Microbiologia Industriale e Biotecnologie delle Fermentazioni

Flashcards di vocabolario per lo studio dei concetti fondamentali di microbiologia industriale e biotecnologie fermentative.

Biotecnologie microbiche

Tecnologie che impiegano microrganismi o enzimi per trasformare materie prime in prodotti utili.

Louis Pasteur (1857)

Scienziato che nel 1857 dimostrò che la fermentazione dipende dall'attività dei microrganismi, segnando la nascita della microbiologia industriale.

Emil Hansen (1883)

Ricercatore che nel 1883 introdusse per la prima volta l'impiego di colture pure di lievito nella produzione della birra.

Chaim Weizmann

Chimico che tra il 1913 e il 1915 sviluppò un processo industriale per produrre acetone e butanolo utilizzando il batterio Clostridium acetobutylicum.

Alexander Fleming (1929)

Scienziato che nel 1929 scoprì la penicillina, stimolando lo sviluppo della produzione industriale di antibiotici e altri composti biologici.

Biotecnologie tradizionali

Processi biotecnologici consolidati basati sull'utilizzo di fermentazioni e reazioni microbiche note da lungo tempo.

Biotecnologie innovative

Processi biotecnologici che impiegano strumenti moderni quali la biologia molecolare e l'ingegneria genetica per modificare o ottimizzare gli organismi.

Microbiologia industriale

Disciplina scientifica e applicata che studia le trasformazioni delle materie prime operate dai microrganismi per ottenere prodotti su scala produttiva.

Fermentazione (in senso biochimico)

Processo metabolico anaerobico che avviene rigorosamente in assenza di ossigeno.

Fermentazione (in microbiologia industriale)

Qualsiasi processo biotecnologico di trasformazione o sintesi mediato da microrganismi condotto su scala industriale, sia in assenza sia in presenza di ossigeno.

Upstream

Fase iniziale di reazione di un processo industriale in cui si svolgono la fermentazione o la biotrasformazione all'interno del bioreattore.

Downstream

Fase conclusiva del processo industriale che comprende la separazione, il recupero e la purificazione del prodotto formato.

Reazioni omofermentative

Reazioni fermentative che portano alla formazione di un unico prodotto principale.

Reazioni eterofermentative

Reazioni fermentative che danno origine a più prodotti finali differenti a partire dal medesimo substrato.

Stereospecificità

Capacità di una reazione enzimatica o biologica di generare selettivamente una precisa conformazione o forma spaziale di una molecola.

Substrato

Sostanza nutritiva somministrata al microrganismo per consentirne la crescita, il metabolismo e la produzione del composto target.

Corn-steep liquor

Acqua di macerazione del mais utilizzata come materia prima economica ricca di nutrienti nei processi fermentativi industriali.

Screening

Procedura di ricerca sistematica volta a individuare e selezionare i ceppi microbici dotati delle proprietà produttive più adatte.

Single Cell Proteins (SCP)

Fonti proteiche costituite direttamente da biomassa microbica unicellulare, come quella dei lieviti.

GRAS (Generally Recognized As Safe)

Classificazione rilasciata dalla FDA che designa microrganismi e sostanze riconosciuti come generalmente sicuri per l'impiego nell'industria alimentare.

Metaboliti primari

Sostanze sintetizzate durante il metabolismo centrale strettamente essenziali per la vita, la crescita e lo sviluppo della cellula (es. amminoacidi, etanolo, acidi organici).

Trofofase

Fase di crescita attiva ed esponenziale delle cellule microbiche, durante la quale la formazione dei metaboliti primari è direttamente legata alla duplicazione cellulare.

Idiofase (o fase stazionaria)

Fase in cui la crescita cellulare rallenta o si arresta, caratterizzata dalla produzione della maggior parte dei metaboliti secondari e di alcuni acidi come il citrico e il fumarico.

Metaboliti secondari

Composti non indispensabili per la crescita o la riproduzione cellulare (es. antibiotici, farmaci antitumorali, erbicidi), prodotti prevalentemente durante l'idiofase per difesa o competizione.

Quorum sensing

Meccanismo di comunicazione chimica intercellulare che coordina il comportamento della popolazione batterica e favorisce la produzione di metaboliti secondari.

Biomassa microbica

Prodotto della microbiologia industriale costituito dalla massa delle cellule microbiche stesse, coltivata fornendo nutrienti ed energia.

Fanghi attivi

Aggregati di microrganismi utilizzati nel trattamento delle acque reflue per ossidare e degradare la sostanza organica inquinante.

Enzimi inducibili

Enzimi sintetizzati dalla cellula microbica esclusivamente in risposta alla presenza di uno specifico substrato induttore.

Enzimi intracellulari

Enzimi che rimangono confinati all'interno del citoplasma cellulare, come la penicillina acilasi di Escherichia coli.

Enzimi extracellulari

Enzimi secreti direttamente all'esterno della cellula nel mezzo colturale, come amilasi e proteasi prodotte da specie di Bacillus.

Enzimi di superficie

Enzimi ancorati alla superficie esterna della parete o membrana cellulare, come le invertasi di Saccharomyces cerevisiae.

Prodotti complessi

Beni ottenuti da fermentazioni tradizionali che alterano profondamente l'intera matrice del substrato (es. yogurt, formaggi, canapa macerata).

Bioconversioni (o biotrasformazioni)

Reazioni chimiche mirate (es. ossidazione, riduzione, isomerizzazione) condotte da microrganismi o enzimi su precursori specifici, come nella produzione di vitamina C e ormoni steroidei.

Coefficiente di resa ($Y$)

Rapporto tra la quantità di prodotto formato e la quantità di substrato consumato: $Y = \frac{\text{prodotto formato}}{\text{substrato consumato}}$.

Resa di fermentazione

Quantità di prodotto ottenuta per litro di brodocoltura (espressa tipicamente in $\text{g/L}$ o $\text{mg/L}$).

Brodocoltura

Miscela liquida composta dalle cellule microbiche in crescita e dal terreno di coltura residuo al termine del processo fermentativo.

Resa di estrazione e purificazione

Percentuale o frazione di prodotto finito effettivamente recuperata a valle rispetto alla quantità totale presente prima delle fasi di purificazione.

Filtrato colturale

Liquido limpido privo di cellule microbiche che si ottiene in seguito alla filtrazione o centrifugazione della brodocoltura.

Lisi cellulare

Processo meccanico, chimico o biologico di rottura dell'involucro cellulare necessario per recuperare gli enzimi e i metaboliti intracellulari.