Piano studi Programmazione didattica corso chimico biologico curvatura “alimentare” area d’indirizzo V anno dal 2018/19 Materia: Laboratorio tecnologico ed esercitazioni(V anno) classe concorso ore settimanali valutazione 4 pratica analisi del vino composizione media del vino; determinazione del peso specifico; determinazione del grado alcolico per distillazione (misura della densità del distillato con il picnometro e la bilancia idrostatica); determinazione del pH; determinazione dell’acidità totale tramite titolazione e con pH-metro; determinazione dell’acidità volatile e dell’anidride solforosa; determinazione del contenuto zuccherino di un mosto con densimetro e del grado alcolico probabile determinazione degli zuccheri riducenti e degli zuccheri totali tramite Fehling; determinazione della conducibilità grado alcolico e grado alcolico potenziale; residuo secco; ceneri e alcalinità, limite di salatura e gessatura; analisi del latte composizione media del latte; risanamento e conservazione del latte. Pastorizzazione, latte UHT, latte sterilizzato, trattamenti alternativi. determinazione del peso specifico; determinazione dell’acidità; determinazione del ph; determinazione della sostanza grassa; determinazione dell’indice crioscopico; determinazione degli zuccheri riducenti tramite fehling; determinazione dei cloruri tramite Vohlard; determinazione delle proteine.saggi per determinare lo stato di conservazione del latte: prova all’alcol, prova all’alizzarina, prova all’ebollizione, prova della reduttasi. Yogurt: fermentazione lattica, processo produttivo. analisi dell’olio composizione dell’olio; determinazione dell’indice di acidità; determinazione spettrofotometrica dell’olio; determinazione del numero dei perossidi. Spettrofotometria UV-Vis Principi teorici; parti dello strumento; spettro degli indicatori acido – base; 1 MATERIA: tecnologie applicate ai materiali e ai processi produttivi(V anno) classe concorso ore settimanali valutazione A013 4 scritta /orale/pratica distillazione-rettifica e apparecchiature generalità operative, fenomenologia e valutazione del processo di distillazione. Metodi di distillazione. Tecniche particolari di distillazione. Introduzione alla chimica industriale. Industria chimica e impianto chimico. Fasi dello sviluppo di un processo chimico. Problematiche dell’industria chimica. Energia. Riceca ed economicità dei processi, tossicità dei prodotti chimici. Fasi della progettazione tecnologica e costruttiva. Classificazione delle industrie chimiche ed esempi dei vari processi. Termochimica e spontaneità delle reazioni. Primo principio della termodinamica, entalpia di reazione. Secondo principio della termodinamica, entropia. Energia libera di gibbs. Condizioni termodinamiche per il verificarsi delle reazioni. Velocità delle reazioni e il loro meccanismo. Fattori che influenzano la velocità delle reazioni. Meccanica di una reazione. Urti efficaci. Energia di attivazione e complesso attivato. Equilibrio chimico. Principio di le Chatelier. Spostamento dell’equilibrio. Costanti di equilibrio e rese. Parametri operativi per aumentare le rese. Reattoristica. Tipologia e scelta dei reattori. Le acque Ciclo dell’acqua. Requisiti delle acque in rapporto agli usi. Stato delle acque, salse e inquinate. De indurimento. Demineralizzazione. Eliminazione dei gas disciolti. Eliminazione delle sospensioni. Acque per uso urbano. Sterilizzazione. Acque per uso industriale. Acque per caldaie. Metodi di dissalazione delle acque marine. Allontanamento del solvente, allontanamento del solvente. Trattamenti di depurazione biologica. Processi significativi dell’industria chimica Liquefazione e frazionamento dell’aria. Sintesi dell’ammoniaca. Reforming del metano. Sintesi dell’acido nitrico. Estrazione del greggio. Composizione chimica dei petroli. Topping. Vacuum topping. Cracking. Reforming. Schemi dei processi studiati.reattori e fermentatori enzimatici e biologici operazioni di separazione più importanti per l'industria alimentare e biochimica dall'altro. 