Insegnamenti

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Docente
ALBERTO CINCOTTI (Tit.)
GIORGIA DE GIOANNIS
Periodo
Primo Semestre 
Modalità d'Erogazione
Convenzionale 
Lingua Insegnamento
 



Informazioni aggiuntive

Corso Percorso CFU Durata(h)
[60/56]  BIOTECNOLOGIE INDUSTRIALI [60/56-00 - Ord. 2014]  PERCORSO COMUNE 6 60

Obiettivi

L’obiettivo fondamentale è che lo studente acquisisca familiarità con i sistemi di crescita sospesa dei microrganismi e del corrispondente consumo di nutrienti, dal punto di vista teorico (attraverso l'applicazione dei principi primi di conservazione). In particolare, lo studente dovrà raggiungere la capacità di comprensione delle equazioni matematiche di base utilizzate per lo studio cinetico della crescita microbica e la razionale conduzione di un bioreattore standard.

LABORATORIO
- Conoscenza e comprensione: il Laboratorio si propone di fornire agli studenti le conoscenze di base teorico-pratiche per lo studio e l’applicazione di processi di bioingegneria industriale ed ambientale.
- Capacità di applicare conoscenza e comprensione: le attività previste nell'ambito del Laboratorio consentiranno allo studente di conoscere e comprendere le operazioni necessarie per la predisposizione e gestione di prove in reattori a scala lab, acquisire familiarità con le attrezzature presenti in un laboratorio chimico-ambientale, applicare i protocolli analitici previsti per la quantificazione di alcuni parametri chimico-fisici.
-Autonomia di giudizio: al termine del Laboratorio lo studente sarà in grado di elaborare ed interpretare criticamente i risultati ottenuti dalle analisi strumentali.
-Capacità di apprendimento: al termine del Laboratorio lo studente sarà in grado di condurre e gestire un bioreattore standard.

Prerequisiti

E’ fortemente consigliato il superamento degli esami dei seguenti corsi: Matematica, Fisica, Chimica Fisica. Sarebbe conveniente avere una conoscenza minima del software di trattamento dati come Microsoft Excel o Microcalc Origin.

LABORATORIO
Per seguire con profitto il modulo del Laboratorio è indispensabile la conoscenza di Chimica generale, Chimica analitica, Chimica organica, Biochimica e Microbiologia generale.

Contenuti

PARTE TEORICA
Il Sistema Internazionale di Misura: unità di misura di base e derivate; richiami di analisi matematica (equazioni algebriche e differenziali); Il bilancio di materia (con e senza reazione); la definizione di velocità di reazione (stechiometria); bilancio di materia per reattore BATCH e CSTR (reazione 1° e 2° Ordine); risoluzione problema cinetico (analisi differenziale e integrale); risoluzione problema di progetto e verifica per reattore BATCH e CSTR; la cinetica delle reazioni enzimatiche (Michaelis-Menten) e delle inibizioni (competitiva, acompetitiva e non-competitiva); determinazione cinetica enzimatica (Lineweaver-Burk plot); cinetica e stechiometria nella crescita di microrganismi (fasi di crescita, cinetica di Monod, Haldane, Contois e Tessier; determinazione costanti cinetiche).

LABORATORIO (36 ore)
•Elementi di sicurezza nel laboratorio (4 ore)
Nozioni di sicurezza, struttura e gestione della sicurezza, prevenzione incendi. Sicurezza in un laboratorio chimico. Reattività e infiammabilità dei composti chimici. Rischio chimico: etichettatura, simbologia e frasi di rischio; dose-risposta, tossicità acuta e cronica, monitoraggio dell’esposizione e degli effetti. Rischio elettrico.
•Parametri analitici e strumentazione scientifica di base (12 ore)
Solidi totali, volatili (sospesi e disciolti), solidi sedimentabili, TOC, COD, BOD, forme di azoto; acidi grassi volatili e alcoli; Principali strumenti analitici di base: uso e taratura.
•Start-up di un esperimento a scala lab (4 ore)
Preparazione di soluzioni acide, basiche e tampone; Preparazione delle attrezzature; Preparazione della coltura microbica per l'inoculazione dei bioreattori; Preparazione del substrato di crescita.
•Reattoristica (8 ore)
Reattore batch (crescita microbica; determinazione delle costanti cinetiche; valutazione dei parametri di processo); Reattore CSTR (principali componenti; riciclo di biomassa; crescita microbica; strategie di gestione)
•Esempi di bioraffineria: recupero di energia e materiali da biomasse di scarto e rifiuti organici (4 ore)
Test di produzione di idrogeno e metano da substrati di scarto; Valutazione della produzione di VFA e alcoli; Altri casi speciali (recupero di nutrienti; produzione di bio-fertilizzanti);
•Cenni di biotecnologie ambientali (4 ore)
Trattamento biologico di acque reflue: metodi respirometrici per la determinazione della cinetica biologica e dell’attività della biomassa.

Metodi Didattici

Il modulo di teoria del corso è svolto in 24 ore di lezioni-esercitazioni.
Delle 24 ore del modulo teorico, circa un terzo sarà dedicato ai richiami di analisi matematica, cinetica chimica, e alla introduzione dei bilanci di materia; un altro terzo sarà dedicato all’analisi teorica della cinetica di reazioni enzimatiche con e senza inibizione e alla determinazione dei relativi parametri aggiustabili (risoluzione problema cinetica enzimatica attraverso confronto con misure sperimentali: regressione lineare); il rimanente terzo sarà dedicato all’analisi teorica della cinetica di crescita microbica con reattori Batch e CSTR (risoluzione problema cinetico attraverso confronto con misure sperimentali: regressione lineare).

LABORATORIO
Le 36 ore di lezione si svolgono in laboratorio chimico articolati in 9 esperienze sperimentali di 4 ore ciascuna. Alla iniziale presentazione dello scopo della lezione ed illustrazione del protocollo analitico da applicare, segue l'esecuzione pratica della metodica da parte degli studenti, sotto la supervisione del docente, nel rispetto delle norme e procedure di sicurezza previste nel laboratorio.

Verifica dell'apprendimento

L’esame finale del modulo teorico consiste in un esame orale sugli argomenti affrontati durante il corso.
La valutazione dello studente relativamente al modulo di laboratorio prevede una prova orale sostenuta in laboratorio in cui vengono proposti tutti gli argomenti affrontati durante il corso. Per superare l'esame lo studente dovrà dimostrare di possedere le conoscenze di base teorico-pratiche per lo studio e l’applicazione di processi di bioingegneria industriale ed ambientale.

Il punteggio della prova d'esame è attribuito mediante un voto espresso in trentesimi.
La valutazione finale dello studente tiene conto di diversi aspetti e sarà ottenuta come media del voto ottenuto per il modulo teorico e quello del modulo di laboratorio.

Testi

1) Becker J.M., Caldwell G.A., Zachgo E.A. - Biotechnology: a laboratory course. Academic Press.
2) Stainer R.Y., Doudoroff M., Adelberg E.A. – Il mondo dei microrganismi. Zanichelli.
3) Genon G. - Processi Biologici Industriali - CLUT Editrice

Altre Informazioni

Materiale messo a disposizione per gli studenti consiste in file ppt e pdf su lezioni e esercitazioni tenute in aula.

Questionario e social

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