An experimental and theoretical approach to correct for the scattered radiation in an X-ray computer tomography system for industrial applications

The main problem connected to cone beam computed tomography (CT) systems for industrial applications employing 450 kV X-ray tubes is the high amount of scattered radiation which is added to the primary radiation (signal). This stray radiation leads to a significant degradation of the image quality. A better understanding of the scattering and methods to reduce its effects are therefore necessary to improve the image quality. Several studies have been carried out in the medical field at lower energies, whereas studies in industrial CT, especially for energies up to 450 kV, are lacking. Moreover, the studies reported in literature do not consider the scattered radiation generated by the CT system structure and the walls of the X-ray room (environmental scatter). In order to investigate the scattering on CT projections a GEANT4-based Monte Carlo (MC) model was developed. The model, which has been validated against experimental data, has enabled the calculation of the scattering including the environmental scatter, the optimization of an anti-scatter grid suitable for the CT system, and the optimization of the hardware components of the CT system. The investigation of multiple scattering in the CT projections showed that its contribution is 2.3 times the one of primary radiation for certain objects. The results of the environmental scatter showed that it is the major component of the scattering for aluminum box objects of front size 70 x 70 mm2 and that it strongly depends on the thickness of the object and therefore on the projection. For that reason, its correction is one of the key factors for achieving high quality images. The anti-scatter grid optimized by means of the developed MC model was found to reduce the scatter-toprimary ratio in the reconstructed images by 20 %. The object and environmental scatter calculated by means of the simulation were used to improve the scatter correction algorithm which could be patented by Empa. The results showed that the cupping effect in the corrected image is strongly reduced. The developed CT simulation is a powerful tool to optimize the design of the CT system and to evaluate the contribution of the scattered radiation to the image. Besides, it has offered a basis for a new scatter correction approach by which it has been possible to achieve images with the same spatial resolution as state-of-the-art well collimated fan-beam CT with a gain in the reconstruction time of a factor 10. This result has a high economic impact in non-destructive testing and evaluation, and reverse engineering.

