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Academic Year/course: 2022/23

446 - Degree in Biotechnology

27124 - Bioreactors


Syllabus Information

Academic Year:
2022/23
Subject:
27124 - Bioreactors
Faculty / School:
100 - Facultad de Ciencias
Degree:
446 - Degree in Biotechnology
ECTS:
6.0
Year:
4
Semester:
First semester
Subject Type:
Compulsory
Module:
---

1. General information

1.1. Aims of the course

The aims of the course are the following:

1. To know and use the concepts, nomenclature, and basic concepts of biochemical reaction engineering
2. To propose, develop and solve kinetic models for enzymatic and microbial processes.
3. To know the mechanisms of biocatalysts' immobilization, and mass transfer phenomena in reactors with immobilized biocatalysts.
4. To Know and apply the basic equations of design and optimization of biochemical reactors.
5. To Know the main criteria for the selection of bioreactors in different industrial processes.

 

These approaches and objectives are aligned with some of the Sustainable Development Goals, SDG, of the 2030 Agenda (https://www.un.org/sustainabledevelopment/es/) and certain specific goals, in such a way that the acquisition of the Learning outcomes of the subject provides training and competence to the student to contribute to a certain extent to their achievement:

 

• Goal 2: End hunger, achieve food security and improved nutrition and promote sustainable agriculture.
Target 2.1 By 2030, end hunger and ensure access by all people, in particular, the poor and people in vulnerable situations including infants, to safe, nutritious, and sufficient food all year round.

Target 2.3 By 2030, double the agricultural productivity and the incomes of small-scale food producers, particularly women, indigenous peoples, family farmers, pastoralists, and fishers, including through secure and equal access to land, other productive resources and inputs, knowledge, financial services, markets, and opportunities for value addition and non-farm employment.

Goal 3: ensure healthy lives and promote well-being for all ages.

Target 3.3 By 2030, end the epidemics of AIDS, tuberculosis, malaria, and neglected tropical diseases and combat hepatitis, waterborne diseases, and other communicable diseases.

Target 3.9: By 2030, substantially reduce the number of deaths and illnesses caused by hazardous chemicals and air, water, and soil pollution.

Target 3.d Strengthen the capacity of all countries, particularly developing countries, in early warning, risk reduction, and management of national and global health risks.

Goal 4: Ensure inclusive, equitable, and quality education and promote lifelong learning opportunities for all

Target 4.4 By 2030, significantly increase the number of young people and adults who have the necessary skills, particularly technical and professional ones, to access employment, decent work, and entrepreneurship.

Goal 9: Industry, innovation, and infrastructure

Target 9.5 Increase scientific research and improve the technological capacity of industrial sectors in all countries, particularly developing countries, by fostering innovation and significantly increasing, by 2030, the number of people working in research and development per million inhabitants and the spending of the public and private sectors in research and development.

1.2. Context and importance of this course in the degree

The industrial development of current bioprocesses requires acquiring the needed knowledge by biotechnologists on the performance and the main characteristics of the different types of enzyme and microbial bioreactors.
From the kinetic models governing these processes, during this course, the necessary tools to attain the needed knowledge related to the basic methods of selection, design, and optimization of equipment where these kinds of reactions take place are provided.

1.3. Recommendations to take this course

The professors teaching this subject belong to the areas of Chemical Engineering and Biochemistry and Molecular Biology.
To take this course it is recommended to have passed the subjects of Mathematics, Chemistry, Physics and Chemical Engineering.

2. Learning goals

2.1. Competences

The competencies that the student should have acquired after completing the course are:

Calculate the numerical values of the parameters shown in the different enzymatic and microbial kinetic models.
Apply and select different methods of immobilization of biocatalysts.
Select and design enzymatic and microbial bioreactors: batch, semi-continuous, and continuous.
Optimize the operation of enzymatic and microbial bioreactors.

2.2. Learning goals

Know the different types of bioreactors and their main operating characteristics.
Know the main kinetic models applicable to enzymatic and microbial processes.
Understand and apply the different methods of estimating the kinetic parameters.
Understand and apply the equations for the basic design of enzymatic and microbial bioreactors.
Know the basic methods of selection and optimization of ideal reactors (i.e., batch reactor (BR), plug flow reactor (PFR), and the continuous stirred tank reactor, CSTR).
Know and select different methods of immobilization of biocatalysts.

