Chimica Per Le Scienze Agroalimentari

Orale

Il corso si propone di fornire conoscenze e competenze applicate riguardanti le principali tecniche biochimiche per lo studio delle proteine e le relative metodologie di analisi. Queste competenze saranno fondamentali per comprendere e analizzare le interazioni delle biomolecole nei sistemi agroalimentari, con particolare attenzione ai processi biochimici legati alla qualità, conservazione e sicurezza degli alimenti. Le attività di laboratorio hanno lo scopo di avvicinare gli studenti all’approccio sperimentale, guidandoli nella corretta conduzione di un esperimento. Integrando la parte pratica con quella teorica, il corso mira a sviluppare l’autonomia dello studente nella progettazione, esecuzione e interpretazione di esperimenti scientifici.

Descrizione del Corso Il corso è strutturato in due componenti principali: lezioni teoriche e attività di laboratorio pratiche, entrambe focalizzate su tecniche biochimiche fondamentali per lo studio delle proteine. Gli studenti acquisiranno una solida comprensione dei principi alla base di queste tecniche e avranno l'opportunità di applicarle in contesti sperimentali. Contenuti del Corso Gli argomenti principali trattati nelle lezioni includono: • Principi fondamentali delle metodologie biochimiche; • Introduzione alle colture cellulari e loro applicazioni; • Tecniche di estrazione, purificazione e separazione delle proteine; • Metodi di centrifugazione e loro ruolo negli studi biochimici; • Tecniche di analisi proteica, tra cui elettroforesi e spettrometria; • Tecniche di microscopia e imaging per lo studio delle proteine. Attività di Laboratorio Le sessioni di laboratorio forniranno esperienza pratica sulle seguenti tecniche: 1. Preparazione di soluzioni; 2. Preparazione di campioni biologici ed estrazione delle proteine; 3. Quantificazione del contenuto proteico mediante saggi spettrofotometrici; 4. Elettroforesi monodimensionale SDS-PAGE per la separazione delle proteine e colorazione con Coomassie Blue per la visualizzazione; 5. Immunoblotting (Western blot) per la rilevazione e l'analisi delle proteine; 6. Analisi, presentazione e interpretazione dei risultati sperimentali. Sicurezza in Laboratorio: All'inizio del corso verranno fornite le linee guida preliminari sulla sicurezza in laboratorio, per garantire che gli studenti comprendano i protocolli e le pratiche essenziali di sicurezza.

Per un efficace apprendimento del corso, è consigliata la conoscenza preliminare della struttura e della funzione delle proteine.

Il corso prevede lezioni teoriche integrate da esercitazioni pratiche in laboratorio, effettuate singolarmente. L’organizzazione del corso include valutazioni intermedie dell’apprendimento, che si svolgeranno in date prestabilite durante il semestre.

La verifica dell'apprendimento ha l'obiettivo di valutare il raggiungimento degli obiettivi formativi del corso e si articola in due modalità d'esame: a) Verifiche Intermedie (consigliate): Durante il corso si svolgeranno tre verifiche intermedie, che includeranno domande a risposta multipla, vero/falso, riconoscimento e analisi di immagini e strutture specifiche, definizioni da completare, domande a risposta aperta ed esercizi pratici. Questi esercizi riguarderanno sia gli argomenti teorici che le tecniche biochimiche apprese in laboratorio. Il voto finale sarà calcolato come media dei punteggi ottenuti nelle tre verifiche intermedie. b) Prova Finale Scritta: È prevista una prova scritta unica, che si svolgerà nelle date degli appelli fissati durante le sessioni normali del corso di laurea. L’esame finale includerà una combinazione di domande simili a quelle delle verifiche intermedie e sarà valutato in trentesimi.

Testi consigliati disponibili al seguente link: https://sbart-unisi.alma.exlibrisgroup.com/leganto/public/39SBART_SBS_MAIN/lists/21128386840003297?auth=LOCAL Il materiale didattico sarà messo a disposizione dal docente attraverso la piattaforma Moodle. Questo includerà dispense, articoli scientifici, video e esercizi pratici, utili per lo studio e l’approfondimento degli argomenti trattati nel corso.

