Shelf Life Assessment of Fresh Poultry Meat Packaged in Novel Bionanocomposite of Chitosan Incorporated with ZnO nanoparticles synthesized using food industry by-products

Nel settore alimentare viene utilizzata un’elevata quantità di materie plastiche per conservare i prodotti e facilitarne la distribuzione. L’utilizzo di questi polimeri ha un costo ambientale piuttosto elevato, per questo trovare surrogati ecosostenibili diventa sempre più importante. In questa tesi abbiamo testato l’efficacia del confezionamento di un prodotto altamente deperibile, quale carne di pollo, con un biofilm a base di chitosano. Il chitosano è polisaccaride largamente presente in natura, dotato di caratteristiche chimico-fisiche che permettono l’ottenimento di un film con proprietà meccaniche e di barriera simili ai polimeri tradizionali, oltre a possedere attività antibatterica. Abbiamo realizzato film contenenti chitosano e altri biocomposti, quali montmorillonite, nanoparticelle di ossido di zinco e olio essenziale di rosmarino, per un totale di 6 film con diversa composizione. Tramite analisi microbiologiche e chimico-fisiche abbiamo confrontato l’efficacia dei diversi film prodotti rispetto ad un controllo (carne conservata in un contenitore asettico). Le analisi sono state svolte in doppio, a 0, 3, 7, 10, 15 giorni di conservazione ad una temperatura di 4°C. In diversi film abbiamo ottenuto una riduzione significativa rispetto al controllo (p<0,05) della conta totale dei microrganismi mesofili aerobici (TMAM) e delle Enterobacteriaceae. La rilevazione del pH e dell’acidità titolabile ha fornito risultati in linea a quelli microbiologici. I campioni nel biofilm hanno spesso subito una variazione significativa (p<0,05) dell’umidità rispetto al controllo, a causa dell’elevata permeabilità al vapore acqueo. L’analisi dei TBARS non ha spesso riportato differenze significative rispetto al controllo (p>0,05), e quando presenti, è perché il campione era più ossidato del controllo (p<0,05). Invece, è stato ottenuto un miglioramento significativo (p<0,05) dello Hue angle tra i film e il controllo. I risultati ottenuti forniscono le basi per studi aggiuntivi.

Lewis acid catalysed direct glycosylation of N-acetyl-D-glucosamine

Incorporation of the relevant monosaccharide N-Acetyl-D-glucosamine (GlcNAc) into synthetic oligosaccharides by chemical glycosylation is still a very challenging object of studies, since direct reactions are low yielding. This issue is generally ascribed to its low solubility in common solvents and to the formation of a poorly reactive oxazoline intermediate, which is typically bypassed by introducing extra synthetic steps to avoid the presence of the NHAc moiety during glycosylation. Recently, a new direct Lewis acids-catalysed GlcNAc-ylation protocol has been disclosed, with acylated donors appearing to hold potential for high yielding glycosylation reactions. This master project focused indeed on a novel synthesis of promising 1-acyl GlcNAc donors, in order to test them in direct Lewis acid catalysed glycosylation without the need of N-protecting groups. Screening of various Lewis acids and reaction conditions with these acylated donors has been carried out, in presence of reactive primary alcohols as well as more challenging carbohydrate acceptor alcohols. These experiments demonstrated that the fine tuning of the leaving group combined with a suitable metal triflate could lead to a successful reaction outcome in the direct glycosylation. Successful methodology of this kind would provide rapid access to naturally occurring N-glycan motifs, such as the highly relevant human milk oligosaccharides (HMOs).

Preparation and Characterization of Polymeric Beads and Membranes for Boron Removal From Water

Boron is an element essential for various biological processes, nevertheless at high concentration it can cause health issues in both plants and animals, thus making boron a pollutant element. Low cost and effective polymeric adsorbents capable of removing boron in aqueous solution at neutral pH were prepared for this purpose. The adsorbent selectivity towards boron was conferred taking advantage of the interaction between boric acid and the alcoholic groups of N-methyl-D-Glucamine, which are able to form specific complexes. Two different kinds of devices were produced and tested: cross-linked chitosan hydrogel beads (CCBMG) and PVA/chitosan membranes, the latter taking advantage of scCO2-assisted phase inversion technique. The capability of the adsorbents to be regenerated and to allow recovery of boric acid from a solution emulating the concentration of boric acid in seawater were evaluated.

