Dissertations / Theses on the topic 'Spettroscopia NMR'

Currently, the refiners have to cope with an increasing demand of high quality distillates of tighter specifications, while facing the need to process increasingly heavier and poorer quality crudes. Furthermore, the recent trends to process heavy and lower cost crudes spurred the interest on residue upgrading, normally referred to as bottom of the barrel processing, as a means to fully exploit the crudes’ heavy fractions. To reach these goals, refiners are looking at optimizing production and improving selection of crudes and crude mixtures to be processed which can only be achieved through a detailed knowledge of the composition and quality of feed and finished products. Generally, to know the yield and the quality of the crude oils, it is necessary to perform an atmospheric distillation and to characterize their fractions at laboratory level (crude assay). In order to characterize the crude residue, a vacuum distillation is needed and the physical-chemical properties of the resulting fractions must be measured. The time required for these characterization measurements is between 2 and 3 weeks, the amount of sample needed is large, up to 10 Kg, and the overall routine is generally expensive in terms of instruments, man-hours and consumables. Furthermore, crudes quality is not constant and tends to fluctuate over time and with field. To ensure technically, economically, and environmentally proper refining operations there is a substantial need for fast analytical methods for characterization of crude oils and their residua. During this PhD research, as a fast and viable alternative, 1H NMR spectroscopy, combined with chemometrics, has been used. To exploit the full information content of the NMR data acquired on complex systems, as crude oils, chemometric regression techniques as partial least squares (PLS) have been developed. The proton NMR spectra of neat crude samples have been recorded using a 300-MHz laboratory spectrometer. PLS regression models for prediction were built using analytical data obtained at the SARTEC laboratory. The attention was focused on the study of the most common crude assay properties such as API gravity, TBP distillation yields, KUOP factor, pour point, total acidity number and sulfur, carbon, hydrogen and nitrogen content. Successively, it was proved that also other important physical-chemical parameters can be predicted using the NMR. Among these asphaltenes, carbon residue, metal content, and especially the breakdown of aromatic classes content which, despite their impact on process, have been overlooked in previous researches. In addition, this thesis, demonstrates the possibility to predict most of the properties of atmospheric and vacuum distillation residua directly from the 1H NMR spectra of crudes. The speed of this method and most of all the possibility to avoid the distillation of the sample prior to analysis, opens to the opportunity to use real time property data of residua to evaluate process strategies and to assess the impact on downstream processes. Chemometric modelling was carried out for the most important property of residua, i.e. yields, density, viscosity, sulfur content, asphaltenes, carbon residue, nitrogen, hydrogen and carbon content.

La dialisi extracorporea, o emodialisi, è il metodo per ripulire il sangue meccanicamente mediante circolazione extracorporea, in modo da rimuovere sostanze che normalmente sarebbero eliminate dai reni e viene praticata quando la funzionalità renale di un individuo è in parte o totalmente compromessa. Durante una singola seduta di terapia dialitica il paziente può essere esposto a una quantità d'acqua che varia tra i 100 e i 120 litri. L’attività di tesi si inserisce nel contesto della cosiddetta “emodialisi sostenibile”, che ha tra gli obiettivi principali la riduzione del consumo idrico. Un metodo efficace in tal senso potrebbe essere rappresentato da sistemi di rigenerazione online dell’effluente che permetterebbero il ricircolo del liquido di dialisi. Alla base dello sviluppo di un sistema di questo tipo vi è l’analisi e la caratterizzazione del liquido di dialisi in termini di elettroliti e di tutte le altre specie in esso presenti (tossine uremiche, proteine ecc.). Obiettivo di questa tesi è l’analisi sperimentale della composizione del liquido di dialisi pre e post filtro tramite una tecnica avanzata di indagine quale la spettroscopia di risonanza magnetica nucleare (NMR). La spettroscopia NMR è un metodo basato sulle proprietà magnetiche dei nuclei di alcuni atomi/isotopi, il cui scopo è quello di ricavare informazioni sulla frequenza di risonanza dei nuclei attivi (come H e 13C) in risposta a un determinato campo magnetico. Esaminando gli spettri NMR dei dialisati è stato possibile caratterizzare qualitativamente le piccole molecole (zuccheri, amminoacidi, osmoliti, acidi organici ecc.) presenti nei diversi campioni. Inoltre dall’osservazione dei dati si possono apprezzare importanti differenze tra pazienti dializzati affetti da patologia diabetica rispetto a pazienti dializzati non diabetici. La spettroscopia NMR è risultata essere un metodo efficace per lo studio dei campioni di fluido, in quanto richiede una preparazione strumentale semplice e veloce.

A new diastereo- and enantioselective strategy for the functionalization of 2-acetyl-pyridine with α,β-unsaturated aldehydes has been investigated through synergistic catalysis. In particular, the aim of the work was to use cinnamaldehydes bearing different substituents on the phenyl group and to study its effect on the yield, conversion and stereoselectivity of the reaction. The reaction mechanism involves combined iminium ion and transition metal catalysis in a synergistic fashion and proceeds with two consecutives Michael additions, followed by final intramolecular aldol condensation to yield the formation of three new stereogenic carbons, with high to excellent stereoselectivities. The structures of the molecules obtained were fully characterized by NMR spectroscopy. After having assigned the relative configuration by NOE-NMR and 2D-COSY experiments, conformational analysis was performed by DFT calculations to find the most stable molecular conformations. The absolute configuration of each diastereoisomer was then eventually assigned by quantum mechanical simulations of the Electronic and Vibrational Circular Dichroism spectra.

Studio, a livello teorico basandosi sulla teoria DFT, del precursore dell’acido fosforico di Brønsted derivato dall’R-BINOL, delineazione delle conformazioni possibili e della loro stabilità come supporto base alla via sperimentale. Ricerca di una via di sintesi ottimizzata, basata sulla reazione di Suzuki-coupling, che permetta di ottenere i precursori ipotizzati in precedenza (si veda la figura 9) con buone rese e successiva separazione degli atropoisomeri mediante HPLC semipreparartiva. Caratterizzazione completa degli isomeri conformazionali utilizzando tecniche spettroscopiche (NMR ed ECD), studio cinetico per ottenere il valore della barriera rotazionale sperimentale (ΔG#) dei gruppi metilnaftalenici attraverso equilibrazione termica e confronto con i dati teorici. Ricerca di una via di sintesi che consenta la funzionalizzazione dei precursori ad acidi fosforici senza alterazione della conformazione atropoisomerica e con assenza di racemizzazione ed equilibrazione. Studio dell’attività catalitica dei vari atropoisomeri in una sintesi asimmetrica nota per osservare sia come varia la reattività in funzione della conformazione molecolare, sia per ottenere confronti con altri organocatalizzatori conosciuti.

