Programma di Impianti di Biotecnologie - "Antonietta De Pace"

Programma di Impianti di Biotecnologie
2012-2013
I.I.S.S. “A. DE PACE” LECCE
SCHEDA DI PROGRAMMAZIONE DISCIPLINARE
CLASSE V
TECNICO CHIMICO BIOLOGICO SEZ. A
Anno scolastico: 2012-2013
DOCENTE: NADIA VIZZI
Programma di Impianti di Biotecnologie
2012-2013
I.I.S.S. “A. DE PACE” LECCE
1. Quadro degli obiettivi di competenza.
Scopo della programmazione è di rendere il discente in grado di:
 Conoscere cosa è un processo fermentativo
 Conoscere gli enzimi e il loro meccanismo di azione
 Conoscere i principali microrganismi ed enzimi utilizzati per le bioproduzioni
 Conoscere le varie fasi di produzione industriale
 Acquisire nozioni generali sulle tecniche di recupero dei prodotti.
 Conoscere le tipologie e le caratteristiche dei principali fermentatori in funzione dei diversi
processi
 Conoscere le principali produzioni biotecnologiche: di sintesi, farmaceutiche e
agroalimentari.
 Conoscere le caratteristiche principali e le funzioni svolte dal bioreattore
 Conoscere quali sono le variabili da controllare negli impianti di fermentazione ed
individuare opportuni sistemi di controllo e regolazione
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2. Articolazione delle competenze in abilità e conoscenze.
2012-2013
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Conoscere cosa è un processo fermentativo
Conoscere gli enzimi e il loro meccanismo di azione
Conoscere i principali microrganismi ed enzimi utilizzati per le bioproduzioni
OBIETTIVI
CONOSCENZE
Il processo fermentativo.
Cenni storici, definizione di
biotecnologia, principali processi
biotecnologici.
Enzimi, definizione e meccanismo
d’azione.
La cinetica enzimatica e la
costante di Michaelis Menten.
Fattori che influenzano l’attività
enzimatica.
Inibitori ed effettori.
Enzima e profilo energetico di
reazione.
Generalità sui fermentatori.
Esempi di fermentatori:
strumentazione e controllo di
processo.
Digestori e fermentatori a vasca.
Principali caratteristiche e funzioni
svolte dal bioreattore.
Variabili da controllare negli
impianti di fermentazione.
Sistemi di controllo e regolazione.
Tipologie e caratteristiche dei
fermentatori in funzione dei
diversi tipi di processo.
Conoscere le varie fasi di
produzione industriale
Acquisire nozioni generali sulle
tecniche di recupero dei
prodotti.
Conoscere le tipologie e le
caratteristiche dei principali
fermentatori in funzione dei
diversi processi
Conoscere le principali
produzioni biotecnologiche: di
sintesi, farmaceutiche e
agroalimentari.
Trattamenti aerobici e anaerobici
per la depurazione di acque reflue
civili ed industriali.
Produzione di biogas.
Produzione di enzimi.
Produzione di alcool etilico a
partire da residui vegetali.
Etanolo: produzione del vino e
della birra.
Acido citrico
Acetone e butanolo.
Amminoacidi: acido glutammico e
lisina.
Proteine: SCP e HFCS
Antibiotici: penicillina.
Conoscere le caratteristiche
principali e le funzioni svolte dal
ABILITA’
Definisce il concetto di fermentazione e di
biotecnologia.
Conosce l’attività di un enzima e il
meccanismo cinetico attraverso il quale si
esplica.
Distingue come viene modificata l’attività
enzimatica da parametri fisici e non.
Descrive come si abbassa l’energia di
attivazione grazie all’uso di enzimi.
Definisce il fermentatore.
Conosce tutti i parametri da monitorare
durante un processo fermentativo e di
conseguenza conosce il tipo di strumentazione
necessaria a questo monitoraggio.
Conosce le diverse tipologie di fermentatori e
le tecnologie connesse.
DISCIPLINA DI
RIFERIMENTO
DISCIPLINE
CONCORRENTI
CHIMICA
FISICA
BIOLOGIA
MICROBIOLOGIA
CHIMICA
FISICA
MATEMATICA
CHIMICA
FISICA
BIOLOGIA
MICROBIOLOGIA
CHIMICA
BIOLOGIA
MICROBIOLOGIA
Distingue tra processo aerobio e anaerobio.
