Ateneo - UPO

Modulo I:
- Biotecnologie alimentari: introduzione e significato
- Caratteristiche dei microorganismi utili in biotecnologie, la cellula come “fabbrica molecolare”
- Fermentazioni di interesse alimentare
- Microorganismi virtuosi e concetto di “starter microbico”
- Prebiotici, probiotici, sinbiotici
- Gli alimenti fermentati
- Fermentazioni industriali: classificazione delle fermentazioni e caratteristiche
- Impianti di fermentazione: i bioreattori e le operazioni a valle, parametri di controllo delle fermentazioni
- Cinetiche di reazione delle fermentazioni
- Immobilizzazione enzimatica e immobilizzazione di cellule
- Biomasse e Single Cell Proteins (SCP).
- Esempi di metaboliti primari e secondari di interesse alimentare ottenuti per via fermentativa o ricombinante: alcoli, edulcoranti, polisaccaridi neutri, acidi organici, amminoacidi, aromi, pigmenti
- Esempi di bio-conversioni e bio-remediation in campo alimentare (cenni).
- Enzimi: significato, produzione e applicazioni.
- Biotecnologie alimentari della seconda generazione: DNA ricombinante. MOGM e OGM
- Normativa nazionale ed internazionale di riferimento (cenni).
- Cenni sulle biotecnologie analitiche
- Risorse web utili in campo biotecnologico.

Modulo II:
- Metodiche di analisi necessarie alle determinazioni dei parametri presenti sulle etichette nutrizionali dei prodotti alimentari (proteine, lipidi saturi e insaturi, carboidrati semplici e complessi, fibra, sali minerali).
- Metodiche di analisi ufficiali per matrici alimentari normate quali: acqua potabile, vino, latte, olio di oliva, sfarinati, pasta.
- Analisi strumentali applicate a alimenti quali elettroforesi e elettroforesi capillare, GCxGC-MS, HPLC-MS, MALDI-TOF, spettroscopia atomica, PCR e Real-time PCR.
- Esercitazioni di laboratorio relative ad analisi di acqua potabile, olio di oliva, vino, latte, caramelle e cioccolato.
- Esercitazioni di laboratorio applicate ad una matrice alimentare (formaggio) per la definizioni dell’etichetta nutrizionale, per la sua caratterizzazione e la valutazione della maturazione.

Appunti e materiale forniti dai Docenti.
Per le Biotecnologie alimentari: “BIOTECNOLOGIE ALIMENTARI”, a cura di Gigliotti-Verga; Piccin Editore
Per le biofermentazioni e le bioproduzioni: CHIMICA DELLE FERMENTAZIONI E MICROBIOLOGIA INDUSTRIALE, Marzona, II Edizione. PICCIN Editore.
Per le biotecnologie alimentari applicate: *BIOTECNOLOGIE DI BASE, a cura di Colin Ratledge, Bjørn Kristiansen; Zanichelli Editore
Per approfondimenti metodologici nel campo delle biotecnologie: *BIOTECNOLOGIA MOLECOLARE, Glick, Pasternak; Zanichelli Editore.
Per l’analisi degli alimenti:
ANALISI DEI PRODOTTI ALIMENTARI, Cabras, Tuberoso, Ed. Piccin, Padova, 2014
Per le attività di laboratorio
Dispense fornite dal docente

Il corso completa il profilo “dietetico-alimentare” insieme al corso di Analisi degli Alimenti.
La parte relativa alle biotecnologie alimentari ha come obiettivo di fornire allo studente di CTF le conoscenze di base nel campo delle biotecnologie in campo alimentare (basi di biologia molecolare; microorganismi virtuosi e starter microbici; fermentazioni; bio-produzioni e recupero dei bio-prodotti di interesse alimentare, nutraceutico e farmaceutico; produzione di aromi e additivi per via biotecnologica; enzimi ed applicazioni in campo alimentare; biotecnologie ricombinanti, MOGM e OGM; cenni sulla normativa di riferimento). Tali conoscenze permetteranno di gestire la valutazione della qualità e della sicurezza dei prodotti di origine biotecnologica, oltre che fornire le basi tecnico-scientifiche sulle produzioni biotecnologiche di molecole/ingredienti/materiali di alto valore aggiunto per il settore alimentare e farmaceutico.
La parte relativa all’analisi degli alimenti permetterà di acquisire le conoscenze di base relative all’analisi degli alimenti, al fine di comprendere il significato delle stesse e il loro ambito di applicazione. Le esercitazioni in laboratorio mirano a condurre lo studente e a verificare le sue capacità di applicazione delle conoscenze relative a analisi su matrici alimentari semplici e complesse. Lo studente dovrà dimostrare di saper determinare e interpretare in modo corretto il dato analitico ottenuto e di utilizzare le modalità opportune di comunicazione del risultato ottenuto.