2 MATERIA: tecniche di produzione e organizzazione(V anno) classe concorso ore settimanali A013 – A060 4 valutazione scritta/orale/pratica principi nutritivi che apportano energia lipidi: generalità, classificazione, acidi grassi , acidi grassi essenziali, acilgliceroli (reazione di esterificazione e saponificazione) fosfolipidi, cenni a steroli ed eicosanoidi. Proprietà nutrizionali dei lipidi. Protidi: generalità, funzioni, amminoacidi (classificazioni e punto isoelettrico), struttura delle proteine (primaria, secondaria, terziaria e quaternaria) classificazione delle proteine (semplici, coniugate) funzione e digestione delle proteine. Enzimi, membrana cellulare. Carboidrati: generalità, classificazione. Monosaccaridi e polisaccaridi. Digestione dei carboidrati. Cenni al metabolismo cellulare. Principi nutritivi che non apportano energia Acqua: caratteristiche chimico fisiche, (molecola e proprietà solventi), acqua negli alimenti e nell’organismo umano, acqua potabile, cenni alle analisi delle acque, cenni sulla potabilizzazione. Sali minerali e vitamine: definizione di vitamine, problemi determinati dalla carenza di vitamine, classificazione degli oligo elementi, fattori che influenzano la biodisponibilità dei minerali negli alimenti, calcio, ferro, fosforo e magnesio. Sostanze diverse dai principi nutritivi Additivi alimentari e metodi analitici. Spettrofotometria UV vis. HPLC e gascromatografia. Assorbimento atomico MATERIA: tecniche di gestione e conduzione di macchine(V anno) classe concorso ore settimanali valutazione A013 5 scritta/orale sicurezza e prevenzione nei luoghi di lavoro responsabilità del datore di lavoro. Organi di sorveglianza e controllo. Responsabilità del datore di lavoro. Infortuni sul lavoro e malattie professionali. Decreto legislativo 81/2008. Sicurezza e prevenzione degli incendi. Sicurezza rispetto al rumore. Effetti tossici dei prodotti chimici. Contaminazione ambientale, 3 classificazione e natura degli effetti tossici, fattori che influenzano la tossicità, vie di contaminazione, esposizioni multiple, indici di inquinamento negli ambienti di lavoro. Processi biotecnologici Generalità dei fermentatori. Il processo fermentativo. Introduzione ai processi biotecnologici. Le materie prime: i costi, la composizione, i trattamenti, la stechiometria della biomassa, materie prime e produzioni industriali. Le fasi di produzione: l’inoculo, sterilizzazione del mezzo di coltura, la fermentazione, estrazione e purificazione dei prodotti, i processi biotecnologici. Impianti biotecnologici Il fermentatore. Classificazione dei fermentatori. Evoluzione delle tecniche e dei processi di fermentazione. Esempi di processi di fermentazione. Tipi e caratteristiche dei fermentatori. Sterilizzazione, sistemi antischiuma. Ossigeno nelle trasformazioni aerobiche. Configurazione di un impianto. Configurazione dei bireattori e sistemi di agitazione, tipologie di fermentatori. Misure e controlli nei processi biotecnologici. Il monitoraggio di un processo biotecnologico. Il processo biotecnologico come insieme di misure e controlli. Processi aerobici e anaerobici. Impianti di trattamento dei rifiuti solidi urbani riguardo ai processi aerobici e anaerobici delle frazioni organiche. Produzione dell’alcol etilico. Produzione di antibiotici. Conduzione e gestione degli impianti di trattamento delle acque di scarico. Trattamenti meccanici delle acque. Avviamento e conduzione. Disfunzione e correzioni. Manutenzione. Trattamenti biologici delle acque. Avviamento e conduzione. Disfunzione e correzioni. Manutenzione. Trattamenti meccanici dei fanghi. Avviamento e conduzione. Disfunzione e correzioni. Manutenzione. Trattamenti biologicidei fanghi. Avviamento e conduzione. Disfunzione e correzioni. Manutenzione. Rappresentazione grafica dei processi. Diagrammi a blocchi. Schema di principio. Schema di processo. Norme UNI, UNI-EN, UNICHIM. 