Lipofenoli: sintesi e valutazione delle performances antiossidanti in un sistema reale

Il lavoro si è articolato in due parti: sintesi di una molecola antiossidante (lipofenolo), che in prospettiva dovrà essere prodotta a partire da sottoprodotti dell’industria alimentare. La molecola ottenuta, già studiata nello sviluppo di emulsioni, è stata in questo lavoro testata nella formulazione di prodotti da forno, nei quali l’ossidazione lipidica è un processo difficilmente controllabile, se non con l’impiego di grassi saturi, come palma o strutto e sego. L’ossidazione incide profondamente sulla qualità e sulla sicurezza dell’alimento. È per questo che numerosi studi si sono rivolti, in questi anni, verso i meccanismi di antiossidazione nei sistemi reali. Partendo da una panoramica sui sottoprodotti della filiera alimentare, in questo lavoro si è ottimizzata una reazione di lipofilizzazione tra tirosolo e acido oleico e si è impiegato il prodotto nella formulazione tarallini per verificarne l’effettiva capacità di allungare la shelf life del prodotto ritardando l’insorgenza dell’ossidazione, con esiti più che soddisfacenti evidenziati dai dati ottenuti tramite tecniche di ossidazione forzata (Oxitest®) , analisi della componente volatile (SPME-GC-MS) e misurazione del numero di perossido.

Development of a colorimetric indicator label for food oxidation based on hexanal detection

In this work, a colorimetric indicator for food oxidation based on the detection of hexanal in gas-phase, has been developed. In fact, in recent years, the food packaging industry has evolved towards new generation of packaging, like active and intelligent. According to literature (Pangloli P. et al. 2002), hexanal is the main product of a fatty acid oxidation: the linoleic acid. So, it was chosen to analyse two kinds of potato chips, fried in two different oils with high concentration of linoleic acid: olive oil and sunflower oil. Five different formulas were prepared and their colour change when exposed to hexanal in gas phase was evaluated. The formulas evaluations were first conducted on filter paper labels. The next step was to select the thickener to add to the formula, in order to coat a polypropylene film, more appropriate than the filter paper for a production at industrial scale. Three kinds of thickeners were tested: a cellulose derivative, an ethylene vinyl-alcohol and a polyvinyl alcohol. To obtain the final labels with the autoadhesive layer, the polypropylene film with the selected formula and thickener was coat with a water based adhesive. For both filter paper and polypropylene labels, with and without autoadhesive layer, the detection limit and the detection time were measured. For the selected formula on filter paper labels, the stability was evaluated, when conserved on the dark or on the light, in order to determine the storage time. Both potato chips samples, stocked at the same conditions, were analysed using an optimised Headspace-Solid Phase Microextraction-Gas Chromatography-Mass Spectrometry (HS-SPME-GC-MS) method, in order to determine the concentration of volatilized hexanal. With the aim to establish if the hexanal can be considered as an indicator of the end of potato chips shelf life, sensory evaluation was conducted each day of HS-SPME-GC-MS analysis.

Effetto sul microbiota intestinale della sostituzione dei nitriti con antiossidanti naturali in salami sperimentali

Recentemente il consumo di carne ha attirato l'attenzione per motivi salutistici, ambientali ed etici; pertanto è sempre più urgente considerare formulazioni di prodotti a base di carne più salutari e sostenibili inclusi in una dieta sana e nutriente. In questa tesi sono stati valutati gli effetti in vitro sul microbiota intestinale umano di salami riformulati sostituendo i nitriti con acido ascorbico e antiossidanti vegetali. A questo scopo è stato utilizzato il modello intestinale in vitro MICODE, nella versione che include la digestione gastro-duodenale seguita dalla fermentazione colonica. Gli effetti sul microbiota intestinale sono stati valutati attraverso tecniche di analisi quantitativa Real Time qPCR in base agli shift di alcune popolazioni microbiche, sia quelle benefiche (come Lactobacillales, Bifidobacteriaceae, Clostridium gruppo IV), sia quelle opportuniste (come Enterobacteriaceae, Clostridium gruppo I) e infine il rapporto Firmicutes/Bacteroidetes (importante indice di eubiosi del microbiota intestinale dell’ospite). Inoltre, sono state analizzate, tramite SPME-GC-MS, le molecole volatili prodotte in seguito alla fermentazione colonica, sia positive, come gli SCFA, sia negative, come fenolo e cresolo. I risultati ottenuti hanno mostrato che le formulazioni innovative promuovono una generale eubiosi del microbiota intestinale e una riduzione di popolazioni microbiche negative, in confronto ai controlli. Inoltre, l’analisi del volatiloma evidenzia una maggiore produzione di molecole benefiche e una maggiore riduzione delle molecole negative per l’ospite. Sebbene le formulazioni innovative non abbiano dato benefici nettamente superiori a quelli dei controlli, i risultati ottenuti sono promettenti, in quanto gli antiossidanti utilizzati in sostituzione hanno dato risultati comparabili a quelli ottenuti con il formulato tradizionale.