Il corso ha lo scopo di fornire una descrizione delle specie radicaliche, degli antiossidanti, dei saggi per la determinazione dell’attività antiossidante, una caratterizzazione delle sostanze bioattive in ambito agroalimentare tramite saggi e in particolare tramite l’utilizzo della spettroscopia di risonanza paramagnetica elettronica. La tecnica EPR è riconosciuta a livello europeo e accettata per lo studio di matrici complesse nel settore agroalimentare. Verrà fornita una analisi delle matrici vino e olio e a tal riguardo, dopo la presentazione della spettroscopia, verrà mostrato la sua applicabilità in tale ambito. Le sessioni di laboratorio sono finalizzate a mostrare l'utilizzo dell'EPR in questo settore e l'analisi e caratterizzazione dei parametri allo scopo di ricavare informazioni di attività antiossidante, resistenza ossidativa e tracciabilità.

Radicali liberi, tipi, produzione e proprietà. Stress ossidativo. Antiossidanti, tipi e meccanismi di azione. Saggi per la valutazione della attività antiossidante. Spettroscopia di risonanza paramagnetica elettronica per lo studio dell’attività antiossidante/scavenger. Descrizione della tecnica e del suo utilizzo. Applicazione dell’EPR nella determinazione della qualità del cibo, in particolare nel settore agrifood relativamente alle filiere dell’olio e del vino. Studio di tracciabilità analizzando i terreni delle filiere, delle proprietà antiossidanti del prodotto finale, della resistenza ossidativa delle matrici complesse alla degradazione. La tecnica EPR è versatile, non distruttiva e ha possibilità di applicazione per la determinazione della qualità, dello shelf-life e della tracciabilità di matrici complesse nel settore agroalimentare. Il corso prevede esercitazioni pratiche e laboratori finalizzati all'applicazione della tecnica nel settore agroalimentare. Test di attività di attività antiossidante/scavenger, di resistenza ossidativa per studiare lo shelf-life, verranno applicati a vino/olio/birra. Verranno anche effettuati test su cioccolata con percentuali crescenti di cacao, su spezie per analisi di tracciabilità e caratterizzazione e il saggio TEAC (DPPH-trolox) tramite la spettroscopia EPR.

Conoscenze di base di Chimica e Matematica

Lezioni frontali e sessioni di laboratorio.

Prova orale sugli argomenti del corso con discussione di un seminario

1) Stress ossidativo e antiossidanti, Shayaq Ul Abeeer Rasool, Shajru ul Amin 2) Antioxidants in food, Rui Zambiazi, Deborah Otero 3) Fondamenti di chimica del suolo, Paolo Sequi, Claudio Ciavatta, Teodoro Miano 4) La qualità nutrizionale dell’olio d’oliva, Ivo Cozzani 5) Caratterizzazione, qualità e sicurezza dei vini, Laea La pera Giacomo Dugo 6) Magnetic Resonance of Biomolecules, P.F. Knowles, D. Marsh, H.W.E. Rattle 7) Electron Paramagnetic Resonance: Elementary Theory and Applications, J.R. Bolton, J. Weil 8) Transition Ion Electron Paramagnetic Resonance, J.R. Pilbrow 9) New Applications of Electron Spin Resonance: Dating, Dosimetry and Microscopy, M. Ikeya 10) Materiale fornito dal docente
https://elearning.unisi.it/course/view.php?id=15297

Comprendere il ruolo degli elementi inorganici nei sistemi biologici, analizzare le funzioni dei metalli nella crescita e nello sviluppo delle piante, valutare le interazioni tra metalli e suolo, valutare l'impatto dei fertilizzanti inorganici sull'agricoltura e sull'ambiente, comprendere la biodisponibilità dei metalli nei sistemi alimentari, sviluppare competenze nel monitoraggio e nell'analisi dei micronutrienti negli alimenti, promuovere pratiche sostenibili nell'uso degli agrochimici.