4 area d’indirizzo IV anno dal 2017/18 Materia: Laboratorio tecnologico ed esercitazioni(IV Anno) classe concorso ore settimanali 4 valutazione pratica analisi strumentale Metodi ottici e spettrali di analisi: Radiazione elettromagnetica, caratteristiche. Spettro elettromagnetico. Interazione della radiazione elettromagnetica con la materia, sistemi atomici e molecolari. Spettri atomici. Spettri di assorbimento molecolare: importanza della struttura, del solvente, del pH. Legge di Lambert-Beer: validità, campo di linearità, deviazioni. Punto isosbestico. Strumentazione. Sorgenti, monocromatori, celle, fotodiodi. Strumenti a singolo e a doppio raggio. Analisi qualitativa e quantitativa mediante spettrofotometria UV-Visibile. Analisi diretta e analisi in derivata. Analisi a doppia lunghezza d’onda. Fluorimetria. Assorbimento nell’IR. Applicazioni analitiche. Metodi elettrochimici: Celle elettrochimiche. Potenziali elettrodici. Potenziale standard. Elettrodi indicatori di concentrazione degli ioni. Elettrodi di 1^, 2^ e 3^ specie. Elettrodi redox. Elettrodi di riferimento. Potenziometria. Misura della FEM dellacella. Elettrodo di vetro, misura del pH. Elettrodi ionoselettivi. Titolazioni potenziometriche. Elettrogravimetria. Legge di Faraday. Coulombometria. Conduttimetria. Conducibilità specifica e conducibilità equivalente. Titolazioni conduttimetriche. Voltammetria. Polarografia. Elettrodo a goccia di mercurio. Potenziale di semionda. Applicazioni: analisi quali- e quantitativa. Amperometria, titolazioni amperometriche. Metodi separativi:Cromatografia.Estrazione con solventi. Legge di Nernst, coefficiente di ripartizione, rapporto di distribuzione. Metodi di estrazione e tipi di estrattori. Parametri cromatografici. Efficienza di una colonna. Risoluzione. Curva di van Deemter. Cromatografia solido-liquido. Adsorbimento. Tipi di adsorbenti. Isoterme di adsorbimento. Fasi mobili. Cromatografia di scambio ionico. Resine scambiatrici. Cromatografia di esclusione su gel. Cromatografia liquido-liquido. Supporti per fasi fisse. Fasi legate. Solventi. Serie eluotropica, λdi cut-off. Cromatografia su carta e su strato sottile(TLC). Cromatografia Liquida ad Alta Prestazione (HPLC). Strumentazione. Pompe. Iniettori. Colonne. Rivelatori: spettrofotometrici UV-Vis a dispersionee DAD, spettrofluorimetrici, elettrochimici. Gascromatografia. Colonne impaccate e colonne capil lari. Gas di trasporto, caratteristiche. Iniettori. Rivelatori: TCD, FID, ECD. Analisi quant itativa in cromatografia: Metodo dello standard esterno e dello standard interno. Elettroforesi. Principi teorici. Elettroforesi planare. Elettroforesi capillare (CE). Flusso elettroosmotico. Strumentazione. Analisi quantitativa in CE. Cenni alle varie tecniche MATERIA: tecnologie applicate ai materiali e ai processi produttivi(IV Anno) classe concorso ore settimanali 5 A013 5 valutazione scritta /orale/pratica Nutrienti e antinutrienti. Costituenti principali dei cibi. Acqua. Carboidrati. Lipidi. Proteine. Fibra alimentare. Minerali principali: Sodio, Cloro, Potassio, Magnesio, Calcio, Fosforo, Zolfo, Rame, Iodio, Ferro, Vitamine, Enzimi Alimenti di origine animale: Uova, Carne, Latte, latticini, Pesce e altri alimenti ittici Alimenti di origine vegetale: Verdure e ortaggi, Frutta, Olio, Cereali, Frumento, pane e pasta Bevande alcoliche Alterazione degli alimenti: Cottura, Reazione di