PRESENTAZIONE

L'insegnamento di Biotecnologie Industriali è tenuto dal Prof. Attilio Converti durante il primo semestre della Laurea Magistrale in Ingegneria Chimica e di Processo. Ha durata complessiva di 80 ore, di cui 4 di esercitazioni in aula e 16 di laboratorio e consiste di una prima parte introduttiva di circa 12 ore, in cui si richiamano i concetti fondamentali di biochimica e microbiologia, una seconda riguardante le principali applicazioni industriali e una finale sulle applicazioni ambientali.

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

L'insegnamento si prefigge di fornire i concetti necessari per una buona conoscenza dei processi e degli impianti biotecnologici, con specifico riferimento alle applicazioni industriali. Particolare attenzione viene posta ai principi ed agli aspetti tecnologici delle nuove applicazioni biotecnologiche.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

Attraverso la frequenza e lo studio individuale, ma soprattutto attraverso una proficua interazione fra docente ed allievi durante le attività formative previste (lezioni frontali, esercitazioni in classe ed in laboratorio) e i colloqui di ricevimento, gli studenti saranno in grado di:

ricordare ed approfondire i concetti fondamentali di biochimica e microbiologia, alla base dei processi biotecnologici

familiarizzare con i principi e gli aspetti tecnologici delle nuove applicazioni biotecnologiche

acquisire un’ottica industriale in cui la produzione sia intimamente legata alla protezione e/o il risanamento ambientale

maturare, quale valore aggiunto dell'insegnamento, la capacità di lavorare in gruppo sia durante le esercitazioni di laboratorio, sia nella preparazione in collaborazione dell’elaborato per l’esame finale

acquisire competenze trasversali in termini di abilità comunicative e di redazione di un lavoro di revisione

PREREQUISITI

Per un proficuo apprendimento sono richieste conoscenze base di biologia, biochimica e matematica, ma non è prevista alcuna propedeuticità formale.

MODALITA' DIDATTICHE

L’insegnamento prevede lezioni frontali in aula ed esercitazioni sia in aula sia in laboratorio. Nella parte iniziale del corso saranno presentati i fondamenti di base delle biotecnologie (12 ore) e in seguito contenuti teorici di approfondimento (48 ore). Infine, saranno realizzate esercitazioni in laboratorio sullo sviluppo integrale di un bioprocesso preso come esempio (16 ore) ed esercitazioni in aula su come realizzare e redigere un lavoro scientifico di revisione (4 ore).

Le competenze trasversali in termini di autonomia di giudizio e capacità di lavorare in equipe verranno acquisite a) durante le esercitazioni in laboratorio in cui gli allievi saranno impegnati in gruppi e b) lasciando agli allievi la scelta dell’argomento, fra quelli presentati nelle lezioni frontali o nelle esercitazioni pratiche, da approfondire nella review, che dovrebbe essere preparata preferenzialmente in coppia. L'abilità comunicativa verrà incoraggiata attraverso la preparazione e presentazione di un documento in Power Point sul bioprocesso prescelto per la review da valutare in sede di esame.

PROGRAMMA/CONTENUTO

Il programma dell'insegnamento prevede la presentazione e discussione dei seguenti argomenti:   

1. Introduzione alle biotecnologie (12 ore)

La cellula: costituzione, morfologia e molecole fondamentali. 

Proteine ed enzimi: struttura, condizioni influenzanti l'attività enzimatica

2. Metabolismo microbico (4 ore)

Vie cataboliche e anaboliche, ATP e ADP 

Codice genetico e sintesi proteica: DNA e RNA 

3. Processi biotecnologici industriali (6 ore)

Classificazione

Tipi di conduzione

Aerazione, Agitazione, Sterilizzazione, Immobilizzazione

4. Fermentatori industriali (4 ore)

5. Recupero dei prodotti biotecnologici e tecniche cromatografiche (4 ore)

6. Aspetti cinetici e termodinamici delle biotecnologie (6 ore)

Cinetiche di crescita microbica

Bilanci di materia e produttività di un CSTR con e senza ricircolo 

Cinetica e termodinamica enzimatica

7. Fermentazioni industriali (12 ore)

Vie glicolitiche

Ciclo di Krebs

Respirazione e fosforilazione ossidativa

Fermentazioni omoloattica ed eterolattica

Fermentazione alcolica

Fermentazione acetica

Fermentazioni butirrico-butiliche

Fermentazione acida-mista

Fermentazioni propioniche

Fermentazione citrica

8. Biotecnologie ambientali (12 ore)

Digestione anaerobica e produzione di biogas

Biofiltrazione di effluenti gassosi

Vie metaboliche di degradazione di inquinanti organici

9. Realizzazione di un bioprocesso in laboratorio (16 ore)

10. Esercitazione in aula su come preparare un lavoro scientifico di review (4 ore)

TESTI/BIBLIOGRAFIA

Il materiale didattico disponibile in formato Power Point, che sarà impiegato durante le lezioni frontali, sarà consegnato agli allievi durante le prime tre lezioni, mentre quello cartaceo relativo alle esercitazioni in laboratorio sarà consegnato durante la prima esercitazione pratica assieme alle dotazioni di sicurezza. Nonostante gli appunti presi a lezione e il materiale consegnato all’inizio dell’insegnamento siano considerati sufficienti per la preparazione dell’esame, i testi seguenti, disponibili su richiesta anche al docente, possono essere consultati per l’approfondimento necessario per la preparazione della review, oltre ovviamente alle riviste scientifiche disponibili gratuitamente online agli studenti UNIGE.

