Ricerca di contaminanti in tessuti animali e in alimenti destinati all'uomo.

La contaminazione chimica rappresenta uno dei rischi principali per la sicurezza alimentare e può arrecare anche gravi danni alla salute umana. Rientrano in questa tesi di dottorato tre famiglie di contaminanti: Micotossine, Metalli e Insetticidi. La ricerca di aflatossina B1 è stata effettuata su 90 confezioni di farina, sia biologici sia convenzionali. La presenza della micotossina è stata rilevata solo nelle farine di mais. Solo un campione di produzione convenzionale ha superato il limite di 2 ppb definito per legge. Il dato di maggior rilievo è stato che il quantitativo di 5 grammi di campionamento si è dimostrato non rappresentativo sul totale della confezione commerciale di farina. Più attendibile si è invece dimostrato un campionamento di 20 grammi. L’aflatossina M1 è stata ricercata in 58 campioni di latte di cui 35 sono risultati positivi. Tuttavia, i livelli riscontrati erano costantemente inferiori al limite previsto per legge. Sono stati sottoposti a estrazione e purificazione, e analizzati con metodica HPLC-FL per la ricerca di Ocratossina A, 114 campioni di bile, 35 campioni di plasma, 40 campioni di rene prelevati da polli in Giordania. Le analisi hanno fornito risultati costantemente negativi. Sono stati analizzati 72 campioni (30 di muscolo, 29 di fegato e 13 di rene) prelevati da 30 bovini nel macello di Irbid (Giordania), di età compresa tra 8 e 30 mesi e provenienti da allevamenti diversi, per la ricerca di 13 elementi essenziali e non essenziali. In questo studio nessun campione supera i livelli massimi stabiliti dalla normativa europea per quanto riguarda gli elementi considerati. Infine, sono stati analizzati 37 campioni di latte ovino e 31 campioni di latte bovino, prelevati in Giordania in diversi allevamenti, per la ricerca di 4 neonicotinoidi (imidacloprid, acetamiprid, thiamethoxam e thiacloprid). I campioni, analizzati con sistema HPLC/MS/MS, sono risultati costantemente negativi ai quattro neonicotinoidi ricercati.

Alle origini del «romanzo giudiziario» italiano: la figura del delinquente tra letteratura, diritto e scienze mediche

In questo lavoro si conduce un’indagine sulle relazioni tra letteratura, diritto e scienze mediche all’interno del romanzo cosiddetto "giudiziario", sviluppatosi in Italia nel periodo compreso tra l’Unità e i primi anni del XX secolo. La nostra analisi si concentra in particolare sulla costruzione della figura del delinquente, intesa come prodotto specifico della suddetta relazione interdisciplinare. In questa prospettiva, abbiamo rilevato che la caratterizzazione di tale figura costituisce il principale tra i procedimenti narrativi osservabili in vari romanzi del periodo postunitario. Concentrandoci inoltre sulla definizione del genere, abbiamo affrontato l’ormai annoso dibattito sulla nascita (quando non sull’esistenza stessa) del poliziesco italiano, dimostrando come solo all’interno di una stretta relazione tra letteratura, diritto e scienze mediche sia possibile cogliere a pieno il valore di questi romanzi nel processo di costruzione dell’identità nazionale. Il lavoro è diviso in due parti. Nella prima, di carattere storico, si propone una nuova definizione del genere "giudiziario", dopo aver vagliato e discusso le ipotesi sino ad ora avanzate dalla critica. Nella seconda parte si affrontano due casi di studio esemplari: La colonia felice di Carlo Dossi e Il romanzo di Misdea di Edoardo Scarfoglio. Su ognuno di essi abbiamo condotto un’accurata analisi testuale, che ci ha permesso di esaminare la caratterizzazione delle diverse figure delinquenti dimostrando l’efficacia del metodo interdisciplinare adottato con particolare riguardo alle teorie di Cesare Lombroso.

