Obiettivi formativi
OBIETTIVI FORMATIVI
Il corso si prefigge l’obbiettivo di fornire allo studente gli strumenti fondamentali per conoscere, comprendere ed interpretare, attraverso l’impiego di "modelli", peculiarità della Chimica Fisica, i processi fisici e le trasformazioni chimiche. In particolare, lo studente acquisirà la capacità di applicare la conoscenza e la comprensione di tali modelli allo studio e all’interpretazione della struttura e delle proprietà fisiche degli alimenti e dei principali processi di produzione e conservazione.
RISULTATI DELL’APPRENDIMENTO
Lo studente al termine del corso dovrà aver assimilato i temi principali della chimica fisica degli alimenti dimostrando di conoscere e comprendere le metodiche chimico fisiche appropriate per lo studio dei sistemi alimentari, saprà individuare ed applicare il modello adeguato al sistema in studio e ottenere i parametri termodinamici che caratterizzano il fenomeno osservato.
- Conoscenza e capacità di comprensione
Gli studenti acquisiranno una conoscenza di base dei concetti e dei modelli della chimica-fisica , impareranno a interpretare le trasformazioni che avvengono nei processi di produzione, preparazione e conservazione degli alimenti
- Capacità di applicare conoscenze apprese
Gli studenti sapranno applicare le conoscenze acquisite all’ analisi dei processi chimici in ambito alimentare con metodologie chimico-fisiche
- Abilità comunicative:
gli studenti dovranno essere in grado di utilizzare il linguaggio specifico proprio della disciplina e la terminologia corretta.
- Autonomia di giudizio
Gli studenti dovranno essere in grado di interpretare correttamente alcuni trasformazioni chimico-fisiche e saper valutare con senso critico i limiti di validità dei modelli chimico-fisici utilizzati
- Capacità di apprendimento
Applicando la conoscenza e la comprensione acquisite dovrà dimostrare di aver sviluppato abilità di problem solving.
Prerequisiti
Il Modulo non ha propedeuticità ufficiali.
Contenuti dell'insegnamento
La prima parte del modulo riguarda la termodinamica classica con speciale riferimento alle problematiche alimentari.
La seconda parte affronta la termodinamica di non equilibrio e i fenomeni di trasporto, in particolare quelli coinvolti nella produzione e nella conservazione degli alimenti. Saranno trattati anche i sistemi colloidali e la loro stabilità in relazione ai sistemi alimentari.
Gli studenti acquisiranno una conoscenza di base dei concetti e dei modelli della chimica-fisica.
Queste conoscenze completeranno la formazione scientifica dello studente nel campo della scienza degli alimenti.
Contenuti:
• Termodinamica classica applicata a sistemi chimici, biologici e alimentari con elementi di termodinamica statistica.
• Equilibri di fase nelle sostanze pure.
• Proprietà termodinamiche delle soluzioni e loro applicazioni
• Equilibrio fra le fasi nei sistemi binari.
• Soluzioni di macromolecole.
• Equilibrio in una reazione chimica.
• Termodinamica di non equilibrio e processi di trasporto
• Sistemi colloidali
Programma esteso
1. Termodinamica classica applicata a sistemi chimici, biologici e alimentari con elementi di termodinamica statistica. Principi della termodinamica. Variabili e funzioni di stato. Dipendenza delle grandezze termodinamiche da pressione e temperatura. Termochimica. Calorimetria. Concetti introduttivi di termodinamica statistica.
2. Equilibri di fase nelle sostanze pure. Diagrammi di fase. Equazione di Clapeyron e di Clausius-Clapeyron. Regola delle fasi.
3. Proprietà termodinamiche delle soluzioni e loro applicazioni Sistemi aperti e quantità molari parziali. Soluzioni ideali e soluzioni reali. Legge di Raoult e legge di Henry. Il concetto di attività: l’attività dell’acqua e la conservazione degli alimenti.