Si consiglia per una proficua frequenza del corso di aver acquisito le nozioni relative ai corsi di Chimica organica, Biochimica e Chimica, tecnologia e contaminanti degli alimenti, fondamentali per la comprensioni delle lezioni del corso. E’ consigliabile possedere le conoscenze di laboratorio del corso di Analisi dei Farmaci I e II.
Per l'esame sono obbligatorie le propedeuticità di Biochimica Applicata e Chimica, tecnologia e contaminanti degli alimenti

Il metodo didattico utilizzato prevede lezioni frontali in presenza, completate dalla discussione di casi studio particolari. Potranno essere organizzati Seminari specifici in collaborazione con Docenti ed esperti del settore.
Per il modulo di Analisi, alle lezioni frontali, si affiancano esercitazioni di calcolo, relative alle metodiche di analisi esercitazioni in laboratorio. Per quanto concerne le attività in laboratorio, gli studenti dovranno svolgere le analisi seguendo e interpretando i protocolli forniti, riportando i passaggi svolti nel quaderno di laboratorio, effettuando le opportune operazioni di calcolo per l’espressione del risultato nell’unità di misura corretta e compilando i report di analisi. Sarà inoltre indicata la modalità di stesura di una relazione completa sull’alimento complesso analizzato.
Il materiale utilizzato sarà pubblicato su DIR e messo a disposizione degli studenti.

Il corso, nelle sue due parti, deve essere inteso come un programma unico, volto a completare le conoscenze in campo alimentare necessarie al Chimico Farmaceutico per gestire le problematiche correlate all'area alimentare e nutraceutica, sia a livello di controllo della qualità/sicurezza (analisi) sia a livello di produzione di ingredienti bioattivi/alimenti per via biotecnologica.
Le attività di laboratorio si svolgeranno in due parti, la prima relativa alle analisi su matrici semplici (vino, latte, olio, acqua, caramelle) si svolgerà nel mese di gennaio, la seconda relativa alla caratterizzazione di un alimento complesso (formaggio) si svolgerà nel mese di marzo.

Le studentesse e gli studenti con disabilità o con Disturbi Specifici dell’Apprendimento (DSA) o con Bisogni Educativi Speciali (BES) possono richiedere servizi e strumenti specifici a loro dedicati rivolgendosi allo Staff Sviluppo e Coordinamento Carriere e Servizi alle Studentesse e agli Studenti e consultando la pagina dedicata del sito di Ateneo: https://uniupo.it/it/servizi/servizi-studenti-disabili-e-dsa
Le studentesse e gli studenti con disabilità, DSA, BES, una volta preso contatto con lo Staff di Ateneo, possono contattare la/il docente titolare dell'insegnamento in relazione alla declinazione delle modalità di esame, in merito agli aspetti didattici.

Per il modulo di Biotecnologie alimentari, la verifica dell’apprendimento si basa su una prova orale che verte sulle tematiche del corso. La prova verte su una domanda che riguarda la prima parte del corso (introduzione, fermentazioni, microorganismi starter e virtuosi, probiotici), una sulla seconda parte del corso (fermentazioni industriali e bioprodotti) ed una sulla terza parte del corso (OGM e prodotti biotecnologici).
Verranno valutate sia la conoscenza degli argomenti che la capacità di discussione critica e interdisciplinare degli argomenti trattati. Le studentesse e gli studenti studenti potranno preparare una breve presentazione (con o senza materiale pptx) su un argomento a scelta, da cui avrà inizio la discussione degli argomenti del corso.

Per il modulo di Analisi dei Prodotti alimentari la verifica dell’apprendimento prevede una prova in itinere obbligatoria, preliminare all’accesso al laboratorio, relativa a tutti gli argomenti trattati durante le lezioni propedeutiche (incluse norme di sicurezza). La prova in itinere è strutturata come esame scritto composto da 7 domande a scelta multipla, 2 esercizi di calcolo, e 6 domande aperte, di cui due domande in particolare prevedono che lo studente selezioni tra le analisi studiate quelle più adatte alla risoluzione di uno specifico problema analitico. La valutazione della prova in itinere è parte della valutazione finale del modulo e, in caso di esito non soddisfacente, viene integrata con domande in forma orale nel corso del periodo in laboratorio o al termine del corso come appello specifico. In forma orale i quesiti, in genere 3, prevedono una descrizione di metodi di analisi strumentali, la descrizione di un’analisi svolta in laboratorio con particolare attenzione alle norme di sicurezza e una domanda sulla scelta di metodi di analisi. Sarà valutata sia la conoscenza degli argomenti che la capacità di discussione critica ed interdisciplinare dei temi trattati. Le studentesse/gli studenti potranno preparare una breve presentazione (con o senza materiale pptx) su un argomento a loro scelta, da cui si partirà per la discussione delle tematiche del corso.
Per le attività svolte in laboratorio saranno valutati i report di analisi consegnati, la correttezza dei calcoli e la completezza del quaderno di laboratorio. Infine sarà valutata la capacità di presentazione dei dati analitici ottenuti sulla matrice complessa in una relazione scritta.