Development of a polyplexes-based miRNA delivery system in a 3D-bioplotted osteoarthritis cellular model.

L'osteoartrite (OA) è una patologia infiammatorio/degenerativa ossea per la quale non sono disponibili terapie causali efficaci ma solo approcci palliativi per la riduzione del dolore cronico. E’ quindi giustificato un investimento per individuare nuove strategie di trattamento. In quest’ottica, lo scopo di questa tesi è stato quello di indagare l’efficacia di polyplexi a base di chitosano o di PEI-g-PEG in un modello cellulare 3D in vitro basato su un hydrogel di Gellan Gum Metacrilato (GGMA) con a bordo condrociti in condizioni simulate di OA. Inizialmente sono state studiate la dimensione e il potenziale-Z di un pool di formulazioni di poliplexi. Quindi se ne è valutata la citocompatibilità utilizzando cellule staminali mesenchimali immortalizzate Y201. Infine, una miscela di GGMA, cellule e polyplexi è stata utilizzata per la stampa 3D di campioni che sono stati coltivati fino a 14 giorni. La condizione OA è stata simulata trattando le cellule con una miscela di citochine implicate nello sviluppo della malattia. Tutte le formulazioni a base di chitosano e due basate su PEI-g-PEG si sono dimostrate citocompatibili e sono hanno veicolato i miRNA nelle cellule (come mostrato dai risultati di analisi in fluorescenza). I risultati delle colorazioni H&E e AlcianBlue hanno confermato che il terreno condizionato ha ben ricreato le condizioni di OA. I polyplexi a base di chitosano e PEI-g-PEG hanno controbilanciato gli effetti delle citochine. Risultati incoraggianti, anche se da approfondire ulteriormente, provengono anche dall’analisi di espressione (RT-PCR) di cinque geni specifici della cartilagine. Concludendo, questo modello ha ben riprodotto le condizioni di OA in vitro; il chitosano ha mostrato di essere un adeguato veicolo per un trattamento a base di miRNA; il PEI-g-PEG si propone come un'alternativa più economica e ragionevolmente affidabile, sebbene il rischio di citotossicità alle concentrazioni più elevate richieda una più esteva validazione sperimentale.

Enhancing the value of lignocellulosic biomasses through the production of bionanocomposites

The aim of this work was to optimize a methodology to extract cellulose and to produce NC, from different lignocellulosic biomasses (sorghum, Sorghum bicolor (L.) Moench and sunn hemp, Crotalaria juncea L.). In addition, the NC produced was tested as a reinforcing agent in chitosan (Ch) films, to understand its effects on the properties of this biopolymer. The nanoparticles obtained from sorghum and sunn hemp were incorporated in Ch films at a rate of 2.5% w/w of chitosan, and the resultant bionanocomposites (Sorghum NC films and sunn hemp NC films) were fully characterized in terms of their morphology, mechanical and optical properties, permeability (water vapor), water wettability, and FT-IR spectra analysis. Chitosan films reinforced with commercial nanocellulose at the same rate were tested for comparison, as well as pristine chitosan (control). Bionanocomposites made from sorghum and sunn hemp NC were slightly more saturated and opaque than the pristine chitosan films, in particular outer sorghum NC films. Sunn hemp NC films also showed a slightly higher thickness than sorghum NC films and pristine chitosan films. Further, the results confirmed that sorghum NC improved the strength and stiffness of the chitosan biopolymer and that sunn hemp NC improved the plasticity of the chitosan polymer. Hence, results indicate that those lignocellulosic crops may afford a source of NC for the production of bionanocomposites. Considering the application of those bionanocomposites by the food packaging industry, sorghum NC - chitosan films showed more promising results than sunn hemp NC-chitosan films.