Facoltà di Agraria A.A. 2010/2011

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1 Facoltà di Agraria A.A. 2010/2011 Programma di insegnamento per l anno accademico 2010/2011 Programma dell insegnamento di Biotecnologie microbiche applicate agli alimenti (italiano) Course title Food biotechnology (inglese) Corso/i di Laurea Cod. Ateneo Denominazione Corso di Laurea Classe 0411 Laurea Triennale in Tecnologie Agrarie CL 20 Laurea Triennale in Tecnologie Agrarie CL 25 Laurea Triennale in Produzioni Vegetali CL Laurea Triennale in Tecnologie Alimentari CL Laurea Triennale in Tecnologie Alimentari CL Laurea Triennale in Scienze Forestali e Ambientali CL 20 Laurea Triennale in Scienze Forestali e Ambientali CL Laurea Triennale in Viticoltura e Enologia CL Laurea Triennale in Scienze delle Produzioni Animali CL Laurea Magistrale in Scienze e Tecnologie Agrarie Cl LM Laurea Magistrale in Scienze e Tecnologie Alimentari Cl LM Laurea Magistrale in Scienze Forestali e Ambientali Cl LM Laurea Specialistica in Scienze e Tecnologie delle Produzioni Animali Cl 79/s Laurea Magistrale in Scienze e Tecnologie delle Produzioni Animali Cl LM 81 Anno di corso I II III SSD dell insegnamento AGR/16 CFU attribuiti all insegnamento 12 Attività Formativa Base Caratt. Affini Altre Codice Esame FAM0516 Semestre I 1 II 2 Corso Integrato SI NO 1 I semestre inizio - fine 2 II Semestre inizio - fine 1

2 Se SI indicare quanti moduli costituiscono l insegnamento moduli Per ogni modulo indicare: Modulo 1 : Denominazione in italiano: Module title: CFU: SSD: Attività formativa/e e ore di didattica (5): Modulo 2: Denominazione italiano: Module title: CFU: SSD: Attività formativa/e e ore di didattica (5): Modulo 3: Denominazione italiano: Module title: CFU: SSD: Attività formativa/e e ore di didattica (5): Modulo XXX Denominazione italiano: Module title: CFU: SSD: Attività formativa/e e ore di didattica (5): 2

3 Tipologia di corso /insegnamento convenzionale in teledidattica misto M0odalità di frequenza Obbligatoria Facoltativa Sede di Potenza Matera DATA INIZIO DEL CORSO 2/11/2010 DATA FINE CORSO 1/7/2011 Cognome e Nome docente: Parente Eugenio SSD docente: AGR/16 Codice Fiscale docente PRNGNE60B14F839N Telefono: Posizione del Docente : Docente Universitario PARENTE@UNIBAS.IT Docente non Universitario 3

4 PRESIDENTE COMPONENTE SUPPLENTE COMMISSIONE D ESAME PROF. EUGENIO PARENTE DOTT.SSA ANNAMARIA RICCIARDI PROF.SSA PATRIZIA ROMANO SETT. OTT. NOV. DIC. 10 GEN. FEB. MAR. APR. MAG. GIU. LUG SETT. OTT. NOV. DIC. 11 GEN. FEB. MAR Sedute di esame per gli studenti fuoricorso, iscritti ai Corsi di Laurea del Vecchio Ordinamento e iscritti ai Corsi di Laurea del Nuovo ordinamento. ORARIO RICEVIMENTO STUDENTI Docente 3 GIORNO DALLE ORE ALLE ORE PRESSO LUNEDI MARTEDI MERCOLEDI studio 3A214 GIOVEDI studio 3A214 VENERDI Dati statistici relativi alle votazioni d esame conseguite dagli studenti nell AA 2009/2010 (FINO A LUGLIO 2010) Voto Lode Bocciati Ritirati N esami 3 Nel caso di corso integrato ripetere per ogni docente responsabile del modulo. 4

