Design and fluid dynamic analysis of a custom drip chamber in a medical disposable device

Negli ultimi anni, parallelamente allo sviluppo di calcolatori elettronici sempre più performanti, la fluidodinamica computazionale è diventata uno strumento di notevole utilità nell’analisi dei flussi e nello sviluppo di dispositivi medici. Quando impiegate nello studio di flussi di fluidi fisiologici, come il sangue, il vantaggio principale delle analisi CFD è che permettono di caratterizzare il comportamento fluidodinamico senza dover eseguire test in-vivo/in-vitro, consentendo quindi notevoli vantaggi in termini di tempo, denaro e rischio derivante da applicazioni mediche. Inoltre, simulazioni CFD offrono una precisa e dettagliata descrizione di ogni parametro di interesse permettendo, già in fase di progettazione, di prevedere quali modifiche al layout garantiranno maggiori vantaggi in termini di funzionalità. Il presente lavoro di tesi si è posto l’obiettivo di valutare, tramite simulazioni CFD, le performances fluidodinamiche del comparto sangue “camera venosa” di un dispositivo medico monouso Bellco impiegato nella realizzazione di trattamenti di emodialisi. Dopo una panoramica del contesto, è presentata una breve descrizione della disfunzione renale e dei trattamenti sostitutivi. Notevole impegno è stato in seguito rivolto allo studio della letteratura scientifica in modo da definire un modello reologico per il fluido non-Newtoniano preso in considerazione e determinarne i parametri caratteristici. Il terzo capitolo presenta lo stato dell’arte delle apparecchiature Bellco, rivolgendosi con particolare attenzione al componente “cassette” del dispositivo monouso. L’analisi fluidodinamica del compartimento “camera venosa” della cassette, che sarà presa in considerazione nei capitoli quinto e sesto, si inserisce nell’ambito della riprogettazione del dispositivo attualmente in commercio: il quarto capitolo si incentra sul suo nuovo design, ponendo specifico interesse sul layout della camera venosa di nuova generazione. Per lo studio dei flussi che si sviluppano internamente ad essa ci si è avvalsi del modulo CFD del software COMSOL multiphysics® (versione 5.0); la definizione del modello implementato e della tipologia di studio effettuato sono presi in considerazione nel quinto capitolo. Le problematiche di maggior impatto nella realizzazione di un trattamento di emodialisi sono l’emolisi e la coagulazione del sangue. Nell'evenienza che si verifichino massivamente occorre infatti interrompere il trattamento con notevoli disagi per il paziente, per questo devono essere evitate. Nel sesto capitolo i risultati ottenuti sono stati esaminati rivolgendo particolare attenzione alla verifica dell’assenza di fenomeni che possano portare alle problematiche suddette.

Effetto della deplezione della lisina e della contemporanea somministrazione di integratori alimentari sulla qualità della carne di petto di pollo

Il presente lavoro di tesi ha avuto lo scopo di valutare l’effetto della deplezione dietetica della lisina, in concomitanza o meno della supplementazione di due diverse tipologie di integratori alimentari, sui principali tratti qualitativi e sulle proprietà tecnologiche della carne di petto di pollo. Pertanto, 1620 polli maschi sono stati allevati e suddivisi in 4 gruppi sperimentali in funzione dei trattamenti dietetici che prevedevano la deplezione del contenuto di lisina nella dieta con l’aggiunta o meno di 2 diversi tipi di integratori nella fase starter. Al termine della prova (50gg), 12 muscoli pettorali/gruppo sono stati destinati all’analisi del pH, colore, drip e cooking loss e sforzo di taglio. I risultati ottenuti hanno evidenziato che la deplezione della lisina insieme all’aggiunta dell’integratore 2 (contenente un precursore della creatina) ha determinato una significativa modificazione del colore della carne in termini di luminosità e indice di rosso (a*) e un aumento del cooking loss rispetto al gruppo di controllo. Tuttavia, le modificazioni ottenute sono di lieve entità e non determinano un eventuale peggioramento qualitativo della carne. Infatti, la deplezione della lisina non ha fatto rilevare alcuna modificazione significativa nei confronti dei parametri qualitativi e tecnologici presi in esame. Considerata la limitata disponibilità di studi presenti in letteratura riguardo la restrizione dietetica della quota di lisina, questo studio suggerisce come la sua deplezione nel primo periodo di vita dell’animale possa rappresentare una strategia efficace per ridurre i costi di alimentazione e migliorare la sostenibilità del sistema di produzione senza influenzare negativamente la qualità della carne. Infatti, è noto che la riduzione della concentrazione di alcuni componenti della dieta possa determinare una minore escrezione di azoto e fosforo, migliorando così la sostenibilità ambientale del sistema produttivo.

