04221 - MICROBIOLOGIA INDUSTRIALE

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine dell'insegnamento lo studente possiede le conoscenze sui principali gruppi microbici responsabili dei processi fermentativi di interesse industriale. Lo studente è inoltre in grado di gestire ed ottimizzare l'attività microbica nei processi biotecnologici per la trasformazione delle materie prime di interesse alimentare e prevenire l'insorgenza di tossinfezioni alimentari.

Contenuti

Introduzione al corso - Presentazione del docente, delle finalità dell'insegnamento, delle abilità e conoscenze da acquisire, delle tematiche affrontate, dei testi consigliati, delle modalità di distribuzione del materiale didattico e di svolgimento dell'esame finale.

L'insegnamento prevede le seguenti attività: 

Lezioni frontali in aula - finalizzate all'acquisizione di conoscenze per la comprensione delle potenzialità metaboliche dei principali gruppi microbici di interesse alimentare e degli strumenti e condizioni per gestire le colture microbiche starter ed i processi biotecnologici per la produzione di alimenti fermentati, biomasse microbiche e metaboliti microbici.

Esercitazioni in laboratorio - finalizzate all'acquisizione della manualità necessaria allo svolgimento di alcuni test per la valutazione dei caratteri importanti per la scelta delle colture starter, la loro conservazione e gestione per la produzione di alimenti fermentati.

Esercitazioni in aula - per l'acquisizione della capacità di: i) analizzare in modo critico i risultati ottenuti durante le esercitazioni pratiche in laboratorio; ii) analizzare le informazioni acquisite da prove pratiche o disponibili in letteratura per la scelta di ceppi di interesse.

Argomenti dell'insegnamento

Introduzione alla microbiologia industriale - brevi cenni storici, i microrganismi, le fermentazioni alimentari e le fermentazioni industriali.

Microrganismi di interesse industriale - Richiami ai principali microrganismi di interesse industriale e loro attività metaboliche: batteri lattici, batteri acetici, microstafilococchi, lieviti, muffe, microrganismi probiotici. Isolamento e tecniche tradizionali di selezione e miglioramento di microrganismi di interesse industriale. Le collezioni di microrganismi e la principali tecniche di conservazione delle colture microbiche: colture fresche, congelate, disidratate, liofilizzate. Il protocollo di Nagoya

Prodotti del metabolismo microbico - Prodotti primari e prodotti secondari: tipi, caratteristiche e cinetiche di produzione. Cenni alle strategie per l'accumulo di metaboliti microbici.

Biotecnologia delle fermentazioni - Principali ingredienti usati come fonti di carbonio, azoto, vitamine e fattor di crescita per formulare substrati di fermentazione. Tiipi di fermentazioni industrali su base cinetica: I, II e III tipo.  Modalità di coltura: fermentazione in stato solido, in coltura superficiale, in coltura sommersa. Tecnologia di fermentazione batch, fed-batch, in continuo. Cenni ai modelli matematici per la crescita microbica, per la produzione di metaboliti e per il consumo del substrato.

Fermentatori industriali - Caratteristiche principali, parametri di regolazione e bio-controllo. Classificazione dei bioreattori in base ai sistemi di areazione ed agitazione. Principali caratteristiche dei fermentatori ad agitazione meccanica (stirred tank reactor), ad agitazione pneumatica (air lift, bubble column), ad agitazione idraulica, fermentatori a letto fisso ed a letto fluido. Sterilizzazione dei fermentatori e dei substrati. 

Immobilizzazione di cellule microbiche - Procedure di immobilizzazione passiva (aggregazione, adsorbimento e colonizzazione) ed attiva (legame covalente con la matrice, intrappolamento, cross-linking, microincapsulazione). Fermentatori per cellule microbiche immobilizzate. 

Prodotti alimentari fermentati - Caratteristiche generali, fermentazioni naturali/spontanee o guidate. Colture starter: definizione, classificazione, funzioni delle colture starter e criteri per la loro selezione; la presunzione qualificata di sicurezza (QPS)

Prodotti lattiero caseari: yoghurt, kefir, formaggi. Definizione, tipologie e caratteristiche. Ruolo degli starter e del microbiota naturalmente presente nelle trasformazioni biochimiche.

Prodotti da forno - Panificazione con metodo diretto ed indiretto. Tipologie di agenti lievitanti biologici - lievito di birra, biga e lievito naturale - e loro ruolo in panificazione. Tipologie di impasto acido: tipo I, II e III; principali caratteristiche, microbiota dominante ed effetto sulle caratteristiche dei prodotti lievitati da forno. 

Salumi fermentati: definizione, caratteristiche e classificazione. Evoluzione della popolazione microbica in relazione alle caratteristiche della matrice ed alle fasi del processo produttivo. Ruolo degli starter nella fermentazione primaria. Modificazioni biochimiche durante la fase di maturazione.

Biomasse microbiche ad uso alimentare - Caratteristiche richieste in funzione dell'utilizzo. Lievito per panificazione: aspetti metabolici del microrganismo, substrati e condizioni del processo fermentativo, operazioni di downstream e modalità di commercializzazione della biomassa.

Metaboliti microbici - Meccanismo generale di biosintesi e fattori che influenzano le cinetiche di produzione. Produzione di eso-polisaccaridi e di acido citrico.