Parte I (Biotecnologie Alimentari, Prof. Arlorio):
Storia e significato delle biotecnologie alimentari. Molecole/macromolecole di interesse biotecnologico. Caratteristiche di microorganismi/organismi procarioti ed eucarioti. Trascrizione, traduzione, di regolazione genica (cenni). La cellula come “fabbrica molecolare”. Fermentazioni alimentari: alcolica, omo- ed etero-lattica, malo-lattica, propionica, acetica, butirrica e isobutirrica, citrica. Microorganismi virtuosi e starter nelle produzioni alimentari. Funghi di interesse alimentare (funghi filamentosi, lieviti, funghi eduli coltivati e spontanei).
Batteri lattici, bifidobatteri. Prebiotici, probiotici e sinbiotici. Peptidi bioattivi del latte; oligosaccaridi prebiotici.
Produzione industriale di microorganismi starter e probiotici. Batteriocine: caratteristiche e classificazione. Cianobatteri e microalghe, produzione di biomassa e pigmenti.
Alimenti fermentati: aspetti microbiologici, biochimici, fermentativi e biotecnologici (latte e derivati; bevande alcoliche; vegetali fermentati; prodotti da forno lievitati; cacao, caffè e te, salami, altri alimenti fermentati).
Fermentazione industriali: classificazione (continue e discontinue). Impiantistica fermentativa; fermentatori e applicazioni. Parametri di controllo delle fermentazioni. Cinetiche e rese di fermentazione (cenni). Immobilizzazione di enzimi/cellule, applicazioni. Operazioni unitarie (recupero, separazione, purificazione): downstream processing. Biomasse, Single Cell Proteins (SCP); riso rosso fermentato, Pruteen, Quorn. Metaboliti primari e secondari di interesse alimentare (via fermentativa o ricombinante): alcoli, amminoacidi, acidi organici, polisaccaridi neutri, altri metaboliti. Produzione di edulcoranti (aspartame, sciroppi di glucosio/maltosio/fruttosio, isomalt). Esempi di bio-conversioni e bio-remediation in campo alimentare (cenni).
Aromi: recettori e percezione dei sapori. Aromi “biotecnologici”: lattoni, terpeni, vanillina. Produzione di ciclodestrine. Pigmenti naturali; carotenoidi da biotecnologie.
Enzimi: significato e produzione; classificazione enzimatica. Enzimi come marker di processo. Esempi di applicazioni enzimatiche in campo alimentare (sciroppi di glucosio, delattosazione del latte, intenerimento delle carni, tecnologie estrattive, produzione di chitosano, chiarificazione e stabilizzazione di succhi e bavande alcoliche, maturazione accelerata dei formaggi, riduzione di acrilamide, altre applicazioni). Enzimi da microorganismi estremofili.
Biotecnologie alimentari della seconda generazione: DNA ricombinante. MOGM: r-chym e r-BGH. Biotecnologie vegetali: tecniche di manipolazione e trasformazione. OGM alimentari: pomodoro Flavr-SavrTM, Mais BtTM, Soja Round-up ReadyTM, Golden Rice, altri OGM. Biotecnologie in campo animale (clonazione, salmonidi, mammiferi, altre applicazioni). Normativa nazionale/internazionale di riferimento (cenni). Biotecnologie in capo analitico-alimentare (cenni). Risorse web di riferimento.