Maillard, Idrolisi, Fermentazione, Ossidazione, Irrancidimento, Putrefazione Conservazione degli alimenti: con mezzi fisici, col calore, Scottatura, Pastorizzazione, Bollitura, Sterilizzazione, Trattamento UHT, Disidratazione, Concentrazione, Essiccazione, Liofilizzazione, col freddo, Refrigerazione, Congelamento, Surgelazione, Filtrazione, Radiazioni, Confezionamento sottovuoto e in atmosfera protetta, con mezzi chimici, Zucchero, Affumicatura, Salatura, Conservazione sott’olio, Conservazione sott’aceto. Additivi alimentari Confezionamento degli alimenti MATERIA: tecniche di produzione e organizzazione(IV Anno) classe concorso ore settimanali valutazione A013 – A060 5 scritta/orale/pratica -GLUCIDI: monosaccaridi, disaccaridi, polisaccaridi. Gliceraldeide-Glucosio, fruttosio, glucidi polimerici.Proprietà nutrizionali dei glucidi FIBRA -Funzioni, meccanismo d’azione.-Azione della fibra a livello gastrico -Azione della fibra a livello intestinale LA CHIMICA DEGLI ALIMENTI -Chimica bromatologia, caratteri organolettici.-Pigmenti, coloranti, cromofori, auxocromi. LE MUFFE -Caratteristiche e classificazione-Nutrimento.-I lieviti e condizioni ottimali di crescita PROTOZOI E ALGHE I VIRUS-Caratteristiche, struttura, replicazione del virus.-Retrovirus(virus AIDS) 6 -ENZIMI e CELLULEIMMOBILIZZATE. FERMENTAZIONE e RESPIRAZIONE FERMENTAZIONE BUTIRRICA(produzione di acido butirrico) FERMENTAZIONE ACETICA(produzione aceto) FERMENTAZIONE PANARIA(pane e prodotti da forno) FERMENTAZIONE LATTICA(derivati del latte:yogurt, formaggi) FERMENTAZIONE ALCOLICA(birra, vini) Principali prodotti industriali alimentari(Acido butirrico, aceto,pane,prodotti da forno,salame,yogurt ,formaggi, vino, birra,grappa). Produzione a livello industriale di acidi e alcol ESERCITAZIONI DI LABORATORIO -Riconoscimento del glucosio -Ricerca degli zuccheri riducenti negli alimenti -Ricerca delle proteine negli alimenti Il microscopio: parte ottica e meccanica. Ingrandimento totale. Osservazione al microscopio di cellule animali(mucosa boccale, fegato di pollo) e vegetali(elodea, cipolla). Accenni teorici sui funghi: muffe e lieviti. Biotecnologie. Osservazione di muffe del pane, formaggio, arancia, limone. Osservazioni di lieviti. Lieviti in gemmazione. Accenni teorici su alcuni batteri. Osservazione al microscopio di Lattobacilli, streptococchi, diplococchi presenti nello yogurt, con colorazione semplice(blu di metilene), e colorazione doppia(colorazione di Gram). Riconoscimento di batteri Gram +e Gram - . Colorazione di Spore. Ziehl Nielsen. May Grunwald- Gimsa. Osservazione al microscopio di granuli di amido nelle varie farine. Accenni teorici sui virus. Alghe e protozoi. Osservazione al microscopio di parameci e diatomee nell’acqua di fosso. Preparazione di terreni di coltura(agar nutriente). Composizione dei terreni di coltura più comuni. Classificazione dei terreni. 7 Classificazione morfologia colonie. Uso del contacolonie Sterilizzazione.Autoclave. Determinazione della carica microbica totale dell’acqua. Diluizioni. Calcolo dell’UFC. Preparazione del PCA .Semina per inclusione di acqua di rubinetto. Idem per acqua piovana. Conta delle colonie. Ricerca dei batteri sviluppatesi,previa fissazione e colorazione di Gram. Accenni sulla potabilità dell’acqua e relativi calcoli UFC. -Osservazioni al microscopio dei granuli di amido di alcuni alimenti. -Ricerca dell’amido negli alimenti col Lugol -Colorazioneed osservazione al microscopio di preparati a fresco con colorazione semplice. Colorazione di preparati con colorazione di Gram previa fissazione. ESERCITAZIONE SULLA FERMENTAZIONE BUTIRRICA, LATTICA, ALCOLICA E PANARIA, con relativa lettura e interpretazione dati. -Osservazioni al microscopio di lieviti e muffe. -Osservazione al microscopio di clostridi e bacilli