2010 - 2011
It is increasingly recognized that the oceans preserve a huge number of natural products and novel chemical entities, with biological activities that may be useful in the quest for finding drugs with greater efficacy and specificity for the treatment of many human diseases. In this light, the aim of my project was to isolate and characterize novel molecules from marine organisms with regard to the identification of new “lead compounds” for pharmaceutical applications. The organisms considered for this study were selected by using two different strategies. The first one was based on enhancement of the taxonomic diversity. In this process, an emphasis was placed on collecting specimens related to - but differing from - those known to contain bioactive natural products. The second approach was to evaluate ecological factors such as costumer pressure, growth form (e.g. thin encrusting), level of resource competition, presence or absence of biofouling, etc., and relate this to the expression of the secondary metabolism. Some invasive species have chemical defences, which may enhance their invasion success, so as many marine organisms are soft bodied and have a sedentary life style necessitating chemical means of defence. Therefore, they have evolved the ability to synthesize or to obtain from marine microorganisms bioactive compounds that help them in deterring predators, keep competitors at bay or paralyze their prey. [edited by the author]
X n.s.

Ottenere dati affidabili sul consumo di cibo (in termini di assunzione di energia e nutrienti) è fondamentale per la promozione della salute e per la prevenzione di malattie non trasmissibili. Metodi soggettivi e retrospettivi, quali i questionari e i diari alimentari, impongono di ricordare, descrivere e quantificare con precisione l'assunzione di cibi e bevande. Recentemente è stato messo in luce il potenziale intrinseco dei biomarcatori associati all'assunzione alimentare, acquisiti mediante approcci metabolomici, per validare studi di epidemiologia nutrizionale. Nella presente tesi sono descritti alcuni strumenti innovativi di analisi dei dati, che sono stati applicati a quelli generati dal progetto CHANCE, e inseriti in algoritmi sviluppati ad hoc per la loro validazione automatica. Le informazioni raccolte, mediante diari H24R, su abitudini alimentari nell’ambito del suddetto progetto europeo sono state verificate applicando l’approccio metabolomico, basato su biomarcatori di consumo, noti in letteratura e identificati negli spettri NMR di urine raccolte sulla stessa coorte di soggetti, che sono stati oggetto di studio. I risultati mettono in luce la complessità delle relazioni esistenti tra alimenti e molecole associate al loro consumo, e, soprattutto, offrono uno strumento per assegnare a ciascun soggetto un indice di attendibilità del diario rilasciato. Dallo studio emerge anche che non tutti i biomarcatori sono equivalenti nella precisione con cui riportano il livello di assunzione del cibo corrispondente. Questo doppio errore, cioè quello determinato dalla stima errata del cibo assunto da parte del consumatore, e quello della reale quantità assimilata e metabolizzata delle molecole assunte mediante l’alimento, merita la dovuta attenzione nella decisione di utilizzare l’indice di affidabilità dei report individuali. Lo studio, comunque, rappresenta il preambolo necessario ad attivare ulteriori studi che costituiranno il seguito a questa tesi.

Le abitudini alimentari degli ultimi decenni hanno risentito del cambiamento dello stile di vita della popolazione, registrando un aumento del consumo di alimenti ready-to-eat (piatti pronti, snack, salumi e formaggi), ricchi di grassi saturi e trans, sale e zuccheri. Vista la stretta correlazione tra alimentazione e salute, l’Organizzazione Mondiale della Sanità ha consigliato di seguire una dieta che sia il più possibile varia e ricca di cibi freschi e nutrienti, limitando l’utilizzo di sale, zucchero, grassi saturi e trans ed evitando il consumo di alcol. La regione Emilia-Romagna vanta la produzione di alimenti della tradizione di origine animale, quali formaggi e salumi. Per ovviare alla diffusione di malattie non trasmissibili tra la popolazione, causate dall’introduzione di alimenti ad alto contenuto di sale, la regione si impegna per incentivare le aziende produttive a ri-elaborare i prodotti della tradizione culinaria emiliano-romagnola affinché siano più conformi alle linee guida nazionali e internazionali. Questo lavoro di tesi prende parte al progetto “MiMe4Health” che nasce con l’obiettivo di ampliare l’offerta di prodotti lattiero-caseari e della salumeria, mettendo in atto nuove produzioni che abbiano un profilo salutistico e nutrizionale migliore, in quanto a basso contenuto di sale e privi di nitrati e nitriti aggiunti. Sono stati presi in considerazione prodotti a base di carne, in particolare salami della tradizione e analoghi nutrizionalmente migliorati grazie al ridotto contenuto di sale e senza nitrati aggiunti. È stata valutata e confrontata la digeribilità, quindi la bioaccessibilità e la biodisponibilità, dei nutrienti delle due categorie di prodotto durante la digestione in vitro, sfruttando la Spettroscopia 1H-NMR. La ricerca svolta nell’ambito del lavoro di tesi ha dimostrato che la digeribilità dei salumi innovativi rispetto a quelli tradizionali è mantenuta con cinetiche e quantità essenzialmente equivalenti.

Il mio lavoro di tesi si è basato sulla caratterizzazione dei materiali porosi rivolgendo particolare attenzione alla ricerca di elementi dinamici all’interno delle strutture e allo studio dei gas adsorbiti. Sono riuscito a rilevare la presenza di rotori parafenilenici ultraveloci sia in cristalli molecolari porosi che in metal-organic framework (MOF). Uno studio più approfondito ha inoltre rivelato come questi moti siano influenzati dal gas adsorbito. Nello specifico l’energia di attivazione della rotazione aumenta in funzione della quantità di gas nei pori. Per meglio capire questa interazione è però fondamentale la conoscenza del comportamento dei gas nei materiali porosi. Ho pertanto rivolto la mia attenzione allo studio del moto di xeno e CO2 in diversi materiali. L’utilizzo combinato di NMR e calcoli ab initio si è rivelato fondamentale per la comprensione di questi fenomeni ed è stato possibile rivelare particolari caratteristiche tanto dei gas quanto dei materiali stessi. La complessità della diffusione all’interno dei canali si è anche presentata in modi insoliti come il moto elicoidale dell’anidride carbonica imposto dal potenziale elettrostatico. Volendo continuare lo studio dei gas nei pori, ho caratterizzato diversi porous aromatic framework (PAF) con la tecnica dello xeno iperpolarizzato. Questo non mi ha consentito solo di misurare con accuratezza le dimensioni dei pori ma anche calcolare l’energia di interazione tra lo xeno e le pareti dei canali. Desiderando espandere le mie conoscenze sull’iperpolarizzazione come tecnica NMR, ho passato sei mesi presso il gruppo del Prof. L. Emsley a Losanna imparando la dynamic nuclear polarization (DNP) nonché la sua applicazione a diversi materiali.
My thesis work was based on the characterization of porous materials, paying particular attention to the research of dynamic elements within the structures and to the study of adsorbed gases. I was able to detect the presence of ultrafast paraphenylenic rotors in both porous molecular crystals and metal-organic frameworks (MOFs). A more detailed study has also revealed how these motions are influenced by the adsorbed gas. Specifically, the activation energy of the rotation increases as a function of the quantity of gas in the pores. To better understand this interaction, the knowledge of the behavior of gases in porous materials is fundamental. I turned my attention to the study of xenon and CO2 motion in different materials. The combined use of NMR and ab initio calculations proved to be fundamental for understanding these phenomena and it was possible to reveal particular characteristics both of the gases and of the materials. The complexity of the diffusion within the channels has also been presented in unusual ways as the helicoidal motion of carbon dioxide imposed by the electrostatic potential. To continue the study of pore gases, I characterized several porous aromatic frameworks (PAFs) with the hyperpolarized xenon technique. This not only allowed me to accurately measure the pore size but also to calculate the interaction energy between the xenon and the channel walls. To expand my knowledge on hyperpolarization as an NMR technique, I spent six months at the group of Prof. L. Emsley in Lausanne learning dynamic nuclear polarization (DNP) as well as its application to different materials.