5 Attività di supporto alla didattica Tipologia: Orari: Tutor didattico di riferimento: Dott.ssa Annamaria Ricciardi 5

6 Obiettivi specifici di apprendimento 4 5 (risultati di apprendimento previsti e competenze da acquisire) (max 500 battute) Conoscenza del ruolo dei microrganismi nei processi fermentativi per la produzione di ingredienti per l industria alimentare e di alimenti fermentati e dei principi della manipolazione del metabolismo e del miglioramento genetico dei microrganismi di interesse industriale; capacità di formulare ed utilizzare un semplice modello matematico di un processo fermentativo; capacità di isolare, conservare in coltura pura, selezionare e riprodurre microrganismi di interesse industriale; capacità di scegliere le attrezzature e impianti più adatti per un determinato processo fermentativo; capacità di scegliere i microrganismi più adatti per la produzione per via fermentativa di prodotti e ingredienti per l industria alimentare e per le principali fermentazioni alimentari; conoscenza e capacità di manipolare i fattori che controllano un processo di fermentazione per la produzione di ingredienti per l'industria alimentare e di cibi e bevande fermentate; capacità di formulare un diagramma di flusso per la produzione per via fermentativa di ingredienti per l industria alimentare e di cibi e bevande fermentate Learning outcomes 6 (risultati di apprendimento previsti e competenze da acquisire) (max 500 battute) Knowledge of the role of microorganism in fermentation processes and of principles of manipulation of metabolism and breeding; ability to build simple mathematica models; ability to isolate in pure culture and maintain industrial microorganisms; ability to select instruments and apparatuses for fermentation processes; ability to select the most suitable microoorganisms for the production of food ingredients and food fermentations; ability to manipulate factors that affect the outcome of fermentations; ability to formulate a flow diagram for fermentation processes 4 Conoscenze, competenze e/o abilità che gli studenti devono aver acquisito al termine dell insegnamento o altra attività formativa. Indicare in forma sintetica, anche per mezzo di parole chiave 5 Nel caso di corso integrato indicare l obiettivo dell intero corso. 6 Conoscenze, competenze e/o abilità che gli studenti devono aver acquisito al termine dell insegnamento o altra attività formativa. Indicare in forma sintetica, anche per mezzo di parole chiave 6

7 Contenuti 7 (max 500 battute) Introduzione al corso. Richiami alla tassonomia dei principali microrganismi di interesse industriale. I prodotti del metabolismo microbico e i principi del miglioramento genetico dei microrganismi. Biotecnologia delle fermentazioni. Geometria dei fermentatori. Trasferimento di ossigeno. Sterilizzazione. Misura e controllo dei bioparametri. Recupero e purificazione dei bioprodotti. Produzione di ingredienti per l industria alimentare. Fermentazioni alimentari (prodotti latitero-caseari, carni, prodotti vegetali). Tecniche molecolari per le biotecnologie degli alimenti. Testi di riferimento (6) Durante il corso verrà distribuito materiale didattico a cura del docente. Questo materiale è sufficiente per il superamento delle prove di esame solo se accoppiato alla frequenza alle lezioni ed esercitazioni. Si consiglia inoltre la consultazione dei seguenti testi: Matilde Manzoni. Microbiologia Industriale, Casa Editrice Ambrosiana. ISBN Waites, M.J., Morgan, N.L., Rockey, J.S., Higton, G. (2001) Industrial microbiology, an introduction. Blackwell Science Mucchetti, Neviani (2008). Microbiologia e tecnologia lattiero-casearia. Tecniche nuove James M. Jay, Martin J. Loessner, and David A. Golden 2004 Modern food microbiology 7th edition. Chapman & Hall B. Ray 2003 Fundamental Food Microbiology. CRC Press Propedeuticità consigliate (6) : Non ci sono propedeuticità consigliate, ma è necessaria una buona conoscenza della biochimica, della microbiologia generale e della microbiologia degli alimenti 7 Nel caso di corso integrato indicare distinguendo tra moduli 7