Valorizzazione di un sottoprodotto della lavorazione del pomodoro

Lo scopo del progetto è valorizzare lo scarto rappresentato da bucce e semi (o sansa di pomodoro) che si produce per la trasformazione industriale dei pomodori. In questa sperimentazione la sansa di pomodoro è stata essiccata con un prototipo funzionante con un flusso di aria non riscaldat,a valutandone l’efficacia nell’allungare la shelf life del sottoprodotto, limitando la degradazione termica del licopene. Sono state effettuate determinazioni dell’attività dell'acqua, della concentrazione di licopene e del profilo in composti volatili (mediante tecnica SPME-GC-MS) sia sul sottoprodotto fresco che su quello essiccato e poi conservato sottovuoto e al buio per diversi tempi: 0, 60, 80, 110 giorni. L'estrazione del licopene è avvenuta mediante l’utilizzo di DES (Deep Eutectic Solvents) con miscela di etil acetato/etil lattato 30/70 v/v: un approccio più sostenibile in linea con i principi della “Green Chemistry”. Grazie alla collaborazione con il gruppo di ricerca del Dipartimento di Nutrizione, Scienze degli Alimenti e Gastronomia dell’Università di Barcellona, si è proceduto anche ad un’analisi cromatografica (HPLC-DAD) per la determinazione qualitativa e quantitativa del beta-carotene, del licopene e dei suoi cis isomeri. L’alta deperibilità di questo sottoprodotto ne causa una rapidissima degradazione microbica. Una migliorata conservabilità permetterebbe il suo uso differito nel tempo, poiché la campagna del pomodoro avviene durante i pochi mesi estivi. Questo ne impedisce l’immediato uso durante le campagne di lavorazione di altri prodotti alimentari, che potrebbero così essere arricchiti degli antiossidanti e i pigmenti naturalmente presenti nelle bucce del pomodoro. L’orizzonte temporale di questo studio è stato scelto per comprendere se la stabilità del semilavorato essiccato potesse essere compatibile con la campagna olivicola (ottobre-novembre) per la produzione di oli co-franti arricchiti della frazione antiossidante liposolubile presente nel sottoprodotto.

Caratterizzazione di vini bianchi tipici siciliani in termini di profilo in molecole volatili e contenuto di etilcarbammato ed ammine biogene