Introduzione alla chimica bioinorganica: interazioni tra metalli e sistemi biologici. Il ruolo degli elementi inorganici nei sistemi viventi, con particolare attenzione ai processi agricoli e alimentari. Macro- e microelementi: Azoto (N), Fosforo (P), Potassio (K), Zinco (Zn), Ferro (Fe), Manganese (Mn), Magnesio (Mg), Calcio (Ca), ecc. Ruolo dei metalli nella crescita e sviluppo delle piante, negli animali e nella salute umana. Importanza dei metalli di transizione (Fe, Cu, Zn, Mn) nella biochimica delle piante e degli animali. Interazioni dei metalli con i componenti organici e inorganici del suolo. Fattori che influenzano la disponibilità e il trasporto di metalli. Fertilizzanti Inorganici e i loro sull'ambiente e strategie per un uso sostenibile. Biodisponibilità dei metalli negli alimenti e fattori che ne influenzano l'assorbimento. Interazione tra metalli e i nutrienti degli alimenti, effetto dei metalli pesanti sulla qualità nutrizionale degli alimenti. Tecniche di analisi e monitoraggio dei micronutrienti negli alimenti (NMR).

Gli studenti dovrebbero conoscere i principi fondamentali della struttura atomica e molecolare, comprendere i diversi tipi di legami chimici e sapere come avvengono le reazioni chimiche. Concetti come acidi e basi, equilibrio chimico e stechiometria sono essenziali per comprendere il comportamento di metalli e altri elementi inorganici nei sistemi viventi. Inoltre, è importante saper calcolare le concentrazioni delle soluzioni e gestire il concetto di pH, che è cruciale in ambito bioinorganico. Gli studenti dovranno essere già familiari con le proprietà e le reazioni degli elementi inorganici, con particolare enfasi sui metalli di transizione. Questi elementi giocano un ruolo centrale nei processi biologici, e la comprensione dei complessi di coordinazione e delle reazioni redox sarà indispensabile per comprendere come i metalli interagiscono con i componenti biologici. Gli studenti devono avere familiarità con le proprietà e le reazioni dei principali gruppi funzionali nei composti organici, in particolare carboidrati, proteine e lipidi.

Lezione frontali, attività di discussione e spiegazioni sui temi oggetto di studio.

Esame Orale con presentazione di un approfondimento di un'applicazione della chimica bioinorganica nelle scienze agroalimentari.

-Bioinorganic Chemistry: Inorganic Elements in the Chemistry of Life" di Wolfgang Kaim, Brigitte Schwederski e Axel Klein 2013 Wiley
-Metals in the Human Environment: A Guide to Speciation and Bioavailability" di Lars Landner e Rudolf Reuther 2004, Springer
-Inorganic Chemistry in Biology and Medicine" di Robert R. Crichton, 1981 American Chemical Society
-Food Chemistry: Principles and Applications" di H.-D. Belitz, Werner Grosch e Peter Schieberle, 2009 (Quarta edizione), Springer

Modulo I
Il programma del corso riguarda aspetti di base della chimica degli alimenti quali il valore nutrizionale, la composizione, gli additivi alimentari e la contaminazione chimica degli alimenti. Inoltre verranno fatti approfondimenti sugli alimenti funzionali ed i potenziali benefici per la salute.
Al termine del corso gli studenti dovrebbero essere in grado di comprendere a pieno l’importanza dei controlli alimentari e le potenziali ricadute sulla salute della assunzione di nutraceutici presenti negli alimenti.
Modulo II
Gli studenti acquisiranno una solida conoscenza sulla chimica dei prodotti, delle trasformazioni e dei processi tipici delle principali filiere agroalimentari.