Gli estratti ottenuti da piante medicinali sono costituiti per lo più da miscele complesse di composti attivi chimicamente differenti, anche conosciuti come metaboliti secondari. L’attività biologica dei prodotti naturali non è da attribuire a un singolo composto, ma piuttosto alla moltitudine di molecole che agiscono in sinergia tra loro. Per questa ragione la determinazione di tutti i costituenti attivi rappresenta un punto cruciale per assicurare l’efficacia, attendibilità e sicurezza nell’uso dei prodotti medicinali a base di piante. Ancora oggi, il controllo di qualità ed autenticità delle materie prime vegetali è ostacolato dalla mancanza di metodi analitici validati e dalla limitata disponibilità di standard di riferimento. I metodi di analisi per gli estratti vegetali e per i prodotti nutraceutici devono essere costantemente messi a punto ed aggiornati, dal momento che sempre nuove combinazioni di sostanze vengono impiegate in nuove formulazioni. Questo progetto di Dottorato di ricerca si è basato sullo sviluppo e successiva applicazione di metodi innovativi per l’analisi di metaboliti secondari di origine vegetale. Particolare attenzione è stata rivolta all’analisi di piante di interesse farmaceutico (Cannabis sativa L., and Spathodea campanulata P. Beauv.) e nutraceutico (Morus alba L., Aloysia polystachya Griseb. et Moldenke). Oggetto di questa dissertazione sono anche i diversi saggi in-vitro, messi a punto per valutare l’attività biologica degli estratti in analisi. Nel primo Capitolo, è stata applicata la spettroscopia NMR per la determinazione dei principali cannabinoidi non psicoattivi presenti nelle infiorescenze femminili di Cannabis da fibra. Il metodo analitico è stato sviluppato e validato in conformità alle linee guida internazionali. Questa tecnica trova applicazione nel monitoraggio del materiale vegetale di partenza, per garantire una migliore riproducibilità nei test biologici e per assicurare efficacia e sicurezza nell’uso di prodotti farmaceutici derivati. Come proseguimento del lavoro, metodi separativi e non separativi per l’analisi dei cannabinoidi sono stati discussi e messi a confronto per comprenderne potenzialità e svantaggi. Alcune varietà di C. Sativa sono state selezionate per la preparazione di estratti ricchi in cannabinoidi non psicoattivi, di cui è stata valutata l’attività antiproliferativa su modelli cellulari. Nel secondo Capitolo, è presentato uno studio di caratterizzazione della composizione chimica di varietà di gelso Italiane, quali fonti di principi attivi nel contesto di nuovi approcci terapeutici per il diabete mellito. Questo studio, primo nel suo genere, prevede di selezionare le cultivar più idonee alla produzione di estratti standardizzati a base di attivi ipoglicemizzanti. Le proprietà antiglicative e antidiabetiche di estratti di foglie di gelso sono state testate e diverse strategie per ritardare il rilascio dei componenti attivi sono state sviluppate al fine di potenziarne le capacità terapeutiche. Nel terzo Capitolo è stata analizzata la composizione chimica di S. campanulata, mediante HPLC-ESI-MS2. L’obiettivo principale è stato quello di individuare i composti responsabili della documentata inibizione di H. pylori e fare luce sui meccanismi alla base dell’attività biologica. Nel quarto Capitolo è stata indagata la composizione fenolica di A. polystachya, mediante tre differenti tecniche MS accoppiate all’HPLC. Il metodo di analisi è stato sviluppato e validato per l’identificazione dei principali metaboliti, e alcuni di essi sono stati identificati per la prima volta in questa pianta.
Plant extracts mainly consist in complex mixtures of chemically different bioactive compounds also known as secondary metabolites. In most cases, the bioactivity of natural products is not ascribable to a single compound, but rather to a multitude of them acting in a synergistic way. In this view, the complete definition of all the phytochemical constituents represents a key point to ensure the efficacy, reliability, and safety in the use of herbal medicines. Even today, the quality and authenticity assessment of herbal raw materials is frequently impaired by the lack of validated analytical methods and by the limited availability of certified references. Techniques for the analysis of herbal extracts and nutraceuticals need to be developed and upgraded continuously since different combinations of ingredients are employed in new formulations. In view of the above, the current PhD project was focused on the development and application of innovative analytical methods for the analysis of plant bioactive secondary metabolites. Particular attention was paid to plants of pharmaceutical (Cannabis sativa L., and Spathodea campanulata P. Beauv.) and nutraceutical interest (Morus alba L., Aloysia polystachya Griseb. et Moldenke). Different in-vitro assays for the bioactivity evaluation of these plants’ extracts were also the object of this PhD Thesis. In Chapter 1, the NMR technique was applied for the determination of the main non-psychoactive cannabinoids in fiber-type Cannabis female inflorescences. The analytical method was developed and fully validated to show compliance with international requirements. This technique finds application in the monitoring of the plant material, to guarantee a better reproducibility for biological assays, and to ensure the efficacy and safety of Cannabis-derived products. As a continuation of this project, the potentialities and drawbacks of separation and non-separation methods for the analysis of cannabinoids were considered and compared. Finally, C. sativa non-psychoactive varieties were selected for the preparation of cannabinoids rich extracts to evaluate their antiproliferative activity, by using cellular models. In Chapter 2 the chemical composition of Italian mulberry was investigated, as a source of phytochemicals in the context of new therapeutic approaches for diabetes mellitus. The first aim was to assess the quality of the plant material in comparison to Far Eastern Asia cultivations, where mulberry has been considered as a medicine for the treatment of diabetes for decades. The antiglycative capacity and hypoglycaemic effect of leaf extracts were evaluated on different in vitro models, to understand the potentialities of mulberry for the therapy of hyperglycaemia. Finally, the development of novel strategies for delaying the release of mulberry active constituents and enhancing therapeutic results will be discussed and are intended as the conclusion of this research project. In Chapter 3 the chemical composition of S. campanulata was investigated by HPLC-ESI-MS2, to clarify which are the most active components responsible for the inhibition of H. pylori growth. The aim was also to disclose the mechanisms underlying the biological activity. In Chapter 4 the phenolic composition of A. polystachya was investigated by means of three different MS techniques coupled to HPLC. The analytical method was developed and validated for the identification of metabolites and some phenylpropanoids were detected in this plant for the first time.