Parte II (Analisi e Controllo di Qualità dei Prodotti Alimentari, Prof. Coisson)
Analisi e controllo qualità degli alimenti: significato e competenze.
Acqua: metodi per riscaldamento, di Marcusson e Karl Fischer.
Proteine: azoto totale (Kjeldahl), principio, apparecchiature, norme di sicurezza, fattori di correzione. Estrazione proteine, elettroforesi SDS-PAGE, urea-PAGE mono e bidimensionale; isoelettrofocusing.
Lipidi: estrazione in Soxhlet, metodo di Gerber per lipidi in latte e derivati. Metodi di caratterizzazione: indice di rifrazione, n° di saponificazione, n° di iodio. Metodi per valutare la qualità: acidità, n° di perossidi e n° di p-anisidina.
Oli di oliva: normativa, Panel test, analisi spettrofotometrica, acidi grassi esterificati (GC) e studio insaponificabile (steroli, alcoli sup., eritrodiolo/uvaolo).
Latte: peso specifico, indice crioscopico, sostanza secca. acidità, perossidasi e fosfatasi, sieroproteine solubili. Analisi del formaggio.
Zuccheri: riducenti con metodo di Fehling, saccarosio con polarimetro (Clerget), rifrattometria e gradi Brix.
Fibra: composizione, fibra grezza, detersa e fibra dietetica (totale, solubile e insol.).
Cereali e derivati (sfarinati, pane e pasta): umidità, ceneri, glutine, acidità; sostanze imbiancanti e acido ascorbico. Metodi per valutazione grano tenero e uova nella pasta.
Vino: titolo alcolometrico, estratto secco, acidità totale, fissa e volatile, prolina, polifenoli, metodi NMR e di spettroscopia di massa per la valutazione dell’origine degli zuccheri.
Acqua potabile: normativa acque potabile e minerale. Determinazione di ammoniaca (Nessler e fenolo-ipoclorito), nitriti (Griess), nitrati. Numero di ossidabilità, BOD, COD. Durezza, cloruri, cloro, solfuri, ferro, cromo.
Analisi di additivi: determinazione dell’acido benzoico nelle bevande zuccherine.
Analisi enzimatica: significato, preparazione del campione, metodi e protocolli operativi
Test per valutare l’attività antiossidante degli alimenti.
Analisi del DNA: PCR e le tecniche correlate (AFLP, RFLP, RAPD, Real time PCR).
Analisi strumentali: applicazioni di tecniche HPLC con estrazione e purificazione in SPE; applicazioni di tecniche GC, estrazione aroma con SPME, applicazione dell’elettroforesi capillare all’analisi degli alimenti. Assorbimento atomico principio e applicazioni.
LABORATORIO:
Analisi di base su acqua potabile, vino, latte, olio di oliva. Acido benzoico nell'aranciata; saccarosio in cioccolato e caramelle.
Analisi alimento complesso (formaggio): umidità, ceneri, proteine, lipidi (Soxhlet e Van Gulik); acidità e acido lattico (enzimatica). Frazione lipidica: acidità, perossidi, indice di ossidazione, acidi grassi tramite analisi GC. Elettroforesi proteine: estrazione, SDS-PAGE e urea-PAGE, analisi di immagine. Ammine biogene tramite HPLC. Analisi DNA: estrazione, clean-up, amplificazione.
Statistica dei dati: coefficiente di variazione, rette di regressione, analisi multivariata tramite Principal Component Analysis.

Per il modulo di Analisi: Acquisizione di conoscenze di base e specifiche relative ai metodi di analisi applicabili nell’analisi degli alimenti, conoscenza dei principi teorici di metodiche analitiche strumentali e campi di applicazione specifici nel settore alimentare, inoltre acquisizione di un appropriato linguaggio scientifico in merito. In relazione alla capacità di applicare le conoscenze acquisite le studentesse e gli studenti dimostreranno di sapere identificare i metodi di analisi più adatti alla risoluzione di un problema specifico e l’informazione che il metodo di analisi è in grado di fornire. Nell’ambito delle attività in laboratorio le studentesse e gli studenti dovranno essere in grado di capire ed applicare in modo corretto i protocolli di analisi forniti, ottenere il dato analitico relativo, risolvere i calcoli inerenti all’ottenimento del dato nell’unità di misura corretta, interpretare il dato ottenuto in relazione a eventuali norme di legge specifiche della matrice in esame, conducendo con autonomia di giudizio la valutazione sui dati sperimentali ottenuti.
Abilità di esporre i dati analitici ottenuti in una relazione scritta, adatta alla comprensione anche di soggetti non addetti ai lavori.
Modulo di Biotecnologie Alimentari: le studentesse e gli studenti dovranno dimostrare l’acquisizione delle conoscenze di base, nonché specifiche ed avanzate, relative all’applicazione delle biotecnologie di prima e seconda generazione ai modelli produttivi alimentari, nutraceutici e farmaceutici; conoscenza dei principali temi specifici delle biotecnologie in campo nutraceutico-alimentare e dei prodotti/beni ottenibili, con proprietà di linguaggio e capacità di esposizione tecnico-scientifica di buon livello. Le studentesse/gli studenti dovranno dimostrare di conoscere le tecniche produttive legate alle biotecnologie, il quadro normativo correlato e di padroneggiare l’eventuale scelta della tecnica più utile per la gestione di una situazione lavorativa applicata (a livello di laboratorio e a livello industriale, in questo ultimo caso come parte di un team tecnico scientifico interdisciplinare). Particolare expertise acquisita sarà relativa al campo dei microorganismi/organismi geneticamente modificati, oltre che dei prodotti da loro derivati utilizzabili sia in campo alimentare che farmaceutico, nonché dello stato regolatorio europeo sotteso. Le studentesse/gli studenti dovranno infine dimostrare di saper pianificare un progetto biotecnologico applicato al settore alimentare e nutraceutico.