Propagazione di luce in mezzi disordinati: Misure di trasporto diffusivo tramite imaging stazionario

Nel presente lavoro di tesi è stato effettuato uno studio del trasporto di luce in sistemi diffusivi. Per effettuare tale studio è stato allestito un apparato sperimentale ottimizzato per acquisire profili di trasmissione risolti spazialmente di campioni con geometria a slab. Tramite delle misure su un campione diffusivo di riferimento è stato valutato il funzionamento dell’apparato e sono stati effettuati dei test per ottimizzare il procedimento di misurazione. L’apparato è stato poi impiegato per condurre un’analisi del trasporto in un altro sistema disordinato particolarmente interessante, una scaglia di scarafaggio bianco Chyphochilus. Questa specie presenta una bianchezza unica in natura, per via della particolare struttura ottica insita nelle sue scaglie. Le misure effettuate su questo campione hanno rivelato la presenza di anisotropia di trasporto, elemento che potrebbe rivestire un ruolo centrale nelle eccezionali proprietà macroscopiche della scaglia. Sia l’analisi sul campione diffusivo che sulla scaglia di Chyphochilus dimostrano come l’apparato messo a punto permetta di investigare le proprietà microscopiche e strutturali del processo di trasporto di luce, consentendo di stimare il grado di anisotropia dei sistemi esaminati. L’intero lavoro di tesi è stato svolto presso il laboratorio Europeo di Spettroscopia Non-lineare LENS di Firenze all’interno dell’attività di ricerca del gruppo di ottica dei sistemi complessi di Diederik Wiersma. Il campione di scaglia di Chyphochilus è stato fornito dal prof. Peter Vukusic dell’Università di Exeter, UK.

Note sul ruolo dell'infinito in matematica

Questo elaborato realizzato assieme alla creazione di un link nel sito "progettomatematic@" tratta dell'infinito in tre modi diversi: la storia, l'applicazione ai frattali e alla crittografia. Inizia con una breve storia dai greci all'antinomia di Russel; poi si parla dei frattali in natura, di misura e dimensione di Hausdorff, polvere di Cantor e fiocco di neve di Koch. Infine si trova un riassunto dei cifrari storici famosi, con particolare attenzione al cifrario di Vernam, alla teoria dell'entropia di Shannon e alla dimostrazione che otp ha sicurezza assoluta.

L'atomo di idrogeno: Righe, serie e sua importanza in astrofisica.

L’idrogeno è l’elemento chimico più semplice, leggero e abbondante nell’universo. L’atomo è composto da un nucleo, nella maggior parte dei casi formato da un unico protone o al più da un protone e un neutrone (che formano l’isotopo meno stabile detto deuterio), e da un elettrone che orbita attorno al nucleo. Per tale motivo viene classificato come il primo elemento della tavola periodica, con simbolo H e con numero atomico pari ad 1 (Z = 1) e stesso numero di massa (o numero di massa pari a 2 per il deuterio A = 2). Dal punto di vista isotopico l’idrogeno è composto per il 99.985% da prozio (idrogeno con A=1) e per il 0,015% da deuterio (A=2). Tutti gli altri isotopi sono instabili e meno abbondanti in natura. Data la sua semplicità l’idrogeno è il primo elemento formatosi dopo il Big Bang e da ciò ne deriva la sua abbondanza nell’universo e dunque la sua importanza in astrofisica.

Engineering the synthesis of lantibiotics in e. Coli by combining the cynnamicin and nisin modification systems.

