Composizione biochimica di diverse specie microalgali e prove di feeding su Ruditapes philippinarum

L'utilizzo di diete a base di microalghe per l'allevamento di novellame di molluschi bivalvi sta ottenendo sempre maggiore interesse data la crescente domanda di mercato nel settore dell'acquacoltura. Le dimensioni cellulari, la composizione biochimica e la digeribilità della parete cellulare delle microalghe sono fattori fondamentali per la loro applicabilità nell'alimentazione dei bivalvi; anche il contenuto di acidi grassi essenziali quali EPA e DHA ha un ruolo rilevante poiché influenza il tasso di crescita e di sviluppo degli animali. Nel presente studio sono stati utilizzati due ceppi autoctoni della Sacca di Goro del genere Thalassiosira, Pheaodactylum tricornutum, l'alga verde Tetraselmis chui e l'aptofita T-Iso, quest’ultima ampiamente utilizzata nell'alimentazione di diverse specie di molluschi bivalvi. Gli esperimenti condotti hanno permesso di (1) caratterizzare la crescita e la composizione biochimica delle 5 specie microalgali e (2) di analizzare l'applicabilità delle stesse tramite prove di alimentazione su larve e novellame di Ruditapes philippinarum, al fine di ottimizzarne la produzione. I risultati migliori, per numero di sopravvissuti e taglia raggiunta, sono stati ottenuti con larve alimentate con dieta plurispecifica a base di T-Iso e Thalassiosira ceppo A in rapporto 2:1; Thalassiosira ceppo A e P. tricornutum, in diete monospecifiche, sono state identificate come le più appetibili e assimilabili dal novellame, il quale mostra buoni valori del tasso massimo di clearance (2,17±0,25 e 2,27±0,15 L h-1, rispettivamente) e di efficienza di assorbimento del cibo (67 e 46%). Si è trattato di uno studio preliminare volto a verificare eventuali miglioramenti legati all’utilizzo di diete diversificate rispetto a quelle standardizzate di solito impiego; la ricerca di nuove specie algali e ulteriori analisi sulle attuali specie disponibili e sulla loro applicabilità potranno essere utili alla crescita sostenibile del settore dell’acquacoltura.

Bioconcentration of selected personal care products in Ruditapes philippinarum (Manila clam)

The Bioconcentration Factor (BCF) is the principal source of information used to assess and regulate the potential hazard and risk for a chemical that has the potential to bioaccumulate in the marine environment, according to the Marine Strategy Framework Directive (MSFD). The main objective of this thesis was to estimate the BCFs of two different emerging contaminants in Ruditapes philippinarum (Manila clam) under controlled laboratory conditions: the UV filter 4-methylbenzylidene camphor (4-MBC) commonly used in skincare products, and the artificial sweetener Acesulfame potassium (ACE-K) used as a food additive. Ruditapes philippinarum organisms were exposed directly to 4-MBC and ACE-K nominal concentration of 1, 10 and 100 μg L-1 during 10 days. Bioconcentration factors (BCFs) were estimated according to 3 different models for both compounds. The 4-MBC estimated BCFs fall in range of 61553 - 539143 L Kg-1, showing that this compound is very bioaccumulative and could also undergo biomagnification in the marine food chain. On the contrary, estimated ACE-K BCF is consistently lower, in order of 7 L Kg-1 for the nominal exposure concentration of 100 μg L-1. The low ACE-K BCF could be explained by its high solubility in water and thus a rapid metabolization by clams during the experiments. In summary, future research focusing on the marine environment is needed on these two emerging compounds.

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.

Caratterizzazione dei parametri fisiologici di microalghe utilizzabili nei processi di fitodepurazione