I wafer sono biscotti croccanti inframezzati da strati di creme e talvolta ricoperti da uno strato di cioccolato. Una delle fasi fondamentali che influenza le loro caratteristiche finali, è il condizionamento. In tale ottica l’obiettivo della tesi è stato quello di monitorare l’umidità e l’aw durante il condizionamento, in funzione della posizione di stoccaggio delle cialde in camera calda. E’ stato valutata la la possibilità di utilizzare un sensore miniaturizzato Vis-NIR, per determinare, in maniera rapida e non distruttiva, il momento ottimale di stagionatura delle cialde. I campioni sono stati condizionati a 43±2°C ed umidità relativa di 25±2 %. Per ogni tempo, sono state prelevate tre cialde per pila, in alto, nel mezzo ed in basso. Su ciascuna cialda sono state identificate tre zone di prelievo, due esterne ed una centrale. I risultati hanno messo in luce che i fogli posizionati nella parte alta della pila, mostrano un incremento di umidità ed aw indipendente dalla posizione all’interno del foglio. Ciò non accade per i fogli posizionati nella zona centrale e bassa, i quali sono caratterizzanti da andamenti simili solamente per le zone esterne. I fogli posizionati in alto raggiungono il valore ottimale di umidità dopo 30 ore, mentre i fogli che si trovano al centro della pila ed in basso, dopo 90 ore, ma solamente nelle zone laterali. Infatti alle zone centrali serviranno più di 250 ore. Per quanto riguarda i risultati relativi la spettrometria Vis-NIR, i modelli di classificazione hanno permesso di classificare correttamente il 90% dei campioni. Tramite i metodi distruttivi è possibile valutare in maniera piuttosto precisa lo stato di condizionamento delle cialde e di determinare il momento in cui il prodotto risulta essere condizionato secondo gli standard aziendali. La spettroscopia VIS-NIR, grazie alla sua semplicità di utilizzo, è risultata essere un alternativa valida per discriminare i campioni condizionati in maniera ottimale da quelli non ancora condizionati.

In the present work qualitative aspects of products that fall outside the classic Italian of food production view will be investigated, except for the apricot, a fruit, however, less studied by the methods considered here. The development of computer systems and the advanced software systems dedicated for statistical processing of data, has permitted the application of advanced technologies including the analysis of niche products. The near-infrared spectroscopic analysis was applied to the chemical industry for over twenty years and, subsequently, was applied in food industry with great success for non-destructive in line and off-line analysis. The work that will be presented below range from the use of spectroscopy for the determination of some rheological indices of ice cream applications to the characterization of the main quality indices of apricots, fresh dates, determination of the production areas of pistachio. Next to the spectroscopy will be illustrated different methods of multivariate analysis for spectra interpretation or for the construction of qualitative models of estimation. The thesis is divided into four separate studies that consider the same number of products. Each one of it is introduced by its own premise and ended with its own bibliography. This studies are preceded by a general discussion on the state of art and the basics of NIR spectroscopy.

In the present work qualitative aspects of products that fall outside the classic Italian of food production view will be investigated, except for the apricot, a fruit, however, less studied by the methods considered here. The development of computer systems and the advanced software systems dedicated for statistical processing of data, has permitted the application of advanced technologies including the analysis of niche products. The near-infrared spectroscopic analysis was applied to the chemical industry for over twenty years and, subsequently, was applied in food industry with great success for non-destructive in line and off-line analysis. The work that will be presented below range from the use of spectroscopy for the determination of some rheological indices of ice cream applications to the characterization of the main quality indices of apricots, fresh dates, determination of the production areas of pistachio. Next to the spectroscopy will be illustrated different methods of multivariate analysis for spectra interpretation or for the construction of qualitative models of estimation. The thesis is divided into four separate studies that consider the same number of products. Each one of it is introduced by its own premise and ended with its own bibliography. This studies are preceded by a general discussion on the state of art and the basics of NIR spectroscopy.

The aim of this study was to examine the ability of FT-NIR spectroscopy to monitor the food quality and the process kinetics. In particular this technique was applied to the shelf life evaluation of dairy product, such as packed industrial Ricotta and Crescenza cheese stored at constant temperature for different times. This technique was also used to study the cooking kinetics of milled, parboiled and quick cooking rice samples. FT-NIR spectroscopy was used with some success to investigate macromolecular changes during yeasted bread doughs proofing and bread staling. Comparison of results from FT-NIR spectra, electronic nose, image analysis and calorimetric technique was carried out. FT-NIR was shown to have considerable merit in following chemical-physical modifications involved during a process and thus the potential to be used as on-line method for controlling macromolecular changes during storage, cooking, dough proving and bread staling.

Questo lavoro di tesi è basato sullo studio dell'oggetto denominato XID361, un AGN oscurato a z = 0.82582 situato nel campo attorno al QSO ad alto redshift (z = 6.28), SDSS J1030+0525. Questo oggetto è stato analizzato tramite dati spettroscopici spazialmente risolti (ottenuti tramite lo strumento MUSE del Very Large Telescope), ed è questo che rende innovativo questo lavoro. A nostra conoscenza, è la prima volta che studi di questo tipo vengono condotti su AGN oscurati a redshift così elevati; finora sono stati effettuati su oggetti a redshift minore (z < 0.1, e.g. MaNGA survey). In questa tesi ci si propone di analizzare la radiazione ionizzante prodotta dall'AGN e gli effetti che questa produce nell'ambiente della galassia ospite. Grazie a dati spettroscopici spazilmente risolti si è stati in grado di individuare all'interno della galassia quali regioni siano associate alla radiazione prodotta dal nucleo attivo e quali siano invece riconducibili alla radiazione prodotta da formazione stellare. A tale scopo si sono utilizzati alcuni diagrammi diagnostici, creati tramite rapporti di flusso tra diverse righe in emissione, che hanno permesso, in seguito, di produrre immagini a colori della galassia che mostrano visivamente sia la collocazione dell'emissione sia l'origine della radiazione che l'ha prodotta. Tramite immagini di righe di alta ionizzazione, quali l'[OIII] e il [NeV], è stato possibile anche misurare l'estensione delle regioni di tali emissioni ($\approx$ 35 kpc e 24 kpc rispettivamente per l'estensione lungo l'asse maggiore dell'emissione dell'[OIII] e del [NeV]) che si sviluppa su scale confrontabili a quelle della galassia ospite. Sono state individuate inoltre due regioni di formazione stellare lungo i bracci di spirale, risultato confermato dal confronto con l'immagine HST della galassia ospite.