Nutritional strategies to control mycotoxin damages in swine

Mycotoxins are contaminants of agricultural products both in the field and during storage and can enter the food chain through contaminated cereals and foods (milk, meat, and eggs) obtained from animals fed mycotoxin contaminated feeds. Mycotoxins are genotoxic carcinogens that cause health and economic problems. Ochratoxin A and fumonisin B1 have been classified by the International Agency for Research on Cancer in 1993, as “possibly carcinogenic to humans” (class 2B). To control mycotoxins induced damages, different strategies have been developed to reduce the growth of mycotoxigenic fungi as well as to decontaminate and/or detoxify mycotoxin contaminated foods and animal feeds. Critical points, target for these strategies, are: prevention of mycotoxin contamination, detoxification of mycotoxins already present in food and feed, inhibition of mycotoxin absorption in the gastrointestinal tract, reduce mycotoxin induced damages when absorption occurs. Decontamination processes, as indicate by FAO, needs the following requisites to reduce toxic and economic impact of mycotoxins: it must destroy, inactivate, or remove mycotoxins; it must not produce or leave toxic and/or carcinogenic/mutagenic residues in the final products or in food products obtained from animals fed decontaminated feed; it must be capable of destroying fungal spores and mycelium in order to avoiding mycotoxin formation under favorable conditions; it should not adversely affect desirable physical and sensory properties of the feedstuff; it has to be technically and economically feasible. One important approach to the prevention of mycotoxicosis in livestock is the addition in the diets of the non-nutritionally adsorbents that bind mycotoxins preventing the absorption in the gastrointestinal tract. Activated carbons, hydrated sodium calcium aluminosilicate (HSCAS), zeolites, bentonites, and certain clays, are the most studied adsorbent and they possess a high affinity for mycotoxins. In recent years, there has been increasing interest on the hypothesis that the absorption in consumed food can be inhibited by microorganisms in the gastrointestinal tract. Numerous investigators showed that some dairy strains of LAB and bifidobacteria were able to bind aflatoxins effectively. There is a strong need for prevention of the mycotoxin-induced damages once the toxin is ingested. Nutritional approaches, such as supplementation of nutrients, food components, or additives with protective effects against mycotoxin toxicity are assuming increasing interest. Since mycotoxins have been known to produce damages by increasing oxidative stress, the protective properties of antioxidant substances have been extensively investigated. Purpose of the present study was to investigate in vitro and in vivo, strategies to counteract mycotoxin threat particularly in swine husbandry. The Ussing chambers technique was applied in the present study that for the first time to investigate in vitro the permeability of OTA and FB1 through rat intestinal mucosa. Results showed that OTA and FB1 were not absorbed from rat small intestine mucosa. Since in vivo absorption of both mycotoxins normally occurs, it is evident that in these experimental conditions Ussing diffusion chambers were not able to assess the intestinal permeability of OTA and FB1. A large number of LAB strains isolated from feces and different gastrointestinal tract regions of pigs and poultry were screened for their ability to remove OTA, FB1, and DON from bacterial medium. Results of this in vitro study showed low efficacy of isolated LAB strains to reduce OTA, FB1, and DON from bacterial medium. An in vivo trial in rats was performed to evaluate the effects of in-feed supplementation of a LAB strain, Pediococcus pentosaceus FBB61, to counteract the toxic effects induced by exposure to OTA contaminated diets. The study allows to conclude that feed supplementation with P. pentosaceus FBB61 ameliorates the oxidative status in liver, and lowers OTA induced oxidative damage in liver and kidney if diet was contaminated by OTA. This P. pentosaceus FBB61 feature joined to its bactericidal activity against Gram positive bacteria and its ability to modulate gut microflora balance in pigs, encourage additional in vivo experiments in order to better understand the potential role of P. pentosaceus FBB61 as probiotic for farm animals and humans. In the present study, in vivo trial on weaned piglets fed FB1 allow to conclude that feeding of 7.32 ppm of FB1 for 6 weeks did not impair growth performance. Deoxynivalenol contamination of feeds was evaluated in an in vivo trial on weaned piglets. The comparison between growth parameters of piglets fed DON contaminated diet and contaminated diet supplemented with the commercial product did not reach the significance level but piglet growth performances were numerically improved when the commercial product was added to DON contaminated diet. Further studies are needed to improve knowledge on mycotoxins intestinal absorption, mechanism for their detoxification in feeds and foods, and nutritional strategies to reduce mycotoxins induced damages in animals and humans. The multifactorial approach acting on each of the various steps could be a promising strategy to counteract mycotoxins damages.

Phenotype and genotype characterization of Monilinia spp. isolates and preformed antifungal compounds in peach peel fruit at different developmental stages

The brown rot fungi belong to a group of fungal pathogens that causes considerable damage to cultivated fruits trees, particularly stone fruits and apples in the temperate regions of the World and during the postharvest with an important economic impact. In particular in Italy, it is important to monitor the Monilinia population to control economic losses associated to the peach and nectarine market. This motivates the research steps presented in this dissertation on Monilinia Italian isolates. The Monilinia species collected from stone fruits have been identified using molecular analysis based on specific primers. The relevant role of M. fructicola was confirmed and, for the first time, it was found also on apple fruits. To avoid the development of resistant strains and implement valid treatment strategies, the understanding of the fruit natural resistance during different developmental stages and the assessment of the Monilinia sensitivity/resistance to fungicides are required. The relationship between the inhibition spots and the phenolic compounds in peach fruit peel was highlighted in this research. Three methods were used to assess isolate resistance/sensitivity, the amended medium, the Spiral Gradient Endpoint Method (SGD) and the Alamar Blue method. The PCR was used to find possible mutation points in the b-tubulin gene that is responsible for fungicide resistance. Interestingly, no mutation points were observed in resistant M. laxa isolates, suggesting that the resistance could be stimulated by environmental factors. This lead to the study of the effect of the temperature on the resistance and the preliminary results of in vitro tests showed that maximum inhibition was observed at 30°C.