8 Modalità d esame 8 Prova scritta Prova orale Prova scritta e prova orale Attività formativa/e e ore di didattica 9 Lezioni frontali: 9 CFU pari a 9 CFU x 8 ore = 72 Esercitazioni: 1 CFU pari a 1 CFU x 16 ore = 16 Laboratorio: 2 CFU pari a 2 CFU x 16 ore = 32 Altro: sono previste visite di istruzione Studio individuale previsto. Nr. Ore 180 Note Solo gli studenti che frequentano regolarmente le lezioni possono accedere alle prove scritte (due intermedie e una a fine corso, oltre a minitest durante il corso). In tutte le altre sessioni gli studenti devono sostenere un esame orale. Per ottenere votazioni superiori a 24/30 è necessario presentare una breve relazione e sviluppare un modello matematico di un processo fermentativo secondo modalità descritte sulla pagina web del corso 8 Nel caso di corso integrato indicare distinguendo tra moduli 9 Specificare la/e tipologia/e di attività formativa: ad esempio: lezioni frontali; lezioni frontali + esercitazioni; lezioni frontali + laboratorio; laboratorio; seminario; stage; tirocinio; altro. Per ogni attività formativa, indicare le ore di didattica previste. 8

9 Programmazione didattica per CFU 1 credito (credito di lezione) Comprendere il ruolo dei microrganismi nella produzione di ingredienti per l industria alimentare e nelle fermentazioni alimentari. Minitest. Esame finale. 2 credito (credito di lezione) Comprendere i principi della manipolazione del metabolismo dei microrganismi, del miglioramento genetico dei microrganismi di interesse industriale e della conservazione delle colture microbiche. Minitest. Esame finale. 3 credito (credito di esercitazioni) Saper effettuare uno screening per proprietà utili in microbiologia industriale. Saper isolare e conservare in coltura pura microrganismi utili. Nessuna, è sufficiente la frequenza 4 credito (credito di lezione) 9

10 Comprendere i principi della biotecnologia delle fermentazioni: cinetica delle fermetnazioni, substrati per le fermentazioni, geometria dei bioreattori. Minitest. Esame finale. 5 credito (credito di lezione) Comprendere i principi della biotecnologia delle fermentazioni: trasferimento di ossigeno, sterilizzazione, controllo delle fermentazioni, recupero dei bioprodotti. Minitest. Esame finale. 6 credito (credito di esercitazione) Saper condurre una semplice modellazione di un processo fermentativo. Saper individuare le attrezzature idonee per condurre una fermentazione. Allestimento di un modello matematico di una fermentazione 7 credito (credito di lezione) Comprendere i principi della produzione di biomasse per uso alimentare, mangimistico e da utilizzare come starter. Comprendere i principi della produzione di etanolo. Minitest. Esame finale. 8 credito (credito di lezione) 10

11 Comprendere i principi della produzione di acidi organici, aminoacidi, esopolisaccaridi, enzimi Minitest, esame finale 9 credito (credito di esercitazione) Saper condurre una fermentazione per la produzione di ingredienti dell industria alimentare. Avere conoscenza di impianti per la produzione di ingredienti dell industria alimentare (gita di istruzione) E sufficiente la frequenza 10 credito (credito di lezione) Comprendere i principi della tecnologia delle colture starter. Comprendere i principi delle fermentazioni nell industria lattiero-casearia. Minitest, esame finale 11 credito (credito di lezione) Comprendere i principi delle fermentazioni nell industria delle carni, delle bevande fermentate e delle principali fermentazioni di prodotti vegetali. Minitest, esame finale 11

12 12 credito (credito di esercitazione) Saper condurre una fermentazione alimentare. Avere conoscenza di impianti per la produzione di alimenti fermentati (gita di istruzione). Conoscere le principali tecniche molecolari utilizzabili nella biotecnologia degli alimenti. E sufficiente la frequenza 12