La spettroscopia nel vicino infrarosso è una tecnica abbastanza sviluppata che continua a dimostrare progressi costanti. Questo grazie agli sviluppi di nuovi spettrometri miniaturizzati d'avanguardia. Questi spettrometri possono generare rapidamente un volume elevato di dati spettrali, richiedendo metodologie avanzate come intelligenza artificiale, big data e deep learning per decifrare il contenuto nascosto di questi dati spettrali. Questa ricerca sperimentale si concentra su uno spettrometro miniaturizzato basato sulla tecnologia MEMS e sulla sua applicazione in vari campi. Dimostriamo che lo sviluppo di modelli NIR può essere impegnativo a seconda del campo applicativo. Mostriamo il caso d'uso di questa tecnologia nell'area di Healhcare e nell'industria (alimentare). Piante e Frutti sono stati oggetto delle nostre ricerche, come il Pothos e l'arancia. Anche le polveri organiche hanno trovato applicazione nella nostra ricerca. Inoltre, estendiamo la nostra ricerca sperimentale sul benessere degli animali, in particolare negli allevamenti di bovini da latte. Abbiamo utilizzato metodologie avanzate in casi d'uso specifici. Abbiamo applicato 1D-CNN per la previsione delle quantità di contenuto di materiali organici in miscele di polvere organica in cui è stato raccolto un volume elevato di dati o un modello VAE per prevedere le condizioni dell'acqua come rilevamento di un'anomalia del benessere della pianta Pothos. Mostriamo l'analisi degli spettri e gli approcci di preelaborazione per rimuovere gli artefatti del segnale. Implementiamo diversi metodi di preelaborazione efficaci: metodi di ridimensionamento, derivate spettrali e il filtro Savitsky Golay. Presentiamo i risultati di diversi metodi di ridimensionamento e trasformazione dei dati utilizzando una rete neurale convoluzionale.
Near-infrared spectroscopy is a mature technique continuing to demonstrate steady progress. This is thanks to cutting-edge developments of new handheld spectrometers. These spectrometers can quickly generate a high volume of spectral data, requiring advanced methodologies such as artificial intelligence, big data, and deep learning to decipher the hidden content of the spectral data. This experimental research focuses on a handheld spectrometer based on MEMS technology and its application in various fields. We show that developing NIR models can be challenging upon application. We show the use case of this technology in the healthcare area and the industry (food). Plants and Fruits have been subjected to our research, such as Pothos and orange fruit. Organic powders have also found an application in our research. Furthermore, we extend our experimental research into animal wellness, particularly in dairy cow farms. We used advanced methodologies in specific use cases. We applied 1D-CNN when predicting quantities of content in mixtures of organic powder where a high volume of data was collected or a VAE model to predict water conditions as a health anomaly detection in the Pothos plant. We show spectra analysis and preprocessing approaches to remove signal artifacts. We implement different effective preprocessing methods: scaling methods, spectral derivatives, and the Savitsky Golay filter. We present the results of different data scaling and transformation methods using a convolutional neural network.

Currently there are two important issues related to the management of manure. The first concerns the agronomic use of effluent. Very often, during deployment in the field, the nutrient content is unknown or underestimated. The second concerns the treatment of anaerobic digestion - widely used to treat effluents - because in many cases the process does not proceed optimally because those who manage not have the necessary skills. At the time the laboratory analysis are the only way to get information. However this system is expensive, impractical in sampling and slow to deliver the results with respect to the requirements dictated by the timing of the distribution field and in the anaerobic digestion process. The need to have available analytical data at farm level when required and at a reasonable cost, has led to carry out specific research activities. A first set of technologies tested by many authors for the indirect analysis of the nutrient content in manure, regards physico-chemical and electrical measures. These are represented by the measurement of electrical conductivity (EC), which has a good correlation with the content of ammonia nitrogen and potassium; density that has good correlations with the content of dry matter and phosphorus and pH as a parameter of support for EC and density. The second technology examined is the near-infrared spectroscopy - NIR. Many authors have already successfully used to analyze manure and digestate with limited errors, to predict the content of total nitrogen, ammonia nitrogen, volatile fatty acids and dry matter. Then, we studied how to simplify complex technologies and then make transferable from the laboratory to the field, able to measure the amount of nutrients and volatile fatty acids contained in the livestock slurry and digestate. In this study we tried to identify the analytical methods and the best technological solutions to be transferred to prototype devices to be used in farm. At this stage, we tried to understand which factors could affect the measurement quality, functionality and cost of construction of the prototype. The development of prototypes has led to realize two devices, prototype EPD (to measure Electrical conductivity, pH and density) and the prototype NIR. The reliability of the prototypes to support the agronomic use of manure, can be refined considering the information relating to the management of livestock (housing, feeding and manure management). In the context of the energy recovery of manure, the information obtained from the prototypes, they may become more important if integrated within the system to support the management of anaerobic digestion plants, based on fuzzy logic. The experimental tests have confirmed a general ability of the measuring system to predict dry matter, nitrogen, phosphorus and the AGVs contained in slurries and digestates. There are still critical issues and it is therefore necessary to continue with further study of the measurement system. Ultimately, the use of indirect methods and tools to be used for in situ characterization of the effluents can lead to a significant improvement of the environmental and energy enhancement of the manure towards sustainable intensive agriculture.