2.3. Importance of learning goals

Learning outcomes described above are necessary to conceive, design, optimize and operate the various basic types of industrial bioreactors.

3. Assessment (1st and 2nd call)

3.1. Assessment tasks (description of tasks, marking system and assessment criteria)

Option 1:
Global evaluation includes:
Realization of laboratory practices. The attendance, the presentation of a brief report of the activity, as well as the presentation and interpretation of the obtained results will be evaluated.
Realization of students’ autonomous works. The deliverables corresponding to these works will be graded considering their contents, the understanding of the concepts involved, and their correct presentation.

Realization of a  final exam. This test will consist of: (a) pure theoretical, theoretical-practical questions reasoned in which the application of the theory will be applied to specific cases and examples, and (b) problem-solving.

The grade of the subject will be calculated according to the following formula: Note = 0,1 P + 0,1 T + 0,8 E
Being: P the mark of the laboratory practices (evaluation activity 1), T the note of the supervised works (evaluation activity 2), and E the final exam score (evaluation activity 3).
A minimum grade is required on the exam, E, of 4.0 out of 10 to pass the subject.

If the student does not reach a 4 in the required exam the final score will not take into account the scores of the laboratory practice or one from the students’ autonomous works but the score of that exam only.

Option 2:
Those students who do not want to follow the evaluation according to option 1, can choose to take the exam (100% of the final mark) with similar characteristics as the final exam of option 1 (evaluation activity 3).

A minimum grade is required on this exam of 5.0 out of 10 to pass the subject.

Additional comment: The total or partial fraud or plagiarism in any of the evaluation tests will lead to failing the subject with the minimum mark, in addition to the disciplinary sanctions that the faculty quality-guarantee commission adopts for these events.

4. Methodology, learning tasks, syllabus and resources

4.1. Methodological overview

The methodology followed in this course is oriented towards the achievement of the learning objectives. It is based on lectures, class of problems, and laboratory practices that favor the development/acquisition of the knowledge associated with the main topics of the subject. A wide range of teaching and learning tasks are implemented, such as solving problem classes, use of spreadsheets, and critical revision of scientific papers related to the topics.

In the lectures, the theoretical concepts of the subject will be presented and accompanied by explanatory examples. In addition, the students will face and solve problems and case studies directly related to the theoretical concepts that will expose along the course.

Students are expected to actively participate in the class throughout the semester.

Exercises are planned to be solved at home, the resolution will be discussed in the class. Classes, both theoretical and practical problems, will be participatory, and there will be tutorials to address the doubts of the students.

The laboratory practice sessions are complementary to the lectures and to the numerical problems. They are carried out in groups of 2 students, in a participatory and collaborative way. After the laboratory work, students will prepare a report where a discussion of the experimental methodology used, the results obtained, and their outputs are included.

 
However, if the epidemiological circumstances force new confinement or more restrictive distancing measures than the current ones, it is expected that the evaluation will be carried out online using some of the usual tools for this, e.g. the Meet app.
In any case, the exam will consist of 2 parts, one of Theory with 2 or 3 questions, and the other of problems, with 2 numerical problems. Both parts will be carried out consecutively, having the necessary time for the theoretical part and for the problems (around 2.0-2.5 hours). Between both parts, the students will be left the reasonable time necessary to send the answers from the theoretical part to the teachers.
The exam will be sent to students enrolled shortly before the start of the exam, both by email and through the Moodle platform. The problems exam will be sent to the students, once the Theory exam has been completed. Once all students have received the exam, the testing time for each part begins.
To send their answers to the teacher, the student must use the email, using exclusively the UNIZAR email address that each enrolled student has. Replies sent from another email address will not be accepted.
The email to send the answers is: arruebom@unizar.es
However, to avoid possible problems in sending via email, the delivery of responses through Moodle will also be enabled as a task resource. The email for the connection will also be UNIZAR, unique, and non-transferable for each student.
The answers must be in Word, jpg or pdf format, or in some other format compatible with them, by email or via moddle
During the online exam, students must be connected to the application continuously.

Classroom materials will be available via Moodle. These include a repository of the lecture notes used in class, the course syllabus, as well as other learning resources such as several web links provided in the classroom notes. Further information regarding the course will be provided on the first day of class.

