PRESENTAZIONE

La conoscenza della Microbiologia Industriale e delle Biotecnologie delle Fermentazioni è fondamentale per il percorso formativo dei laureati in Biotecnologie. Il corso ha l’obiettivo di illustrare i processi e i principi che sottendono alla produzione microbica o enzimatica di metaboliti di interesse per diversi settori industriali, principalmente quelli biomedico, farmaceutico, alimentare, energetico, ambientale e della chimica fine.

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

Microbiologia Industriale. Il Corso si propone di fornire i concetti necessari per una buona conoscenza dei microorganismi utilizzati nei processi fermentativi.

Chimica delle Fermentazioni. Il Corso si propone di fornire i concetti necessari per una buona conoscenza dei processi fermentativi. Particolare attenzione viene posta ai principi ed agli aspetti tecnologici delle fermentazioni industriali.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

Modulo di “Microbiologia Industriale”. Il Corso si propone di fornire i concetti necessari per una buona conoscenza dei microorganismi utilizzati nei  processi fermentativi.

Modulo di "Biotecnologie delle Fermentazioni”. Il Corso si propone di fornire i concetti necessari per una buona conoscenza dei processi fermentativi.

Al termine dell’insegnamento lo studente dovrà essere in grado di comprendere il metabolismo dei microorganismi in uso nella Microbiologia Industriale e nelle Biotecnologie delle Fermentazioni, conoscere le modalità di conduzione dei relativi processi (processi batch, fed-batch e continui), scegliere le più adeguate tipologie d’impianto, i mezzi di coltura e, ove previsto, i processi di recupero dei metaboliti prodotti. Il raggiungimento di questi risultati sarà valutato e misurato attraverso l’esame finale.

Le esercitazioni di laboratorio, da svolgere in gruppo, hanno la finalità di fornire competenze trasversali in termini di abilità comunicative e capacità di lavorare in team.

PREREQUISITI

Per un proficuo apprendimento sono richieste conoscenze di base di biologia, biochimica e matematica.

MODALITA' DIDATTICHE

Lezioni frontali e Laboratorio. Queste attività didattiche, e in particolare quelle di laboratorio, che si terranno al termine della didattica frontale, sono impostate in modo tale da stimolare il senso critico e la capacità di risolvere gli specifici problemi inerenti gli argomenti prescelti. La verifica di tali obiettivi emergerà anche dalla scelta e dalla struttura degli elaborati per l’esame finale.

Gli studenti con certificazioni valide per Disturbi Specifici dell’Apprendimento (DSA), per disabilità o altri bisogni educativi, sono invitati a contattare il docente e il referente per la disabilità della Scuola/Dipartimento all’inizio del corso per concordare eventuali modalità didattiche che, nel rispetto degli obiettivi dell’insegnamento, tengano conto delle modalità di apprendimento individuali.

PROGRAMMA/CONTENUTO

Modulo “Microbiologia Industriale”

1) Microorganismi e  processi di produzione.  2) Isolamento di microrganismi industriali, ceppi di produzione. 3) Materiali per terreni di coltura, fonti di carbonio ed azoto. 4) Sviluppo della composizione di terreni di coltura industriale, tecniche di ottimizzazione. 5) Mutanti per uso industriale e  tecniche di mutagenesi  6)  Metodi di conservazione di cellule a lungo termine, banche di conservazione di ceppi industriali. 7) Sviluppo di processo  su shake-flask, ruolo dell’ossigenazione  8)  Crescita di microrganismi: batteri, attinomiceti, lieviti e funghi, tecniche di misura della biomassa. 9) Analisi del processo di Scale Up: fase vegetativa, fase prefermentativa, fase produttiva. 10) Tecniche industriali della fase produttiva: Processo Batch, Processo Fed-batch, Sistemi di controllo flusso. 11) Impianti di fermentazione, misura di pH, pO2, Off-gas  e sistemi di supervisione (SCADA). 12) Downstream: proteine ricombinanti, antibiotici. 13) Produzioni: Amminoacidi, Acidi Organici, Enzimi per uso industriale. 14) Escherichia coli ricombinante: Solubilità di proteine ricombinanti e corpi inclusi. 15) Streptomyces: Produzione di antibiotici e antitumorali. 16)  Lieviti: Saccharomyces cerevisiae, Pichia pastoris e Hansenula anomala. 17)  Funghi: immunomodulatori, antibiotici, produzione di biomassa. 18) Cellule vegetali: Produzione di alcaloidi, produzioni da alghe: carotenoidi, acidi grassi Omega3.19) Biotrasformazione/Bioconversione: intermedi farmaceutici (API) e fine chemicals. 20) Energia da biomasse microbiche: bioetanolo, biodiesel, biogas. 21) Bioremediation di aree  contaminate: idrocarburi, chemicals. 22) Biodepurazione: microbiologia dei fanghi attivi.

