L'insegnamento, rivolto agli studenti della Laurea in Ingegneria chimica e dei processi sostenibili, ha i seguenti obiettivi formativi: 
- fornire le conoscenze di base dell’attività enzimatica e dei microorganismi quali biocatalizzatori 
- fornire le conoscenze di base delle relazioni tra biocatalizzatori e bioreattori in differenti settori (industria alimentare, farmaceutica/biomedica, energetico).

La conoscenza di base dei biocatalizzatori e delle possibili applicazioni in diverse configurazioni reattoristiche in forma libera o immobilizzata, in diversi settori della biocatalisi industriale. 
Lo studente dovrà conoscere: 
- classificazione e nomenclatura degli enzimi 
- biochimica di crescita e di produzione di microorganismi nella biocatalisi
- tecniche di immobilizzazione di enzimi e microorganismi
- tecniche per la valutazione delle cinetiche enzimatiche e di crescita dei microorganismi industriali
- criteri di valutazione di interazioni tra biocatilizzatore e reattore al fine di prevederne lo sviluppo
- caratteristiche di fermentatori su larga scala, scale-up di bioreattori: criteri ed analisi critica

Lo studente dovrà acquisire la capacità di: 
- selezionare le metodologie di lavoro per passare dalla biochimica al bioreattore
- selezionare la configurazione bioreattoristica ottimale per ogni tipologia di biocatalizzatore.

Biochimica e microbiologia: composizione chimica della cellula procariotica ed eucariotica e principali molecole di interesse biotecnologico industriale. Biocatalizzatori industriali: enzimi e cellule. Proprietà generali di ribozimi ed enzimi proteici. Amminoacidi, sintesi proteica, livelli strutturali degli enzimi proteici (struttura primaria, secondaria, terziaria e quaternaria) e cofattori.

Nomenclatura e classificazione EC degli enzimi. Specificità e selettività degli enzimi. Proprietà del sito catalitico. Meccanismo cinetico di catalisi. Tipi principali di catalisi: acido-basica, covalente, mediata da metalli. Analisi enzimatica: attività e unità (dosaggio di attività enzimatica, dosaggio quantità dell’enzima, purezza dell’enzima).

Fattori chimico-fisici che influenzano l’attività enzimatica di enzimi isolati o cellule intere. Organismi estremofili (termofili, psicrofili, alofili e barofili) come fonti naturali di enzimi più resistenti a condizioni operative estreme.

Metodi per il miglioramento della biocatalisi: nuovi biocatalizzatori prodotti attraverso tecniche genetico-molecolari e di ingegneria proteica (concetti di base, nuovi sviluppi, limiti e prospettive).

Aspetti generali della biocatalisi:cinetica enzimatica, parametri chimico-fisici che influenzano la cinetica enzimatica. Enzimi: valutazione della cinetica apparente; microrganismi: determinazione delle cinetiche di crescita e di produzione. Approcci modellistici descrittivi e predittivi.

Bioreattori: gli enzimi e microorganismi come biocatalizzatori industriali. Interazioni fluodinamiche e biocatalizzatori; il problema della miscelazione; il problema del trasporto di materia e di calore nei bireattori. 

Bioreattori immobilizzati: immobilizzazione enzimatica e immobilizzazioni di cellule e microrganismi; tecniche di immobilizzazione e conseguenze sull’attività; scaling-up del processo di immobilizzazione; sviluppo di bioreattori con biocatalizzatore immobilizzato. 

Enzimologia industriale: fonti disponibili per l’estrazione degli enzimi;enzimi naturali da fonti animali, vegetali, batteriche, fungine. Importanza dei microrganismi nell’industria; produzione e purificazione di prodotti biotecnologici; il problema del down-stream.

Esempi applicativi della biocatalisi: industria alimentare, industria farmaceutica, applicazioni medicali e in campo energetico.

I seguenti testi sono consigliati per chiarimenti sugli argomenti trattati a lezione:
- M. Manzoni "Microbiologia industriale", CEA (2008)
- A. Illanes "Enzyme Biocatalysis. Principles and Application", Springer (2008)
- J.E. Bailey, D.F. Ollis"Biochemical Engineering Fundamentals", McGraw-Hill (1986)
- D.L. Nelson, M.M. Cox "I principi di biochimica di Lehninger", Zanichelli (2014)

L'esame è orale consistente in due domande: la prima che ha lo scopo di verificare la conoscenza di base in campo biochimico degli enzimi e dei microrganismi cellulari, e la seconda atta a verificare l‘effettiva conoscenza dei criteri per la definizione e lo sviluppo di bioreattori che utilizzano materiale biologico in campo industriale.