4.2. Learning tasks

The course includes the following learning tasks:

  • Lectures (36 h). The theoretical contents of the topics will be taught, developing generic cases related with the main topics of the subject.
  • Solving problem cases (19 h). In these classes, the student will solve problems supervised by the teacher. The problems or cases will be related to the theoretical part explained in the lectures.
  • Laboratory session (4 h). There will be 1 session of 5 hours. In it the student will study in the laboratory some of the contents developed in the lectures and problem solving classes.
  • Works supervised (16 h). During the development of the course, and related to the main topics, the students will be proposed to carry out several works of application and extension of the concepts studied. These will consist of the resolution by spreadsheet, and in an individualized way, of different problems related to the theoretical contents of the subject. The student, together with the spreadsheet, must send an explanatory report of the methods and calculations made for the resolution of each problem. Both documents will be evaluated.
  • Autonomous work and study (70 h). The student is advised to carry out the individual study on a continuous basis throughout the term.
  • Assessment tasks (4 h). In addition to the evaluation of the reports of the practical session and of the supervised works, there will be a final exam, or an overall test. The theoretical and practical knowledge reached by the student will be evaluated.

The teaching and evaluation activities will be carried out in face-to-face mode, unless, the provisions issued by the competent authorities and by the University of Zaragoza require them to be carried out telematically

4.3. Syllabus

The course will address the following topics: 

  • Topic 1. Introduction to biochemical reaction engineering. Biochemical products and processes.
  • Topic 2. Kinetics of enzyme catalysed reactions. Reactions with one substrate: General model and Michaelis-Menten and Briggs-Haldane approximations. Methods of calculation of kinetic parameters. Reversible reactions. Reactions with several substrates. Cooperativity: Hill model. Types and kinetic effects of inhibition. Influence of pH and temperature. Enzyme deactivation.
  • Topic 3. Microbial growth kinetics. Stoichiometry, yield and reaction rate. Kinetics of substrate consumption and product formation. Phases of cellular growth. Non-structured models. Substrate limited growth: Monod model. Other kinetic models. Effects of inhibition. Diauxic growth. Environmental effects. Thermal  death kinetics. Introduction to structured kinetic models.
  • Topic 4. Immobilization of enzymes and biocatalysts. Technology of enzymatic immobilization. Types of immobilization: adsorption, covalent bond, cross bonds, self-immobilization, membranes. Selection of the immobilization method. Effects of immobilization on the mass transfer resistances. External and internal effectiveness factors. 
  • Topic 5. Design of enzymatic bioreactors. Ideal bioreactors: Batch reactor, fed-batch reactor, continuous stirred tank reactor (CSTR), CSTR in series, plug-flow reactor. Productivity and optimization of ideal reactors. Effect of enzyme inhibition and deactivation. Comparison of bioreactors.
  • Topic 6. Design of microbial fermenters. Types of reactors:  Batch and Fed-batch reactors. Continuous stirred tank: Chemostat. Chemostat with recycle. Chemostats in series. Plug flow fermenter. Multiphase fermenters. Comparison and selection of bioreactors.

4.4. Course planning and calendar

The period of the lectures and problems coincide with the schedule of classes officially established. This is available at the following link: https://ciencias.unizar.es/grado-en-biotecnologia.
The timetable and laboratory practice groups will be established in coordination with the other subjects, at the beginning of the academic year. At the beginning of the course, the coordinator of the degree distribute practice groups in order to avoid overlaps with other subjects.

The subject is taught in the first semester. Teaching activities are developed in theory classes, solving numerical problems and laboratory practices. Tests will be conducted during the official period marked by the Faculty of Science.
For those enrolled students, the times and dates of lectures and practical sessions will be announced through the official notice board Biotechnology Grade, and also in the moodle platform. These media will also be used to communicate to students enrolled, their distribution by groups of practices, made from the coordination of the Degree.
A tentative dates will be available on the website of the Faculty of Science in the relevant section of the Degree in Biotechnology: https://ciencias.unizar.es/grado-en-biotecnologia. In this web may also consult the exam dates.