Nella mia sperimentazione si è determinato le concentrazioni di ammine biogene ed etilcarbammato di vini autoctoni siciliani prodotti a partire da vitigni Catarratto, Grillo ed Insolia provenienti da 4 cantine siciliane e detrrminato il profilo in molecole volatili di questi vini mediante la tecnica GS/MS-SPME e il naso elettronico. Per quanto concerne le ammine biogene, l’ammina rilevata in maggiore quantità è stata la putrescina, mentre la 2-feniletilammina e le poliammine sono state rilevate a bassissime concentrazioni. L’istamina era al di sotto del limite di determinazione (0,1 ppm) nei vini della cantina D e nei vini Grillo e Catarratto della cantina C. La tiramina è stata rilevata solo in 7 dei vini analizzati a concentrazioni mai eccedenti 1,31ppm. I vini della cantina B, pur presentando in 2 campioni delle elevate concentrazioni di putrescina, erano privi di poliammine e tiramina. Per quanto riguarda l’etilcarbammato, esso è risultato sempre al di sotto dei 15ppb, indipendentemente dal vitigno e dalla cantina di produzione, con l’eccezione dei campioni di Catarratto della cantina D. Il vino Grillo proveniente dalla stessa cantina presentava i più bassi valori di etilcarbammato determinato tra i campioni analizzati.Per il profilo in molecole volatili rilevate mediante GC/MS-SPME sono state identificate circa 20 molecole appartenenti a classi chimiche differenti quali esteri, alcoli, acidi ed aldeidi.Al fine di evidenziare meglio le differenze tra i diversi campioni di vino, è stata effettuata un’analisi PCA. La proiezione dei diversi campioni sul piano cartesiano definito dalle componenti 1 e 2 era in grado di spiegare, rispettivamente, il 46,44% e il 17,52% della varianza. I diversi campioni sono stati raggruppati principalmente per cantina e non in rapporto al vitigno. Infatti, sono stati individuati 4 cluster corrispondenti alle 4 cantine di produzione. Dal momento che il profilo sensoriale di un vino è la risultante, oltre che di un complesso equilibrio quali-quantitativo di numerose molecole, anche delle interazioni che si vengono a creare tra le molecole volatili e non in un sistema complesso come il vino, è stata effettuata un’analisi mediante naso elettronico. Come precedentemente, i risultati ottenuti sono stati analizzati mediante l’analisi della componente principale che è stata in grado di spiegare più del 80% della varianza totale. Anche in questo caso, i campioni tendevano a raggrupparsi per cantina e non per vitigno. Dall’analisi critica dei dati si evince come il processo produttivo adottato abbia influito in maniera più significativa rispetto al vitigno sulla differenziazione dei profili in molecole volatili determinati sia mediante gascromatografia che naso elettronico. In conclusione, i risultati della mia sperimentazione hanno evidenziato: marcate differenze in termini di profili in molecole volatili tra i vini analizzati solo in rapporto al processo produttivo adottato dalle cantine, sebbene la zona di produzione della materia prima sia piuttosto ristretta; ottima qualità dei prodotti considerati in termini di molecole potenzialmente tossiche per la salute del consumatore.

Il processo di compostaggio - studio di un metodo alternativo di screening e valutazione del compost

Il processo di compostaggio è il metodo più antico ed al tempo stesso innovativo di trasformazione dei rifiuti. La trasformazione in impianti di compostaggio industriale ricrea lo stesso processo semplice ma in scala maggiore processando molte tonnellate/anno di rifiuto con particolare riguardo a quello proveniente da raccolta differenziata. Il presente elaborato, oltre ad illustrare le nuove tecnologie di produzione nelle realtà locali della zona Romagnola, ha inteso indagare un aspetto alternativo ed innovativo di valutazione del compost. A supporto di quanto già previsto alla specifica normativa di settore e nell'ottica dell'ottimizzazione del processo, è stata valutata la possibilità di uso della tecnica analitica di microestrazione in fase solida (SPME) e della tecnica strumentale con naso elettronico. Si è inteso verificare anche come l'utilizzo di carbone vegetale, aggiunto alla fase di maturazione, possa apportare un contributo significativo nel controllo delle emissioni odorigene, problematica diffusa nelle aree limitrofe ad impianti di compostaggio. L'utilizzo delle tecniche di estrazione in fase solida (SPME) ha dimostrato che durante il processo le componenti odorigene tendono a ridursi notevolmente modificandosi in modo apprezzabile e valutabile mediante analisi GC-MS. L'aggiunta di carbone vegetale alla fase di maturazione contribuisce alla riduzione delle emissioni odorigene. I risultati ottenuti evidenziano come l'utilizzo dei sistemi proposti possa portare ad un'economicità qualora si riscontrassero tempi di maturazione variabili per le tipologie di materiale trattato, riducendo così i tempi di permanenza nei tunnel di maturazione e come le tecniche SPME e naso elettronico possano essere accoppiate per ottenere risultati complementari così da costruire un'informazione complessiva completa. Possibili sviluppi dello studio potrebbero essere improntati alla verifica puntuale del grado di maturazione in relazione alla tipologia del materiale in ingresso ed alla stagionalità nonché all'utilizzo di tali tecniche ad altre matrici e nell'ambito dell'individuazione della presenza di composti indesiderati in matrici ambientali.