Modulo I
Introduzione al corso, alimenti e nutrizione.
Nutrienti, antinutrienti, composti di interesse nutraceutico e fattori allergizzanti.
Produzione e conservazione degli alimenti.
Cenni sui principali alimenti: cereali, olio, prodotti vegetali, le carni, il latte e derivati, il vino.
Contaminazione chimica e contenitori per alimenti.
Prodotti biologici.
Tecniche cromatografiche accoppiate alla spettrometria di massa applicate all'analisi degli alimenti (residui di pesticidi, farmaci per zootecnia e contaminanti ambientali).
I costituenti bioattivi degli alimenti.
Alimenti funzionali ad attività antitumorale, antipertensiva ed ipolipemizzante.
Alimenti funzionali, integratori e Novel Food.
Pratica in laboratorio su tecniche classiche per la definizione di qualità e genuinità degli alimenti.
Modulo II
INTRODUZIONE – LE FILIERE AGROALIMENTARI
Gli alimenti e la filiera agroalimentare
Cenni di alimentazione
Nutrienti: carboidrati, proteine, lipidi, vitamine, sali minerali, acqua
Principi di legislazione alimentare
Fasi, cicli e tecnologie nella filiera agroalimentare: trasformazione, separazione, conservazione
Qualità, sicurezza e sostenibilità
IL VINO
Introduzione, chimica e metabolismo del vino
L’uva
I contenitori vinari
Il mosto
Vinificazione e fermentazioni
Cure al vino
Invecchiamento e imbottigliamento
Classificazione dei vini ed etichettatura
L’OLIO
L’olivo e il suo frutto
Chimica dell’olio d’oliva
Lavorazione ed estrazione dell’olio
Raffinazione dell’olio
Uso e valorizzazione dei sottoprodotti
Ossidazione e stabilità
LATTE E LATTICINI
Il settore lattiero-caseario
Latte
Yogurt
Burro
Il formaggio
Tecnologie casearie
CEREALI E PRODOTTI DA FORNO
I cereali (frumento, riso, mais, orzo, avena, segale)
Gli sfarinati
Pane
Pasta
Riso
FRUTTA E ORTAGGI
IL MIELE
Le api
Allevamento e apicultura
Il miele e i prodotti dell’alveare
LA BIRRA
Chimica della birra
Materie prime
Tecnologie di produzione
Classificazione della birra
OVA, CARNE E PESCE
Le uova
La carne e i salumi
Il pesce e le conserve ittiche
Le conserve animali
CAFFÈ, TÈ E CACAO
Bevande e alimenti nervini

Modulo I
Conoscenze di chimica organica e chimica analitica.
Modulo II
Conoscenze e competenze di chimica generale, inorganica e organica.

Modulo I
Lezioni frontali, sessioni di laboratorio e domande in classe per la verifica delle conoscenze pregresse e della comprensione dei temi trattati. Particolare enfasi verrà posta sulla terminologia da utilizzare ed il coinvolgimento degli studenti alla risoluzione di semplici problemi analitici porterà ad un miglioramento delle loro capacità di giudizio ed abilità comunicative.
Modulo II
Lezioni frontali, incoraggiando il coinvolgimento degli studenti, con possibilità di lettura di articoli scientifici e brevi lavori di ricerca svolti dagli studenti stessi.

Esame orale, con almeno tre domande sugli argomenti del corso, in cui gli studenti dovranno dimostrare di padroneggiare la materia e di muoversi con sicurezza fra le tematiche trattate.

Modulo I
Chimica degli Alimenti (2004) P.Cabras – A.Martelli, PICCIN Nuova Libraria, Padova.
Principi di Chimica degli alimenti, Seconda edizione, Conservazione-trasformazioni-normativa. (2024) P.Cappelli – V.Vannucchi, Zanichelli, Bologna.
La Chimica e gli alimenti (2019) L.Mannina- M.Daglia- A.Ritieni, CEA Casa editrice Ambrosiana, Milano
modulo II
La Chimica e gli Alimenti - Nutrienti e aspetti nutraceutici, a cura di L. Mannina, M. Daglia, A. Ritieni, CEA - Casa Editrice Ambrosiana

• Le Filiere Agroalimentari - Processi e tecnologie di trasformazione, G. Maneggia, W. Roncalli, Franco Lucisano Editore
• Principi di Chimica degli Alimenti - Conservazione, Trasformazioni, Normativa, P. Cappelli, V. Vannucchi, Zanichelli
• Oleum - Qualità tecnologia e sostenibilità degli oli da olive, a cura di L. Conte, M. Servili, Edagricole
• Le Api - Biologia, allevamento, prodotti, A. Contessi, Edagricole
• Tecnologia Casearia - Dall’empirismo all’industra, G. Mucchetti, E. Neviani, CEA - Casa Editrice Ambrosiana
• Enologia - con elementi di chimica viticolo-enologica, G. Sicheri, Libreriauniversitaria.it Edizioni
• Olivo - Coltivazione, raccolta e utilizzo, A. Del Fabro, Demetra