I lantibiotici sono molecole peptidiche prodotte da un gran numero di batteri Gram-positivi, posseggono attività antibatterica contro un ampio spettro di germi, e rappresentano una potenziale soluzione alla crescente problematica dei patogeni multi-resistenti. La loro attività consiste nel legame alla membrana del bersaglio, che viene quindi destabilizzata mediante l’induzione di pori che determinano la morte del patogeno. Tipicamente i lantibiotici sono formati da un “leader-peptide” e da un “core-peptide”. Il primo è necessario per il riconoscimento della molecola da parte di enzimi che effettuano modifiche post-traduzionali del secondo - che sarà la regione con attività battericida una volta scissa dal “leader-peptide”. Le modifiche post-traduzionali anticipate determinano il contenuto di amminoacidi lantionina (Lan) e metil-lantionina (MeLan), caratterizzati dalla presenza di ponti-tioetere che conferiscono maggior resistenza contro le proteasi, e permettono di aggirare la principale limitazione all’uso dei peptidi in ambito terapeutico. La nisina è il lantibiotico più studiato e caratterizzato, prodotto dal batterio L. lactis che è stato utilizzato per oltre venti anni nell’industria alimentare. La nisina è un peptide lungo 34 amminoacidi, che contiene anelli di lantionina e metil-lantionina, introdotti dall’azione degli enzimi nisB e nisC, mentre il taglio del “leader-peptide” è svolto dall’enzima nisP. Questo elaborato affronta l’ingegnerizzazione della sintesi e della modifica di lantibiotici nel batterio E.coli. In particolare si affronta l’implementazione dell’espressione eterologa in E.coli del lantibiotico cinnamicina, prodotto in natura dal batterio Streptomyces cinnamoneus. Questo particolare lantibiotico, lungo diciannove amminoacidi dopo il taglio del leader, subisce modifiche da parte dell’enzima CinM, responsabile dell’introduzione degli aminoacidi Lan e MeLan, dell’enzima CinX responsabile dell’idrossilazione dell’acido aspartico (Asp), e infine dell’enzima cinorf7 deputato all’introduzione del ponte di lisinoalanina (Lal). Una volta confermata l’attività della cinnamicina e di conseguenza quella dell’enzima CinM, si è deciso di tentare la modifica della nisina da parte di CinM. A tal proposito è stato necessario progettare un gene sintetico che codifica nisina con un leader chimerico, formato cioè dalla fusione del leader della cinnamicina e del leader della nisina. Il prodotto finale, dopo il taglio del leader da parte di nisP, è una nisina completamente modificata. Questo risultato ne permette però la modifica utilizzando un solo enzima invece di due, riducendo il carico metabolico sul batterio che la produce, e inoltre apre la strada all’utilizzo di CinM per la modifica di altri lantibiotici seguendo lo stesso approccio, nonché all’introduzione del ponte di lisinoalanina, in quanto l’enzima cinorf7 necessita della presenza di CinM per svolgere la sua funzione.

Natura 2000 erdők közgazdasági környezetének elemzése (Assessment of the economic environment of Natura 2000 forests)

Ebben a tanulmányban a Natura 2000 erdők közgazdasági kérdéseit jártuk körül az ökoszisztéma-szolgáltatások koncepciójának segítségével, nemzetközi és hazai szakirodalomra építve. Emellett a természetközeli erdőgazdálkodás fogalomkörét, s azon belül a folyamatos erdőborítást szolgáló erdőgazdálkodást vettük alapul. A következőkben néhány összegző megállapítást teszünk, és kijelölünk további kutatási irányokat. _____ This study has been prepared within the LIFEinFORESTS – Improved communication, cooperation and capacity building for preserving biodiversity in Natura 2000 forests (B2 action, LIFE13 INF/HU/001163) – project in the framework of LIFE+ Information and Communication under the contract signed with the Duna-Ipoly National Park Directorate. The main aim of the study is to summarize the international and Hungarian economic and environmental economic literature related to the Natura 2000 forests, and serve as a background study for the communication with and training of forest owners and users operating at Natura 2000 sites. The concept of ecosystem services (ESs) is used as an overall framework for the study. In our opinion it is able to show all the benefits provided by forests and can also help to reveal that the benefits of nature-oriented, continuous cover forest management (CCF) can exceed the benefits of traditional rotation forest management (RFM). The definition and the classification of the Millennium Ecosystem Assessment (MA, 2003, 2005) is used throughout the study, so provisioning, cultural, regulating and supporting services are distinguished.

Avaliação da influência de surfactantes químico e biológico na hidrólise enzimática de casca de coco verde após pré-tratamento ácido/alcalino e com peróxido de hidrogênio alcalino