Sistemi per la produzione di enzimi industriali finalizzati alla valorizzazione di scarti agroalimentari

La demolizione idrolitica delle pareti cellulari delle piante tramite enzimi lignocellulosici è quindi uno degli approcci più studiati della valorizzazione di scarti agricoli per il recupero di fitochimici di valore come secondary chemical building block per la chimica industriale. White rot fungi come il Pleurotus ostreatus producono una vasta gamma di enzimi extracellulari che degradano substrati lignocellulosici complessi in sostanze solubili per essere utilizzati come nutrienti. In questo lavoro abbiamo studiato la produzione di diversi tipi di enzimi lignocellulosici quali cellulase, xilanase, pectinase, laccase, perossidase e arylesterase (caffeoilesterase e feruloilesterase), indotte dalla crescita di Pleurotus ostreatus in fermentazione allo stato solido (SSF) di sottoprodotti agroalimentari (graspi d’uva, vinaccioli, lolla di riso, paglia di grano e crusca di grano) come substrati. Negli ultimi anni, SSF ha ricevuto sempre più interesse da parte dei ricercatori, dal momento che diversi studi per produzioni di enzimi, aromi, coloranti e altre sostanze di interesse per l' industria alimentare hanno dimostrato che SSF può dare rendimenti più elevati o migliorare le caratteristiche del prodotto rispetto alla fermentazione sommersa. L’utilizzo dei sottoprodotti agroalimentari come substrati nei processi SSF, fornisce una via alternativa e di valore, alternativa a questi residui altrimenti sotto/o non utilizzati. L'efficienza del processo di fermentazione è stato ulteriormente studiato attraverso trattamenti meccanici di estrusione del substrato , in grado di promuovere il recupero dell’enzima e di aumentare l'attività prodotta. Le attività enzimatiche prodotte dalla fermentazione sono strettamente dipendente della rimozione periodica degli enzimi prodotti. Le diverse matrici vegetali utilizzate hanno presentato diversi fenomeni induttivi delle specifiche attività enzimatiche. I processi SSF hanno dimostrato una buona capacità di produrre enzimi extracellulari in grado di essere utilizzati successivamente nei processi idrolitici di bioraffinazione per la valorizzazione dei prodotti agroalimentari.

Land use change to perennial energy crops in Northern Italy: Effects on soil organic carbon sequestration and distribution, soil enzyme activities and microbial communities.

Studies on soil organic carbon (SOC) sequestration in perennial energy crops are available for North-Central Europe, while there is insufficient information for Southern Europe. This research was conducted in the Po Valley, a Mediterranean-temperate zone characterised by low SOC levels, due to intensive management. The aim was to assess the factors influencing SOC sequestration and its distribution through depth and within soil fractions, after a 9-year old conversion from two annual systems to Miscanthus (Miscanthus × giganteus) and giant reed (Arundo donax). The 13C natural abundance was used to evaluate the amount of SOC in annual and perennial species, and determine the percentage of carbon derived from perennial crops. SOC was significantly higher under perennial species, especially in the topsoil (0-0.15 m). After 9 years, the amount of C derived from Miscanthus was 18.7 Mg ha-1, mostly stored at 0-0.15 m, whereas the amount of C derived from giant reed was 34.7 Mg ha-1, evenly distributed through layers. Physical soil fractionation was combined with 13C abundance analysis. C derived from perennial crops was mainly found in macroaggregates. Under giant reed, more newly derived-carbon was stored in microaggregates and mineral fraction than under Miscanthus. A molecular approach based on denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) allowed to evaluate changes on microbial community, after the introduction of perennial crops. Functional aspects were investigated by determining relevant soil enzymes (β-glucosidase, urease, alkaline phosphatase). Perennial crops positively stimulated these enzymes, especially in the topsoil. DGGE profiles revealed that community richness was higher in perennial crops; Shannon index of diversity was influenced only by depth. In conclusion, Miscanthus and giant reed represent a sustainable choice for the recovery of soils exhausted by intensive management, also in Mediterranean conditions and this is relevant mainly because this geographical area is notoriously characterised by a rapid turnover of SOC.

