Produzione di bioidrogeno in dark fermentation da scarti dell'industria agroalimentale mediante l'impiego di batteri ipertermofili

La presente tesi di dottorato ha come argomento la produzione d’idrogeno per via fermentativa sfruttando il metabolismo anaerobico di particolari batteri estremofili del genere Thermotoga. In questo lavoro, svolto in seno al progetto Bio-Hydro, sfruttando reattori batch da 116 mL, è stato selezionato il ceppo migliore di Thermotoga fra i quatto ceppi testati: T. neapolitana. Una volta individuato il candidato batterico migliore è stato individuato il valore ottimale di pH (8.5 a t.amb) per la produzione d’idrogeno. Un intenso lavoro è stato svolto sul medium di coltura permettendone la minimizzazione e rendendolo così economicamente sostenibile per il suo utilizzo nel reattore da 19L; in questo caso il glucosio è stato completamente sostituito con due sottoprodotti agroindustriali individuati in precedenza, il melasso di barbabietola e il siero di latte. Sono stati poi eliminati i gravosi micronutrienti e le vitamine. È stata sfruttata la capacità di T. neapolitana di produrre biofilm e sono stati testati 4 diversi supporti in vetro sinterizzato e ceramici, tali test hanno permesso di individuare Biomax come supporto migliore. Sono stati svolti studi sul metabolismo di T. neapolitana volti ad individuare le concentrazioni inibenti di ogni substrato testato, l’inibizione da prodotto (idrogeno) e l’inibizione da ossigeno. Tutte queste prove hanno dato le conoscenze di base per la conduzione di esperienze su reattore da 19L. L’innovativo reattore di tipo SPCSTR è stato interamente studiato, progettato e costruito presso il DICMA. dell’Università di Bologna. La conduzione di esperienze batch su SPCSTR ha dato la possibilità di verificare il funzionamento del nuovo tipo d’impianto. Presso il Wageningen UR (NL), è stata svolta la selezione del miglior ceppo di Caldicellulosisruptor fra 3 testati e del miglior supporto per la produzione d’idrogeno; è stato poi costruito testato e condotto in continuo l’innovativo reattore CMTB.

Biohydrogen production from food industry waste by suspended and immobilized thermophylic bacteria

This work describes hydrogen production by anaerobic digestion of glucose, molasses and milk whey by 4 thermophilic Thermotoga strains. In the attached-cell tests, the biofilm support characterized by the highest specific surface resulted in the best H2 rate. All the Thermotoga strains examined (T. neapolitana, T. maritima, T. naphtophila, T. petrophila) could produce H2 from glucose, molasses and milk whey, both in suspended- and attached-cell tests. With all the three substrates, the best performances were obtained with T. neapolitana. Some tests were conducted out to select the optimal carrier for the attached-cell conditions. 4 types of carrier were tested: 3 sintered glass carriers and a ceramic one; the chosen carrier was Biomax.

Possibilities for the healthy and nutritional improvement of confectionery and sweet products.

The overall objective of this PhD was to investigate the possibility to increase the nutritional value of confectionary products by the use of natural ingredients with healthy functions. The first part of the thesis focused on the possible substitution of the most characteristic component of confectionary products, i.e. refined sugar. Many natural whole sweetening alternatives are available, though not widely used; the use of molasses, the byproduct of sugar beet and cane production, still rich in healthy components as minerals and phytochemicals is hereby discussed; after having verified molasses effectiveness in oxidative stress counteraction on liver cultured cells, the higher antioxidant capacity of a sweet food prepared with molasses instead of refined sugar was confirmed. A second step of the project dealt with another main ingredient of various sweet products, namely wheat. Particularly, the exploitation of soft and durum wheat byproducts could be another sustainable strategy to improve the healthy value of confectionery. The isolation of oligosaccharides with bioactive functions form different fractions of the wheat milling stream was studied and the new ingredients were shown to have a high dietary fiber and antioxidants content. As valid alternative, product developers should consider the appealing and healthy addition of ancient grains flour to sweet baked goods. The possibility of substituting the modern whole durum wheat with the ancient Kamut® khorasan was considered, and the antioxidant and anti-inflammatory effects of these grains were evaluated and compared both in vitro and in vivo on rats. Finally, since high consumption of confectionery is a risk factor for obesity, a possible strategy for the counteraction of this disease was investigated. The ability of three bioactives in inhibiting adipocytes differentiation was investigated. In fact, theoretically, compounds able to influence adipogenesis could be used in the formulation of functional sweet products and contribute to prevent obesity.