In Brazil many types of bioproducts and agroindustrial waste are generated currently, such as cacashew apple bagasse and coconut husk, for example. The final disposal of these wastes causes serious environmental issues. In this sense, waste lignocellulosic content, as the shell of the coconut is a renewable and abundant raw material in which its use has an increased interest mainly for the 2nd generation ethanol production. The hydrolysis of cellulose to reducing sugars such as glucose and xylose is catalysed by a group of enzymes called cellulases. However, the main bottleneck in the enzymatic hydrolysis of cellulose is the significant deactivation of the enzyme that shows irreversible adsorption mechanism leading to reduction of the cellulose adsorption onto cellulose. Studies have shown that the use of surfactants can modify the surface property of the cellulose therefore minimizing the irreversible binding. The main objective of the present study was to evaluate the influence of chemical and biological surfactants during the hydrolysis of coconut husk which was subjected to two pre-treatment in order to improve the accessibility of the enzymes to the cellulose, removing this way, part of the lignin and hemicellulose present in the structure of the material. The pre-treatments applied to coconut bagasse were: Acid/Alkaline using 0.6M H2SO4 followed by 1M NaOH, and the one with Alkaline Hydrogen Peroxide at a concentration of 7.35% (v/v) and pH 11.5. Both the material no treatment and pretreated were characterized using analysis of diffraction X-ray (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM) and methods established by NREL. The influence of both surfactants, chemical and biological, was used at concentrations below the critical micelle concentration (CMC), and the concentrations equal to the CMC. The application of pre-treatment with coconut residue was efficient for the conversion to glucose, as well as for the production of total reducing sugars, it was possible to observe that the pretreatment fragmented the structure as well as disordered the fibers. Regarding XRD analysis, a significant increase in crystallinity index was observed for pretreated bagasse acid/alkali (51.1%) compared to the no treatment (31.7%), while that for that treated with PHA, the crystallinity index was slightly lower, around 29%. In terms of total reducing sugars it was not possible to observe a significant difference between the hydrolysis carried out without the use of surfactant compared to the addition of Triton and rhamnolipid. However, by observing the conversions achieved during the hydrolysis, it was noted that the best conversion was using the rhamnolipíd for the husk pretreated with acid/alkali, reaching a value of 33%, whereas using Triton the higher conversion was 23.8%. The coconut husk is a residue which can present a high potential to the 2nd generation ethanol production, being the rhamonolipid a very efficient biosurfactant for use as an adjuvant in the enzymatic process in order to act on the material structure reducing its recalcitrance and therefore improving the conditions of access for enzymes to the substrate increasing thus the conversion of cellulose to glucose.

Avaliação da influência de surfactantes químico e biológico na hidrólise enzimática de casca de coco verde após pré-tratamento ácido/alcalino e com peróxido de hidrogênio alcalino

In Brazil many types of bioproducts and agroindustrial waste are generated currently, such as cacashew apple bagasse and coconut husk, for example. The final disposal of these wastes causes serious environmental issues. In this sense, waste lignocellulosic content, as the shell of the coconut is a renewable and abundant raw material in which its use has an increased interest mainly for the 2nd generation ethanol production. The hydrolysis of cellulose to reducing sugars such as glucose and xylose is catalysed by a group of enzymes called cellulases. However, the main bottleneck in the enzymatic hydrolysis of cellulose is the significant deactivation of the enzyme that shows irreversible adsorption mechanism leading to reduction of the cellulose adsorption onto cellulose. Studies have shown that the use of surfactants can modify the surface property of the cellulose therefore minimizing the irreversible binding. The main objective of the present study was to evaluate the influence of chemical and biological surfactants during the hydrolysis of coconut husk which was subjected to two pre-treatment in order to improve the accessibility of the enzymes to the cellulose, removing this way, part of the lignin and hemicellulose present in the structure of the material. The pre-treatments applied to coconut bagasse were: Acid/Alkaline using 0.6M H2SO4 followed by 1M NaOH, and the one with Alkaline Hydrogen Peroxide at a concentration of 7.35% (v/v) and pH 11.5. Both the material no treatment and pretreated were characterized using analysis of diffraction X-ray (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM) and methods established by NREL. The influence of both surfactants, chemical and biological, was used at concentrations below the critical micelle concentration (CMC), and the concentrations equal to the CMC. The application of pre-treatment with coconut residue was efficient for the conversion to glucose, as well as for the production of total reducing sugars, it was possible to observe that the pretreatment fragmented the structure as well as disordered the fibers. Regarding XRD analysis, a significant increase in crystallinity index was observed for pretreated bagasse acid/alkali (51.1%) compared to the no treatment (31.7%), while that for that treated with PHA, the crystallinity index was slightly lower, around 29%. In terms of total reducing sugars it was not possible to observe a significant difference between the hydrolysis carried out without the use of surfactant compared to the addition of Triton and rhamnolipid. However, by observing the conversions achieved during the hydrolysis, it was noted that the best conversion was using the rhamnolipíd for the husk pretreated with acid/alkali, reaching a value of 33%, whereas using Triton the higher conversion was 23.8%. The coconut husk is a residue which can present a high potential to the 2nd generation ethanol production, being the rhamonolipid a very efficient biosurfactant for use as an adjuvant in the enzymatic process in order to act on the material structure reducing its recalcitrance and therefore improving the conditions of access for enzymes to the substrate increasing thus the conversion of cellulose to glucose.

Obtenção de concentrado proteico do farelo de arroz e avaliação das propriedades químicas e funcionais

Esta dissertação é composta por 5 artigos.