L’attività di ricerca è stata svolta nell’ambito del progetto Innovì, che vede coinvolti l’Istituto di Ingegneria Agraria e il dipartimento di Produzioni Vegetali dell’Università di Milano, la Fondazione Fojanini di Sondrio, la Cooperativa Ponte in Valtellina e l’azienda Unitec di Lugo (Ra). ‘Innovì’ mira a valutare la possibilità di impiegare metodi non distruttivi per incrementare il valore delle produzioni vitifrutticole della Valtellina. Pertanto è stato realizzato e sperimentato su uva, mele e mirtilli, uno strumento portatile realizzato dall’Istituto di Ingegneria Agraria per la valutazione ottica non distruttiva nell’intervallo di lunghezze d’onda 445-970 nm (Vis/NIR) di indici di qualità come contenuto zuccherino, durezza, acidità e di indici riguardanti componenti salutistico-nutrizionali come antociani, flavonoidi, polifenoli e vitamina C. Sono state indagate, grazie all’elaborazione di modelli statistici, le relazioni tra le proprietà ottiche dei frutti registrate con il prototipo sperimentale e i valori dei diversi parametri rilevati con le classiche analisi distruttive di laboratorio. I modelli statistici vengono elaborati attraverso l’utilizzo di tecniche di regressione multivariata che permettono di estrarre la massima informazione presente nei dati correlando gli spettri registrati dallo strumento con le proprietà chimico-fisiche dei campioni. La bontà dei modelli elaborati viene valutata attraverso parametri come il coefficiente di correlazione (r), che deve avvicinarsi il più possibile all’unità (correlazione perfetta tra dato stimato e dato di riferimento) e l’errore standard della stima (SECV o SECV%) che deve essere, invece, il più basso possibile. Durante il progetto di ricerca sono state effettuate l’acquisizione e l’elaborazione dei dati sui campioni di mele, uva e mirtilli provenienti da due annate agrarie. Parallelamente sono state realizzate in collaborazione con il DiSTAM, sperimentazioni analoghe con uno strumento FT-NIR da laboratorio su campioni di omogenato d’uva e di mirtilli (medesimi campioni analizzati con il prototipo Vis/NIR). Infine nel corso del secondo anno, è stata sperimentata sempre nell’ambito del progetto Innovì una postazione NIR on-line fornita da UNITEC spa, installata presso la Cooperativa di Ponte in Valtellina. Con questo strumento sono state analizzate in modo non distruttivo mele delle varietà Golden e Stark Delicious su classici parametri di maturazione (Contenuto in solidi solubili e durezza) con lo scopo di valutare l’accuratezza delle stime fornite da questo strumento. Inoltre sono stati elaborati dei modelli di regressione preliminari per la stima di nuovi parametri nutraceutici (clorofilla e carotenoidi) direttamente con questa calibratrice. Di seguito vengono brevemente presentati i risultati ottenuti dalle sperimentazioni condotte su mirtillo, uva e mele. Mirtillo - In Valtellina la superficie totale investita a piccoli frutti, e precisamente a mirtillo gigante americano, è di circa 10 ettari, con un numero indicativo di 30.000 piante costituite da diverse varietà a differenti epoche di maturazione. L’interesse verso questa coltura è in continua crescita e ultimamente si assiste a un costante incremento annuo del 20% della superficie coltivata. Nel progetto sono state analizzate con il sistema Vis/NIR due varietà (Duke e Brigitta) e sono stati acquisiti gli spettri sia di bacche intere, sia di campione omogenato. I campioni sono stati suddivisi in quattro classi di maturazione. Sulla base dei modelli elaborati per gli spettri acquisiti sulle bacche della varietà Brigitta, sono stati ottenuti buoni risultati in termini di capacità di stima in particolare per il contenuto in solidi solubili, per la durezza, per il contenuto in antociani e in flavonoidi e per l’ac. ascorbico, con valori di r intorno a 0,9. Risultati soddisfacenti sono stati ottenuti anche per il contenuto in polifenoli con valori di r superiori a 0,8. Risultati analoghi sono stati ottenuti per la varietà Duke. Per quanto riguarda l’analisi dell’omogenato di mirtilli le risposte dei modelli sono state molto buone. Questo conferma che una minima preparazione del campione può permettere di stimare i diversi indici di interesse in modo ancora più accurato rispetto all’analisi delle singole bacche. I migliori risultati sono stati ottenuti ancora una volta per il contenuto in solidi solubili e per gli antociani con valori di coefficiente di correlazione superiori a 0.9 e valori molto bassi di errore di stima. Risultati confortanti sono stati ottenuti anche per gli altri indici con valori di r intorno a 0,8. Buoni risultati sono stati conseguiti per quanto riguarda l’analisi di classificazione dei campioni: mediamente infatti oltre l’80% dei campioni sono stati correttamente classificati all’interno delle rispettive classi di maturazione con percentuali di errore durante la classificazione dei campioni che si sono mantenute basse per le classi di maggiore interesse (classi III, frutti non ancora completamente maturi e IV, frutti maturi). Questa applicazione, opportunamente sviluppata, può risultare particolarmente interessante come supporto nella decisione del momento ottimale di raccolta, utilizzando lo strumento per individuare in tempo reale se le bacche appartengono o meno alla classe dei frutti maturi. Uva - Attualmente in Valtellina sono censiti circa 1200 ha coltivati a vite, di cui circa 850 ha producono uva destinata alla vinificazione commerciale. Il nebbiolo, nel biotipo valtellinese chiamato chiavennasca, rappresenta di gran lunga la varietà più coltivata in Valtellina (più del 90% della superficie vitata). In questo contesto il monitoraggio a campione delle uve rivela ampi limiti di utile applicabilità e interesse. In particolare, il controllo del contenuto in polifenoli è uno degli aspetti più rilevanti della vinificazione delle uve rosse, poiché influenza il colore (antociani) e la sua stabilità nel tempo, oltre a determinare i gusti d’astringente, i gusti amari e alcune note olfattive (fenoli volatili). Nel caso specifico dell’uva, quindi, un sistema in grado di valutare in modo rapido il contenuto in polifenoli e antociani sarebbe di grande aiuto per i produttori di vino per un’analisi di accettazione delle uve al momento del loro conferimento presso le cantine. Le analisi di tipo tradizionale, effettuate al momento in laboratorio, richiedono tempi lunghi e necessitano di personale altamente specializzato; inoltre non esiste un metodo in grado di effettuare contemporaneamente analisi di parametri differenti. Per questo sulla base degli spettri Vis/NIR sono stati elaborati dei modelli, su acini interi e su prodotto omogenato, sia per gli indici di maturazione tecnologica (contenuto in solidi solubili, acidità, pH), sia per gli indici di maturazione fenolica (antociani potenziali ed estraibili e polifenoli). I modelli elaborati sulla base di acquisizioni sugli acini tal quali hanno evidenziato buoni risultati in termini di capacità di stima solo per gli indici di maturazione tecnologica, in particolare per il contenuto in solidi solubili e per il pH. Risultati migliori, invece, sono stati ottenuti per i modelli elaborati sulla base di acquisizioni effettuate su omogenati d’uva. Sono stati registrati, infatti, valori positivi dei diversi parametri di valutazione dei modelli per tutti gli indici, tra i quali anche quelli di maturazione fenolica, molto importanti per la vinificazione e per la qualità del prodotto. In particolare per quanto riguarda i parametri tecnologici, buoni risultati sono stati ottenuti per il contenuto in solidi solubili e per l’acidità con r > 0,8. Inoltre, con riferimento ai parametri fenolici, i modelli elaborati per gli antociani e per i polifenoli hanno mostrato rispettivamente r > 0,9 e r > 0,8. Mela - La melicoltura valtellinese, che interessa 1200 ha del territorio, vive un processo di intenso rinnovamento in risposta alla sempre più diffusa necessità di strumenti e metodi innovativi in grado di valorizzare le caratteristiche qualitative che la mela può esprimere nelle particolari condizioni pedo-climatiche del comprensorio valtellinese. Disporre di strumenti di campo che consentano di seguire l'espressione delle proprietà sensoriali dei frutti durante il processo di maturazione, consentirebbe una migliore conoscenza e gestione delle diverse cultivar, oltre che della disomogeneità dell'epoca di maturazione dettata dalle notevoli differenze climatiche che si registrano all'interno dell'area di produzione di mela valtellinese. Allo stesso modo, l'impiego di tecniche innovative nelle fasi di cernita in postraccolta finalizzate alla valutazione delle caratteristiche sensoriali dei singoli frutti, consentirebbe la selezione di partite con caratteristiche qualitative certificate e l'eliminazione dei frutti incorsi in patologie o eccessivi deperimenti qualitativi. Il tutto con grande beneficio per la loro ottimale gestione e valorizzazione commerciale. Per quanto riguarda le mele con il dispositivo Vis/NIR sono stati acquisiti gli spettri delle varietà Golden Delicious e Stark Delicious, le più diffuse in Valtellina. Sulla base dei modelli elaborati sono stati ottenuti buoni risultati per il contenuto in solidi solubili per entrambe le varietà, con valori di r superiori a 0,8 ed errori di stima inferiori al 7%. Buoni risultati sono stati ottenuti anche per la stima dell’acidità e del contenuto di clorofilla e flavonoidi per la varietà Stark. Inoltre è stato installato ed è attualmente ancora in fase di sperimentazione presso la Cooperativa di Ponte in Valtellina un modello di selezionatrice ottica per la valutazione in linea in postraccolta della qualità delle mele, fornita da Unitec, azienda specializzata nella produzione di impianti per la valutazione della qualità di prodotti ortofrutticoli. L’impianto permette una veloce selezione non distruttiva dei frutti (fino a 10/sec) sempre attraverso l’utilizzo della tecnica NIR. In questo caso vengono valutati indici qualitativi come il contenuto in solidi solubili e la durezza, adattandoli alle specifiche derivanti dalle esigenze del postraccolta. Sono stati analizzati 100 campioni per ogni varietà, con 10 repliche per ogni campione, per un totale di 1000 acquisizioni per ogni varietà. I risultati ottenuti per la stima del contenuto in solidi solubili hanno evidenziato uno scarto percentuale medio dalle classiche analisi rifrattometriche molto contenuto del 5%. Sempre per il contenuto in solidi solubili il 77% delle stime su mele Golden evidenziano uno scarto dalle analisi di riferimento inferiore al °Brix. Per le Stark invece questo valore scende al 62%. Buoni risultati sono stati ottenuti anche per la stima della durezza delle mele con uno scarto percentuale medio del 10% rispetto al valore penetrometrico. In questo caso, per le mele Golden, il 77% delle stime evidenzia un errore inferiore a 1 kg/cm2, mentre per le Stark questo valore sale all’81%. Inoltre sono in corso delle prove mirate allo studio della possibilità di elaborare dei modelli in grado di stimare anche altri indici come il contenuto di clorofilla e di carotenoidi, nell’ottica di ampliare le potenzialità d’analisi della macchina. Sono inoltre state effettuate, in collaborazione con il Dipartimento di Scienze e Tecnologie Alimentari e Microbiologiche (DiSTAM), delle sperimentazioni di confronto mediante acquisizioni spettrali con uno strumento FT-NIR da laboratorio su campioni di omogenato d’uva e di mirtilli. Anche in questo caso i risultati ottenuti sono buoni e prospettano la possibilità di proporre tali strumenti come valida e rapida alternativa alle classiche analisi di laboratorio. I risultati ottenuti hanno permesso quindi di avere a disposizione, direttamente in campo, un sistema sperimentale semplice, poco costoso e soprattutto rapido per l’analisi degli indici qualitativi di maggiore interesse. La sperimentazione della selezionatrice NIR on-line di Unitec ha inoltre evidenziato la possibilità di utilizzare efficacemente sistemi di questo tipo per la gestione delle partite di frutta in un centro di stoccaggio e selezione su grandi quantitativi di prodotto. Pertanto si può affermare che è stato raggiunto l’obiettivo del progetto di mettere a punto strumenti adeguati per ottimizzare le tecniche produttive, i metodi di gestione postraccolta e i sistemi di selezione orientati alla qualità del frutto, per una migliore valorizzazione commerciale delle produzioni regionali. Parallelamente alle attività di ricerca sono state intraprese diverse azioni mirate alla divulgazione dei risultati ottenuti dal progetto di ricerca. Oltre alla presentazione di lavori a convegni, è stato organizzato un workshop interamente dedicato al progetto durante il MACFRUT 2007 di Cesena e un seminario presso la Cooperativa di Ponte in Valtellina, rivolto in particolare agli operatori locali del settore.