13 Curriculum Scientifico del Docente/i Prof. Eugenio Parente Dipartimento di Biologia, Difesa e Biotecnologie Agro-Forestali Università degli Studi della Basilicata Viale dell Ateneo Lucano Potenza Tel Cell eugenio.parente@unibas.it Sito web: Carriera accademica. 1/11/2002-presente: Professore ordinario per il settore scientifico disciplinare AGR/16 Microbiologia Agraria presso il Dipartimento di Biologia, Difesa e Biotecnologie Agro-forestali dell Università degli Studi della Basilicata. Dal settembre 2009 ricercatore associato presso l'istituto di Scienze dell'alimentazione del CNR di Avellino. Posizioni precedenti. 1/11/ /10/2002: Professore associato per il settore scientifico disciplinare AGR/16 Microbiologia Agraria presso l Università degli Studi della Basilicata. Confermato in ruolo il 1/11/ /10/ /10/1998: Ricercatore presso l Università degli Studi della Basilicata. Formazione. 11/78-3/84: Laurea in Scienze Agrarie presso l'università degli Studi di Napoli Federico II. 3/87-9/87: usufruisce di una borsa di studio Fulbright presso il Department of Food Science and Nutrition - University of Minnesota- St. Paul, Minnesota 3/87-3/89: iscritto a un programma di Ph.D. presso il Department of Food Science and Nutrition - University of Minnesota - St. Paul, Minnesota. 5/91-11/91: usufruisce di una borsa di studio per l'estero del C.N.R. presso il laboratorio del Dr. Tim Cogan, National Dairy Products Research Centre, Fermoy, Co.Cork, Irlanda. Attività scientifica. E autore o coautore di 163 lavori, di cui 99 su riviste nazionali o internazionali o atti di convegni nazionali o internazionali con referee e 5 capitoli su libri a diffusione internazionale. E stato responsabile o coordinatore di progetti di ricerca finanziati dal Consiglio Nazionale delle Ricerche, Ministero dell Istruzione dell Università e della Ricerca, Ministero delle Politiche Agricole e Forestali, ENEA, INEA, Regione Basilicata. Ha avuto ed ha rapporti di collaborazione scientifica con numerosi gruppi di ricerca italiani e stranieri. Funge da referee per numerosi giornali internazionali ed è membro dell editorial board di International Journal of Food Microbiology e Food Microbiology. Ha coordinato il comitato organizzatore di FoodMicro2006. I suoi interessi di ricerca principali riguardano la modellazione dinamica e l ottimizzazione di processi di produzione fermentativa di metaboliti microbici (con particolare riguardo a metaboliti di fermenti lattici), lo studio della risposta allo stress nei fermenti lattici e l uso e lo sviluppo di tecniche di statistica multivariata per l analisi di pattern di dati complessi in ecologia microbica degli alimenti. L'attività scientifica si è articolata nei seguenti settori principali: 1. Microbiologia pedologica. Studio della cinetica di decomposizione di fanghi di risulta dalla depurazione delle acque reflue, stabilizzati in fase solida (compostaggio) e liquida (stabilizzazione aerobica), applicati al suolo. Valutazione dell effetto delle concimazioni con fanghi variamente stabilizzati sulla microflora del suolo e sulle sue attività. Valutazione dell'effetto del cadmio sull'attività biologica del suolo. 13