Attivita antimicrobica di oli essenziali incapsulati in chitosano in hamburger di bovino

La sperimentazione aveva il fine di valutare l’attività antimicrobica di oli essenziali di timo e cannella in hamburger di bovino. In primo luogo è stata fatta una caratterizzazione di questi oli mediante analisi GC-MS-SPME, da cui è emerso che le molecole a maggiore attività antimicrobica (rispettivamente timolo/carvacrolo ed aldeide cinnamica) erano presenti a concentrazioni piuttosto basse. Successivamente sono state valutate MIC e MBC nei confronti di microrganismi patogeni di interesse alimentare. Infine, tali oli sono stati incapsulati in chitosano per valutare un eventuale effetto sinergico e favorire un rilascio graduale degli oli. Il processo di incapsulazione ha mostrato una efficienza piuttosto bassa (solo il 25% dell’olio aggiunto veniva effettivamente incapsulato), per cui non è stato possibile utilizzare nanoparticelle “caricate” con quantità di olio tali da inibire significativamente lo sviluppo microbico in hamburger di carne bovina. Infatti, l’effetto sinergico chitosano/olio essenziale è stato in grado di ridurre solo lievemente il carico di enterobatteri durante la conservazione refrigerata, soprattutto nei campioni confezionati in atmosfera modificata. Una prova effettuata utilizzando i due oli in forma libera ad elevata concentrazione (1000 mg/kg), la cannella si è dimostrata molto più efficace del timo, riducendo il carico cellulare di enterobatteri a fine shelf-life, con effetto più evidente nei campioni di hamburger confezionati in atmosfera modificata (riduzione di un ciclo logaritmico). Inoltre, essa è risultata in grado di ridurre lievemente lo sviluppo di lieviti e funghi. Concludendo, gli oli essenziali usati in questa sperimentazione, poiché caratterizzati da una bassa concentrazione di molecole ad elevata attività antimicrobica (timolo/carvacrolo per il timo, aldeide cinnamica per la cannella), non sono stati in grado di prolungare in modo significativo la shelf-life di hamburger di bovino, nemmeno se incapsulati in chitosano.

Metodi di pirolisi analitica per la determinazione di microplastiche di polistirene in tessuti biologici

Nel presente lavoro di tesi sono presentati i primi risultati di un nuovo metodo basato sulla pirolisi analitica off-line per l’analisi quali-quantitativa di microplastiche di polistirene in tessuti biologici. I prodotti di pirolisi sono stati intrappolati testando due tecniche di campionamento, estrazione in fase solida (SPE) tramite cartucce adsorbenti e microestrazione in fase solida (SPME) tramite fibra adsorbente, per essere analizzati in gas cromatografia-spettrometria di massa. È stato testato un protocollo di pretrattamento della matrice biologica (digestione alcalina) ed estrazione con toluene prima di applicare la pirolisi analitica. Il pretrattamento della matrice biologica ha portato a dei buoni risultati garantendo un efficiente digestione dei tessuti biologici (> 97%). L’utilizzo del toluene come solvente di estrazione, ha permesso la separazione del polistirene dalla matrice biologica che poteva interferire nelle analisi. La pirolisi del polistirene genera cromatogrammi caratterizzati dalla presenza dello stirene come prodotto principale di degradazione. L’analisi quantitativa è stata condotta utilizzando il metodo dello standard interno e l’area del picco cromatografico dello stirene. Sono state determinate le principali caratteristiche delle tecniche SPE e SPME: precisione, linearità e recuperi. La tecnica SPE, presentando dei recuperi ed un grado di precisione più accettabili, è stata applicata a campioni di tessuti biologici provenienti da esperimenti in vivo di mitili esposti a basse concentrazioni di PS. I risultati delle analisi indicano la presenza di PS nei tessuti dei mitili a livelli del ug/g. Il metodo sviluppato presenta dati promettenti e potenzialità per monitorare l’inquinamento da PS nei tessuti biologici, tuttavia anche dei limiti che richiedono ulteriori indagini e miglioramenti in studi futuri.

Atmospheric corrosion of quaternary bronzes (Cu-Sn-Zn-Pb): laboratory tests (accelerated ageing in wet & dry conditions)and field studies (the Bottego monument in Parma, Italy).

