04221 - MICROBIOLOGIA INDUSTRIALE

Scheda insegnamento

SDGs

L'insegnamento contribuisce al perseguimento degli Obiettivi di Sviluppo Sostenibile dell'Agenda 2030 dell'ONU.

Sconfiggere la fame Salute e benessere Istruzione di qualità Imprese innovazione e infrastrutture

Anno Accademico 2021/2022

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso lo studente acquisisce la conoscenza teorica e pratica delle fermentazioni industriali attraverso lo studio delle fasi di cui si compongono. In particolare, lo studente acquisisce conoscenze circa i) le diverse strategie destinate all'ottimizzazione della produttività finale del processo, ii) la cinetica di crescita batterica e la modellazione matematica dei processi fermentativi, iii) i principali tipi di bioreattori usati nell'industria biotecnologica, iv) il processo di isolamento del prodotto di interesse partendo dal brodo fermentativo fino alla forma finale di commercializzazione e la sua influenza sull'economia del processo produttivo, v) i principali gruppi di microorganismi di interesse industriale, vi) lo studio di diversi esempi di processi industriali per la produzione per via fermentativa di metaboliti primari, secondari, proteine eterologhe e bioetanolo. Alla fine del corso lo studente è quindi in grado di comprendere come si gestisce e ottimizza un processo industriale di fermentazione.

Contenuti

Introduzione alle Fermentazioni Industriali. Cenni storici.

Operazioni Unitarie di Fermentazione.

Tipi di processi fermentativi industriali.

Fermentazione discontinua /batch).

Fermentazione discontinua alimentata (fed-batch).

Fermentazione continua.

Fermentazione continua con riciclo.

Cinetica di crescita batterica.

Fasi di crescita in una fermentazione discontinua.

Velocità specifica di crescita e tempo di generazione.

Metodi per la misurazione della concentrazione cellulare.

Misurazione del numero di cellule.

Misurazione della massa cellulare.

Metodi diretti.

Metodi indiretti.

Rese di bioconversione del substrato in biomassa e prodotto.

Cinetica del consumo del substrato limitante la crescita.

Modello di Monod.

Sviluppo in terreni complessi.

Sviluppo microbico correlato all’ambiente.

Effetto della temperatura.

Effetto del pH.

Effetto di alte concentrazioni di nutrititi.

Effetto di nutrititi insolubili.

Cinetica di formazione di prodotto.

Formazione di prodotti legata alla crescita.

Formazione di prodotti parzialmente legata alla crescita.

Formazione di prodotti non legata alla crescita.

Metabolici primari e secondari.

Colture discontinue alimentate.

Cinetica delle colture discontinue alimentate.

Vantaggi ed applicazioni industriali.

Colture continue.

Cinetica delle colture continue.

Bilanci di massa nelle fermentazioni continue.

Tipi di fermentazioni continue.

Chemostato e turbidostato.

Vantaggi ed applicazioni industriali.

Colture continue con riciclo.

Cinetica delle colture continue con riciclo.

Bilanci di massa nelle fermentazioni continue con riciclo.

Tipi di colture continue con riciclo.

Riciclo di biomassa; riciclo del terreno.

Bireattori tipo “plug”.

Principali tipi di bireattori.

Bireattori ad agitazione meccanica.

Bireattori ad agitazione idrodinamica.

Bireattori misti: Vogelbusch.

Operazioni Unitarie di Fermentazione durante ed alla fine del processo fermentativo.

Aerazione ed agitazione.

Controllo dei parametri.

Prelievo di campioni.

Raccolta.

Generalità sui principali processi di “down stream”.

Rimozione dei solidi.

Isolamento primario.

Purificazione.

Elaborazione del prodotto finale.

Principali gruppi microbici di interesse industriale.

Lattobacilli.

Batteri sporigeni.

Batteri proponici e corinebatteri.

Enterobatteri.

Pseudomonadaceae.

Acetobacteraceae.

Attinomiceti.

Eumiceti: lieviti e muffe.

Processi industriali di produzione di metaboliti primari e secondari.

  Aminoacidi

  Acidi Organici

  Enzimi

  Antibiotici

 

Nota: durante il corso, ed in funzione dell’andamento del programma, si terranno colloqui su temi di attualità legati all’ambito della biotecnologia, a proposta degli studenti.

Testi/Bibliografia

Fermentation. A practical approach. B. McNeil and L.M. Harvey. Irl Press (1990)

Modeling and Optimization of Fermentation Processes. B. Volesky and J. Votruba. Elsevier (1992)

Microbiology Concepts and Applications. Michael J Pelczar Jr, ECS Chan and Noel Krieg. McGraw Hill (1993)

Bioreaction Engineering Principles. J. Nielsen, John Villadsen, G. Lidén. Kluwer Academic/Plenum Publishers (2002)

Metodi didattici

Lezioni frontali.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Esame scritto.

Strumenti a supporto della didattica

Dispense dell'insegnamento.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Antonio Gonzalez Vara Rodriguez