Catalisi e Biocatalisi industriale |
Codice
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18438 |
Lingua
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ITA |
Tipo di attestato
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Attestato di profitto |
Modulo: Principi di catalisi
(obiettivi)
Con il presente insegnamento si intende fornire agli studenti i concetti generali relativi agli aspetti chimici della catalisi e alle sue applicazioni in campo biologico e biotecnologico. Partendo dagli aspetti fondamentali della cinetica chimica, si svilupperà un percorso che dovrà al suo esito mettere in grado lo studente di discutere il meccanismo di reazione di alcuni processi di interesse biotecnologico, individuando l'eventuale natura catalitica degli stessi e discutendone in maniera critica le varie fasi e le possibili applicazioni industriali.
Conoscenza e capacità di comprensione (knowledge and understanding): acquisizione da parte dello studente di contenuti specifici relativamente a: i) principi generali della cinetica chimica e della catalisi; ii) individuazione di processi catalici di interesse biotecnologico, con descrizione dettagliata delle varie fasi; iii) collocazione dei sistemi studiati nell'ambito più generale della catalisi e biocatalisi industriale. 2) Capacità di applicare conoscenza e comprensione (applying knowledge and understanding): verrà curata la capacita dello studente di analizzare, alla luce delle conoscenze acquisite, il possibile interesse, anche su larga scala, di un processo di natura catalitica, sia naturale che di sintesi, esaminandone criticamente le varie fasi e gli eventuali obiettivi applicativi. 3) Autonomia di giudizio (making judgements); l’insegnamento dovrà fornire allo studente la capacità di lavorare in autonomia di giudizio anche attraverso la consultazione critica e la comparazione di materiali didattici di varia tipologia. Si svilupperà inoltre in ogni caso la capacità del singolo di interagire criticamente con gli altri componenti di una classe omogenea, stimolando in particolare l'interazione fra i componenti della stessa. 4) Abilità comunicative (communication skills): lo studente che frequenta l’insegnamento verrà continuamente sollecitato ad illustrare, anche mediante tecniche audiovisive, i progressi fatti nello studio della disciplina e nell'apprendimento dei concetti presentati. Il docente stimolerà inoltre la discussione anche mediante uno scambio di opinioni tra gli studenti frequentanti, che diventeranno così parte attiva nel processo di comunicazione e di elaborazione del singolo. 5) Capacità di apprendere (learning skills): verrà costantemente stimolata anche attraverso la somministrazione di test e di esercizi da svolgere in maniera autonoma, con l'obiettivo di restituirne i risultati e di confrontarli con quelli ottenuti dagli studenti che frequentano la stessa classe. Verranno inoltre svolti esercizi in classe e simulazioni della prova finale.
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Lingua
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ITA |
Tipo di attestato
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Attestato di profitto |
Crediti
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3
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Settore scientifico disciplinare
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CHIM/03
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Ore Aula
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24
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Attività formativa
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Attività formative affini ed integrative
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Canale Unico
Docente
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GRANDINETTI Felice
(programma)
Cinetica chimica: concetti generali. La velocità delle reazioni chimiche: formulazione e significato fisico. Fattori che influenzano la velocità delle reazioni chimiche: concentrazione dei reagenti, temperatura, catalizzatori. Effetto della concentrazione dei reagenti sulla velocità di reazione: equazione cinetica, costante di velocità, ordine di reazione. Determinazione dell’equazione cinetica in termini di ordini di reazione e di costante di velocità. Reazioni del primo e del secondo ordine, reazioni di ordine zero. Tempo di dimezzamento. Relazione fra costanti di velocità e costanti termodinamiche.Significato fisico della costante di velocità e sua dipendenza dalla temperatura. L’equazione di Arrhenius. Fattore pre-esponenziale ed energia di attivazione. I meccanismi di reazione: concetti generali. Stadi elementari e molecolarità. Equazioni cinetiche per gli stadi elementari. Meccanismi di reazione ed equazioni cinetiche. La catalisi: concetti generali. Catalizzatori e velocità di reazione. Esempi di interesse industriale, biologico ed ambientale. Catalisi eterogenea: natura del catalizzatore, caratterizzazione chimica e fisica, modalità di azione. Catalisi omogenea: concetti generali ed esempi. I meccanismi della catalisi omogenea: catalisi covalente, catalisi acido-base, catalisi da ioni metallici, catalisi micellare. La catalisi nei sistemi biologici. Definizione di catalisi enzimatica. I concetti sopra elencati verranno spiegati ed illustrati anche mediante esercizi numerici e metodi di elaborazione grafica. Gli studenti sono pertanto invitati a fornirsi di una calcolatrice e di quanto necessario per la rappresentazione ed elaborazione di grafici (carta millimetrata, riga, materiale di cancelleria).
(testi)
1) AA, VV., Chimica Generale e Inorganica, Edi-Ermes, Milano, Cap. 14, Cinetica Chimica; 2) Materiale elaborato dal docente sotto forma di dispense e direttamente fornito agli studenti, insieme ad articoli tratti dalla letteratura.
