prova finale (orale) sulla "Parte Speciale". La prova intermedia è un test scritto articolato su domande a risposta aperta o a risposta multipla. Per superare la prova scritta è necessario che lo studente risponda in maniera soddisfacente alle domande riguardanti i diversi argomenti e che consegua un voto complessivo uguale o maggiore a 24/30. La prova finale sulla "Parte Speciale" prevede la presentazione e discussione di un elaborato multimediale (presentazione powerpoint) su argomento scelto dalla Commissione su una terna di argomenti proposti dallo studente. Due delle tre presentazioni multimediali devono riguardare gli "Esempi di Processi Fermentativi". La prova orale dovrà essere superata entro la sessione in cui viene superata la prova orale del secondo modulo.

Luogo lezioni

Orario lezioni

Comunicazioni

Tutti i giorni, previo appuntamento via e-mail (ruzzi.maurizio@studenti.unitus.it) o telefono (0761357317).



  • Corso di Laurea: BIOTECNOLOGIE (L-2)
  • Codice: 16180
  • Crediti: 10
  • Anno Off. Formativa: 2017/2018
  • Anno di Corso: 3
  • Erogazione: I semestre
  • Docente:SILVIA CROGNALE

Modulo : 2 Cfu(4)

Programma

OBIETTIVI FORMATIVI
acquisire conoscenze sia teoriche che pratiche riguardanti la conduzione di processi fermentativi chiave
RISULTATI ATTESI
Conoscenza dei meccanismi di base che regolano la fisiologia microbica applicata ai processi fermentativi
Conoscenza e Abilitità di calcolo sui principali parametri che che caratterizzano una fermentazione microbica

PROGRAMMA
Processi industriali per la produzione di metaboliti microbici:
Produzione di antibiotici, vaccini, polimeri e acidi organici. Criteri per lo sviluppo di un processo di produzione di proteine ricombinanti.

Attività di laboratorio: Coltivazione di microrganismi in beuta e in fermentatore; allestimento di fermentatori da banco STR and AIR-LIFT, principi di controllo del fermentatore. Produzione della birra: Teoria e pratica del processo di fermentazione

Testi consigliati

"Biotecnologie Microbiche"
Stefano Donadio, Gennaro Marino
Casa Editrice Ambrosiana (2008)

"Industrial Microbiology: An Introduction"
Michael J. Waites, Neil L. Morgan, John S. Rockey, Gary Higton
Blackwell Science Ltd (2001)

"Manual of Industrial Microbiology and Biotechnology (3rd Edition)"
Baltz, Richard H.; Davies, Julian E.; Demain, Arnold L.
American Society for Microbiology (2010)

Materiale didattico fornito dal docente

Propedeuticità

Non sono previste propedeuticità obbligatorie, ma sono consigliate com propedeudiche le seguenti imaterie Biochimica, Microbiologia e Genetica.

Frequenza

Facoltativa

Metodologia didattica

Ore lezione: 24

Valutazione del profitto

Prova orale

Descrizione dei metodi di accertamento

Lo studente dovrà dimostrare di aver appreso gli argomenti del programma rispondendo a 3-4domande proposte dalla commissione. Allo studente è data la possibilità di scegliere un argomento proposto da lui stesso. Lo studente avra' a disposizione circa 30 -40 min per dimostrare di livello di conoscenza degli argomenti (insufficiente, superficiale, appropriato, preciso e completo, completo e approfondito), la capacità di applicare i concetti teorici (discreta, buona, ben consolidata), la capacità di analisi, di sintesi e di collegamenti interdisciplinari (sufficiente, buona, ottima). Nel giudizio finale si terra' conto anche della padronanza di espressione (esposizione carente, semplice, chiara e corretta, sicura e corretta).

Luogo lezioni

Orario lezioni

Comunicazioni

venerdi 12.00-13.00 previo accordo e-mail con il docente