Ingegneria Chimica - Chemical Engineering

ROBERTO LAVECCHIA

Al termine del corso, gli studenti dovranno essere in grado di: (i) impostare e risolvere le equazioni che descrivono il comportamento cinetico di un bioreattore contenente enzimi o microrganismi; (ii) valutare le informazioni necessarie per la modellizzazione di queste apparecchiature; (iii) pianificare la sperimentazione per la stima di parametri associati alla crescita, al consumo di substrato ed alla richiesta di ossigeno dei microrganismi

Conoscenze di base di chimica generale, termodinamica dell'ingegneria chimica, cinetica chimica e fenomeni di trasporto
Fondamenti di calcolo differenziale ed integrale

Fondamenti di biologia cellulare e molecolare. Proprietà chiimiche e funzionali degli mminoacidi e proteine. Acidi nucleici e tecnologia del DNA ricombinante.
Struttura, proprietà e funzioni biologiche degli enzimi. Aspetti molecolari della catalisi enzimatica. Cinetica enzimatica: aspetti fenomenologici ed espressioni cinetiche. Equazione di Michaelis-Menten. Effetto del pH e della temperatura. Denaturazione termica reversibile e irreversibile. Inibizione competitiva e non competitiva. Stima dei parametri cinetici. Bioreattori con enzimi liberi o immobilizzati.
Microrganismi di interesse biotecnologico. Aspetti fenomenologici della crescita microbica. Mezzi di crescita, nutrienti e substrati. Equazione di Monod. Effetto del pH, della temperatura e della presenza di effettori sulla velocità di crescita microbica. Consumo di substrato associato alla produzione di biomassa e di energia. Fattori di resa e coefficiente di mantenimento. Metabolismo endogeno.
Analisi del comportamento cinetico di bioreattori continui, semicontinui e discontinui. Diluizione e wash-out. Sistemi con ricircolo. Effetto della presenza di popolazioni microbiche interagenti. Respirazione cellulare. Richiesta e trasferimento di ossigeno nei bioreattori. Stima del coefficiente di trasferimento dell’ossigeno.
Mescolamento di fluidi contenenti cellule microbiche. Effetto della turbolenza sulle cellule e sugli aggregati cellulari.

Stryer L., Biochimica, Zanichelli, Bologna, 1996
Ratledge C., Kristiansen B., Biotecnologie di base, Zanichelli, Bologna, 2004
Bailey J.E., Ollis D.F., Biochemical Engineering Fundamentals, Mc-Graw Hill, New York, 1986
Materiale didattico distribuito dal docente

La didattica si svolgerà in aula e sarà costituita da lezioni svolte anche attraverso presentazioni in PowerPoint e da seminari tenuti da professionisti e docenti del settore biotecnologico

Il corso non richiede la frequenza obbligatoria, sebbene questa sia fortemente consigliata

La valutazione prevede una prova orale intesa a valutare il grado di preparazione acquisito dallo studente sugli argomenti presentati nel corso nonché l'approccio metodologico per affrontare problemi o situazioni inerenti allo sviluppo di processi o tecnologie biochimiche di interesse dell’ingegneria biochimica

- Interazioni inter- e intra-molecolari nelle proteine ed effetto sulla loro stabilità
- Modelli per l’analisi dell’effetto della temperatura sulla cinetica delle reazioni enzimatiche
- Caratteristiche e limiti di impiego dei reattori batch nei processi di crescita cellulare
- Effetto della diluizione sul comportamento cinetico di un reattore continuo per l’accrescimento di una biomassa
- Analisi e modellizzazione del trasferimento dell’ossigeno nei reattori agitati
- Valutazione dell'efficienza del mescolamento e del danno cellulare nei reattori agitati meccanicamente