Ateneo - UPO

Modulo I parte “Biotecnologie Alimentari”:
- 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 e post-biotici
- 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 I parte “Controllo Qualità con laboratorio”:
- Metodiche di analisi necessarie alle determinazioni dei parametri presenti sulle etichette nutrizionali dei prodotti alimentari
- Metodiche di analisi ufficiali per matrici alimentari normate quali: acqua potabile, vino, latte, olio di oliva, sfarinati, pasta.
- Analisi strumentali applicate agli alimenti quali elettroforesi, GC-MS, HPLC-MS, rapporto isotopico.
- Esercitazioni di laboratorio relative ad analisi di vino, miele, latte fermentato, olio.

Appunti e materiale forniti dal Docente.
Per la parte “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 la parte “Controllo Qualità con laboratorio”: ANALISI DEI PRODOTTI ALIMENTARI, Cabras, Tuberoso, Ed. Piccin, Padova, 2014.
Per le attività di laboratorio le dispense saranno fornite dal docente.

Il modulo è parte integrante del Corso FA0443 - Qualità e sicurezza in campo biotecnologico farmaceutico e alimentare,
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 processi e 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 al controllo qualità con laboratorio 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, anche in ottica frodi alimentari. 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 temi della Chimica organica, della Biochimica e della Chimica degli alimenti, fondamentali per la comprensione delle lezioni del corso. E’ consigliabile possedere le conoscenze di laboratorio del corso di Analisi dei Farmaci.

The teaching method involves in-person lectures complemented by the discussion of specific case studies. Specialized seminars may be organized in collaboration with faculty members and industry experts. For the quality control module, which includes a laboratory component, lectures are supplemented by laboratory activities. Students are required to perform analyses by following and interpreting the provided protocols, documenting the steps taken in a laboratory notebook, performing the necessary calculations to express results in the correct units of measurement, and completing analysis reports. Instructions will also be provided on how to draft a comprehensive report on the complex food product analyzed. Course materials will be published on the DIR platform and made available to students.

Il modulo, 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 relativa alle analisi su matrici alimentari si svolgeranno nel mese di gennaio. 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.

La verifica dell’apprendimento si basa su una prova orale che verte su tutte le tematiche del corso ed è mirata a valutare le conoscenze e le capacità critiche delle studentesse/degli studenti, con particolare riferimento al ruolo del processo produttivo, alla gestione della variabilità e alle strategie tecnologiche adottate nello sviluppo e nella produzione industriale dei biofarmaci, degli ingredienti “bioattivi” per alimenti e integratori alimentari. La studentessa/lo studente preparerà una breve presentazione in Power point (massimo 4-5 diapositive) introducendo un approfondimento originale a scelta (non trattato durante il corso) ma legato con una o più tematiche oggetto del corso stesso a livello interdisciplinare, proponendola alla Commissione di esame. La discussione con i Docenti, partendo dalla tematica presentata, coinvolgerà quindi tutte le discipline, aggregando informazioni scientifiche nei campi tecnologico-farmaceutico, farmaceutico-alimentare e microbiologico applicativo. Si ricorda che per la seconda parte del modulo I (Controllo qualità con laboratorio) 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 (inclusa la conoscenza delle 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, verrà 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 trattati che la capacità di discussione critica a livello interdisciplinare dei temi tipici del corso. Per le attività svolte in laboratorio saranno inoltre 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. La valutazione del voto complessivo terrà conto del diverso peso in crediti formativi universitari dei singoli moduli. La conoscenza minima di ciascun modulo (sufficienza) sarà necessaria per il superamento dell’esame e il conseguimento dei crediti formativi correlati.

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 “controllo qualità con laboratorio” (Prof. Bordiga): 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. 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 insolubile). Cereali e derivati (sfarinati, pane e pasta): umidità, ceneri, glutine, acidità; sostanze imbiancanti e acido ascorbico. 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 per acque potabili e minerali. 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 strumentali: applicazioni di tecniche HPLC con estrazione e purificazione in SPE; applicazioni di tecniche GC, estrazione aroma con SPME. Assorbimento atomico principio e applicazioni.
LABORATORIO: Analisi di base su vino, latte fermentato, miele e olio di oliva. Kit enzimatici per determinazione del lattosio, saccarosio, fruttosio e glucosio. Analisi alimento: umidità, pH, ceneri, proteine, acidità. Frazione lipidica: acidità, perossidi. Polarimetro per miele. Elettroforesi proteine: estrazione, SDS-PAGE e analisi di immagine. Polifenoli: Folin a DMAC.
A proposito della dimensione di genere saranno sfruttati approcci didattici per garantire uguali benefici nelle azioni e attività per donne e uomini e per eliminare le disuguaglianze di genere, anche portando esempi pratici e casi studio scelti.

Parte "Biotecnologie Alimentari": le studentesse e gli studenti dovranno dimostrare l’acquisizione delle conoscenze di base, 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.

Parte “Controllo qualità con laboratorio”: 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 (anche in ottica frodi), 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.