Caratterizzazione qualitativa della carne di petto di pollo in funzione della categoria commerciale

La tesi è stata finalizzata allo studio delle caratteristiche qualitative e tecnologiche delle carni di polli appartenenti alle principali categorie commerciali presenti in Italia: pollo leggero allevato all’aperto (PLA, 1,8-2 kg), medio convenzionale (PMC, 2,5-2,8 kg) e pesante convenzionale (PPC, 3,5-3,8 kg). Da un totale di 12 lotti di carne avicola, sono stati selezionati 50 muscoli Pectoralis major/lotto (n=600) e sono suddivisi in 3 gruppi sperimentali corrispondenti alle categorie commerciali. Sul totale dei campioni è stata valutata l’incidenza delle principali anomalie della carne avicola: 25 petti/lotto sono stati utilizzati per la misurazione del pH, colore, drip e cooking loss e sforzo di taglio, i restanti sono stati destinati alla valutazione dello stato ossidativo della carne. L’incidenza e la gravità delle miopatie White Striping e Wooden Breast è risultata nettamente inferiore in PLA, rispetto a PMC e PCC, mentre non è stata osservata alcuna differenza significativa nell’incidenza di petti affetti da Spaghetti Meat. Il gruppo PLA ha fatto registrare valori di pH significativamente inferiori rispetto alle altre categorie, senza riflessi negativi sui parametri tecnologici della carne. La capacità di ritenzione idrica è risultata infatti più elevata nel gruppo PLA, come comprovato dai valori inferiori di drip e cooking loss rispetto ai gruppi PMC e PPC. I campioni del gruppo PLA hanno presentato differenze significative per quanto riguarda il colore, con particolare riferimento all’intensità dell’indice di giallo (b*) risultata superiore (P<0,01) rispetto alle altre categorie commerciali. Al contrario, il gruppo PPC ha mostrato livelli inferiori di ossidazione proteica e lipidica. In virtù di quest’ultimo aspetto, le carni della categoria commerciale PPC potrebbero essere destinate alla preparazione di prodotti a base di carne, mentre quelle del PPM presentano caratteristiche più favorevoli per la produzione di sezionati e preparazioni di carne.

Utilizzo di farina di insetti e microalghe come fonti proteiche alternative nella dieta del pollo da carne: ripercussioni sulla qualità della carne.

La tesi ha avuto come obiettivo la valutazione dell’effetto dell’uso di fonti proteiche alternative (alghe ed insetti) nell’alimentazione del broiler sui parametri qualitativi ed il profilo ossidativo della carne di petto di pollo. A tale scopo, 1000 polli maschi ROSS 308 sono stati suddivisi in 8 gruppi sperimentali in funzione della percentuale di inclusione nel mangime di farina di microalghe ed insetti, e della presenza o meno dell’enzima chitinasi: controllo (dieta commerciale), controllo con enzima, dieta 1 (insetti 9%), dieta 2 (insetti 18%), dieta 3 (insetti 9% + chitinasi), dieta 4 (insetti 18% + chitinasi), dieta 5 (microalghe 3%), dieta 6 (microalghe 6%). Un totale di 120 petti di pollo (15/gruppo) sono stati destinati all’analisi del pH, colore, drip e cooking loss, sforzo di taglio, nonché del livello di ossidazione di grassi e proteine della carne. I risultati ottenuti hanno evidenziato come, a prescindere dal tipo di fonte proteica e dalla percentuale di inclusione, il pH della carne ha mostrato valori significativamente inferiori in tutti i gruppi trattati rispetto al controllo, senza però esercitare effetti negativi sulla qualità della carne. La capacità di ritenzione idrica (valutata tramite drip e cooking loss), lo sforzo di taglio e il livello di ossidazione dei lipidi e delle proteine non sono stati infatti influenzati negativamente dal trattamento dietetico. Tuttavia, il colore della carne è stato modificato dall’alimentazione, con particolare riferimento all’indice di giallo (b*) che è risultato significativamente superiore nei gruppi sperimentali alimentati con microalghe rispetto al controllo e a quelli alimentati con farina di insetti. Tale colorazione potrebbe essere gradita in quei mercati in cui vi è una consolidata abitudine a questa pigmentazione della carne. Ulteriori studi saranno effettuati per valutare l’effetto delle fonti proteiche alternative sulla qualità sensoriale e l’attitudine del consumatore verso il colore del prodotto.