4.5. Bibliography and recommended resources

http://psfunizar10.unizar.es/br13/egAsignaturas.php?codigo=27124


Curso Académico: 2022/23

446 - Graduado en Biotecnología

27124 - Biorreactores


Información del Plan Docente

Año académico:
2022/23
Asignatura:
27124 - Biorreactores
Centro académico:
100 - Facultad de Ciencias
Titulación:
446 - Graduado en Biotecnología
Créditos:
6.0
Curso:
4
Periodo de impartición:
Primer semestre
Clase de asignatura:
Obligatoria
Materia:
---

1. Información Básica

1.1. Objetivos de la asignatura

La asignatura y sus resultados previstos responden a los siguientes planteamientos y objetivos:

1. Manejar los conceptos y la nomenclatura básica en Ingeniería de las Reacciones Bioquímicas.

2. Plantear, desarrollar y resolver modelos cinéticos para procesos enzimáticos y microbianos.

3. Conocer los mecanismos de inmovilización de biocatalizadores, y los fenómenos de transferencia de materia en reactores con biocatalizadores inmovilizados.

4. Conocer y saber aplicar las ecuaciones básicas de diseño y optimización de reactores bioquímicos.

5. Saber seleccionar el tipo de biorreactor más adecuado.

 

Estos planteamientos y objetivos están alineados con algunos de los Objetivos de Desarrollo Sostenible, ODS, de la Agenda 2030 (https://www.un.org/sustainabledevelopment/es/) y determinadas metas concretas, de tal manera que la adquisición de los resultados de aprendizaje de la asignatura proporciona capacitación y competencia al estudiante para contribuir en cierta medida a su logro:

• Objetivo 2: Poner fin al hambre:
Meta 2.1 Para 2030, poner fin al hambre y asegurar el acceso de todas las personas, en particular los pobres y las personas en situaciones vulnerables, incluidos los lactantes, a una alimentación sana, nutritiva y suficiente durante todo el año
Meta 2.3 Para 2030, duplicar la productividad agrícola y los ingresos de los productores de alimentos en pequeña escala, en particular las mujeres, los pueblos indígenas, los agricultores familiares, los pastores y los pescadores, entre otras cosas mediante un acceso seguro y equitativo a las tierras, a otros recursos de producción e insumos, conocimientos, servicios financieros, mercados y oportunidades para la generación de valor añadido y empleos no agrícolas.

• Objetivo 3: garantizar una vida sana y promover el bienestar para todos en todas las edades.
Meta 3.3 Para 2030, poner fin a las epidemias del SIDA, la tuberculosis, la malaria y las enfermedades tropicales desatendidas y combatir la hepatitis, las enfermedades transmitidas por el agua y otras enfermedades transmisibles.
Meta 3.9: Para 2030, reducir sustancialmente el número de muertes y enfermedades producidas por productos químicos peligrosos y la contaminación del aire, el agua y el suelo.
Meta 3.d Reforzar la capacidad de todos los países, en particular los países en desarrollo, en materia de alerta temprana, reducción de riesgos y gestión de los riesgos para la salud nacional y mundial.

• Objetivo 4: Garantizar una educación inclusiva, equitativa y de calidad y promover oportunidades de aprendizaje durante toda la vida para todos.
Meta 4.4 De aquí a 2030, aumentar considerablemente el número de jóvenes y adultos que tienen las competencias necesarias, en particular técnicas y profesionales, para acceder al empleo, el trabajo decente y el emprendimiento.

• Objetivo 9: Industria, innovación e infraestructuras.
Meta 9.5 Aumentar la investigación científica y mejorar la capacidad tecnológica de los sectores industriales de todos los países, en particular los países en desarrollo, entre otras cosas fomentando la innovación y aumentando considerablemente, de aquí a 2030, el número de personas que trabajan en investigación y desarrollo por millón de habitantes y los gastos de los sectores público y privado en investigación y desarrollo.

1.2. Contexto y sentido de la asignatura en la titulación

El desarrollo industrial de bioprocesos requiere el conocimiento por parte del biotecnólogo/a del funcionamiento y principales características de los distintos tipos de biorreactores enzimáticos y microbianos.

En esta asignatura se proporcionan las herramientas necesarias para, a partir de los modelos cinéticos involucrados en estos procesos, alcanzar el conocimiento de los métodos básicos de selección, diseño y optimización de los equipos donde  transcurren estas reacciones enzimáticas y microbianas.

1.3. Recomendaciones para cursar la asignatura

El profesorado de esta asignatura pertenece a las áreas de Ingeniería Química y de Bioquímica y Biología Molecular.

Para cursar esta asignatura es recomendable haber superado las asignaturas de Matemáticas, Química, Física e Ingeniería Química.