Normare la vita. Biocontrollo e nuove tecnologie

Questa ricerca, suddivisa in due parti, si concentra sulle problematiche connesse alla normazione della vita e dei corpi delle donne al tempo delle biotecnologie. La Parte I è una genealogia filosofico-politica che ripercorre le tappe analitico-concettuali del dibattito intorno a biopolitica e tecnoscienza, a partire dai contributi teorici di poststrutturalismo e femminismo neomaterialista, e risponde alle domande: Cosa sono diventati i corpi nell’attuale società bio-info-modificata? Qual'è il ruolo delle scienze nelle metamorfosi che interessano soggettività e rapporti di potere? La Parte II è una cartografia dei modi in cui le biotecnologie, riguardanti i corpi delle donne, si sono sviluppate e diffuse. Essa indaga in modo transdisciplinare come in Italia, e più in generale in Europa, sono state normate le tecniche di interruzione volontaria di gravidanza e fecondazione in vitro. Ampio spazio è dedicato ai modi in cui gli attori della bioetica, istituzionale e non, i medici, laici e cattolici, e le case farmaceutiche hanno affrontato questi temi e quello della contraccezione ormonale maschile. Medicina riproduttiva e rigenerativa sono tematizzate sempre in relazione al quadro normativo, per mostrare in che modo esso influenzi l’accesso ai diritti alla salute e all’autodeterminazione delle donne. Il quadro normativo è analizzato, a sua volta, alla luce dei fatti storici più rilevanti e delle culture più diffuse. L’obiettivo della ricerca è duplice: da un lato essa ha il fine di mostrare il modo in cui i corpi delle donne, e la relativa potenza generatrice, siano diventati uno snodo fondamentale nell’articolazione del biocontrollo e nell'apertura dei nuovi mercati legati a medicina riproduttiva e rigenerativa; dall’altro si propone di argomentare come un biodiritto flessibile, a contenuto storico variabile, condiviso e partecipato, sia un’ipotesi praticabile e virtuosa, utile all'eliminazione del gender gap ancora esistente in materia di diritti riproduttivi e sessuali.

Methodological approaches to estimate human population exposure to chemical substances

The public awareness that chemical substances are present ubiquitously in the environment, can be assumed through the diet and can exhibit various health effects, is very high in Europe and Italy. National and international institutions are called to provide figures on the magnitude, frequency, and duration of the population exposure to chemicals, including both natural or anthropogenic substances, voluntarily added to consumers’ good or accidentally entering the production chains. This thesis focuses broadly on how human population exposure to chemicals can be estimated, with particular attention to the methodological approaches and specific focus on dietary exposure assessment and biomonitoring. From the results obtained in the different studies collected in this thesis, it has been pointed out that when selecting the approach to use for the estimate of the exposure to chemicals, several different aspects must be taken into account: the nature of the chemical substance, the population of interest, clarify if the objective is to assess chronic or acute exposure, and finally, take into account the quality and quantity of data available in order to specify and quantify the uncertainty of the estimate.

Microbial ecology of biotechnological processes

The investigation of phylogenetic diversity and functionality of complex microbial communities in relation to changes in the environmental conditions represents a major challenge of microbial ecology research. Nowadays, particular attention is paid to microbial communities occurring at environmental sites contaminated by recalcitrant and toxic organic compounds. Extended research has evidenced that such communities evolve some metabolic abilities leading to the partial degradation or complete mineralization of the contaminants. Determination of such biodegradation potential can be the starting point for the development of cost effective biotechnological processes for the bioremediation of contaminated matrices. This work showed how metagenomics-based microbial ecology investigations supported the choice or the development of three different bioremediation strategies. First, PCR-DGGE and PCR-cloning approaches served the molecular characterization of microbial communities enriched through sequential development stages of an aerobic cometabolic process for the treatment of groundwater contaminated by chlorinated aliphatic hydrocarbons inside an immobilized-biomass packed bed bioreactor (PBR). In this case the analyses revealed homogeneous growth and structure of immobilized communities throughout the PBR and the occurrence of dominant microbial phylotypes of the genera Rhodococcus, Comamonas and Acidovorax, which probably drive the biodegradation process. The same molecular approaches were employed to characterize sludge microbial communities selected and enriched during the treatment of municipal wastewater coupled with the production of polyhydroxyalkanoates (PHA). Known PHA-accumulating microorganisms identified were affiliated with the genera Zooglea, Acidovorax and Hydrogenophaga. Finally, the molecular investigation concerned communities of polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH) contaminated soil subjected to rhizoremediation with willow roots or fertilization-based treatments. The metabolic ability to biodegrade naphthalene, as a representative model for PAH, was assessed by means of stable isotope probing in combination with high-throughput sequencing analysis. The phylogenetic diversity of microbial populations able to derive carbon from naphthalene was evaluated as a function of the type of treatment.

