11248 - IMPIANTI BIOTECNOLOGICI

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, lo studente conosce alcuni elementi di base, necessari per la comprensione e la previsione delle prestazioni di singoli apparati, di processi e impianti tipici delle biotecnologie, ha familiarità con le principali operazioni unitarie utilizzate nell’industria biotecnologica ed è in grado di eseguire dimensionamenti di massima di singoli apparati. In particolare, lo studente i) conosce i principali elementi necessari per la comprensione e la previsione delle prestazioni dei fermentatori e dei relativi processi ed impianti, ii) conosce il meccanismo di separazione dei principali processi utilizzati in biotecnologia quali ad esempio centrifughe, processi a membrana, estrattori liquido/liquido, processi cromatografici, iii) è in grado di selezionare il processo più opportuno in base al tipo di prodotto da isolare e alla purezza richiesta.

Contenuti

Cinetiche di interesse biologico: modello di Monod e cenni su modelli cinetici complessi (strutturati e segregati). Modalità operative ed analisi delle prestazioni di bioreattori: sistemi continui, discontinui e semi-continui (fed-batch). Configurazioni, caratteristiche e modalità operative di bioreattori agitati. Conduzione dei bioreattori e problemi di conversione. Cenni a bioreattori a biomassa immobilizzata.

Introduzioni alle tecniche e processi di bioseparazione: dal laboratorio all’industria. Cenni ai principali sistemi di espressione. Lisi delle cellule: shock osmotico, metodi chimici e meccanici. Sedimentazione: equazioni del moto, sedimentazione di equilibrio. Centrifugazione: descrizione e impiego dei vari tipi di centrifughe. Cenni al dimensionamento di una centrifuga. Principi della flocculazione. Precipitazione delle proteine: solubilità delle proteine (salting in e salting out), precipitazione isoelettrica, formazione di un precipitato. Filtrazione convenzionale e tangenziale: principi fondamentali e legge di Darcy. Descrizione ed impiego dei vari tipi di filtro. Processi di separazione a membrana: classificazione e descrizione sommaria e impiego. Polarizzazione di concentrazione: modello del film. Descrizione qualitativa della microfiltrazione, ultrafiltrazione, diafiltrazione, filtrazione sterile e filtrazione di virus. Fenomeno del fouling. Estrazione liquido/liquido: estrazione con solvente ed estrazione in fase acquosa. Cenni al calcolo del numero di stadi necessari per ottenere un determinato recupero. Descrizione qualitativa di una colonna. Adsorbimento: principi fondamentali, isoterme di adsorbimento. Cromatografia: descrizione qualitativa del processo, tecniche cromatografiche e meccanismo di separazione, materiali di riempimento per colonne cromatografiche; parametri di processo. Principi fondamentali dell’essiccazione. Liofilizzazione e Spray drying. Cenni alla cristallografia. Descrizione di casi studio di interesse biotecnologico. Eventuali seminari tenuti da esperti.

Testi/Bibliografia

C. Gostoli, Trasporto di materia con elementi di reattoristica chimica e biochimica, Pitagora Editrice, Bologna, 2011.

H.S. Fogler, Elements of Chemical Reaction Engineering, 2a edizione, Prentice-Hall International Inc., 1995.

O. Levenspiel, Chemical Reaction Engineering, 3a edizione, J.Wiley & Sons, 1999.

Metcalf & Eddy, Inc., Wastewater Engineering - Treatment and Reuse, 4a edizione, McGraw Hill, 2003.

R.G. Harrison, P. Todd, S. Rudge and D. Petrides, Bioseparations Science and Engineering, Oxford U. Press, NY, 2003.

[Si tratta di testi di riferimento consigliati, utili per approfondimenti di varie parti del programma; non sono adottati ufficialmente, né seguiti in modo dettagliato. Vengono inoltre distribuiti appunti, in formato elettronico, elaborati dal docente.].

Metodi didattici

Lezioni ed esercitazioni in aula. Durante le lezioni vengono presentati e discussi gli argomenti sopra indicati.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

L'esame finale mira a valutare il raggiungimento dei principali obiettivi didattici:

- capacità di impiegare gli strumenti di analisi e di calcolo, oggetto delle lezioni e delle esercitazioni, per comprendere il funzionamento degli apparati e i principi su cui è basata la progettazione, oltre ai fenomeni chimici e fisici che avvengono in impianti e apparecchiature di processo;

- capacità di impiegare i risultati ottenuti al fine di migliorare il funzionamento di impianti e apparecchiature di processo.

La verifica dell'apprendimento avviene attraverso una prova scritta finale, durante la quale è ammesso l'uso di libri, appunti, calcolatrici, e di una successiva prova orale.

La prova scritta mira ad accertare le abilità acquisite nel risolvere problemi quantitativi nell'ambito delle tematiche affrontate. Essa viene valutata attraverso un giudizio espresso in trentesimi. La prova orale, anch'essa valutata in trentesimi, mira a verificare l'acquisizione delle conoscenze previste dal programma del corso.

Il voto finale, espresso in trentesimi, tiene conto delle valutazioni riportate in entrambe le prove.

Strumenti a supporto della didattica

Videoproiettore, PC, lavagna. Tracce, schemi, schede e testo di esercizi da svolgere: distribuiti a lezione.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Davide Pinelli

Consulta il sito web di Alessandro Zambon