2. Competencias y resultados de aprendizaje

2.1. Competencias

Al superar la asignatura, el estudiante será más competente para...

Calcular los valores numéricos de los parámetros que aparecen en los distintos modelos cinéticos enzimáticos y microbianos.
Aplicar y seleccionar los diferentes métodos de inmovilización de biocatalizadores.
Seleccionar y diseñar biorreactores enzimáticos y microbianos: discontinuos, semicontinuos y continuos.
Optimizar la operación biorreactores enzimáticos y microbianos.

 

2.2. Resultados de aprendizaje

El estudiante, para superar esta asignatura, deberá demostrar los siguientes resultados...

 Conocer los diferentes tipos de biorreactores y sus principales caracteristicas de funcionamiento.

Conocer los principales modelos cinéticos aplicables a procesos enzimáticos y microbianos.

Conocer y aplicar los diferentes métodos de estimación de los parámetros cinéticos.

Conocer y aplicar las ecuaciones para el diseño básico de biorreactores enzimáticos y microbianos.

Conocer los métodos básicos de selección y optimizacion de reactores ideales.

Conocer y seleccionarlos distintos métodos de inmovilización de biocatalizadores.

2.3. Importancia de los resultados de aprendizaje

Los resultados de aprendizaje anteriormente descritos son necesarios para poder concebir, diseñar, optimizar y operar los diferentes tipos básicos de biorreactores industriales.

3. Evaluación

3.1. Tipo de pruebas y su valor sobre la nota final y criterios de evaluación para cada prueba

Opción 1:

La evaluación es global y comprende:

Realización de prácticas de laboratorio. Se valorará la asistencia, la presentación de un breve informe de la actividad, así como la presentación e interpretación de los resultados obtenidos.

Realización de trabajos/problemas tutelados. Los entregables correspondientes a trabajos tutelados serán calificados valorándose su contenido, la comprensión de los conceptos que en ellos se demuestre y la correcta presentación.

Realización de un examen al finalizar la asignatura. Esta prueba constará de: (a) preguntas y cuestiones púramente teóricas y teórico-prácticas razonadas en la que se pedirá la aplicación de la teoría a casos y ejemplos concretos, y (b) resolución de problemas.

La nota de la asignatura se calculará según la siguiente fórmula:  Nota = 0,1 P + 0,1 T  + 0,8 E

siendo: P la nota de las prácticas de laboratorio (actividad de evaluación 1), T la nota de los trabajos tutelados/problemas entregados (actividad de evaluación 2), y E  la nota del examen final (actividad de evaluación 3).

Se precisa una nota mínima en el examen, E, de 4,0 sobre 10 para superar la asignatura.

En el caso en el que no se alcance la nota mínima de 4,0 las notas de participación en clase y de entrega de problemas (trabajos tutelados) no se usarán para calcular la nota final de la asignatura sino la calificación obtenida en el examen.

Opción 2:

Aquellos alumnos que no quieran seguir la evaluación según la opción 1, pueden optar por presentarse al examen de convocatoria (100% de la nota final) de similares características que el examen final de la opción 1 (actividad de evaluación 3). Se precisa una nota mínima en este examen de 5,0 sobre 10 para superar la asignatura.

Nota adicional: El fraude o plagio total o parcial en cualquiera de las pruebas de evaluación dará lugar al suspenso de la asignatura con la mínima nota, además de las sanciones disciplinarias que la comisión de garantía de la titulación adopte para estos casos.

No obstante lo anterior, si las circunstancias epidemiológicas derivadas de la COVID-19 obligan a un nuevo confinamiento, o a medidas de distanciamiento más restrictivas que las actuales, se prevé que la evaluación sea "on-line" usando alguna de las herramientas habituales para ello, e.g. la aplicación Meet.

En cualquier caso, el examen constará de 2 partes, una de teoría y otra de problemas. Ambas partes se realizarán de forma consecutiva, disponiendo del tiempo necesario para realizar la parte de Teoría y para la parte de Problemas (entre 2,0 h y 2,5 h en cada parte). Entre ambas partes se dejará a los alumnos el tiempo prudencial necesario para enviar las respuestas de la parte de Teoría a los profesores.

El enunciado del examen se remitirá a los alumnos matriculados poco antes del comienzo del mismo, tanto por email, como a través de la plataforma Moodle. El enunciado del examen de Problemas se remitirá a los alumnos, una vez terminado el examen de Teoría. Una vez que todos los alumnos hayan recibido el enunciado, comienza el tiempo del examen de cada parte.