1. M.T. Madigan, J.M. Martinko, J. Parker, Brock, Biologia dei Microrganismi, Volumi 1 e 2, Casa Editrice Ambrosiana, Milano, 2003.

2. S. Aiba, A.E. Humphrey, N.F. Millis, Biochemical Engineering, 2nd edition, New York, Academic Press, 1973.

3. M. Marzona, Chimica delle Fermentazioni & Microbiologia Industriale, 2a edizione, Piccin Nuova Libraria S.p.A., Padova, 1996.

4. P. Barbieri, G. Bestetti, E. Galli e D. Zannoni (Eds.), Microbiologia Ambientale ed Elementi di Ecologia Microbica, 1a edizione, Casa Editrice Ambrosiana, Milano, aprile 2008 (ISBN 978-88-08-18434-4).

5. S. Donadio, G. Marino (Eds.), Biotecnologie Microbiche, 1a edizione, Casa Editrice Ambrosiana, settembre 2008 (ISBN 987-88-08-18438-2).

DOCENTI E COMMISSIONI

Commissione d'esame

ATTILIO CONVERTI (Presidente)

BRUNO FABIANO

PATRIZIA PEREGO

LEZIONI

INIZIO LEZIONI

primo semestre dell'anno accademico: per l'orario consultare il sito della Scuola Politecnica 

Orari delle lezioni

L'orario di questo insegnamento è consultabile all'indirizzo: Portale EasyAcademy

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

L’esame finale consiste nel superamento di una prova orale, in cui l’allievo presenta, con l’ausilio di un documento in Power Point, il lavoro di revisione precedentemente concordato con il docente ed inviato dallo studente al docente per posta elettronica almeno una settimana prima, ai fini della correzione. Visto che l’argomento della review costituirà soltanto una piccola parte del programma dell’insegnamento, le carenze, le imperfezioni o i dubbi evidenziati nella review costituiranno lo spunto per una serie di domande sui principi di base delle biotecnologie e sui processi biotecnologici in generale, che consentiranno al docente di accertare il livello di approfondimento raggiunto dall’allievo. Il numero di domande non è prestabilito, nel senso che dipenderà dal grado di eccellenza della review in termini di coerenza del lavoro svolto rispetto all’argomento, struttura e completezza del lavoro, aggiornamento della letteratura, conformità alle regole editoriali generali, conclusioni personali sull’argomento e sulle prospettive future. Ciononostante, è prevista almeno una domanda per ciascuno di questi criteri, oltre ad una domanda sull’argomento delle esercitazioni pratiche.

Saranno disponibili 3 appelli di esame per la sessione ‘invernale’ (dicembre, febbraio e durante la pausa didattica prevista dalla Scuola Politenica a Pasqua) e 5 appelli per la sessione ‘estiva’ [fine maggio, giugno, luglio (2 appelli), settembre]. Non verranno concessi appelli straordinari al di fuori dei periodi indicati dalla Scuola Politecnica, fatta eccezione per gli studenti che non abbiano inserito nel piano di studi attività formative nell’anno accademico in corso.

MODALITA' DI ACCERTAMENTO

I dettagli sulle modalità di preparazione per l’esame e sul grado di approfondimento di ogni argomento saranno elucidati agli studenti nel corso delle lezioni. Gli allievi, alla fine del corso, propongono al docente di approfondire una specifica applicazione biotecnologica in campo industriale e/o ambientale prescelta fra gli argomenti affrontati durante le lezioni frontali e le esercitazioni di laboratorio. Dopo aver concordato l'argomento col docente, gli studenti, preferenzialmente ma non obbligatoriamente in coppia, inviano il lavoro di revisione al docente almeno una settimana prima dell'esame orale. Il lavoro, dopo correzione da parte del docente, sarà assunto come argomento principale dell'esame orale, divenendo oggetto di almeno 5 domande finalizzate alla valutazione dell’apprendimento dei principi di base delle biotecnologie. Il lavoro sarà esposto dallo studente in italiano o in inglese mediante presentazione di un file elaborato in Power Point. Questa parte dell'esame è destinata ad accertare la capacità dell'allievo di discernere l'importanza relativa dei diversi apporti della letteratura scientifica, quella di sintesi e quella di elaborare un lavoro di revisione a partire da tutte le fonti disponibili, tutte considerate essenziali per il futuro successo nel mondo del lavoro. Verrà inoltre valutata la qualità dell’esposizione, l’utilizzo corretto della terminologia tecnica e la capacità di ragionamento critico. La prova orale terminerà con un'ulteriore domanda relativa all’argomento delle esercitazioni in laboratorio, al fine di verificare l'estensione dell'apprendimento.

Calendario appelli

ALTRE INFORMAZIONI

Ulteriori informazioni disponibili sul sito: http://www.ingegneriachimica.unige.it/courses.htm