Studio computazionale DFT e TD-DFT dei dimeri della Rodamina-B

L’oggetto di questo elaborato è lo studio computazionale, a livello della teoria del funzionale della densità (DFT) e della sua formulazione dipendente dal tempo (TD-DFT), dei dimeri della molecola di rodamina-B, parallelo allo sviluppo di una procedura di tuning ottimale del funzionale CAM-B3LYP. Questa molecola, che assume notevole rilevanza nei sistemi light harvesting grazie alle sue proprietà fotochimiche di emissione nel visibile, è impiegata nella sintesi di nanoparticelle (NPs) fluorescenti in ambito di diagnostica medica e bio-imaging, che sfruttano il fenomeno di trasferimento di energia per risonanza (FRET). Per via della notevole importanza che questa molecola riveste nell’ambito della fotochimica, essa è stata oggetto di esperimenti del gruppo di ricerca del laboratorio di biofotonica e farmacologia “Nanochemistry and Bioimaging”, che collabora con il gruppo di chimica computazionale dell’area chimico/fisica del Dipartimento. La dimerizzazione della rodamina all’interno delle NPs può innescare canali di self-quenching che abbassano la resa quantica di fluorescenza, pregiudicando l’efficienza dei dispositivi: l’obiettivo dello studio è la caratterizzazione dei dimeri, in solventi e con controioni diversi, impiegando dei modelli molecolari, per identificarne le specie più stabili e descrivere la fotofisica degli stati elettronici eccitati. Il carattere generalmente charge-transfer (CT) di questi stati elettronici richiede un “tuning ottimale” della metodologia computazionale DFT/TD-DFT per una descrizione quantitativa accurata.

Arricchimento di colture microbiche anaerobiche su acido perfluoroottanoico (PFOA) e diversi accettori finali di elettroni

Nel presente elaborato è stata studiata la capacità biodegradativa di cinque differenti set di colture microbiche miste in anaerobiosi, rispetto all’acido perfluoroottanoico (PFOA). Quest’ultimo è un contaminante riconosciuto dalla comunità scientifica internazionale come persistente, tossico, bioaccumulante e ubiquitario, tipicamente trasportato nell’ecosistema acquatico. Le colture studiate sono state realizzate in microcosmi di acqua di falda, a partire da colture ottenute in uno studio di biodegradazione precedente, condotto su acque di falda contaminate da sostanze perfluoroalchiliche (PFASs), arricchendole in PFOA a una concentrazione di 50 mg/L in presenza di diversi accettori finali di elettroni (Fe(III), NO3— e SO42-) e donatori di elettroni (H2, NH4+, CH3-CHOH-COO- e CH3COO-) La prova sperimentale ha evidenziato una crescita microbica in alcune delle condizioni realizzate (NO3—-riduzione con ossidazione di CH3COO-, Fe(III)-riduzione con ossidazione di NH4+, SO42—-riduzione con ossidazione di CH3-CHOH-COO-). Sebbene sia stato osservato un consumo di metaboliti talvolta notevole nelle suddette condizioni, non è stata riscontrata una rimozione significativa dell’acido perfluoroottanoico ad esso correlata.

Valorizzazione della sansa d'oliva: estrazione ed analisi della frazione fenolica

Il presente elaborato di tesi espone uno studio scientifico che ha come obbiettivo quello di valutare un metodo sostenibile per il recupero della frazione fenolica presente nella sansa d’oliva vergine, il sottoprodotto solido dell’industria olearia. L’attività di ricerca ha riguardato prove sperimentali di estrazione di tali composti minori polari da sanse d’oliva vergini successivamente caratterizzate con metodi analitici (Folin-Ciocâlteu, UHPLC-DAD). Lo scopo finale di questo studio è l’ottenimento di un estratto idroalcolico caratterizzato per il contenuto in componenti polari ad attività riducente, quali le molecole fenoliche; si intende quindi ottenere un semilavorato ad alto valore aggiunto che possa essere conferito successivamente all’industria alimentare, cosmetica, farmaceutica, per la produzione di prodotti funzionali con proprietà bioattive. Questo studio è orientato verso un concetto di innovazione di metodi efficaci per la valorizzazione di questi scarti. Il lavoro compiuto ha confermato la possibilità di valorizzare la sansa d’oliva in maniera sostenibile in un’ottica di economia circolare, con ottenimento di estratti idro-alcolici interessanti in termini di contenuto in composti ad attività riducente riconducibili, con molta probabilità, soprattutto a molecole a struttura fenolica. Gli studi preliminari sulle sanse hanno permesso di individuare il campione ideale da sottoporre al processo di valorizzazione, ovvero la sansa trifasica ma, salvo un costo maggioritario in termini energetici durante la fase di evaporazione dell’estratto filtrato, grazie al metodo messo a punto, possono essere valorizzate sanse sia bifasiche che trifasiche denocciolate. Le tecnologie considerate, quali ad esempio presse, sistemi di centrifugazione ed evaporazione e solventi “green’’ quali l’etanolo, suggeriscono la possibilità di uno scale-up a livello industriale per la produzione di estratti caratterizzati per il contenuto in composti riducenti e fenolici.

Valorizzazione dei sottoprodotti dei gamberi rossi tramite l'estrazione di molecole bioattive con tecnologie green

Il gambero rosso argentino (Pleoticus muelleri) è un crostaceo molto importante a livello commerciale. Nell’industria di trasformazione dei gamberi, gli scarti prodotti sono circa il 50-60% rispetto al volume delle catture, pertanto identificare la loro valorizzazione rappresenterebbe un grande passo avanti nell’ambito dell’aumento della sostenibilità e dell’economia circolare. I sottoprodotti derivanti dai gamberi, infatti, rappresentano una fonte di composti bioattivi molto interessanti, come l’astaxantina, un pigmento che ha suscitato particolare interesse soprattutto negli ultimi anni, in primis per le sue proprietà antiossidanti. Lo scopo del seguente studio, infatti, è stato la valutazione del recupero di molecole bioattive dai sottoprodotti dei gamberi attraverso il confronto di tecnologie green e tecnologie “tradizionali”. In particolar modo, le tecniche green prese in esame sono state l’estrazione con fluidi supercritici (SFE), l’estrazione tramite campi elettrici pulsati (PEF), la combinazione delle due (PEF-SFE) e l’estrazione accelerata con solvente (ASE). L’ASE è stata eseguita sia con l’utilizzo di solventi non green, utilizzando una miscela di cloroformio e metanolo, sia attraverso l’uso di solventi green, utilizzando acqua ed etanolo. Per la SFE e il PEF i parametri di processo sono stati ottimizzati per l’estrazione di astaxantina. Inoltre, è stata considerata anche l’estrazione di altre biomolecole, quali polifenoli, proteine, minerali ed infine metalli pesanti. Dai risultati è emerso che, a seconda delle biomolecole che si vogliono estrarre dai sottoprodotti dei gamberi, alcune tecniche permettono rese più soddisfacenti rispetto alle altre; tuttavia, non è possibile affermare che una delle tecniche green prese in esame in questo studio sia universalmente migliore rispetto alle altre.