The interactions between outdoor bronzes and the environment, which lead to bronze corrosion, require a better understanding in order to design effective conservation strategies in the Cultural Heritage field. In the present work, investigations on real patinas of the outdoor monument to Vittorio Bottego (Parma, Italy) and laboratory studies on accelerated corrosion testing of inhibited (by silane-based films, with and without ceria nanoparticles) and non-inhibited quaternary bronzes are reported and discussed. In particular, a wet&dry ageing method was used both for testing the efficiency of the inhibitor and for patinating bronze coupons before applying the inhibitor. A wide range of spectroscopic techniques has been used, for characterizing the core metal (SEM+EDS, XRF, AAS), the corroded surfaces (SEM+EDS, portable XRF, micro-Raman, ATR-IR, Py-GC-MS) and the ageing solutions (AAS). The main conclusions were: 1. The investigations on the Bottego monument confirmed the differentiation of the corrosion products as a function of the exposure geometry, already observed in previous works, further highlighting the need to take into account the different surface features when selecting conservation procedures such as the application of inhibitors (i.e. the relative Sn enrichment in unsheltered areas requires inhibitors which effectively interact not only with Cu but also with Sn). 2. The ageing (pre-patination) cycle on coupons was able to reproduce the relative Sn enrichment that actually happens in real patinated surfaces, making the bronze specimens representative of the real support for bronze inhibitors. 3. The non-toxic silane-based inhibitors display a good protective efficiency towards pre-patinated surfaces, differently from other widely used inhibitors such as benzotriazole (BTA) and its derivatives. 4. The 3-mercapto-propyl-trimethoxy-silane (PropS-SH) additivated with CeO2 nanoparticles generally offered a better corrosion protection than PropS-SH.

Effetti degli starter e delle condizioni di maturazione su salami tipici

In questo lavoro, sono stati analizzati come caso di studio due tipi di salami fermentati italiani (tipo Felino e tipo Milano). Lo scopo è stato quello di valutare l’effetto di diverse condizioni ambientali nelle celle d’asciugamento e l’effetto di diverse colture starter sulle caratteristiche dei salami di produzione industriale. Alla fine della maturazione, i salami ottenuti sono stati analizzati per determinare i conteggi microbici, l’accumulo di ammine biogene (AB) e il profilo aromatico volatile, mediante l’utilizzo delle analisi SPME-GC. Questi profili sono stati confrontati con i risultati di un gruppo panel esperto. I salami tipo Felino, inoculati solo con Stafilococchi, sono stati caratterizzati da un lento abbassamento del pH e dalla presenza di alti contenuti di AB. Inoltre, sono state osservate le attività enzimatiche specifiche degli Stafilococchi, come il metabolismo della fenilalanina, che hanno modificato radicalmente i profili volatili del prodotto. Anche le diverse condizioni d’asciugamento applicate sono state in grado d’influenzare alcune caratteristiche sensoriali dei prodotti finali come la durezza e la masticabilità che mostrano diverse cinetiche di perdita d’acqua.

Analisi congiunta di parametri chimici e sensoriali per la valutazione della qualità di oli extravergini di oliva monovarietali

Il termine extravergine, per un olio di alta qualità, rappresenta solo un pre-requisito: la categoria merceologica, intesa come conformità ad una serie di analisi chimico-sensoriali previste dalla normativa Europea, non è sufficiente ad esaltare il valore aggiunto che un olio può avere in termini di attributi di qualità sensoriale e salutistica. Questi ultimi sono fortemente influenzati dalla presenza di alcuni composti minori, come le molecole volatili e quelle a struttura fenolica (biofenoli). I composti volatili sono i principali responsabili dell'aroma di un olio extravergine d’oliva, mentre i biofenoli lo sono per gli attributi positivi, di amaro e piccante, già normati dal legislatore. Lo studio ha riguardato le relazioni esistenti tra le sostanze volatili e biofenoliche e le percezioni sensoriali ad esse associate. Tra gli oli extravergini di oliva partecipanti all’International Olive Oil Award di Zurigo 2012, sono stati selezionati 28 campioni monovarietali di diversa provenienza geografica (principalmente Italia, Spagna e Grecia). La valutazione sensoriale è stata eseguita dal panel dell’Institute of Food and Beverage Innovation di Zurigo con l’impiego di una scheda di profilo più descrittiva di quella ufficiale (Reg. CE 640/2008), contenente numerosi attributi positivi secondari valutati su scala discreta a 4 punti, oltre ad armonia e persistenza, su scala continua di 10 cm. I campioni sono stati sottoposti alla caratterizzazione della frazione biofenolica (indice di amaro, contenuto in fenoli totali ed analisi delle principali molecole fenoliche mediante HPLC-DAD/MSD) e dei composti volatili (SPME/GC-MSD). I dati ottenuti sono stati elaborati con l’ausilio di tecniche di analisi multivariata nel tentativo di valutare le correlazioni esistenti tra le variabili e di individuare gruppi omogenei di oli. La finalità di questo lavoro è stata quella di suggerire attributi discriminanti la qualità sensoriale di oli di pregio, che possano essere impiegati come leve di promozione dei prodotti, così come indicatori addizionali di autenticità.