 

Esercitazioni di laboratorio inerenti: i) lo screening primario di microrganismi di interesse industriale; ii) la scelta di starter per uso alimentare sulla base di caratteri tecnologici di interesse; iii) l'effetto della tecnica di conservazione/distribuzione delle colture starter sulla loro vitalità ed attività metabolica; iv) impasti acidi: valutazione della vitalità di lieviti e batteri lattici, e determinazione del contenuto in acido lattico ed acetico.

Attività in aula inerenti: i) analisi dei risultati dei test e delle esperienze svolte in laboratorio e relativa costruzione di grafici mediante uso di excell; ii) esercizi relativi alla modellazione della crescita microbica, produzione di metaboliti o biomassa microbica in funzione del tipo di fermentatore; iii) navigazione su siti di collezioni internazionali di colture microbiche per la scelta di ceppi da usare come colture starter per processi di fermentazione.

Testi/Bibliografia

- Manzoni Matilde "MICROBIOLOGIA INDUSTRIALE", Casa Editrice Ambrosiana

- Cocolin L., Gobbetti M., Neviani E. "MICROBIOLOGIA ALIMENTARE APPLICATA", Casa Editrice Ambrosiana

- Farris G.A., Gobbetti M., Neviani E., Vincenzini M. "MICROBIOLOGIA DEI PRODOTTI ALIMENTARI", Casa Editrice Ambrosiana

- Materiale delle lezioni/esercitazioni fornito dal docente tramite Piattaforma di supporto alla didattica "Virtual Learning Environment"

- Articoli suggeriti dal docente per approfondimenti su argomenti specifici

Metodi didattici

L’insegnamento si compone di lezioni frontali e di esercitazioni pratiche nel laboratorio didattico di Microbiologia ed in aula. Ove possible, verranno svolti seminari tenuti da esperti del settore e visite guidate in azienda. 

“In considerazione delle tipologie di attività e metodi didattici adottati, la frequenza dell'attività formativa di laboratorio richiede lo svolgimento di tutti gli studenti dei moduli 1 e 2 in modalità e-learning e la partecipazione al modulo 3 di formazione specifica sulla sicurezza e salute nei luoghi di studio. Indicazioni su date e modalità di frequenza del modulo 3 sono consultabili nella apposita sezione del sito web di corso di studio".

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

L’esame mira a valutare il raggiungimento degli obiettivi didattici.

La verifica dell'apprendimento avviene attraverso una prova scritta, erogata di norma via computer tramite piattaforma EOL.

Durante la prova d'esame non è ammesso l'uso di libri, appunti, supporti informatici. La prova ha una durata massima di 90 minuti, e prevede 4 domande aperte e 26 quesiti includenti figure mute, domande a risposta multipla, brevi definizioni, esercizi di calcolo, che tenderanno ad accertare il grado di raggiungimento degli obiettivi del corso ed il livello di conoscenza da parte dello studente degli argomenti trattati a lezione, e la soluzione di problemi del tipo di quelli affrontati durante le ore dedicate alle esercitazioni in aula ed al laboratorio che affiancano il corso.

Soprattutto nel caso delle domande aperte, la valutazone si baserà anche sui seguenti criteri: (i) conoscenza, comprensione e approfondimento degli argomenti trattati; (ii) capacità critica e chiarezza espositiva; (iii) correttezza di linguaggio tecnico-scientifico.

Il punteggio delle domande sarà differenziato a seconda della tipologia e sarà indicato nel compito a fianco di ciascun quesito.

Per superare la prova scritta è necessario che il candidato raggiunga almeno 18 punti. Il raggiungimento di un punteggio pari a 33 assegna al candidato la lode.

Gli appelli vengono proposti nell’ambito delle apposite finestre definite nell’ambito del Corso di studi e gli studenti possono prenotarsi per la prova scritta esclusivamente utilizzando le modalità previste dal sistema online AlmaEsami. La lista chiude di norma 2 giorni prima dell’esame.

 

L'insegnamento è parte del corso integrato di “Microbiologia degli ALimenti” che comprende anche l'insegnamento di “Microbiologia Alimentare.

Il voto relativo al corso integrato di "Microbiologia degli Alimenti" viene calcolato come media aritmetica delle votazioni riportate negli insegnamenti di "Microbiologia Alimentare" e "Microbiologia Industriale".

Trattandosi di un corso integrato, si segnala che il docente verbalizzante è la Prof.ssa Lucia Vannini.  La verbalizzazione avverrà solo a seguito di richiesta via e-mail da parte dello/a studente/studentessa.

 

Studenti/studentesse con DSA o disabilità temporanee o permanenti: si raccomanda di contattare per tempo l'ufficio di Ateneo responsabile (https://site.unibo.it/studenti-con-disabilita-e-dsa/it): sarà sua cura proporre agli/alle studenti/studentesse interessati/e eventuali adattamenti, che dovranno comunque essere sottoposti, con un anticipo di 15 giorni, all'approvazione del/della docente, che ne valuterà l'opportunità anche in relazione agli obiettivi formativi dell'insegnamento.

Strumenti a supporto della didattica

Il materiale didattico presentato a lezione ed oggetto delle esercitazioni viene messo a disposizione dello studente in formato elettronico tramite Piattaforma di supporto alla didattica "Virtual Learning Environment" a cui possono accedere tutti gli studenti iscritti al corso di "Microbiologia Industriale".

Le esercitazioni pratiche si svolgranno nel laboratorio didattico biologico ed in aula informatica presso l'Unità Organizzativa di sede (UOS) Cesena del Dipartimento di Scienze e Tecnologie Agro-Alimentari.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Lucia Vannini