Negli ultimi 15 anni si è iniziato a considerare utile e necessario, nell’ambito dell’industria farmaceutica, un miglior controllo dei processi produttivi, al fine di migliorare l’efficienza degli stessi e, contestualmente, diminuire i rischi per i pazienti; per questi motivi, l’ente governativo statunitense Food and Drug Administration (FDA) ha iniziato, a sostenere l’uso della cosiddetta Process Analytical Technology (PAT) nell’ambito dello sviluppo e della produzione di farmaci. La PAT sostenuta dall’FDA rappresenta un insieme di metodi e tecnologie utili per progettare, analizzare e controllare i processi produttivi del settore farmaceutico, al fine di conoscere e monitorare meglio i processi stessi; in questo ambito si sono rivelati particolarmente adatti ed applicabili i concetti base del “Quality by Design” (QbD), un particolare approccio alla progettazione di sistemi e impianti, secondo il quale la qualità del prodotto finale è strettamente legata al livello di qualità e conoscenza delle materie prime, delle formulazioni e dei processi produttivi. Tra le diverse tecnologie diffuse nell’ambito della PAT, la spettroscopia del Vicino Infrarosso (NIR, “Near InfraRed”) è rapidamente diventata uno strumento diffuso per il controllo dei processi grazie alla sua versatilità, precisione ed alla natura non distruttiva dell’analisi. Il presente lavoro di tesi, svolto durante un’esperienza di tirocinio presso l’industria di macchine automatiche IMA S.p.a. di Ozzano nell’Emilia (Bo), ha come obiettivo lo studio dei parametri critici nell’ambito della miscelazione di polveri ad uso farmaceutico e l’applicazione di uno spettrometro NIR per il monitoraggio in tempo reale dei processi di miscelazione.

Scuola di Dottorato di Scienza e Tecnica "Bernardino Telesio",Mesofasi e Materiali Molecolari, XXVI Ciclo, a.a. 2013
NMR spectroscopy in weakly and highly orienting media is used as a route for dealing with orientational, positional, structural and conformational problems of a variety of small rigid and flexible organic molecules in solution. First, the very weak orientational order of a quasi-spherical molecule dissolved in a nematic phase is exploited for exploring the role of the different contributions to the observed dipolar coupling. In such a limit condition, a predominant effect of the non-rigid reorientationvibration coupling term emerges. Then, NMR data obtained from small rigid probes dissolved in smectic solvents are combined with a statistical thermodynamic density functional theory, in order to measure the positional order parameters of both solutes and solvent. The methodology gives good results when applied to a conventional smectic A liquid crystal and to the more delicate case of an interdigitated smectic Ad phase. The strategy is subsequently extended to the investigation of structure, order and conformational equilibrium of flexible bioactive or biomimetic molecules dissolved in various partially ordered NMR solvents. A first experimental and theoretical study is presented on the symmetric single-rotor molecule of biphenyl dissolved in a thermotropic liquid crystal. This test-case indicates molecular dynamics simulations are a promising tool for estimating a set of dipolar couplings of a solute in a thermotropic solvent, to be used as starting set of parameters in a standard operator-mediated NMR spectral analysis. Then, we report the conformational study of some single- and two-rotor nonsteroidal anti-inflammatory drugs, belonging to the families of salicylates and profens, dissolved in weakly orienting chiral nematic PBLG phases. A new pulse sequence, the Gradient Encoded heTeronuclear 1H-19F SElective ReFocusing NMR experiment (GET-SERF), is proposed here for the trivial edition of all 1H-19F couplings in one single NMR experiment, for a given fluorine atom. Starting from homo- and heteronuclear dipolar couplings, difficult to extract in thermotropic solvents because of a too complex spectral analysis, the torsional distributions of such molecules can be satisfactory described by the Additive Potential model combined with the Direct Probability Description of the torsional distribution in terms of Gaussian functions (AP-DPD approach). Finally, the conformational and orientational study of two stilbenoids displaying cooperative torsions is discussed in both a highly and weakly ordering liquid crystal phase. This comparative study allows to draw some conclusions on reliability, accuracy and accessibility of desired data in the two phases. Overall, this work proves NMR in liquid crystals is a flexible and meaningful tool for studying order, structure and conformation and it can greatly benefit from the availability of several aligning media inducing a different degree of order.
Università della Calabria