14 2. Microbiologia degli alimenti. 2.1 Microbiologia lattiero-casearia. Caratterizzazione della microflora di colture naturali in siero per la produzione della mozzarella di bufala. Studio dell effetto di tecniche di incubazione sulla microflora e sulle attività di colture naturali in siero per la produzione della mozzarella di bufala. Formulazione di colture starter per la produzione della mozzarella di bufala. Uso di permeati di siero di caseificazione per la propagazione di starter. Studio delle cinetiche di disattivazione termica di microorganismi patogeni (Staphylococcus aureus, Escherichia coli enteropatogeni) in latte di capra. Caratterizzazione di batteriocine da fermenti lattici. Caratterizzazione di colture naturali utilizzate per la produzione di formaggi a pasta filata in Basilicata. Caratterizzazione tassonomica e tecnologica della microflora del Caciocavallo Silano. Sviluppo ed applicazione di colture starter ed integrative per la produzione di Caciocavallo Silano. Studio della risposta allo stress acido e nutrizionale in S. thermophilus. 2.2 Microbiologia degli insaccati. Caratterizzazione della microflora lattica e micro-stafilococcica di salumi tipici lucani; valutazione dell'uso di colture starter nella produzione di salumi tipici lucani. Caratterizzazione di batteriocine prodotte da ceppi di fermenti lattici isolati da salumi e loro effetto su microrganismi patogeni. Studio dell evoluzione della microflora e dei processi di maturazione di insaccati tipici lucani. Sviluppo di colture starter per la produzione e conservazione di insaccati tipici lucani. Ottimizzazione delle tecniche di riproduzione di colture starter per insaccati. Sviluppo di sistemi di autocontrollo per la produzione di insaccati tipici lucani. 2.3 Microbiologia degli impasti acidi. Caratterizzazione della microflora di impasti per la produzione di pani tipici e delle sue attività enzimatiche. Ottimizzazione della crescita di colture starter per prodotti da forno. 2.4 Caratterizzazione di prodotti freschi conservati in atmosfera protettiva. Caratterizzazione microbiologica di lattughino da taglio conservato in atmosfera protettiva. Ottimizzazione dei sistemi di lavaggio. Modellazione della shelf-life del prodotto. 3. Biotecnologie alimentari. Studio della cinetica del metabolismo degli zuccheri e acidi organici e della diffusione delle sostanze fenoliche durante la macerazione carbonica di uva Aglianico. Produzione di vini novelli per macerazione carbonica di uva Aglianico. 4. Biotecnologie fermentative. Ottimizzazione della produzione di SCP e di etanolo da residui, surplus e scarti del settore agro-alimentare. Ottimizzazione della produzione di acido citrico con cellule libere e immobilizzate di Aspergillus niger e Yarrowia lipolytica da substrati a base di glucosio. Valutazione dell effetto di ossigeno disciolto e concentrazione del substrato sulla produzione di acido gluconico da mosti e substrati a base di glucosio con cellule libere e immobilizzate di Aspergillus niger. Ottimizzazione della produzione di acido fumarico da substrati amilacei e zuccherini. Ottimizzazione della produzione di batteriocine e acido lattico da fermenti lattici. Studio della produzione di alginato con Azotobacter vinelandii. Studio della produzione di esopolisaccaridi da fermenti lattici. Ottimizzazione della produzione di ureasi con S. thermophilus. 5. Sviluppo e applicazione di tecniche di analisi multivariata per la caratterizzazione della microflora degli alimenti e dei profili di proteolisi nei formaggi. Uso di tecniche di analisi multivariata e reti neuronali artificiali per l identificazione di streptococchi termofili a partire dai profili RAPD-PCR. Sviluppo di metodi statistici per la rappresentazione della composizione di comunità microbiche. Sviluppo di metodi multivariati per la tipizzazione del Caciocavallo Silano sulla base della proteolisi primaria e della composizione della microflora. Sviluppo di metodi per la riduzione dei dati in profili elettroforetici (SDS-PAGE delle proteine cellulari, UREA-PAGE di frazioni azotate da formaggi) e cromatografici (RP-HPLC di frazioni azotate da formaggi). Analisi multivariata di profili proteolitici di formaggi ottenuti mediante spettrometria di massa. Principali pubblicazioni scientifiche,