l'obiettivo formativo principale del corso è quello di trasferire agli studenti le conoscenze di base sulla chimica, la biochimica e la tossicologia dei presidi sanitari in uso nelle filiere agroalimentari.
le principali conoscenze acquisite riguarderanno:
-principali prodotti fitosanitari,
-principi attivi e meccanismo d’azione,
-coadiuvanti, co-formulanti
-norme per l’acquisto, trasporto, conservazione, uso.
-processi alternativi ed ecosostenibili
le principali competenze sviluppate saranno:
-utilizzo ecosostenibile dei prodotti fitosanitari,
-corretto smaltimento dei residui e delle acque di lavaggio

Generalità, classificazione chimica e funzionale dei presidi sanitari in uso nelle filiere agroalimentari (Insetticidi, fungicidi, erbicidi, acaricidi, fitormoni o fitoregolatori, nematocidi, rodenticidi, lumachicidi).

• Meccanismi di azione dei prodotti fitosanitari (citotropici, translaminari, sistemici)
• Metabolismo dei prodotti fitosanitari nella pianta.
• Metodologie analitiche per la determinazione dei prodotti fitosanitari e loro residui.
• Destino dei fitofarmaci nelle piante, nel suolo e nelle acque superficiali e profonde.
• Contaminazione puntiforme. misure di mitigazione della contaminazione diffusa e puntiforme. ecotossicologia dei fitofarmaci. cenni ai modelli di simulazione del destino dei fitofarmaci nell’ambiente.
• Struttura, sintesi e meccanismo d’ azione dei principali insetticidi.
• Struttura, sintesi e meccanismo d’ azione dei principali fungicidi.
• Struttura, sintesi e meccanismo d’ azione dei principali erbicidi o diserbanti.
• Residui di fitofarmaci negli alimenti: LMR (Limiti Massimi Residuali) e monitoraggio.
• CENNI: il PAN (piano di azione nazionale per l’uso sostenibile degli agro-farmaci). Normative che regolano il rilascio del “certificato di abilitazione all’acquisto e all’utilizzo” dei prodotti fitosanitari (soggetti abilitati al rilascio, durata).
• Tossicità dei presidi sanitari (acuta, cronica). Classi tossicologiche (molto tossiche o tossico, nocivo). definizione della dose letale (dl 50) e modalità di calcolo. tempo di carenza o intervallo di sicurezza. tempo di rientro. corretto smaltimento rifiuti. manutenzione attrezzature. taratura delle attrezzature. informazioni mediche. vie d'intossicazione (ingestione, inalazione, contatto); sintomi di intossicazione (perdita di conoscenza, nausea, vomito, diarrea, ecc.).
• Metodi alternativi per la produzione industriale nelle filiere agroalimentari: organic farming e biostimolazione.
• Chimica dei nuovi prodotti per il packaging alimentare: compostabilità/biodegradabilità e sostenibilità ambientale.

conoscenze di chimica generale ed inorganica, chimica organica.

lezione frontale

esame orale

Agrofarmaci. Conoscenze per un uso sostenibile.
Alberto Perdisa editore 2008

Obiettivo della formazione, nel rispetto dell'Accordo Stato Regioni in vigore dal 26 gennaio 2012, è fornire informazioni e metodi ritenuti indispensabili per conoscere i rischi specifici nei luoghi di lavoro, conoscere l’utilizzo dei dispositivi di protezione individuale e conoscere il quadro normativo che disciplina la sicurezza e salute sul lavoro. La formazione vuole inoltre sviluppare capacità analitiche (individuazione dei rischi), comportamentali (percezione del rischio) e fornire conoscenze generali sui concetti di pericolo, rischio, danno, misure di prevenzione e protezione.

