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Academic Year/course: 2023/24

446 - Degree in Biotechnology

27124 - Bioreactors


Syllabus Information

Academic year:
2023/24
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

The subject and its expected results aim for the students to be able to: 1. Handle the basic concepts and nomenclature in Biochemical Reaction Engineering.

2. Propose, develop and solve kinetic models describing enzymatic and microbial processes.

3. Know the mechanisms of immobilization of biocatalysts, and the phenomena of matter transfer in reactors with immobilized biocatalysts.

4. Know and know how to apply the basic equations for design and optimization of biochemical reactors.

5. Know how to select the most suitable type of bioreactor for a given production.

These concepts would contribute to achieving the Sustainable Development Goals (SDGs): 2, 3, 4, 5 and 9 of the 2030 Agenda.

2. Learning results

The learning results are necessary to be able to conceive, design, optimize and operate the different types of basic industrial bioreactors. Therefore, in order to pass this subject, the student must demonstrate the following results:

- To know the different types of bioreactors and their main operating characteristics.

- To know the main kinetic models applicable to enzymatic and microbial processes.

- To know and apply the different methods for estimating kinetic parameters.

- To know and apply the equations for the basic design of enzymatic and microbial bioreactors.

- To know the basic methods of selection and optimization of ideal reactors.

- To know and select the different methods of immobilization of biocatalysts.

3. Syllabus

The learning results will be achieved through the development of the following content program: Topic 1. Introduction to the Engineering of Biochemical Reactions.

Topic 2. Enzyme Kinetics and Catalysis. Determination of kinetic parameters. Kinetics of cooperative reversible reactions. Inhibition and deactivation.

Topic 3. Microbial Kinetics. Growth. Malthus, Logistic and Gompertz models. Monod model.

Topic 4. Immobilization of enzymes and biocatalysts. Immobilization technology. Types and method selection. Effects of immobilization on matter transfer.

Topic 5. Design of continuous and discontinuous enzymatic bioreactors.

Topic 6. Design of continuous and batch microbial fermenters.

4. Academic activities

The program offered to the student to help them achieve the expected results comprises the following activities:

- Sessions of explanation of the theoretical contents, in which the concepts of the program  are presented (38 classroom hours)

- Classes dedicated to problem solving, in which student participation will be encouraged. Resolution of numerical problems and methodological developments with the participation of the students (18 classroom hours).

- Laboratory practices. In this part of the subject, the participants will practice the learning and handling of different experimental techniques for the immobilization of biocatalysts (4 hours).

5. Assessment system

Option 1: The assessment is continuous and includes: Laboratory practices. Attendance, presentation of a brief report of the activity, as well as the presentation/interpretation of the results will be valued. Completion of problems delivered, graded by evaluating their content, the understanding of the concepts demonstrated in them and the correct presentation. An exam at the end of the term. This test will consist of: (a) questions and reasoned theoretical and theoretical-practical issues in which the application of theory to specific cases and examples will be requested, and (b) problem solving. The grade for the subject will be calculated according to the following formula:  Final grade = 0.1 P + 0.1 T+ 0.8 E where: P is the grade for the laboratory practices, T is the grade for the problem papers handed in, and E is the grade for the final exam . A minimum exam grade, E, of 4.0 out of 10 is required in order to average and pass the subject.

Option 2: Those students who wish to do so may choose to take a global exam that will include the practical part . A minimum grade of 5.0 out of 10 on this exam is required to pass the subject..


Curso Académico: 2023/24

446 - Graduado en Biotecnología

27124 - Biorreactores


Información del Plan Docente

Año académico:
2023/24
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 de la asignatura

La asignatura y sus resultados previstos tienen como objetivos que los estudiantes sean capaces de:

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

2. Plantear, desarrollar y resolver modelos cinéticos que describen 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 para una producción determinada.

Estos conceptos contribuirían a alcanzar los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS): 2, 3, 4, 5 y 9 de la Agenda 2030.

2. Resultados de aprendizaje

Los resultados del aprendizaje son necesarios para poder concebir, diseñar, optimizar y operar los diferentes tipos básicos de biorreactores industriales. Por lo que el estudiante, para superar esta asignatura, deberá demostrar los siguientes resultados:

- Conocer los diferentes tipos de biorreactores y sus principales características 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 optimización de reactores ideales.

- Conocer y seleccionar los distintos métodos de inmovilización de biocatalizadores.

3. Programa de la asignatura

Los resultados del aprendizaje se alcanzarán gracias al desarrollo del siguiente programa de contenidos:

Tema 1. Introducción a la Ingeniería de las Reacciones Bioquímicas. 

Tema 2. Cinética y Catálisis Enzimática. Determinación de los parámetros cinéticos. Cinética de reacciones reversibles, cooperativas. Inhibición y desactivación.

Tema 3. Cinética Microbiana. Crecimiento. Modelos de Malthus, Logístico y de Gompertz. Modelo de Monod. 

Tema 4. Inmovilización de enzimas y biocatalizadores. Tecnología de inmovilización. Tipos y selección del método. Efectos de la inmovilización sobre la transferencia de materia. 

Tema 5. Diseño de Biorreactores Enzimáticos continuos y discontinuos.

Tema 6. Diseño de Fermentadores Microbianos continuos y discontinuos.

4. Actividades académicas

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 los conceptos del programa de la asignatura (38 h presenciales).

- Clases dedicadas a la resolución de problemas, en las que se promoverá la participación de los alumnos. Resolución de problemas numéricos y de desarrollos metodológicos contando con la participación de los alumnos (18 h presenciales).

- Practicas de laboratorio. En esta parte se realizaran prácticas para aprendizaje y el manejo de distintas técnicas experimentales de inmovilización de biocatalizadores (4 h presenciales). 

5. Sistema de evaluación

Opción 1: La evaluación es continua incluyendo: Realización de prácticas de laboratorio. Se valorará la asistencia, la presentación de un breve informe de la actividad, así como la presentación/interpretación de los resultados. Realización de problemas entregados,  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 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:  Calificación final = 0,1 P + 0,1 T  + 0,8 E siendo: P la nota de las prácticas de laboratorio, T la nota de los trabajos problemas entregados, y E  la nota del examen final. Se precisa una nota mínima en el examen, E, de 4,0 sobre 10 para poder promediar y superar la asignatura.

Opción 2: Aquellos alumnos que lo deseen pueden optar por presentarse a un examen global de la asignatura que incluirá la parte práctica. Se precisa una nota mínima en este examen de 5,0 sobre 10 para superar la asignatura.