amylobacter. -Osservazione al microscopio di lattobacilli, streptococchi lattici(L.casei,bifidobacter) -Ricerca di grassi e caseina nel latte Osservazione di batteri presenti nel salame. MATERIA: tecniche di gestione e conduzione di macchine (IV Anno) classe concorso ore settimanali valutazione A013 3 scritta/orale valutazione economica di un progetto industriale. la trasmissione del calore. Conduzione , convezione e irraggiamento. Equazione di fourier.flusso di calore e coefficiente di pellicola. Scambio di calore in equicorrente e in controcorrente. Apparecchiature utilizzate per lo scambio di calore evaporazione 8 analisi del fenomeno dell’ebollizione. Fattori che influiscono sul fenomeno dell’ebollizione. Tipologie di evaporatori. Bilancio di materia e bilancio di energia. Evaporatori a multiplo effetto. Simbologia utilizzata per gli impianti Distillazione Generalità. caratteristiche delle miscele. Soluzioni ideali e non ideali. Composizione del vapore e del liquido in condizioni di equilibrio. Miscele azeotropiche. Regola della leva. Differenti tipologie di distillazione. Simbologia utilizzata per gli impianti Estrazione Generalità. Processo di estrazione liquido solido. Estrazioni con solventi. Tipologie di estrazione. Impianti utilizzati per l’estrazione. Simbologia utilizzata per gli impianti Simbologia utilizzata per gli impianti Impianti chimici nell’industria alimentare Processi di cristallizzazione, cristallizzazione industriale dello zucchero. Pastorizzazione delle bevande: teoria di Teylor con analisi di Brenner. Pastorizzazione di sostanze semisolide. L’estrusione nella preparazione delle paste alimentari. Lo Scale-up dei miscelatori per paste alimentari. Recupero degli aromi delle bevande alimentari…. area d’indirizzo III annodal 2016/17 Materia: Laboratorio tecnologico ed esercitazioni(III Anno) classe concorso ore settimanali valutazione 9 5 pratica gravimetria: tecnica operativa. Determinazione dell’alluminio. Determinazione del bario. Determinazione del rame. Volumetria:principi teorici. Titolazioni dirette e indirette. Calcoli. Tecnica operativa. Sostanze madri Alcalimetria e acidimetria: Dosaggio acido cloridrico, acido acetico, Acido borico, Acido fosforico, ammoniaca in sale ammoniacale,idrossido di sodio e carbonato di sodio nella soda commerciale. Argentometria: metodo di Mohr.Metodo di fajans. Metodo do vohlard. Complessometria: dosaggi: alluminio, bismuto, calcio e magnesio in un acqua, ferro , ione solfato. Permanganometria: dosaggi: acqua ossigenata, calcio, cromo. Bicromatometria:dosaggio del ferro Iodimetria e iodometria: dosaggi: acqua ossigenata, anidridi arsenica e arseniosa, rame MATERIA: tecnologie applicate ai materiali e ai processi produttivi(III Anno) classe concorso ore settimanali valutazione A013 6 scritta /orale/pratica Richiami di chimica generale Concetto di mole. Valenza e numero di ossidazione. Nomenclatura tradizionale e IUPAC. Le soluzioni. Concentrazione delle soluzioni: molarità, normalità.Le diluizioni. Misurazione, controllo ed elaborazione dati Accuratezza e precisione. Errori nelle misurazioni.Cifre significative. Chimica applicata: chimica analitica – parte 1 Introduzione all’analisi chimica. L’equilibrio chimico. Le reazioni reversibili. La costante di equilibrio. Il principio di Le Chatelier Chimica applicata: chimica analitica – parte 2 Gli acidi e le basi.Gli equilibri acido – base. Il pH. Il calcolo del pH. Le soluzioni tampone Gli indicatori acido – base e le curve di titolazione: la teoria. Chimica applicata: chimica analitica – parte 3 Equilibri di precipitazione: Kps e solubilità. Argentometria.I composti di coordinazione: teoria e stabilità dei composti di coordinazione. Le titolazioni complesso metriche. Le ossidoriduzioni e il loro bilanciamento. Permanganometria. Pile: teoria e loro funzionamento Materiali di interesse industriale Proprietà dei materiali. Caratteristiche dei materiali e leghe del ferro. L’acciaio il rame. Il piombo. L’alluminio 10 MATERIA: tecniche di produzione e organizzazione(III Anno) classe concorso ore settimanali valutazione A013 – A060 6 scritta/orale/pratica STRUTTURA E LEGAMI DEI COMPOSTI ORGANICI Struttura elettronica degli atomi. Regola dell'ottetto e simbolismo di Lewis: legame ionico, legame covalente. Elettronegatività e legami chimici. Forma delle molecole. Sovrapposizione degli orbitali atomici e formazione degli orbitali molecolari: legame e π. Ibridizzazione e struttura delle molecole organiche: ibridizzazione sp3, ibridizzazione sp2 e ibridizzazione sp. Struttura con doppi e tripli legami. Interazioni intermolecolari: interazione di van der Waals, interazione dipolo-dipolo e interazione legame ponte idrogeno. ALCANI E CICLOALCANI Caratteristiche generali. Isomeria: di catena, di conformazione e di configurazione (cis-trans). Nomenclatura. Proprietà fisiche. proprietà chimiche: combustione. REAZIONI ORGANICHE ED EFFETTI ELETTRONICI Reazioni polari: di addizione, di sostituzione e di eliminazione. Reazioni radicaliche: Acidi e basi di Brönsted-Lowry e di Lewis. Reagenti nucleofili ed elettrofili. ALCHENI, ALCHINI E DIENI CONIUGATI Caratteristiche generali. Nomenclatura e stereoisomeria geometrica.: composti cis e trans. Proprietà fisiche, Proprietà chimiche: addizione elettrofila. Dieni coniugati ed effetto di risonanza. IDROCARBURI AROMATICI Caratteristiche generali. Spiegazione struttura anello benzenico: teoria della risonanza e degli orbitali molecolari, regola di Kekulé. Nomenclatura: composto orto, meta e para. proprietà fisiche e fisiologiche. Proprietà chimiche: aromaticità (regola di Hückel). Reazioni di sostituzione elettrofila: meccanismo generale (forme di risonanza del carbocatione), alogenazione, nitrazione e solfonazione. ALCOLI E FENOLI Caratteristiche generali. Nomenclatura: alcoli I, II e III. Proprietà fisiche e loro uso. Proprietà chimiche: reazione sul legame O—H, sul legame C—O e reazioni di ossidazione. Comportamento acido: acidità, formazione di alcolati. Comportamento basico: basicità, formazione degli alogenuri alchilici. Acidità dei fenoli: forme di risonanza dello ione fenato. ALDEIDI E CHETONI Caratteristiche generali. Nomenclatura. Proprietà fisiche. Proprietà chimiche: siti di attacco. Reazioni di addizione al carbonile: meccanismo di reazione. Addizione di alcol: formazione di acetali e chetali. Tautomeria cheto-enolica: equilibrio cheto-enolico (forme di risonanza). ACIDI CARBOSSILICI Caratteristiche generali. Nomenclatura. Proprietà fisiche. Proprietà chimiche: formazione di sali, acidità (forme di risonanza ione carbossilato), sostituzione nucleofila acilica, esterificazione di Fischer (meccanismo di reazione), reazione di saponificazione. AMMINE 11 Caratteristiche generali: ammine I, II e III. Nomenclatura. Preparazione delle ammine. Proprietà fisiche. Proprietà chimiche e reattività. Reazioni acido – base: salificazione STEREOCHIMICA Chiralità e attività ottica. Enantiomeri, diastereoisomeri e meso. Configurazioni assolute R, S. Metodi di risoluzione degli antipodi ottici. CARBOIDRATI Caratteristiche generali. Definizione e classificazione. D- e L- Zuccheri. I monosaccaridi: stereochimica, forma aperta e chiusa: equilibrio chimicoi. Struttura ciclica dei monosaccaridi: Canomerico e ossidrile anomerico. Mutarotazione. Comportamento chimico dei monosaccaridi. I polisaccaridi: caratteristiche generali, amido e cellulosa. LIPIDI Caratteristiche generali. Definizione e classificazione. Lipidi saponificabili: struttura e caratteristiche, proprietà chimiche: saponificazione, riduzione, ossidazione. 12