Concetti di rischio, danno, prevenzione e protezione. Diritti, doveri e sanzioni per i vari soggetti aziendali. Organi di vigilanza, controllo e assistenza. Organizzazione della prevenzione nell’Università di Siena. Ambienti di lavoro, microclima, illuminazione, lavoro a videoterminale, attrezzature di lavoro, rischio elettrico. Rischio incendio, rischio da atmosfere esplosive, gestione emergenze, segnaletica di sicurezza. Gas tecnici. Gestione dei rifiuti. Rischi da agenti chimici e rischi da agenti cancerogeni e/o mutageni. Rischi da agenti biologici. Rischi da agenti fisici. Misure di prevenzione e protezione ed effetti sulla salute degli agenti fisici, chimici e biologici. Sorveglianza sanitaria. Stress lavoro-correlato.

Nessuno

Didattica frontale

Orale

L'insegnamento si propone i seguenti obiettivi formativi: 1 - Fondamenti di genetica: Acquisire una solida comprensione dei principi fondamentali della genetica, con particolare attenzione alle loro applicazioni nel regno vegetale. 2 - Analisi genomica: Sviluppare la capacità di esplorare e analizzare i genomi di piante di rilevanza agronomica, identificando geni di interesse. 3 - Biotecnologie vegetali: Comprendere e applicare le biotecnologie vegetali per il miglioramento genetico delle piante, con l'obiettivo di incrementare la produttività e la resistenza a stress biotici e abiotici. 4 - Trasformazione genetica: Acquisire competenze pratiche nelle principali tecniche di trasformazione genetica, quali Agrobacterium tumefaciens, biolistica e CRISPR-Cas9, comprendendone i meccanismi e le applicazioni. 5 - Resistenza agli stress: Studiare i meccanismi di risposta delle piante agli stress ambientali (idrici, salini, termici, etc.) e identificare strategie genetiche per migliorare la loro resilienza. 6 - Tracciabilità e bioetica: Comprendere i metodi di tracciabilità degli OGM e sviluppare una consapevolezza critica delle implicazioni etiche, legali e sociali associate alle biotecnologie vegetali. 7 - Abilità di laboratorio: Consolidare le competenze tecniche attraverso esperienze pratiche di laboratorio, focalizzandosi su metodologie quali PCR e sequenziamento del DNA. Questi obiettivi formativi sono concepiti per fornire agli studenti una preparazione teorico-pratica completa nel campo della genetica e delle biotecnologie applicate al miglioramento delle piante.

Il corso introduce i principi fondamentali della genetica applicata alle piante, analizzando i meccanismi di ereditarietà e variabilità genetica. Verranno esplorati i genomi di specie agronomiche di rilievo, come vite, olivo, mais e pomodoro. Il corso prosegue con un'introduzione alle biotecnologie vegetali, focalizzandosi sulle loro applicazioni per il miglioramento della produttività e della resistenza delle piante. Saranno illustrate le tecniche di incrocio classico, la selezione assistita da marcatori molecolari (MAS) e le diverse metodologie di trasformazione genetica. In particolare, verranno descritti i metodi di trasformazione genetica come l'utilizzo di Agrobacterium tumefaciens, il biolistico e il sistema CRISPR-Cas9, evidenziandone le applicazioni nello sviluppo di piante resistenti agli erbicidi e ai parassiti. Un'ulteriore sezione del corso sarà dedicata all'analisi delle risposte delle piante agli stress ambientali, con un focus sulle strategie per migliorare la loro resistenza. Infine, verranno trattati i metodi per la tracciabilità degli OGM e le implicazioni etiche e legali associate. Il corso prevede attività pratiche di laboratorio, che potranno includere esperimenti di trasformazione genetica, PCR e tecniche di sequenziamento del DNA.

Per affrontare al meglio l'insegnamento, è consigliabile possedere i seguenti prerequisiti: Biologia: Solide conoscenze di base, con particolare attenzione alla biologia vegetale. Genetica: Familiarità con i principi fondamentali della genetica. Chimica: Una preparazione di base in chimica, soprattutto organica e biochimica, per comprendere i meccanismi biologici. Biotecnologie: Conoscenza dei concetti base delle biotecnologie. Competenze di laboratorio: Esperienza pratica di laboratorio.

Il programma didattico prevede 40 ore di lezioni teoriche, dedicate all'approfondimento dei contenuti menzionati in precedenza, e 16 ore di laboratorio, focalizzate sull'applicazione pratica di tali concetti attraverso tecniche specifiche quali l'estrazione del DNA, la PCR, l'impiego di sequenziatori e la trasformazione biolistica, al fine di dimostrare come si effettua una analisi genetica o come si producono organismi geneticamente modificati.