Lo spreco alimentare domestico in Italia: stime, cause ed impatti

Non esiste una definizione standard di spreco alimentare, così come non esistono metodologie uniformi per calcolarlo. Gli studi finora realizzati sullo spreco sono carenti, i dati raccolti spesso insufficienti. Il cibo viene sprecato ad ogni stadio della filiera alimentare, dal campo alla tavola. Nei Paesi Membri dell’Unione Europea, le famiglie – secondo dati elaborati da Eurostat- sono le principali responsabili dello spreco. Secondo la FAO, ogni europeo spreca ogni anno 179 chili di alimenti. Last Minute Market, spin off accademico che si occupa di ridurre e recuperare lo spreco, ha stimato che a livello domestico in Italia si sprecano mediamente il 17% dei prodotti ortofrutticoli acquistati, il 15% di pesce, il 28% di pasta e pane, il 29% di uova, il 30% di carne e il 32% di latticini. Da un punto di vista economico, lo sperpero alimentare significa una perdita di 1.693 euro l’anno per famiglia. Per inquadrare lo spreco alimentare domestico in Italia e gettare luce su dati contrastanti emersi da diversi studi finora realizzati, la tesi – dopo aver presentato stime a livello globale, europeo e italiano – si concentra sull’analisi dei dati emersi da un questionario sullo spreco domestico, compilato da 3.087 italiani tra il mese di novembre e quello di dicembre 2012. L’indagine socio-economica è stata realizzata in collaborazione con la Commissione Europea (DG JCR, Istituto per la Tutela della Salute dei Consumatori) e il Karlsruhe Institut für Technologie. Il questionario è stato posto sulla piattaforma online surveymonkey. La tesi ha avuto come obiettivi l’identificazione di dati quantitativi circa “quanto si spreca” , “cosa si spreca”, l’individuazione delle cause sociali, valoriali, comportamentali e di stile di vita, dello spreco alimentare delle famiglie italiane, l’impatto economico dello spreco sul budget domestico e l’elaborazione di profili di consumatori attraverso la cluster analysis.

Alla ricerca della sostenibilità: lo sviluppo dell'agricoltura dall'Unità d'Italia alla Green Economy

L’elaborato finale presentato per la tesi di Dottorato analizza e riconduce a unitarietà, per quanto possibile, alcune delle attività di ricerca da me svolte durante questi tre anni, il cui filo conduttore è l'impatto ambientale delle attività umane e la promozione dello sviluppo sostenibile. Il mio filone di ricerca è stato improntato, dal punto di vista di politica economica, sull'analisi storica dello sviluppo del settore agricolo dall'Unità d'Italia ai giorni nostri e dei cambiamenti avvenuti in contemporanea nel contesto socio-economico e territoriale nazionale, facendo particolare riferimento alle tematiche legate ai consumi e alla dipendenza energetica ed all'impatto ambientale. Parte della mia ricerca è stata, infatti, incentrata sull'analisi dello sviluppo della Green Economy, in particolare per quanto riguarda il settore agroalimentare e la produzione di fonti di energia rinnovabile. Enfasi viene posta sia sulle politiche implementate a livello comunitario e nazionale, sia sul cambiamento dei consumi, in particolare per quanto riguarda gli acquisti di prodotti biologici. La Green Economy è vista come fattore di sviluppo e opportunità per uscire dall'attuale contesto di crisi economico-finanziaria. Crisi, che è strutturale e di carattere duraturo, affiancata da una crescente problematica ambientale dovuta all'attuale modello produttivo, fortemente dipendente dai combustibili fossili. Difatti la necessità di cambiare paradigma produttivo promuovendo la sostenibilità è visto anche in ottica di mitigazione del cambiamento climatico e dei suoi impatti socio-economici particolare dal punto di vista dei disastri ambientali. Questo punto è analizzato anche in termini di sicurezza internazionale e di emergenza umanitaria, con riferimento al possibile utilizzo da parte delle organizzazioni di intervento nei contesti di emergenza di tecnologie alimentate da energia rinnovabile. Dando così una risposta Green ad una problematica esacerbata dall'impatto dello sviluppo delle attività umane.