Para remitir sus respuestas al profesor, el alumno deberá de utilizar el email, usando exclusivamente la dirección de correo electrónico de UNIZAR, que cada alumno matriculado dispone. No se admitirán respuestas enviadas desde otra dirección de email. El email para enviar las respuestas es: arruebom@unizar.es

Sin embargo, para mayor seguridad además del envío a través del correo electrónico, se habilitará también la entrega de las respuestas a través de Moodle, como recurso de tareas.  El correo electrónico para la comunicación será igualmente el de UNIZAR, único e intransferible para cada estudiante.

Las respuestas enviadas por email o por vía Moddle deberán de estar en formato word (.doc, .docx), formato imagen (.jpg) o formato adobe (.pdf), o en algún otro formato compatible con éstos.

Durante el examen "on-line" los alumnos deberán de estar conectados a la aplicación utilizada de forma continuada.

4. Metodología, actividades de aprendizaje, programa y recursos

4.1. Presentación metodológica general

El proceso de aprendizaje que se ha diseñado para esta asignatura se basa en lo siguiente:

En las clases expositivas, se presentarán los conceptos teóricos de la asignatura y se acompañarán de ejemplos explicativos. Además, se plantearán y resolverán problemas y casos prácticos directamente relacionados con los conceptos teóricos que irán exponiendo a lo largo del curso.
Se propondran ejercicios a resolver en casa, cuya resolución se discutirá en la clase. Las clases, tanto de teoria como de problemas prácticos, serán de tipo participativo, y además habrá tutorias para atender las dudas de los alumnos.
Las sesiones de prácticas de laboratorio son complementarias con las clases teóricas y las de problemas numéricos. Se realizarán en grupos de 2 alumnos, de forma participativa y colaborativa. Tras el trabajo de laboratorio, los alumnos elaborarán un informe donde se incluirá una discusion sobre la metodología experimental utilizada, y sobre los resultados obtenidos y su significado.

4.2. Actividades de aprendizaje

El programa que se ofrece al estudiante para ayudarle a lograr los resultados previstos comprende las siguientes actividades...

Sesiones de exposición de los contenidos teóricos, en las que se presentan de manera participativa con los alumnos, los conceptos básicos incluidos en el programa de la asignatura (30 h presenciales).

Clases dedicadas a la resolución de problemas, en las que se promoverá la participación de los alumnos de forma más intensa si cabe que en las dedicadas a la exposición de los contenidos teóricos.

Resolución de problemas numéricos y de desarrollos metodológicos en las que, con la participación de los alumnos, se resolverán ejercicios propuestos tanto por el profesor, como por los alumnos. Estas clases se impartirán de forma coordinada con las clases teóricas (18 h presenciales).

Practicas de laboratorio. El plan de de trabajo asigna a esta parte un total de 4 h presenciales. En esta parte se realizaran prácticas para aprendizaje y el manejo de distintas técnicas experimentales de inmovilización de biocatalizadores.

Todo alumno será informado sobre los riesgos que puede tener la realización de las prácticas de esta asignatura, así como si se manejan productos peligrosos y qué hacer en caso de accidente, y deberá firmar el compromiso a cumplir con las normas de trabajo y seguridad para poder  realizarlas. Para más información, consultar la información para estudiantes de la Unidad de Prevención de Riesgos Laborales: http://uprl.unizar.es/estudiantes.html.

Las actividades docentes y de evaluación se llevarán a cabo de modo presencial salvo que las disposiciones emitidas por las autoridades competentes y por la Universidad de Zaragoza obliguen a realizarlas en otro formato.

 

4.3. Programa

Las actividades descritas anteriormente se realizarán de acuerdo al siguiente programa de contenidos:

Tema 1. Introducción a la Ingeniería de las Reacciones Bioquímicas. Procesos y productos bioquímicos de interés industrial. Tipos de biorreactores industriales.

Tema 2. Cinética Enzimática. Catálisis enzimática. Cinética de reacciones con un solo sustrato: Modelos de Michaelis-Menten y Briggs-Haldane. Métodos de evaluación de los parámetros cinéticos. Cinética de reacciones reversibles. Reacciones con varios sustratos. Cooperatividad: Modelo de Hill. Modelos cinéticos con inhibición. Inhibición por sustrato. Efectos de cofactor de activación. Efecto regulador del pH y la temperatura en la actividad enzimática. Cinética de desactivación enzimática.