La preparazione degli studenti sarà valutata principalmente attraverso esami orali, incentrati sugli argomenti trattati nelle lezioni teoriche e nelle sessioni di laboratorio. Particolare rilievo sarà dato alla capacità di collegare i concetti teorici e pratici, abilità che verrà verificata durante l'esame orale.

Biotecnologie Vegetali, di Gabriella Pasqua, Cinzia Forni. Editore: Piccin, 2022 https://www.piccin.it/it/botanica/2822-biotecnologie-vegetali-9788829932849.html Il docente fornirà materiale integrativo che sarà caricato online sulla piattaforma Moodle.

l corso di Green Cemistry and Catalysis si pone l'obiettivo, a partire dai 12 principi della Green Chemistry, di fornire i mezzi necessari alla valutazione dell'impatto ambientale di protocolli e processi industriali nell’ambito agroalimentare. Alla fine di questo percorso lo studente acquisirà familiarità con strumenti pratici in grado di aiutarlo non solo nella valutazione ma anche nella progettazione di protocolli a basso impatto ambientale per la produzione e lo stoccaggio di prodotti agroalimentari. Gli studenti impareranno come aumentare l'ecosostenibilità di un processo.

Serranno discussi e presentati diversi approcci sviluppati dall'industria e dall'università negli ultimi 30 anni concentrando l'attenzione su: i.) solventi green, ii) processi catalitici, iii) matrici per il calcolo dell' E-factor. Il corso sarà diviso in diverse parti: 1) i 12 principi della green chemistry per un mondo sostenibile, 2) l'impatto ambientale dei prodotti chimici e dei processi, 3) metriche green, 4) biotrasformazioni, 5) efficienza energetica, 6) tecniche analitiche e quality by design, 7) tossicità, sostenibilità e legislazione.

Conoscenza della Chimica Organica

Le lezioni saranno erogate con tre modalità didattiche in funzione dell’argomento trattato. A) Lezioni tradizionali partecipate in cui si illustrano alcuni contenuti teorici e si chiede all’aula di contribuire attivamente attraverso anche la strutturazione di lavori di gruppo. B) Project work in cui saranno coinvolti piccoli gruppi di studenti alla soluzione di problemi relativi alla sintesi di vari composti. C) Problem solving a partire da problematiche riportate in letteratura e/o di carattere industriale.
Per un migliore il monitoraggio dell'attività durante il corso vengono svolti 2 test di valutazione anonimi: un primo test viene erogato durante la prima lezione per conoscere le aspettative e le conoscenze di base degli studenti (impiego della piattaforma mentimeter) ed il secondo dopo 24 ore di lezione per monitorare l'attività degli studenti ed eventualmente rimodulare il corso e cambiare l'approccio utilizzato, se necessario. Dispense e riferimenti bibliografici sono caricati su uno spazio Moodle dedicato. Il materiale didattico, quando possibile/utile viene caricato in anticipo rispetto allo svolgimento della relativa lezione.

L'apprendimento verrà valutato con un test scritto composto da 3-7 domande a risposta aperta seguite da un colloquio orale

Il docente fornirà direttamente articoli dalla letteratura più recente sull'argomento.
un possibile testo di riferimento:
P. Anastas "Handbook of green chemistry" Wiley and Sons Ed. New Yourk 2009 (DOI: 10.1002/9783527628698)

Orale

contribuire alla progettazione di prodotti alimentari innovativi con specifiche caratteristiche funzionali, nutrizionali e sensoriali; sviluppare tecnologie innovative a ridotto impatto ambientale e ridotto consumo energetico per la conservazione, il condizionamento e la distribuzione degli alimenti

Cenni storici delle biotecnologie nella agroalimntare; Cenni sulla biochimica della nutrizione; Biotecnologie odierne nei processi agricoli e nelle trasformazioni con riferimenti all'economia circolare; Biotecnologie sui controlli dei prodotti e dei processi. Progetti di ricerca avanzati ed innovativi.