Intervenções de poda e manejo de cacho de uvas de mesa em regiões tropicais.

A viticultura tropical brasileira caracteriza-se por temperaturas elevadas o ano inteiro, alta insolação e baixa umidade relativa (UR), aliadas à disponibilidade de água para irrigação. Tais características favorecem o desenvolvimento vegetativo das videiras e a colheita em qualquer época do ano, em, pelo menos, duas safras anuais. As principais cultivares são da espécie Vitis vinifera L., para a produção de uvas finas para consumo in natura e elaboração de vinhos e espumantes, e uvas de Vitis labrusca e híbridas, para elaboração de suco. O sistema de produção de uvas de mesa, especialmente em condições tropicais, é complexo e dinâmico e inclui a poda de formação e de frutificação, as operações de poda verde realizadas durante a fase de crescimento vegetativo da planta, bem como as práticas voltadas para a melhoria de qualidade dos cachos. Os principais tipos de poda são: poda de formação, poda de produção e poda de rejuvenescimento. Podem ser realizadas em qualquer época do ano, mas recomenda-se um intervalo mínimo de 30 a 60 dias entre a colheita e a poda do ciclo seguinte, que é denominado período de repouso. As práticas de poda verde, realizadas durante o ciclo de crescimento vegetativo, reúnem um conjunto de operações feitas na copa da videira para eliminar órgãos, como brotos, sarmentos, ramos, netos, gavinhas e inflorescências.

Formigas associadas a cochonilhas-farinhentas em cultivos de videira no semiárido brasileiro.

A região do Submédio São Francisco é pioneira na produção de uvas em condições tropicais no Brasil. No entanto, com a expansão das áreas cultivadas, surge simultaneamente, a ampliação da distribuição de insetos-praga (OLIVEIRA et al., 2010), como as cochonilhas. Dentre as espécies que atacam os cultivos de videira na região, destacam-se as cochonilhas-farinhentas (Hemiptera: Pseudococcidae) das espécies Maconelicoccus hirsutus (Green, 1908), Planococcus citri (Risso, 1813) e Dysmicoccus brevipes (Cockerell, 1893). Estas espécies podem ocasionar danos em uvas destinadas ao consumo in natura, danificando as bagas devido à sucção de seiva e como consequência, favorecer o aparecimento da fumagina, depreciando a fruta para o mercado externo e o interno (MORANDI FILHO, 2008). As formigas são muito importantes por dispersarem as cochonilhas-farinhentas e a constatação de algumas espécies em videira pode ser um indicativo da presença de populações destes insetos (DAANE et. al., 2006). Formigas e cochonilhas da família Pseudococcidade podem associar-se com benefícios mútuos. Neste tipo de relação, as formigas se alimentam do honeydew excretado e em troca, defendem as cochonilhas dos seus inimigos naturais, diminuem a taxa de mortalidade, e consequentemente, aumentam a população de cochonilhas, auxiliam na diminuição da contaminação dos fungos e/ou transportam as suas ninfas para outros locais de nidificação (ZHOU et al., 2015). Um exemplo é a espécie de formiga argentina Linepithema humile (Hymenoptera: formicidae) que tem se associado diretamente à cochonilha-farinhenta em busca das excreções açucaradas, tendo sido considerada uma das principais pragas, como na Califórnia e na África do Sul (DAANE et al. 2006). Além disso, a presença de formigas dificulta o controle biológico (MGOCHEKI; ADDISON, 2009) e como as formigas transportam as ninfas para o interior dos cachos, o controle é dificultado. Assim, o controle de formigas deve estar associado às estratégias de manejo das cochonilhas-praga (DAANE et. al., 2008). Com isso, o objetivo deste trabalho foi realizar o levantamento de espécies de formigas 31 doceiras associadas à cochonilhas-farinhentas (Hemiptera: Pseudococcidae) em cultivos de videira no Submédio São Francisco.

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.

What Bees Want: Algorithm-Aided Design di un'arnia progettata per le api e realizzata in Additive Manufacturing

