CHIMICA DELLE FERMENTAZIONI
Anno accademico e docente
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- English course description
- Anno accademico
- 2022/2023
- Docente
- STEFANIA COSTA
- Crediti formativi
- 6
- Periodo didattico
- Primo Semestre
- SSD
- CHIM/11
Obiettivi formativi
- L'obiettivo principale del corso consiste nel fornire agli studenti la conoscenza dell’utilizzo di microrganismi per la produzione di biomassa, di metaboliti primari e secondari e di enzimi per l’ottenimento di sintesi stereocontrollate. Un secondo obiettivo, legato strettamente al primo, sarà la conoscenza delle metodologie industriali che permettono il raggiungimento di tali obiettivi.
Le principali conoscenze acquisite saranno:
concetto di fermentazione a livello industriale per la produzione di biomassa e metaboliti;
chimica della cellula;
metabolismo cellulare e stechiometria;
processi fermentativi batch, fed-batch e in continuo;
formulazione di un terreno di coltura
fermentatori e sistemi di controllo.
Le principali abilità (ossia la capacità di applicare le conoscenze acquisite) saranno:
· essere in grado di formulare un terreno per la crescita di vari tipi di microrganismi;
· utilizzare fermentazioni aerobiche ed anaerobiche per la produzione di metaboliti primari e/o secondari; Prerequisiti
- Sebbene non siano previste propedeuticità, sarebbe opportuno che lo studente avesse acquisito e assimilato le seguenti conoscenze fornite dai corsi “Chimica inorganica”, “Chimica organica” e “Biochimica” :
concetti di base di chimica inorganica con particolare riguardo agli equilibri acido-base e alle soluzioni
concetti di base di chimica organica con particolare riguardo alle sostanze naturali;
conoscenza dell’anabolismo e catabolismo cellulare. Contenuti del corso
- Il corso prevede 52 ore di didattica tra lezioni ed esercitazioni. In particolare sono previste 40 ore di lezione in aula e 12 ore di esercitazioni guidate in laboratorio.
Concetto di fermentazione (4 ore)
Fermentazione: cenni storici e principali prodotti ottenibili per via biotecnologica. Definizione di organismo vivente. Cenni generali sui microrganismi e sulla composizione tipica di un microrganismo in termini di bioelementi.
Chimica della cellula (4 ore)
Glucidi: classificazione e funzioni in cellule vegetali ed animali. Monosaccaridi e disaccaridi. Polisaccaridi di riserva: amido (struttura ed enzimi idrolitici), glicogeno, destrani. Polisaccaridi strutturali: cellulosa, emicellulosa, pectine e peptidoglicano. Amminoacidi e proteine. Lipidi: trigliceridi. Vitamine.
Microrganismi ed enzimi (12 ore)
Metabolismo cellulare: definizione di vie e cicli. Diversità microbiologica: classificazione dei microrganismi ed identificazione dei principali tipi di metabolismi che li differenziano. Stechiometria del metabolismo. Enzimi. Cofattori e coenzimi. Cinetica enzimatica. Applicazioni di microrganismi.
Processi fermentativi (20 ore)
Processi fermentativi e vari prodotti ottenibili. Rese e modalità di isolamento dei prodotti. Meccanismi coinvolti nell’accumulo di metaboliti primari e secondari. Screening primario e secondario. Procedure per il miglioramento del processo di produzione industriale. Esigenze nutrizionali dei microrganismi. Formulazione terreno di coltura: fonti di carbonio e azoto, vitamine, fattori di crescita e precursori. Il fermentatore: sistemi di controllo (pH, schiuma, termostatazione e biosensori). Modello della crescita microbica in batch. Fermentazioni sommerse. Colture batch, batch ripetute e fed-batch, cinetica di crescita e di sintesi dei prodotti. Colture in continuo. Colture continue con riciclo interno. Sterilizzazione. Sistemi di filtrazione.
Laboratorio (12 ore)
Presentazione esperienza e norme di sicurezza. Fermentazione aerobica ed anaerobica di Saccharomyces cerevisiae. Produzione di biomassa, distillazione dell'etanolo ed analisi dei prodotti. Metodi didattici
- Il corso è organizzato nel seguente modo:
lezioni in aula su tutti gli argomenti del corso;
esercitazioni nel laboratorio di Chimica delle fermentazioni per l’allestimento dei processi fermentativi. Gli studenti saranno divisi in gruppi e seguiranno 2 esercitazioni di 4 ore.
Saranno fornite 4 ore di laboratorio multimediale in aula. Modalità di verifica dell'apprendimento
- L’obiettivo della prova d’esame consiste nel verificare il livello di raggiungimento degli obiettivi formativi precedentemente indicati.
L'esame scritto prevede 16 domande a risposta multipla che possono essere integrate o sostituite da domande aperte. Alle domande a scelta multipla è attribuito un punteggio di 2 punti ciascuna. Non vengono attribuite penalità alle domande non risposte o sbagliate. A una domanda aperta o concettualmente più difficile è attribuito un valore di 3 punti e va a sostituire una domanda a scelta multipla.
Qualora il punteggio totale sia inferiore a 18 sarà necessario ripetere la prova.
Gli appelli (5 per ogni anno solare) saranno comunicati agli studenti in tempo utile per provvedere all'iscrizione e nel rispetto dell’organizzazione generale del corso. Testi di riferimento
- Slides e dispense fornite dal docente.
Argomenti specifici possono essere approfonditi sui seguenti testi:
BIOTECNOLOGIE MICROBICHE a cura di S. DONADIO e G. MARINO Casa Editrice Ambrosiana Milano 2010
MICROBIOLOGIA INDUSTRIALE M.MANZONI Casa Editrice Ambrosiana Milano 2008
MICROBIOLOGIA AGROAMBIENTALE a cura di B. BIAVATI e C. SORLINI Casa Editrice Ambrosiana Milano 2012
FERMENTATION MICROBIOLOGY AND BIOTECHNOLOGY edited by E.M.T. EL-MANSI and C.F.A. BRYCE Taylor and Francis, 1999