4. Equilibrio fra le fasi nei sistemi binari. Distillazione frazionata. Azeotropo, eutettico, lacuna di miscibilità, formazione di composti. Transizioni di fase nei materiali alimentari.
5. Soluzioni di macromolecole. Il potenziale chimico del solvente. Proprietà colligative. Equilibri di fase in presenza di una membrana semipermeabile: pressione osmotica. Equilibrio di dialisi ed effetto Donnan.
6. Equilibrio in una reazione chimica. Condizioni di equilibrio in una reazione chimica. Energia libera e costante di equilibrio. Reazioni endoergoniche ed esoergoniche. Accoppiamento di reazioni.
7. Termodinamica di non equilibrio e processi di trasporto. Forze e flussi ed equazioni fenomenologiche. Teoremi. Legge di Onsager. Funzione di dissipazione. Concetto di stato stazionario.La mobilità degli ioni in soluzione. Elettroforesi. Diffusione. Sedimentazione. Reologia e viscosità.
8. Sistemi colloidali. Classificazione di Ostwald. Tensione superficiale ed energia libera di superficie. Forze di van de Waals. Potenziale di Lennard-Jones. Forze intermolecolari nei sistemi colloidal. Teoria DLVO. Interazioni idrofobiche, idratazione idrofobica e effetto idrofobico: modelli interpretative. Struttura e classificazione dei tensioattivi. Formazione di micelle. Emulsionanti e stabilizzanti in campo alimentare. Lavoro di adesione e coesione e coefficiente di spreading. Bagnabilità. I più comuni colloidi alimentari: emulsioni, schiume, dispersioni e sospensioni, geli.
Bibliografia
- J. N. Coupland, An Introduction to the Physical Chemistry of Food, Springer, New York (2014)
- P. Walstra, Physical Chemistry of Foods, Marcel Dekker, Inc, New York (2003)
- P. W. Atkins, J. De Paula, Elementi di Chimica Fisica, quarta edizione italiana, Zanichelli, Bologna, 2018.
- P. Atkins, J. De Paula, Chimica Fisica Biologica 1 e 2, Zanichelli editore, Bologna (2008).
- E. Dickinson, M. Leser, Food Colloids - Self-Assembly and Material Science, RCS Publishing, 2006.
- Materiale fornito dal docente scaricabile dal Portale Elly contenente anche copie delle diapositive
- Articoli scientifici selezionati.
Metodi didattici
Le lezioni si svolgeranno in presenza. Le lezioni frontali saranno condotte con l’ausilio di presentazioni ppt a computer, a disposizione degli studenti sul sito ELLY del corso di laurea prima delle lezioni stesse. Durante le lezioni orali si presenteranno i concetti fondamentali della chimica fisica con particolare enfasi alle applicazioni nel campo della chimica degli alimenti. Durante il modulo sono previste esercitazioni e “question time” per ottimizzare il livello di comprensione degli argomenti trattati.
Modalità verifica apprendimento
L'accertamento del raggiungimento degli obbiettivi previsti dal corso prevede un esame scritto nelle sessioni d’esame.
Le domande saranno finalizzate alla verifica del grado di conoscenza e della comprensione dei contenuti da parte degli studenti in relazione agli obiettivi formativi previsti.
Se l’esito dell’esame sarà positivo (almeno 18/30) la votazione ottenuta concorrerà alla votazione finale dell’esame di Struttura e Proprietà Fisiche degli Alimenti, ossia farà media con la votazione ottenuta nel modulo.
In alternativa per chi lo desidera durante il corso sono previste 2 prove scritte in itinere, il cui esito positivo comporta il superamento del modulo di chimica fisica degli alimenti con votazione che sarà una media delle due prove e concorrerà alla votazione finale dell’esame di Struttura e Proprietà Fisiche degli Alimenti .
Gli Studenti con DSA/BSE devono preventivamente contattare come riferimento il CAI (Centro Accoglienza e Inclusione)
http://www.cai.unipr.it
Altre informazioni
Obiettivi agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
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