Tema 3. Cinética Microbiana. Cinética microbiana. Crecimiento celular. Estequiometría, rendimientos y velocidad de Reacción. Cinéticas de consumo de sustrato y de formación de producto. Fases del crecimiento Celular. Crecimiento diaúxico. Modelos cinéticos no estructurados: Modelos de Malthus, Logístico y de Gompertz. Crecimiento limitado por sustrato: Modelo de Monod y otros modelos cinéticos. Modelos con Inhibición por sustrato y por producto. Modelos para varios sustratos. Modelos de crecimiento diaúxico. Efectos Ambientales: Temperatura, pH, Salinidad, Oxígeno y Presión. Cinética de muerte celular. Introducción a los modelos estructurados y segregados.

Tema 4. Inmovilización de enzimas y biocatalizadores. Tecnología de inmovilización enzimática. Tipos de inmovilización: adsorción, enlace covalente, enlaces cruzados y autoinmovilización, inclusión membranas. Selección del método de inmovilización. Efectos de la inmovilización sobre la transferencia de materia. Factor de eficacia externo e interno.

Tema 5. Diseño de Biorreactores Enzimaticos. Tipos de biorreactores enzimáticos. Biorreactor enzimático discontinuo de mezcla perfecta. Productividad y optimización de un biorreactor enzimático discontinuo. Efecto de la inhibición por producto y por sustrato. Efecto de la desactivación enzimática. Biorreactor enzimático semicontinuo: Operaciones de puesta en marcha y de descarga. Biorreactor enzimático continúo de mezcla perfecta. Efecto de la inhibición y de la desactivación. Batería de biorreactores de mezcla perfecta: Métodos de cálculo. Optimización de la batería de biorreactores. Biorreactor enzimático de flujo pistón. Efecto de la recirculación. Comparación de biorreactores enzimáticos.

Tema 6. Diseño de Fermentadores Microbianos. Tipos de fermentadores microbianos. Fermentador microbiano discontinuo de mezcla perfecta. Modelo de Monod: casos particulares. Modelo de Monod con muerte celular.  Fermentador microbiano semicontinuo: operación de puesta en marcha y descarga. Fermentador microbiano continúo de mezcla perfecta: Quimiostato. Velocidad de dilución óptima y de lavado. Batería de fermentadores de mezcla perfecta. Fermentador microbiano continúo de mezcla perfecta con recirculación celular. Fermentador microbiano de flujo pistón. Comparación de fermentadores microbianos.

4.4. Planificación de las actividades de aprendizaje y calendario de fechas clave

Esta asignatura es de caracter cuatrimestral, y se imparte en el primer cuatrimestre.

El periodo de las clases teóricas y las de problemas coincidirá con el calendario de clases establecido oficialmente. Éste se puede consultar en en el siguiente enlace: https://ciencias.unizar.es/grado-en-biotecnologia.
El calendario y los grupos de prácticas de laboratorio se establecerán de manera coordinada con el resto de materias, a principio del curso académico. Al comienzo del curso, el coordinador de la titulación distribuirá los grupos de prácticas con objeto de evitar solapamientos con otras asignaturas.

La asignatura se imparte en el primer semestre del curso académico. Las actividades de enseñanza se desarrollan en clases de teoría, de resolución de problemas numéricos y de practicas de laboratorio.
Los exámenes se realizarán durante el periodo oficial marcado por la Facultad de Ciencias.
Para aquellos alumnos matriculados, los horarios y fechas de clases teóricas y sesiones prácticas se harán públicos a través del TABLON DE ANUNCIOS oficial del Grado de Biotecnologia, y también en la plataforma moodle. Estos medios de información serán también utilizados para comunicar a los alumnos matriculados, su distribución por grupos de prácticas, confeccionada desde la Coordinación del Grado.
Unas fechas provisionales se podrán consultar en la página web de la Facultad de Ciencias en la sección correspondiente del Grado en Biotecnología: https://ciencias.unizar.es/grado-en-biotecnologia.
En dicha web se podrán consultar también las fechas de los exámenes.

4.5. Bibliografía y recursos recomendados

http://psfunizar10.unizar.es/br13/egAsignaturas.php?codigo=27124