15 1. Moresi M., Bruno M., Parente E Viscoelastic properties of microbial alginate gels by oscillatory dynamic tests. Journal of Food Engineering, 64: Parente, E., Cogan, T.M Starter cultures: general aspects. Chap. 6 In: Fox, P.F., McSweeney, P.L.H., Cogan, T.M., Guinee, T.P. (eds.) Cheese: Chemistry, Physics and Microbiology, Vol. 1, Elsevier, London. pp Parente E., Piraino P., Fidaleo M., Moresi M Overall volumetric oxygen transfer coefficient in an aerated bench-top stirred fermenter in aqueous dispersions of sodium alginate. Biotechnology and Applied Biochemistry, 40: Blaiotta G., Pennacchia C., Villani F., Ricciardi A., Tofalo R., Parente E Diversity and dynamics of communities of Coagulase-Negative Staphylococci in traditional fermented sausages. Journal of Applied Microbiology, 97: Piraino P., Parente E., McSweeney P.L.H Processing of chromatographic data for chemometrical analysis of proteolytic profiles from cheese extracts: a novel approach. Journal of Agriculture and Food Chemistry, 52: Ricciardi, A., Parente, E., Piraino, P., Paraggio, M., Romano, P Phenotypic characterization of lactic acid bacteria from sourdoughs for Altamura bread produced in Apulia (Southern Italy). International Journal of Food Microbiology, 98: Piraino P., Zotta T., Ricciardi A., Parente E Discrimination of commercial Caciocavallo cheeses on the basis of the diversity of lactic microflora and primary proteolysis. International Dairy Journal, 15: Catzeddu P., Mura E., Parente E., Sanna M., G. Farris G. A Molecular characterization of lactic acid bacteria from sourdough breads produced in Sardinia (Italy) and multivariate statistical analyses of results. Systematic and Applied Microbiology 29: Upadhyay V. K., Piraino P., Rossano R., Riccio P., Parente E., Kelly A L., McSweeney P. L. H Use of mass spectrometry to characterize proteolysis in cheese. Food Chemistry, 101: Zotta, T. Piraino P., Ricciardi, A., McSweeney, P.L.H., Parente, E Proteolysis in model sourdough fermentation. Journal of Agriculture and Food Chemistry, 54: Piraino, P., Ricciardi, A., Salzano, G., Zotta T., Parente, E Use of unsupervised and supervised artificial neural networks for the identification of lactic acid bacteria on the basis of SDS-PAGE patterns of whole-cell proteins. Journal of Microbiological Methods, 66: Parente, E Diversity and dynamics of microbial communities in natural and mixed starter cultures. Australian Journal of Dairy Technology, 61: De Angelis M., Di Cagno R., Gallo G., Curci M., Siragusa S., Crecchio C., Parente, E., Gobbetti M Molecular and functional characterization of Lactobacillus sanfranciscensis strains isolated from sourdoughs. International Journal of Food Microbiology 114: Zotta T., Ricciardi A., Parente, E Enzymatic activities of lactic acid bacteria isolated from Cornetto di Matera sourdoughs. International Journal of Food Microbiology, 115: Di Cagno R., De Angelis M., Gallo G., Settanni L., Berloco M. G., Siragusa S., Parente E., Corsetti A., Gobbetti M Genotypic and phenotypic diversity of Lactobacillus rossiae strains isolated from sourdough. Journal of Applied Microbiology, 103, Buzzini, P., Clementi, F., Parente, E Microbiologia industriale. Cap. 13, pp in Biavati B., Sorlini C., Microbiologia generale ed agraria, Casa Editrice Ambrosiana. Isbn Piraino, P., Zotta T., Ricciardi A., McSweeney P.L.H., Parente E Acid production, proteolysis, autolytic and inhibitory properties of lactic acid bacteria isolated from pasta filata cheeses: a multivariate screening study. International Dairy Journal, 18:81-92 doi: /j.idairyj Zotta, T., Ricciardi, A., Rossano, R., Parente, E Urease production by Streptococcus thermophilus. Food Microbiology, 25: , doi: /j.fm Zotta, T., Piraino, P., Parente, E., Salzano, G., Ricciardi, A Characterization of lactic acid bacteria isolated from sourdoughs for Cornetto, a traditional bread produced in Basilicata (Southern Italy). World Journal of Microbiology and Biotechnology, DOI /s Zotta, T., Ricciardi, A., Ciocia, F., Rossano, R., Parente, E Diversity of stress responses in dairy thermophilic streptococci. International Journal of Food Microbiology, 124: doi: /j.ijfoodmicro

16 21. Bonomo, M.G., Ricciardi, A., Zotta, T., Parente, E., Salzano, G Molecular and technological characterization of lactic acid bacteria from traditional fermented sausages of Basilicata region (Southern Italy). Meat Science 80: (DOI: /j.meatsci ) 22. Zotta, T., Parente, E., Ricciardi, A., Viability staining and detection of metabolic activity of sourdough lactic acid bacteria under stress conditions. World Journal of Microbiology and Biotechnology, 25: DOI: /s y 23. Zotta, T., Asterinou, K., Rossano, R., Ricciardi, A., Varcamonti, M., Parente., E Effect of inactivation of stress response regulators on the growth and survival of Streptococcus thermophilus Sfi39. International Journal of Food Microbiology, 129: DOI: /j.ijfoodmicro Ricciardi A., Parente E., Zotta T Modelling the growth of Weissella cibaria as a function of fermentation conditions. Journal of Applied Microbiology, 107: DOI: /j x. 16