Conosce i passaggi che portano alla
depurazione delle acque reflue e gli impianti
coinvolti.
Conosce diverse tipologie di processi
fermentativi, con particolare riferimento a
quelli presenti sul territorio.
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bioreattore
Conoscere quali sono le variabili
da controllare negli impianti di
fermentazione ed individuare
opportuni sistemi di controllo e
regolazione
Richiami sui tipi di controllo
(proporzionale derivativo,
integrativo, separati e combinati
tra loro).
Misurazioni e controlli delle
variabili riguardanti il processo
(temperatura, portata di aria,
ossigeno disciolto, pH, ecc…)
Cenni sul controllo analitico in
continuo (on-line) dei parametri
chimici (elettrodi, ioni-selettivi,
elettrodi enzimatici, ecc…).
Applica il secondo principio della
termodinamica.
Definisce le funzioni entalpia ed entropia per
sistemi fisici e sistemi chimici.
Applica il terzo principio della termodinamica.
Significato di energia libera.
Legge di Gibbs.
Costante di equilibrio.
Legge di Van’T Hoff.
CHIMICA
CHIMICA
3. Contenuti del programma.
Modulo 1. La fermentazione
Il processo fermentativo.
Cenni storici, definizione di biotecnologia, principali processi biotecnologici.
Enzimi, definizione e meccanismo d’azione.
La cinetica enzimatica e la costante di Michaelis Menten.
Fattori che influenzano l’attività enzimatica.
Inibitori ed effettori.
Enzima e profilo energetico di reazione.
Modulo 2. I fermentatori.
Generalità sui fermentatori.
Esempi di fermentatori: strumentazione e controllo di processo.
Digestori e fermentatori a vasca.
Principali caratteristiche e funzioni svolte dal bioreattore.
Variabili da controllare negli impianti di fermentazione.
Sistemi di controllo e regolazione.
Tipologie e caratteristiche dei fermentatori in funzione dei diversi tipi di processo.
FISICA
FISICA
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Modulo 3. Processi aerobici e anaerobici.
Trattamenti aerobici e anaerobici per la depurazione di acque reflue civili ed industriali.
Produzione di biogas.
Produzione di enzimi.
Produzione di alcool etilico a partire da residui vegetali.
Modulo 4. Produzioni biotecnologiche.
Etanolo: produzione del vino e della birra.
Acido citrico
Acetone e butanolo.
Amminoacidi: acido glutammico e lisina.
Proteine: SCP e HFCS
Antibiotici: penicillina.
Modulo 5. Strumentazione e controllo di processo.
Richiami sui tipi di controllo (proporzionale derivativo, integrativo, separati e combinati tra loro).
Misurazioni e controlli delle variabili riguardanti il processo (temperatura, portata di aria, ossigeno
disciolto, pH, ecc…)
Cenni sul controllo analitico in continuo (on-line) dei parametri chimici (elettrodi, ioni-selettivi, elettrodi
enzimatici, ecc…).
4. Metodologie
Il metodo didattico utilizzato per proporre agli allievi i contenuti della disciplina partirà da quelle che sono
le conoscenze già acquisite e, seguendo un percorso logico, giungerà alla presentazione dei nuovi
contenuti. Questo, unito al fatto che si farà riferimento all’esperienza quotidiana dei ragazzi, per avere uno
stimolo continuo alla partecipazione diretta al dialogo didattico e al coinvolgimento, grazie anche ai
dibattiti, nei quali si farà sempre riferimento a situazioni pratiche. Si risolveranno problemi applicativi e si
usufruirà dei laboratori per la verifica sperimentale delle leggi studiate. La lezione si avvarrà del supporto
del libro di testo, in modo che i ragazzi abbiano sempre immediato un riferimento a quanto trattato.
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5. Mezzi didattici
Libro di testo, in prima analisi, in modo che lo studente possa avere una guida chiare e completa degli
argomenti da trattare, utile per la fase di elaborazione riflessiva e critica che avverrà a casa. Laboratorio,
dispense, sussidi multimediali.
6. Valutazione
Per i modi di verifica e di valutazione si rimanda al documento del Consiglio di classe predisposto dal
collegio dei docenti.
Prof.ssa Nadia Vizzi
Libro di testo: Tagliaferri-Grande
Impianti di biotecnologia (Zanichelli)