Nella prima fase di questo lavoro di tesi sono state messe a punto le sintesi di derivati cumarinici recanti un’unità pirazolica o isossazolica sia come sosti-tuente nella posizione 3, sia fusi con gli stessi sistemi eterociclici applicando la metodologia sintetica da noi precedentemente messa a punto per i derivati chinolinonici. Nella seconda fase si è passati alla sintesi di nuovi prodotti chinolinonici e cumarinici fusi con cicli a sette termini di tipo 1,4-diazepinico: tali prodotti sono stati ottenuti dalle reazioni di opportuni derivati acetilici e benzoilici sia della chinolina che della cumarina con 1,4-dinucleofili quali 1,2-diamminoetano e derivati. Preme evidenziare come l’impiego di derivati chirali dell’etanolammina quali l’(R)-(-)-1-amino-2-propanolo, l’(R)-(-)-2-amino-1-propanolo e l’(S)-(+)-2-amino-1-propanolo abbia permesso la sintesi di derivati chinolinonici 1,4-ossazepinici chirali. Su alcuni composti diazepinici e ossazepinici ottenuti sono stati effettuati primi test di citotossicità verso alcune linee cellulari tumorali grazie alla collaborazione con ricercatori dell’Università di Padova. I risultati mostrano come i composti in esame risultino poco attivi su tali linee cellulari, ma non citotossici, se non ad alte concentrazioni, e ciò costituisce un dato interessante che permette di ipotizzare una possibile applicazione farmacologica, con un ridotto rischio tossicologico, verso altri tipi di patologie.

PhD thesis research project is focused on kinetics study of olive pastes on malaxation and development of spectroscopic techniques for rapid determination of quality indices for the control of the extra virgin olive oil process. A kinetic time-temperature study during malaxation was carried out to evaluate the coalescence and the extraction yield obtaining an optimization map. Moreover, indices directly related to the biochemical maturation of the drupes have been identified. These indices, quality and legal indices related to extra virgin olive oil were objected to predictive models through rapid determination based on NIR spectroscopy. Il Dottorato ha focalizzato l’attenzione sullo studio cinetico dell’operazione di gramolatura delle paste d’oliva e la messa a punto di tecniche spettroscopiche per la rapida determinazione di indici per il controllo del processo dell’olio extravergine d’oliva. È stato condotto uno studio cinetico tempo-temperatura per valutare la coalescenza e, di conseguenza, la resa d’estrazione ottenendo una carta di ottimizzazione. Inoltre, sono stati identificati indici direttamente correlati alle trasformazioni biochimiche che avvengono durante la maturazione delle olive. Questi indici insieme ai parametri qualitativi e legali dell’olio extravergine d’oliva sono stati oggetto di modelli predittivi mediante determinazione rapida basata sulla spettroscopia nel vicino infrarosso.

Lo scopo del lavoro di ricerca è stato lo sviluppo di applicazioni per il recupero e il riciclo dei materiali, partendo da approcci classici di separazione e caratterizzazione fino all’utilizzo di strumenti innovativi per il riconoscimento e il monitoraggio dei materiali attraverso applicazioni di imaging iperspettrale. Uno degli obiettivi della ricerca, è stato quello di utilizzare sistemi di acquisizione HyperSpectral Imaging (HSI) per ottenere informazioni utili per l’esplorazione dei dati, applicando metodi di analisi multivariata in modalità supervisionata; pertanto l’applicazione di un approccio ingegneristico trasversale ha permesso di sviluppare dei sistemi online per il recupero e il riciclo di scarti eterogenei, che possono trovare ampio spazio in future soluzioni di tipo industriale. La prima parte di questo studio ha riguardato la caratterizzazione e la valorizzazione di uno scarto proveniente da un impianto di smistamento di rifiuti plastici indifferenziati urbani, dividendo il processo in fasi principali, come l’identificazione dei polimeri attraverso la classica spettroscopia FT-IR, il riconoscimento dei polimeri attraverso l’analisi HSI, lo sviluppo di un processo di separazione sperimentale e la certificazione del campione in Combustibile Solido Secondario (CSS) di qualità. È stato utilizzato un approccio di tipo analitico, basato sull’analisi HSI, per eseguire una caratterizzazione dei rifiuti plastici post-imballaggio, finalizzato all’identificazione dei polimeri plastici che costituiva il campione rappresentativo; l’applicazione di questa tecnica è particolarmente adatta ad applicazioni di tipo online, con la possibilità di valutare qualitativamente e quantitativamente la presenza dei diversi polimeri che costituiscono il rifiuto. La successiva parte del lavoro, ha visto l'approfondimento della ricerca e lo sviluppo di una metodologia innovativa per il recupero e il riciclo dei rifiuti elettronici a fine vita. I rifiuti elettronici hanno una composizione molto eterogenea, per cui alcuni elementi e componenti sono difficili da individuare e riconoscere, anche per via dello sviluppo sempre crescente di nuove tecnologie e la crescente miniaturizzazione dei componenti che vengono utilizzati. Al fine di migliorare il recupero di materie prime e aumentare il livello di tutela ambientale, una corretta caratterizzazione di questi rifiuti rappresenta il primo e necessario passo per il recupero di metalli preziosi e terre rare.

Food safety is a key objective in all the development plans of the European Union. To ensure the quality and the sustainability of the agricultural production (both intensive and extensive) a well-designed analysis strategy is needed. Climate change, precision agriculture, green revolution and industry 4.0 are areas of study that need innovative practices and approaches that aren’t possible without precise and constant process monitoring. The need for product quality assessment during the whole supply chain is paramount and cost reduction is also another constant need. Non targeted Nuclear Magnetic Resonance (NMR) analysis is still a second-choice approach for food analysis and monitoring, one of the problems of this approach is the big amount of information returned. This kind of data needs a new and improved method of handling and analysis. Classical chemometrics practices are not well suited for this new field of study. In this thesis, we approached the problem of food fingerprinting and discrimination by the means of non-targeted NMR spectroscopy combined with modern machine learning algorithms and databases meant for the correct and easy access of data. The introduction of machine learning techniques alongside the clear benefits introduces a new layer of complexity regarding the need for trusted data sources for algorithm training and integrity, if this kind of approach proves is worth in the global market, we’ll need not only to create a good dataset, but we’ll need to be prepared to defend against also more clever attacks like adversarial machine learning attacks. Comparing the machine learning results with the classic chemometric approach we’ll highlight the strengths and the weakness of both approaches, and we’ll use them to prepare the framework needed to tackle the challenges of future agricultural productions.