Salume arricchito in acidi grassi polinsaturi omega-3: controllo di parametri chimici qualitativi e compositivi in relazione ad un possibile incremento di ossidabilita’ della frazione lipidica durante la shelf-life

Questa relazione finale è incentrata sul lavoro sperimentale richiesto dalla collaborazione con l’azienda Natural Salumi ed ha come obiettivo principale quello di verifica dei parametri qualitativi e compositivi di una nuova tipologia di salume in fase di studio. L’azienda ha infatti messo a punto un nuovo “prodotto funzionale” addizionando componenti aventi attività nutraceutica al salame ottenuto da sole parti magre di suino (tipo NaturalFetta) e si propone di arricchire il proprio prodotto con acidi grassi polinsaturi della serie omega-3 (da olio di semi di lino), noti per gli effetti benefici esercitati sulla salute umana. Sul prodotto di nuova formulazione si effettueranno sia la determinazione della percentuale lipidica mediante metodo ufficiale Soxhlet ed automatizzato Soxtec, al fine di individuare il quantitativo totale della parte grassa, che una caratterizzazione del profilo quali-quantitativo in acidi grassi, fondamentale per verificare la conformità con i requisiti indicati dal Reg. 1924/06 (e successivi come il Reg. UE 432/2012) previsti per le indicazioni da inserire in etichetta (claims) per i prodotti arricchiti con acidi grassi polinsaturi (PUFA). La determinazione del profilo in acidi grassi e, nello specifico, del contenuto in acido -linolenico, sarà realizzata mediante gascromatografia previa estrazione della frazione lipidica dei salumi con metodo di Folch modificato, che prevede un'estrazione solido-liquido. La concentrazione di acido alfa-linolenico sarà inoltre monitorata durante tutto il periodo di shelf-life del prodotto (45 gg) al fine di valutare eventuali variazioni durante la conservazione. Per soddisfare quest’ultima finalità, le analisi saranno eseguite sia all’inizio (T0) che alla fine (T1) della vita commerciale del prodotto. Le stesse analisi verranno inoltre condotte sia sul prodotto a formulazione classica che su un prodotto del tutto simile, commercializzato da un’altra azienda e considerato come leader di mercato. In relazione ad un possibile aumento di ossidabilità della frazione lipidica, sarà realizzato un controllo dei parametri chimici, qualitativi e compositivi, con particolare riferimento ai prodotti di ossidazione del colesterolo (date le loro implicazioni in ambito biomedico). La maggiore presenza in formulazione di acidi grassi polinsaturi potrebbe infatti favorire un incremento dei COPs (Cholesterol Oxidation Products), che saranno separati, identificati e quantificati mediante la procedura SPE/GC-MS (estrazione e purificazione in fase solida accoppiata ad analisi gascromatografica con rivelazione mediante spettrometria di massa).