Bioremediation of PCB-contaminated marine sediments: From identification of indigenous dehalorespirers to enhancement of microbial reductive dechlorination

Marine sediments are the main accumulation reservoir of organic recalcitrant pollutants such as polychlorinated biphenyls (PCBs). In the anoxic conditions typical of these sediments, anaerobic bacteria of the phylum Chloroflexi are able to attack these compounds in a process called microbial reductive dechlorination. Such activity and members of this phylum were detected in PCB-impacted sediments of the Venice Lagoon. The aim of this work was to investigate microbial reductive dechlorination and design bioremediation approaches for marine sediments of the area. Three out of six sediment cultures from different sampling areas exhibited dechlorination activities in the same conditions of the site and two phylotypes (VLD-1 and VLD-2) were detected and correlated to this metabolism. Biostimulation was tested on enriched dechlorinating sediment cultures from the same site using five different electron donors, of which lactate was the best biostimulating agent; complementation of microbial and chemical dechlorination catalyzed by biogenic zerovalent Pd nanoparticles was not effective due to sulfide poisoning of the catalyst. A new biosurfactant-producing strain of Shewanella frigidimarina was concomitantly obtained from hydrocarbon-degrading marine cultures and selected because of the low toxicity of its product. All these findings were then exploited to develop bioremediation lab-scale tests in shaken reactors and static microcosms on real sediments and water of the Venice lagoon, testing i) a bioaugmentation approach, with a selected enriched sediment culture from the same area, ii) a biostimulation approach with lactate as electron donor, iii) a bioavailability enhancement with the supplementation of the newly-discovered biosurfactant, and iv) all possible combinations of the afore-mentioned approaches. The best bioremediation approach resulted to be a combination of bioaugmentation and bioremediation and it could be a starting point to design bioremediation process for actual marine sediments of the Venice Lagoon area.

Caratterizzazione e simulazione di processi di colata in sabbia di ghise sferoidali

L’oggetto principale delle attività di tesi è la caratterizzazione numerico-sperimentale di processi di colata in sabbia di ghisa sferoidale. Inizialmente è stata effettuata un’approfondita indagine bibliografica per comprendere appieno le problematiche relative all’influenza dei parametri del processo fusorio (composizione chimica, trattamento del bagno, velocità di raffreddamento) sulle proprietà microstrutturali e meccaniche di getti ottenuti e per valutare lo stato dell’arte degli strumenti numerici di simulazione delle dinamiche di solidificazione e di previsione delle microstrutture. Sono state definite, realizzate ed impiegate attrezzature sperimentali di colata per la caratterizzazione di leghe rivolte alla misura ed alla differenziazione delle condizioni di processo, in particolare le velocità di raffreddamento, ed atte a validare strumenti di simulazione numerica e modelli previsionali. Inoltre sono stati progettati ed impiegati diversi sistemi per l’acquisizione ed analisi delle temperature all’interno di getti anche di grandi dimensioni. Lo studio, mediante analisi metallografica, di campioni di materiale ottenuto in condizioni differenziate ha confermato l’effetto dei parametri di processo considerati sulle proprietà microstrutturali quali dimensioni dei noduli di grafite e contenuto di ferrite e perlite. In getti di grandi dimensioni si è riscontrata anche una forte influenza dei fenomeni di macrosegregazione e convezione della lega su microstrutture e difettologie dei getti. Le attività si sono concentrate principalmente nella simulazione numerica FEM dei processi fusori studiati e nell’impiego di modelli empirico-analitici per la previsione delle microstrutture. I dati misurati di temperature di processo e di microstrutture sono stati impiegati per la validazione ed ottimizzazione degli strumenti numerici previsionali impiegati su un ampio intervallo di condizioni di processo. L’impiego di strumenti affidabili di simulazione del processo fusorio, attraverso l’implementazione di correlazioni sperimentali microstrutture-proprietà meccaniche, permette la valutazione di proprietà e difettologie dei getti, fornendo un valido aiuto nell’ottimizzazione del prodotto finito e del relativo processo produttivo.

Biochar characterization for its environmental and agricultural utilization. Occurrence, distribution and fate of labile organic carbon and polycyclic aromatic hydrocarbons

In this thesis the potential risks associated to the application of biochar in soil as well the stability of biochar were investigated. The study was focused on the potential risks arising from the occurrence of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in biochar. An analytical method was developed for the determination of the 16 USEPA-PAHs in the original biochar and soil containing biochar. The method was successfully validated with a certified reference material for the soil matrix and compared with methods in use in other laboratories during a laboratory exercise within the EU-COST TD1107. The concentration of 16 USEPA-PAHs along with the 15 EU-PAHs, priority hazardous substances in food, was determined in a suite of currently available biochars for agricultural field applications derived from a variety of parent materials and pyrolysis conditions. Biochars analyzed contained the USEPA and some of the EU-PAHs at detectable levels ranging from 1.2 to 19 µg g-1. This method allowed investigating changes in PAH content and distribution in a four years study following biochar addition in soils in a vineyard (CNR-IBIMET). The results showed that biochar addition determined an increase of the amount of PAHs. However, the levels of PAHs in the soil remained within the maximum acceptable concentration for European countries. The vineyard soil performed by CNR-IBIMET was exploited to study the environmental stability of biochar and its impact on soil organic carbon. The stability of biochar was investigated by analytical pyrolysis (Py-GC-MS) and pyrolysis in the presence of hydrogen (HyPy). The findings showed that biochar amendment significantly influence soil stable carbon fraction concentration during the incubation period. Moreover, HyPy and Py-GC-MS were applied to biochars deriving from three different feedstock at two different pyrolysis temperatures. The results evidenced the influence of feedstock type and pyrolysis conditions on the degree of carbonisation.