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Date di inizio e termine delle attività didattiche
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Dal al |
Modalità di erogazione
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Tradizionale
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Modalità di frequenza
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Non obbligatoria
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Modulo: Biocatalisi industriali
(obiettivi)
Il modulo si propone di fornire agli studenti le basi teoriche ed applicative relative all’impiego di sistemi biocatalitici applicati a vari settori industriali. Viene offerta un'ampia panoramica dei processi assistiti da biocatalizzatori caratterizzati da una reale rilevanza commerciale Al termine del corso lo studente acquisirà anche: 1) conoscenza e capacità di comprensione: al termine del corso e e a seguito dell’impegno di studio individuale, lo studente acquisirà una panoramica esaustiva sull’impatto della biocatalisi nel settore industriale con riferimento alla produzione di beni di largo consumo e di fine chemicals 2) Capacità di applicare conoscenza e comprensione: al termine del corso e a seguito dell’impegno di studio individuale, lo studente raggiunge una preparazione adeguata che, unitamente alle altre conoscenze più specifiche che acquisirà nel prosieguo, gli permetterà di applicare le conoscenze acquisite alla possibile implementazione di fasi biocataliticamente assistite nell’ambito di processi industriali. In particolare, verranno fornite linee guida nella selezione del catalizzatore, del metodo eventuale di immobilizzazione e della configurazione reattoristica più idonei all’applicazione target. Inoltre, sarà in possesso di elementi che gli consentano di operare una scelta mirata tra possibili formulati commerciali alternativi contenenti l’enzima in questione sulla base delle informazioni fornite dal produttore e dalla letteratura scientifica. 3) Autonomia di giudizio (making judgements): la frequenza del corso unitamente agli sforzi di studio individuali metteranno lo studente nelle condizioni di lavorare con autonomia di giudizio anche attraverso la consultazione critica e la comparazione di materiali didattici di varia tipologia e di analizzare criticamente dati inerenti a processi produttivi 4) Capacità comunicative: al termine della frequenza del corso associata ad un impegno di studio individuale, lo studente sarà in grado di comunicare le conoscenze acquisite usando una terminologia appropriata e sarà in grado di interagire positivamente e scambiare informazioni con interlocutori di pari livello. 5) Capacità di apprendimento: le informazioni acquisite anche dalla frequenza del corso consentiranno allo studente di promuovere il proprio auto-aggiornamento reperendo elementi utili attraverso la consultazione mirata di canali informativi derivati dalla letteratura scientifica e da siti web accreditati
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Lingua
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ITA |
Tipo di attestato
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Attestato di profitto |
Crediti
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3
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Settore scientifico disciplinare
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AGR/13
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Ore Aula
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24
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Attività formativa
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Attività formative affini ed integrative
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Canale Unico
Docente
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D'ANNIBALE Alessandro
(programma)
Enzimologia industriale: Fonti disponibili per l'estrazione di enzimi (animali,vegetali e microbiche); produzione e purificazione di enzimi su scala industriale. Fattori propulsivi della biocatalisi nel settore industriale (casi studio emblematici:fitasi e glucosio isomerasi) – Analisi di mercato degli enzimi industriali e impatto sui vari settori - Considerazioni economiche e ruolo della biocatalisi nella sostenibilità dei processi industriali (modifiche di processo/prodotto, impatto ambientale, consumi energetici). Stabilità e stabilizzazione di enzimi di interesse industriale - Immobilizzazione enzimatica - Tecniche di immobilizzazione enzimatica carrier-dipendenti - Supporti convenzionali, mesoporosi e nano materiali – Tecniche di immobilizzazione carrier-free - Caratteristiche chimico-fisiche, cinetiche e operative di preparazioni enzimatiche immobilizzate - Scaling-up del processo di immobilizzazione. Bioreattori a enzimi liberi ed immobilizzati (tipologie di reattori e modalità operative di conduzione dei processi). Problematiche generali relative all’utilizzo di enzimi in forma libera ed immobilizzatia - Biocatalisi in sistemi acquosi e in solventi organici - Settori applicativi industriali della biocatalisi: Industria alimentare (uso di enzimi nel settore lattiero-caseario, della panificazione, produzione di bevande), tessile (biostone-washing, sbozzimatura, bioscouring), cartaria (bleach-boosting e deinking), conciaria (uso di idrolasi nelle operazioni “a la riviere”), farmaceutica (sintoni chirali e pro-farmaci), biocarburanti (saccarificazione enzimatica di matrici di prima e seconda generazione, transesterificazioni enzimatiche e biodiesel). Uso di additivi enzimatici nel settore della detergenza - Uso di enzimi in personal care products ed in cosmetica.
(testi)
Articoli, lavori di rassegna su argomenti specifici e slide del corso caricate sulla piattaforma Moodle - Andrés Illanes "Enzyme Biocatalysis. Principles and Application" Springer (2008) - A. Liese, K. Seelbach, C. Wandrey "Industrial Biotransformations" Wiley (2006).
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Date di inizio e termine delle attività didattiche
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Dal al |
Modalità di erogazione
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Tradizionale
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Modalità di frequenza
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Non obbligatoria
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Metodi di valutazione
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Prova orale
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