Sintesi e proprietà di biochar da biomasse residuali

Il termine biochar definisce il prodotto solido derivante dalla pirolisi di un qualsiasi materiale organico, con lo specifico scopo di essere applicato nei suoli sia per fini agronomici che di gestione ambientale. Un suo utilizzo in maniera "responsabile" richiede però una piena comprensione delle sue proprietà e dei meccanismi che controllano la sua attività nel terreno, che dipendono dalla biomassa di partenza e dalle condizioni di sintesi tramite pirolisi. Infatti le condizioni di pirolisi, in particolare la temperatura di processo e il tempo di residenza, determinano biochar con caratteristiche differenti. In questo lavoro di tesi sono stati prodotti biochar da due diverse tipologie di biomassa residuale ampiamente disponibili (stocchi di mais e pollina). Per ciascuna biomassa sono state scelte tre condizioni di pirolisi (400°C x 20 minuti, 500°C x 10 minuti e 600°C x 5 minuti). Sui biochar ottenuti sono state effettuate le seguenti determinazioni: analisi elementare, Pirolisi‐GC‐MS, idrocarburi policiclici aromatici (IPA), acidi grassi volatili (VFA), azoto ammoniacale (N‐NH4 +), pH, conduttività elettrica e ritenzione idrica. Infine i biochar sintetizzati sono stati utilizzati per fare due test di germinazione per valutare l'effetto sulla formazione delle prime strutture di crescita delle plantule, tramite test di tossicità brevi con piastre Petri. Il primo test è stato condotto a concentrazione crescente di miscele acqua/biochar (2, 5, 40 e 100 g/L sulla base delle quantità di biochar utilizzate come ammendante nel suolo), sulla germinazione seguendo la metodologia normata dalla ISO 11269:2012. I semi utilizzati nel primo test sono stati quelli del crescione (Lepidium sativum L.) come specie dicotiledone, e del sorgo (Sorghum saccharatum M.) come monocotiledone. Il secondo saggio di tossicità eseguito è stato quello descritto dalla normativa in materia UNI 11357, valutando l'eventuale effetto di tossicità alla massima concentrazione delle varie tipologie di biochar, utilizzando come specie dicotiledoni il cetriolo (Cucumis sativus L.) ed il crescione (Lepidium sativum L.), come monocotiledone il sorgo (Sorghum saccharatum M.). Per i biochar da stocchi di mais, rappresentativi di biomasse erbacee e con diverso grado di carbonizzazione, non si osservano effetti apprezzabili alle condizioni di uso agricolo. Nel caso dei biochar da pollina si osservano invece inibizioni alla germinazione sin dalle concentrazioni più basse. In particolare, quello pirolizzato a 400°C mostra un potenziale effetto tossico più marcato, probabilmente associato ad un contenuto di IPA e VFA superiore a quello degli altri biochar.

Sviluppo di metodologie per l'analisi di composti organici prodotti dalla fermentazione di frazioni pirolitiche della biomassa

I processi microbiologici rivestono una grande importanza nello sviluppo di combustibili e sostanze chimiche da fonti rinnovabili (biomassa), quali: il biometano e le bioplastiche, come i poli(idrossialcanoati), PHA. I PHA sono poliesteri ottenuti per condensazione di 3-idrossiacidi, il più comune dei quali è il poli(3-idrossibutirrato, PHB). Gli alti costi di produzione del PHA da colture microbiche singole ha portato a valutare nuove strategie, tra cui l’utilizzo di colture microbiche miste (MMC) e substrati di scarto. Il bio-olio ottenuto dalla pirolisi di biomassa potrebbe essere un substrato interessante per la produzione di biogas e PHA. Gli acidi a catena corta (acidi grassi volatili, VFA), infatti, sono i prodotti intermedi nella produzione sia di biogas che di PHA. L’analisi di questi ultimi viene normalmente effettuata tramite GC-FID o GC-MS. La degradazione termica (pirolisi, Py) di PHA produce acidi alchenoici caratteristici, come l’acido crotonico. Il metodo tradizionale per la determinazione del PHA è la metanolisi seguita da un’analisi GC-MS, una procedura laboriosa con uso di solventi clorurati e sostanze corrosive. Lo scopo principale di questa tesi è stato quello di sviluppare un nuovo metodo di analisi dei PHA. Il metodo studiato si basa sulla pirolisi diretta della biomassa e determinazione degli acidi alchenoici prodotti dalla degradazione del PHA in GC-FID. La pirolisi analitica è stata studiata tramite analisi di polimeri puri (per la calibrazione) e poi è stata applicata a campioni batterici derivanti da MMC e a ceppi selezionati. Il confronto con il metodo convenzionale ha dimostrato che la Py/GC-FID è un metodo valido per l’identificazione dei PHA e per la loro quantificazione nelle matrici batteriche. Il pre-trattamento del campione è minimo e non richiede l’uso di solventi e reagenti chimici. Inoltre, è stata applicata una tecnica di analisi dei VFA nei test di biometanazione basata sull’estrazione con una microquantità di dimetilcarbonato.