Caratterizzazione bio-molecolar e ruolo di specie di Fusarium associate alla Fusariosi della spiga su frumento duro

La Fusariosi della spiga (FDS) è una fitopatia diffusa a livello mondiale che colpisce le colture cerealicole, tra cui il frumento duro, ed è in grado di causare gravi danni di tipo qualitativo ed economico. Le specie fungine responsabili appartengono al genere Fusarium, tra cui F. graminearum, F. culmorum e più recentemente F. poae. La conseguenza più rilevante riguarda la contaminazione della granella da micotossine, molecole prodotte dai miceti, considerate dalla comunità scientifica ad alto rischio per la salute dell’uomo e animali. L’eziologia è molto complessa, dal momento che su una stessa spiga di frumento possono coesistere più specie fungine che contribuiscono ad influenzare i quantitativi di micotossine prodotte. Lo scopo della ricerca è incentrato sulla caratterizzazione di ceppi di F. poae, in termini di potenziale patogeno e aggressività. Tramite l’allestimento di un saggio di inoculazione in vitro “Petri-dish” è stato possibile attribuire un indice di aggressività a ciascun isolato fungino, basato su parametri quali AUHPC e AUDPC standard, insieme ad altre variabili come la riduzione della lunghezza del coleottile e del tasso di germinazione. Il saggio è stato esteso anche a F. culmorum, per valutare la riproducibilità del test su altre specie fungine. Il test in vitro offre diversi vantaggi, tra cui affidabilità e rapidità di esecuzione ed è quindi adatto allo screening di ceppi patogeni da utilizzare in successive sperimentazioni. Gli stessi ceppi di F. poae, provenienti da una prova di inoculazione artificiale in serra su piante di frumento duro, sono stati caratterizzati dal punto di vista bio-molecolare. Poichè lo studio della fusariosi della spiga richiede la determinazione quantitativa della biomassa dei patogeni nei tessuti della pianta-ospite, anche in assenza di sintomi, il protocollo di Real-Time PCR con chimica SYBR® Green I qui sviluppato, ha dimostrato essere un buon compromesso tra attendibilità, rapidità e costi complessivi della metodica.

NMR Based Foodomics to Investigate the Digestibility of Protein-Rich Food Products

Nowadays, in developed countries, the excessive food intake, in conjunction with a decreased physical activity, has led to an increase in lifestyle-related diseases, such as obesity, cardiovascular diseases, type -2 diabetes, a range of cancer types and arthritis. The socio-economic importance of such lifestyle-related diseases has encouraged countries to increase their efforts in research, and many projects have been initiated recently in research that focuses on the relationship between food and health. Thanks to these efforts and to the growing availability of technologies, the food companies are beginning to develop healthier food. The necessity of rapid and affordable methods, helping the food industries in the ingredient selection has stimulated the development of in vitro systems that simulate the physiological functions to which the food components are submitted when administrated in vivo. One of the most promising tool now available appears the in vitro digestion, which aims at predicting, in a comparative way among analogue food products, the bioaccessibility of the nutrients of interest.. The adoption of the foodomics approach has been chosen in this work to evaluate the modifications occurring during the in vitro digestion of selected protein-rich food products. The measure of the proteins breakdown was performed via NMR spectroscopy, the only techniques capable of observing, directly in the simulated gastric and duodenal fluids, the soluble oligo- and polypeptides released during the in vitro digestion process. The overall approach pioneered along this PhD work, has been discussed and promoted in a large scientific community, with specialists networked under the INFOGEST COST Action, which recently released a harmonized protocol for the in vitro digestion. NMR spectroscopy, when used in tandem with the in vitro digestion, generates a new concept, which provides an additional attribute to describe the food quality: the comparative digestibility, which measures the improvement of the nutrients bioaccessibility.