La depurazione è un processo finalizzato a ridurre in modo significativo le sostanze inquinanti presenti nelle acque reflue prima del loro rilascio in ambiente. L’uso delle alghe in impianti di depurazione di acque reflue prende il nome di ficorimedio e potrebbe rappresentare un’alternativa o una integrazione alla depurazione tradizionale dei reflui per il fatto che le alghe operano la rimozione di nutrienti e metalli pesanti dalle acque e al tempo stesso possono fornire biomassa utilizzabile come nuova fonte di energia. Lo scopo principale di questo lavoro è stato di saggiare la capacità depurativa di microalghe idonee per la depurazione dei reflui, questo è stato fatto tramite due esperimenti. Il primo esperimento è stato realizzato in modo tale da simulare un sistema continuo di crescita di Scenedesmus sp. andando a ricreare le stesse condizioni di un sistema all’aperto come negli open ponds, in particolare prelevando periodicamente una parte di biomassa e sostituendola con terreno nuovo. Sono state applicate tre diverse condizioni per analizzare quale metodo permetteva di ottenere maggiori valori di produttività di biomassa e per valutare come questa si diversifica nel tempo nella sua componente biochimica, inoltre si è valutata anche la componente fisiologica, attraverso la misura dell’efficienza fotosintetica. Nel successivo esperimento è stata utilizzata una popolazione algale naturale, proveniente dalla vasca di sedimentazione terziaria del depuratore di Ravenna, e fatta crescere nell’effluente primario. L’esperimento era volto a comprendere i processi di successione delle microalghe in un sistema aperto attraverso uno studio della composizione delle specie nel tempo e a confrontare la crescita e l’efficienza di fitodepurazione della popolazione mista con quelle di Scenedesmus sp. Nelle colture di Scenedesmus sp. in semicontinuo si è visto che il tempo di residenza idraulica minore determina una concentrazione di biomassa inferiore a quella che si ottiene nelle colture con tempi di residenza idraulica maggiori. La produttività dei polisaccaridi (g/L/day) risulta più elevata all’aumentare dei tempi di residenza idraulica, mentre per le proteine l’andamento è inverso. I valori di efficienza fotosintetica evidenziano fenomeni di fotoinibizione nella coltura con minor tempo di residenza idraulica senza che vi sia un danno dell’apparato fotosintetico. L’esperimento basato sulla crescita di una popolazione naturale in coltura batch ha mostrato che la velocità di crescita e la densità di biomassa raggiunta sono di poco inferiori a quelle della monocoltura di Scenedesmus sp. La popolazione è in grado di rimuovere i nutrienti presenti nell’effluente primario dopo 7 giorni, in un tempo maggiore rispetto a quello impiegato da Scenedesmus sp. Questo esperimento ha evidenziato che, sebbene Scenedesmus sp. fosse presente in scarsa quantità all’inizio dell’esperimento, la sua concentrazione aumenta nel tempo dimostrando così di essere maggiormente competitiva rispetto alle altre microalghe presenti nella coltura e di resistere a grazers e patogeni. I risultati ottenuti in questo studio sono importanti per la conduzione di esperimenti di ficodepurazione su scala più ampia e ha permesso di comprendere come la biomassa algale si caratterizza nel tempo andando a simulare le condizioni di crescita in un sistema continuo.

Competizione e interazioni allelopatiche tra Ostreopsis ovata e altre microalghe.

Le fioriture algali rappresentano un problema emergente che colpisce le attività ricreative costiere negli ultimi decenni e molta responsabilità è attribuita alla pressione antropica sulle coste, anche se fondamentalmente i fenomeni di fioriture dannose rimangono imprevedibili. Un tempo confinate in aree tropicali e sub-tropicali, nuove alghe tossiche produttrici di composti palitossina-simili, quali Ostreopsis spp., si sono diffuse anche in regioni temperate, come il Mediterraneo. Le condizioni di sviluppo di queste fioriture sono legate a fattori ambientali quali irraggiamento, temperatura, concentrazione di nutrienti e alle caratteristiche biologiche delle singole specie. Per valutare il rischio reale sulla salute dell’uomo, vi è necessità di conoscere i parametri ambientali ottimali alla proliferazione delle specie, in termini di temperatura, intensità luminosa e disponibilità di nutrienti, così come di chiarire la struttura delle tossine e le condizioni che possono favorire la loro produzione. In questo studio un ceppo della dinoflagellata Ostreopsis ovata e un ceppo della dinoflagellata Prorocentrum lima sono stati coltivati in colture batch a tre diverse temperature (20°C, 25°C, 30°C) come monocolture e come colture miste. La raccolta è avvenuta nel periodo della loro presunta fase stazionaria. Le informazioni circa il comportamento delle microalghe nelle diverse colture sono state raccolte tramite calcolo del tasso di crescita, analisi del consumo di nutrienti, valutazione dell’efficienza fotosintetica, produzione di tossine. E’ stato applicato un nuovo metodo di misura per il calcolo dei biovolumi. Tra le due microalghe, O. ovata ha esibito maggiore variabilità morfologica, tassi di crescita più elevati e migliore efficienza fotosintetica, mostrando però di subire stress alla temperatura di 30°C. P. lima ha presentato tassi di crescita inferiori, incompleto utilizzo dei nitrati e minore efficienza fotosintetica, accompagnata da grande dissipazione di energia sotto forma di calore. Nelle colture miste, l’uptake più rapido di nitrati da parte di O. ovata ha fatto sì che il numero di cellule di P. lima fosse notevolmente inferiore a quello sviluppatosi nelle colture pure. Ciononostante, la produzione di acido okadaico da parte di P. lima non si è modificata in presenza di O. ovata. Il ceppo di O. ovata utilizzato è stato in grado di produrre ovatossina-a, la tossina maggiormente presente nelle cellule, e quantità circa quattro volte inferiori di ovatossine d+e, oltre a piccole quantità di palitossina putativa. Non è stato invece in grado di produrre le altre due ovatossine conoscisute, l’ovatossina-b e l’ovatossina-c. La produzione di tossine ha dimostrato di essere correlata positivamente con l’aumento della temperatura quando espressa su unità di biovolume, ed è stata inferiore nelle colture miste rispetto alle colture pure. Grazie alla maggiore capacità di crescita, al miglior utilizzo di nutrienti e alla migliore efficienza fotosintetica, O. ovata si dimostra in grado di dare origine a importanti eventi di fioritura, mentre per P. lima i parametri di crescita studiati non evidenziano questa capacità. Le analisi in corso circa la quantità di tossine emesse nel mezzo di coltura permetterano di completare il quadro delineato dal presente studio. Allo stato attuale, non si può concludere che esista attività allelopatica di una specie nei confronti dell’altra.

