Obiettivi  del corso 

La biotecnologia può essere definita come l’applicazione di principi scientifici ed ingegneristici alla produzione e sfruttamento commerciale di prodotti e/o microorganismi mediante l’uso di agenti biologici.  

I processi biologici, o biotecnologie,  sono già da tempo utilizzati nell’industria alimentare e farmaceutica.  Applicazioni più recenti riguardano la protezione ambientale  e la produzione di energia.

Il corso fornirà una panoramica relativa al settore delle biotecnologie attraverso lo studio dettagliato di processi che possono essere considerati rappresentativi dei vari campi dell’intero settore. 

Il corso e' strutturato in lezioni frontali, esercitazioni con applicazioni dei concetti fondamentali a processi esemplificativi e lezioni seminariali

Le lezioni, soprattutto quelle di descrizione dei processi esemplificativi, sono svolte mediate interazione diretta con gli studenti. Sulla base di quanto appreso nella prima parte del corso, gli studenti sono chiamati a definire loro stessi operazioni unitarie, condizioni operative, modalita' di esercizio ed apparecchiature per lo specifico processo.

A seguito del superamento dell’esame, lo studente:
- conosce i principi fondamentali, teorie e concetti delle operazioni unitarie, reattoristica  e microbiologia associate ai processi biotecnologici;
- comprende la relazione microrganismo-processo metabolico-processo di produzione:
- è in grado di applicare la conoscenza alla progettazione di apparecchiature e reattori biotecnologici;
- è in grado di selezionare microrganismi, substrati apparecchi e reattori biochmici;
- è in grado di applicare concetti termodinamici, cinetici e microbiologici per ottimizzare una produzione sia ad enzima isolato che a microrganismo completo

A seguito delle lezioni seminariali lo studente avrà modo di confrontarsi con argomenti nel settore  innovativi o di frontiera e di incontrare opearatori dell'industria biotecnologica

Programma del corso

Nella prima parte   il corso fornirà gli strumenti per la comprensione dei processi biologici.

La seconda parte consisterà invece nella descrizione critica di processi industriali rappresentativi.

Parte generale (modulo Fondamenti)
1 – Chimica delle cellule viventi.  Breve descrizione di composti di interesse biologico e biotecnologico come acidi nucleici, proteine, acidi grassi, fosfolipidi, zuccheri e polisaccaridi. Descrizione dei microorganismi di interesse industriale. Codice genetico. Manipolazioni genetiche.
2 – Enzimi, loro attivita e meccanismi di regolazione. Cinetica enzimatica. Enzimi di interesse industriale. Processi di immobilizzazione.
3 - Bioprocessi. Cinetica di crescita dei microorgansimi. Tecniche di fermentazione batch, fed-batch e in continuo.  Parametri di controllo. Bioreattori e criteri da utilizzare per la loro scelta e progettazione. Tecniche di sterilizzazione. Trasferimento di ossigeno.
4 - Processi a valle. Tecniche di separazione e lisi delle cellule, filtrazione, centrifugazione, processi a membrana (micro- e ultra-filtrazione, diafiltrazione, dialisi) e vari tipi di cromatografia.

Parte speciale: Descrizione dei processi (modulo Processi)
1- Processi Industriali per applicazioni alimentari. Esempi:  birra, monosodio glutammato, acido lattico, acido citrico dolcificanti intensivi, single cell proteins (SCP), lievito per panificazione.
2 – Processi industriali per applicazioni farmaceutiche.  Esempi:  antibiotici, enzimi, insulina, biopolimeri.
3 – Processi industriali per applicazioni energetiche. Esempio: bioetanolo.
4 – Processi enzimatici industriali. Sciroppi ad elevato contenuto di fruttosio (HFSC), aspartame.

Per tutti i processi verranno discusse: usi e mercato del prodotto, le operazione unitarie, i microrganismi utilizzati e loro eventuale ingegnerizzazione genetica, i bioreattori, la strumentazione ed il controllo, le operazione di separazione e purificazione del prodotto.

Sono richieste nozioni di base di chimica organica, biologia e operazioni unitarie dell'industria di processo

La preparazione conseguita sarà verificata mediante una prova scritta a fine corso. Potra' essere prevista una prova orale di presentazione, in forma di lezione seminariale, di argomenti inerenti il corso ma non direttamente svolti in classe. 

Il fine è quello di verificare la capacità dello studente di:
- inquadrare i problemi ed arrivare alla più correta soluzione, 
- giustificate le scelte commentandole adeguatamente al fine di dimostrare di saper organizzare le conoscenze in un discorso ben articolato e che dimostri le competenze acquisite,
- aver acquisito proprieta' di linguaggio propria della biotecnologia.