L’importanza delle api per la vita sulla Terra ed il rischio alle quali sono sottoposte per via dell’azione dell’uomo sono ormai un dato di fatto. La concezione antropocentrica della natura e l’allevamento al solo fine produttivo di questi piccoli insetti, ha da sempre danneggiato il loro habitat e interferito con i loro cicli biologici. L’apicoltura, nata come un rapporto mutualistico in cui l’uomo offriva un rifugio alle api e loro in cambio provvedevano al suo nutrimento, si è trasformato in una dannosa dipendenza ed in un assoggettamento di questi insetti ai ritmi artificiali e tutt’altro che naturali della produzione rapida e seriale volta all’ottenimento di un profitto. Un’evidente prova di questa condizione, sono i rifugi per le api, le arnie. Ci siamo mai chiesti perché le arnie hanno questa forma? È quella che preferiscono le api, o quella che rende più pratici e veloci processi di costruzione, gestione e produzione? In natura le api colonizzano cavità quali tronchi cavi di alberi, forme lontane, per non dire diametralmente opposte a quelle in cui le vediamo vivere negli allevamenti. In questa ottica, il design e le nuove tecnologie, poste al servizio della Natura, conducono ad un punto di incontro tra le esigenze umane e quelle degli altri esseri viventi, delle api in questo caso. I concetti di Additive Manufacturing e Design Computazionale, permettono processi di produzione simili a quelli evolutivi naturali e trovano per questa motivazione un’applicazione ideale per progetti che si pongono come fine quello di discostarsi da una visione troppo artificiale, per riavvicinarsi alla perfezione e all’armonia delle leggi della Natura.

Fenomeni emergenti di sincronizzazione in network dinamici di oscillatori

In questa tesi viene modellizzato un peculiare comportamento emergente di auto-organizzazione in natura: la sincronizzazione dei flash luminosi degli sciami di lucciole. Al fine di studiare tale fenomeno vengono inizialmente analizzati dei modelli proposti in letteratura per simulare il fenomeno del flocking: in particolare, ci si sofferma sull'analisi delle differenti conseguenze tra le assunzioni di interazione metrica o topologica tra gli individui negli stormi. Queste due modalità di interazione tra gli elementi del gruppo vengono poi traslate nell'ambito della sincronizzazione. Infatti prendendo spunto dal modello di Kuramoto, il quale descrive la transizione ad uno stato sincrono di insiemi di oscillatori debolmente accoppiati, sono state prodotte delle simulazioni al calcolatore mettendo a confronto le proprietà dinamiche dei due tipi di interazione relativamente alla sincronizzazione dei flash degli sciami di lucciole. Il risultato è che i modelli risultano adeguati ad una descrizione semplificata del fenomeno, con alcune caratteristiche in comune con l'ambito del flocking, ed altre che risultano invece peculiari per questa specifica applicazione.

Brazilian Natural Fiber (jute) As Raw Material For Activated Carbon Production.

Jute fiber is the second most common natural cellulose fiber worldwide, especially in recent years, due to its excellent physical, chemical and structural properties. The objective of this paper was to investigate: the thermal degradation of in natura jute fiber, and the production and characterization of the generated activated carbon. The production consisted of carbonization of the jute fiber and activation with steam. During the activation step the amorphous carbon produced in the initial carbonization step reacted with oxidizing gas, forming new pores and opening closed pores, which enhanced the adsorptive capacity of the activated carbon. N2 gas adsorption at 77K was used in order to evaluate the effect of the carbonization and activation steps. The results of the adsorption indicate the possibility of producing a porous material with a combination of microporous and mesoporous structure, depending on the parameters used in the processes, with resulting specific surface area around 470 m2.g-1. The thermal analysis indicates that above 600°C there is no significant mass loss.

Quality and sensorial characteristics of osmotically dehydrated mango with syrups of inverted sugar and sucrose

Osmotic dehydration is becoming more popular as a complementary treatment in the processing of dehydrated foods, since it presents some advantages such as minimising heat damage to the colour and flavour, inhibiting enzymatic browning and thus dispensing the addition of sulphite and, mainly, reducing energy costs. The objective of the present study was to evaluate the effect of using inverted sugar and sucrose syrups as osmotic agents in the dehydration of mango. The conditions used in the dehydration process were: syrup/fruit ratio of 3:1 (v/w); temperature of 45ºC and constant stirring. The in natura and osmo-dehydrated fruits were evaluated in relation to pH, moisture content, water activity (a w) and soluble solids (ºBrix). Solids incorporation and loss in mass after the dehydration process were also determined. The sensory acceptance of the in natura and osmo-dehydrated fruits was determined for the attributes of aroma, flavour, texture and overall acceptance using a hedonic scale. Osmotic dehydration resulted in a reduction in moisture content and water activity, an increase in Brix and maintenance of the pH. The treatment with inverted sugar syrup resulted in more significant alterations in moisture content, a w, Brix, solids incorporation and loss in mass than the treatment with sucrose syrup. Mangos osmo-dehydrated with inverted sugar (55.3% inversion rate) syrup obtained acceptance similar to in natura mangos, this treatment being considered the most adequate for dehydration purposes.