Pirolisi catalitica di microalghe con zeoliti

L’aumento delle concentrazioni del diossido di carbonio in atmosfera dovuto alla combustione dei combustibili fossili è una fonte di grande preoccupazione a causa del suo impatto sul clima globale. La biomassa è l’unica fonte rinnovabile a poter essere convertita in combustibili e, tra i metodi di conversione, la pirolisi produce un liquido (bio-olio) che presenta potenzialità come combustibile. Le alghe sono una biomassa di interesse, ma il bio-olio che si ottiene è caratterizzato da composti contenenti ossigeno, zolfo e azoto che ne riducono la qualità. Tali elementi possono essere eliminati attraverso la scissione (cracking) con zeoliti con la produzione di idrocarburi. L’obiettivo dello studio è stato quello di valutare le caratteristiche del cracking catalitico di tre microalghe: Arthrospira platensis, Botryococcus braunii e Desmodesmus communis per la produzione di idrocarburi. Le biomasse sono state pirolizzate a 500 °C e i vapori prodotti termicamente sono stati fatti passare nella zeolite dove subiscono il cracking. Sono state utilizzate due zeolite a diversa acidità: un pellet H-ZSM5 (SiO2/Al2O3=38) e un monolite a base di HZSM5 (SiO2/Al2O3=80) e sepiolite. Dal cracking si ottengono sei frazioni pirolitiche: char, coke, fase acquosa, bio-olio, frazione volatile e gas non condensabili. Le frazioni sono state caratterizzate tramite analisi elementari e molecolari e dai dati ottenuti sono stati calcolati i bilanci di N, C e del potere calorifico. Per tutte le alghe si ottiene un bio-olio con un elevato contenuto di carbonio e fortemente deossigenato, ma le rese sono relativamente basse. I prodotti che contengono una maggior frazione del carbonio della biomassa iniziale sono il char ed il coke, seguiti dalla fase organica e dai gas. La distribuzione dell’azoto è simile ma con una maggiore frazione nella fase acquosa. Entrambi i catalizzatori agiscono migliorando la qualità del bio-olio tramite la riduzione dei composti azotati ed ossigenati e formando idrocarburi monoaromatici, tipici delle benzine, e poliaromatici. Il monolite, con zeolite meno acida, produce una maggior frazione di bio-olio caratterizzato, però, da una minor percentuale di composti aromatici. Si ritiene che l’aumento delle rese del bio-olio e la valorizzazione dei sottoprodotti (biochar, fase acquosa) siano indispensabili per la sostenibilità del processo.