Modulo “Biotecnologie delle Fermentazioni”

1. Le fermentazioni: Classificazioni commerciale e metabolica, Tipi di conduzione, Aerazione, Agitazione, Sterilizzazione, Immobilizzazione; 2. Impianti di fermentazione: Fermentatore a tino agitato, Fermentatori a letto fisso, Fermentatori a torre, Fermentatore Waldhof, Fermentatore Volgelbusch, Fermentatori a dischi rotanti, a cellule immobilizzate, con membrana per dialisi ed estrattivo; 3. Recupero dei prodotti di fermentazione: Disintegrazione cellulare, Chiariflocculazione, Filtrazione, Sedimentazione, Centrifugazione, Processi a membrana, Evaporazione, Estrazione liquido-liquido, Distillazione, Adsorbimento, Precipitazione, Cromatografie; 4. Cinetica di crescita microbica: Colture discontinue e continue, Bilanci di materia e produttività di un CSTR; 5. Cinetica e termodinamica enzimatica; 6. Fermentazioni industriali: Glicolisi, Ciclo di Krebs, Respirazione, Via di Pentosi fosfati, Fermentazioni omolattica ed eterolattica, Fermentazioni alcolica, Fermentazione acetica, Fermentazioni butirrico-butiliche, Fermentazione acida-mista, Fermentazioni propioniche, Fermentazione citrica; 7. Produzione di antibiotici; 8. Fermentazioni di interesse ambientale; 9. Realizzazione di un processo fermentativo in laboratorio.

TESTI/BIBLIOGRAFIA

1. M. Marzona, “Chimica delle Fermentazioni & Microbiologia Industriale”, 2a edizione, Piccin Nuova Libraria S.p.A., Padova, 1996.
2. Matilde Manzoni, “Microbiologia Industriale”, Casa Editrice Ambrosiana, Milano, 2006.
3. Donadio Stefano e Marino Gennaro, “Biotecnologie Microbiche”, Casa Editrice Ambrosiana, Milano, 2008.
4. P. Barbieri, G. Bestetti, E. Galli e D. Zannoni, Microbiologia Ambientale ed Elementi di Ecologia Microbica, 1a edizione, Casa Editrice Ambrosiana, Milano, 2008

DOCENTI E COMMISSIONI

LEZIONI

INIZIO LEZIONI

Ottobre 2024

Orari delle lezioni

MICROBIOLOGIA INDUSTRIALE E BIOTECNOLOGIE DELLE FERMENTAZIONI E LABORATORIO

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

L'esame orale riguardante principalmente la discussione di due articoli prescelti in accordo con i docenti del corso, consisterà in una serie di domande atte ad accertare la preparazione generale dello studente sugli aspetti basilari delle nozioni di Microbiologia Industriale e Biotecnologie delle Fermentazioni.

Il voto finale sarà la media dei voti attribuiti nei due moduli in cui si articola l’insegnamento.

MODALITA' DI ACCERTAMENTO

Per entrambi i moduli di “Microbiologia Industriale” e di "Biotecnologie delle Fermentazioni", l’apprendimento dei contenuti da parte degli studenti è accertato durante il corso, attraverso domande ed approfondimenti. Al termine dello stesso sarà effettuato un colloquio finale, sia su argomenti discussi a lezione, sia  attraverso  la presentazione di due elaborati in forma di tema. In uno di essi  l’allievo analizzerà un articolo di microbiologia industriale e nell'altro un articolo di biotecnologia delle fermentazioni, scelti sulla base degli argomenti sviluppati durante le lezioni. Questi elaborati saranno presi come base di partenza per l’accertamento finale e la loro struttura sarà uno dei criteri per la verifica del raggiungimento degli obiettivi didattici. In particolare, i parametri di valutazione saranno la struttura degli elaborati, la qualità dell’esposizione, l’utilizzo corretto del lessico specialistico e la capacità di ragionamento critico sugli articoli studiati.

Calendario appelli