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 Programma di Impianti di Biotecnologie I.I.S.S. “A. DE PACE” LECCE 2. Articolazione delle competenze in abilità e conoscenze. 2012-2013 Programma di Impianti di Biotecnologie 2012-2013 I.I.S.S. “A. DE PACE” LECCE 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. Programma di Impianti di Biotecnologie 2012-2013 I.I.S.S. “A. DE PACE” LECCE 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 Programma di Impianti di Biotecnologie 2012-2013 I.I.S.S. “A. DE PACE” LECCE 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. Programma di Impianti di Biotecnologie 2012-2013 I.I.S.S. “A. DE PACE” LECCE 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)