La valutazione della ricerca scientifica: Uno studio empirico nelle Scienze umane

Nel corso degli ultimi anni si è assistito ad un ampio dibattito sull’uso della valutazione della ricerca nelle università e nelle strutture di ricerca. Nell’ambito di tale dibattito, nella presente tesi, vengono analizzate le più importanti metodologie per la valutazione della ricerca presenti a livello internazionale, i principali strumenti qualitativi di valutazione della ricerca (in particolare la peer review), gli strumenti quantitativi, quali la bibliometria, e le caratteristiche dei più importanti archivi bibliografici citazionali (es. Scopus, Web of Science), approfondendo i principali indicatori citazionali utilizzati nelle scienze umane e sociali (es. Indice H). Inoltre la tesi affronta il tema dell’impatto socio-economico della ricerca e le principali criticità di questo innovativo strumento, attraverso uno studio di caso realizzato nel Regno Unito. Una successiva analisi empirica riguarda le principali liste di riviste realizzate a livello internazionale e nazionale, nel settore scientifico di Storia e Filosofia della scienza. I risultati degli studi mostrano che le liste internazionali di riviste possono rappresentare, un punto di partenza a cui devono necessariamente essere affiancati altri strumenti di valutazione (peer review, analisi citazionali, etc); mentre le liste nazionali rischiano, invece, di essere uno strumento poco utile ed in alcuni casi inadeguato al fine di una corretta valutazione della ricerca, a causa della scarsa internazionalizzazione dei repertori e dei giudizi generalmente troppo elevati attribuiti alle riviste. Un ulteriore risultato raggiunto nella presente tesi riguarda la valutazione della ricerca nelle diverse discipline scientifiche: nelle Scienze umane e sociali risulta esserci uno scarso grado di presenza di pubblicazioni scientifiche nei principali archivi bibliografici e citazionali internazionali. Questa situazione limita fortemente l’attendibilità delle analisi statistiche basate su indici e indicatori quantitativi, per valutare la produttività scientifica di un ricercatore, oppure di una istituzione di ricerca.

All'origine dello squilibrio di potere negoziale della parte agricola nella food supply chain: il caso della suinicoltura in Emilia-Romagna

Il settore suinicolo ricopre un ruolo rilevante nel contesto nazionale, con ricadute economiche e sociali di primaria importanza in varie regioni. Tuttavia da alcuni anni il settore si trova in crisi a causa dell’instabilità dei mercati internazionali, dello scarso coordinamento tra gli attori della filiera, della progressiva riduzione della redditività dei prodotti trasformati a Denominazione di Origine, della mancata valorizzazione dei tagli di carne fresca, nonché della difficoltà di aggredire i mercati esteri. Altre criticità riguardano la distribuzione del valore lungo la filiera e la scarsa efficacia delle politiche di coordinamento finora adottate. L'obiettivo della ricerca è quello di identificare gli elementi che possono garantire maggiore equilibrio di potere negoziale tra allevatori suinicoli e macellatori rispetto alla situazione attuale: verificati gli elementi critici che caratterizzano la relazione commerciale tra allevatori e macellatori, si avanzano alcune proposte operative utili al superamento delle fratture tra la componente agricola e quella dei macelli in Emilia Romagna. La struttura della tesi è la seguente: (capitolo 1) si descrive il quadro economico del settore suinicolo a livello internazionale e nazionale. Successivamente (capitolo 2) si passano in rassegna le teorie economiche utili a comprendere le ragioni alla base del malfunzionamento dei rapporti tra gli attori della filiera agroalimentare, mentre nel terzo capitolo è richiamato il quadro normativo comunitario, nazionale e regionale all’interno del quale tali relazioni si configurano. Nel quarto capitolo si elabora un modello interpretativo al fine di spiegare le fratture che oggi contraddistinguono le relazioni in essere tra gli attori della filiera: il “modello delle fratture”. Alla luce di questa concettualizzazione è stata svolta un’indagine diretta svolta presso gli operatori aderenti all’Organizzazione Interprofessionale del Gran Suino Italiano, i cui risultati hanno consentito di valutare l’efficacia del modello interpretativo e di fornire indicazioni migliorative della strategia di governance delle relazioni tra allevatori e macellatori.