Valutazione del contenuto di Escherichia Coli in vongole veraci (Tapes Philippinarum) raccolte nella zona della Sacca di Goro

Lo scopo di questo lavoro è stato individuare una possibile correlazione tra le condizioni ambientali e la presenza di Escherichia coli in vongole veraci. I dati sono relativi a campioni raccolti nel periodo 2007-2015 nella zona Sacca di Goro. Essi sono stati messi in relazione con alcuni parametri quali: salinità dell’acqua, temperatura, ossigeno di fondo, pH e livello del fiume Po di Volano. Sono stati presi in considerazione più di 523 campioni, in cui i conteggi di E. coli, mediante metodo MPN, sono stati suddivisi in tre categorie: cariche basse (<50 MPN/100g); intermedie (50-230 MPN/100g); alte, ovvero non conformi al regolamento europeo (>230 MPN/100g). La significatività della relazione tra E. coli e le variabili considerate è stata valutata attraverso il test Χ2 e il test di Kruskal-Wallis. Il test Χ2, è stato attuato ponendo in relazione anno, mese e stagione. In esso non è stato registrato nessun risultato significativo. L’analisi della varianza tramite test di Kruskal-Wallis ha evidenziato che gli unici risultati ottenuti, dando luogo ad una differenza significativa, sono relativi ai valori di salinità, dove in presenza di valori più bassi si osserva un numero maggiore di campioni con carica superiore al limite di legge. I dati ottenuti ponendo in relazione la temperatura delle acque e il livello del fiume Po di Volano non sono risultate significativamente diverse fra loro. Questi risultati sono chiaramente correlati al processo di depurazione delle vongole veraci che abbassano la carica microbica, ma ciò è correlato anche ai miglioramenti dei controlli delle acque reflue della Pianura Padana negli ultimi decenni, inoltre l’assenza di relazioni può essere imputata al fatto che la Sacca di Goro è un tratto di mare relativamente chiuso e quindi in qualche modo protetto dalle fluttuazioni stagionali di questi parametri, in una sorta di omeostasi ambientale.

Sviluppo e ingegnerizzazione di sistemi ibridi a base di nanoparticelle inorganiche e microalghe da applicare nella depurazione acque

Lo scopo di questo lavoro di tesi consiste nella produzione e ingegnerizzazione di nuovi sistemi ibridi ottenuti accoppiando nanoparticelle di titania con la microalga Chlorella Vulgaris, per applicazione nel settore del risanamento delle acque reflue. Lo studio è stato rivolto all’ottimizzazione del materiale, il quale integra due proprietà: l’attività fotocatalitica sfruttata per la degradazione degli inquinanti organici conferita dalla titania e la capacità di biosorbimento di metalli pesanti tipica della biomassa. I risultati hanno evidenziato effetti sinergici positivi promossi dalla dispersione della microalga sulla superficie dell’ossido ed in grado di migliorare le performance di biorimediazione del materiale. Al fine di favorire l’applicazione industriale del sistema catalitico preparato, i campioni prodotti in sospensione sono stati ingegnerizzati rimuovendo il solvente tramite tecnologia di Spray-Freeze-Drying. Con l’obiettivo di ottimizzare la formulazione e correlare le proprietà chimico-fisiche dei materiali alle performance ottenute, è stata svolta un’approfondita caratterizzazione sia sulle sospensioni (ELS, DLS) che sui prodotti granulati (BET, SEM-FEG, SEM-EDS). Le prestazioni funzionali dei campioni preparati sono state valutate rispetto alla reazione modello di fotodegradazione della Rodamina B e nell’assorbimento del catione rameico.

Impiego degli scarti della molluschicoltura di Goro come sottoprodotto in applicazioni edilizie: fattibilità normativa e proprietà tecniche applicative.

Nello studio condotto si è voluto indagare in modo preliminare la fattibilità dal punto di vista normativo e tecnico di attuare operazioni di recupero di materia su scarti prodotti dagli stabilimenti di molluschicoltura di Goro, con il fine di inserirli in un progetto più ampio di costruzione di barriere sommerse a protezione del litorale. Attraverso dati produttivi è stato analizzato innanzitutto il contesto territoriale nel quale si colloca questa attività. E' stato ripercorso il destino ambientale che attende gli scarti in uscita all'impianto e con l'ausilio delle normative in materia di rifiuti si è cercato di delineare possibili scenari migliorativi rientranti nei principi dell'economia circolare, mostrandone i rispettivi vantaggi e requisiti. Ipotizzata l'alternativa migliore, infine si sono studiate le caratteristiche tecniche del capulerio al fine di destinarlo ad un impiego in campo edile, attraverso prove condotte in laboratorio e studi presenti in letteratura.

Strategie alimentari urbane e il ruolo del dietista: come promuovere una dieta sostenibile?

Posto che le attuali scelte di produzione e consumo legate alle diete a livello globale hanno evidenziato numerosi impatti ambientali negativi, l’obiettivo di questa tesi è, dopo aver illustrato quali sono le strategie nate e che stanno nascendo a livello di governance globale, internazionale, nazionale e locale per contrastare il problema, analizzare il possibile ruolo della figura del dietista nelle politiche e nelle strategie alimentari urbane.