Biochemica

lezioni frontali

orale con seminario

Slide docente eventuali testi a scelta

MODULO 1: METODI SPERIMENTALI
Lo scopo principale del corso del corso è rendere lo studente abile nell'applicazione delle tecnologie di avanguardia nell’ambito della chimica analitica strumentale per consentirgli di effettuare analisi chimiche di matrici agricole e agroalimentari, per l’identificazione e quantificazione dei componenti principali e presenti in trace, con la particolare finalità della caratterizzazione di provenienza geografica del prodotto, caratterizzazione varietale, ma anche nell’ottica della caratterizzazione dell’autenticità e valorizzazione della qualità.
Lo studente dovrà maturare una intrinseca capacità di scelta della metodologia più adatta e manualità nell'esecuzione delle determinazioni analitiche chimiche.
MODULO 2: CHEMIOMETRIA E DISEGNO SPERIMENTALE
Chemiometria come un strumento fondamentale per la ricerca agro-alimenatre

MODULO 1: METODI SPERIMENTALI
Il corso intende fornire allo studente aspetti teorici e tecnici di chimica analitica strumentale, finalizzati alle applicazioni di avanguardia principalmente nel campo della tracciabilità, ma anche per quanto riguarda l’autenticità e la qualità, dei prodotti agricoli e agroalimentari.
Saranno approfonditi i progressi nelle tecniche e nelle tecnologie di tracciabilità dei prodotti agricoli e agroalimentari, lungo tutta la filiera di produzione (dal campo all’etichetta del prodotto commerciale).
TEORIA. Definizione di tracciabilità sperimentale, caratterizzazione dell’origine geografica e varietale, di prodotti agricoli e agroalimentari.
Necessità e vantaggi di una tracciabilità robusta e difficoltà legate alla sua realizzazione e attuazione. Cenni tecnici dei requisiti legali per la tracciabilità alimentare nell'UE, negli Stati Uniti e nel resto del mondo.
Tecniche analitiche di avanguardia per la tracciabilità di prodotti agricoli e agroalimentari: metodi spettroscopici e spettrometrici targeted e untargeted. Tecniche di cromatografia liquida accoppiata (hyphenated) con tecniche spettrometriche ad alta risoluzione (U/HPLC-HRMSn, .). Tecniche di gas cromatografia accoppiata (hyphenated) con tecniche spettrometriche ad alta risoluzione (GC-MSn, .). Tecniche di emissione atomica (Inductively Coupled plasma, ICP) con detector in spettrometria di massa (MS), determinazione del rapporto isotopico di elementi pesanti. Tecniche spettrometriche di analisi di rapporto isotopico (IRMS) di elementi leggeri (H, C, O, N, S), con diverse tecniche di preparazione del campione (analisi elementare per pirolisi e combustione, analisi di specie volatili, separazione mediante cromatografia liquida e gas cromatografia). Spettrometria di ioni secondari (Tof-SIMS). Spettroscopia di risonanza magnetica nucleare (NMR). Fluorimetria. Fluorescenza a Raggi X. Analisi multi-spettrale. Analisi termogravimetrica (TGA). Sensori.
Durate il corso saranno analizzati al livello teorico e di analisi critica anche molti casi studio già disponibili nella letteratura scientifica (prodotti vegetali, prodotti oleari e vitivinicoli, latte e derivati lattiero-caseari, miele, .).
LABORATORIO. Esempi di analisi di prodotti agricoli e agroalimentari mediante tecniche targeted e untargeted, tramite l’uso diretto di alcune strumentazioni studiate nelle lezioni teoriche: HPLC/HRMS, ICP-MS, GC-MS, IRMS, NMR, Fluorescenza, XRF.
MODULO 2: CHEMIOMETRIA E DISEGNO SPERIMENTALE
Il ruolo della chemiometria nella ricerca agroalimentare
Distribuzioni di frequenza
Tabelle di contingenza
Tendenza centrale e variabilità
Distribuzione non-Gaussiana
Outliers
Correlazione
T-Test e Mann Whitney
Chisquare
ANOVA (one way, two way, ANCOVA, MANOVA)
Regressione lineare e non lineare
Regressione multipla
Regressione logistica binaria
Analisi discriminante
Analisi fattoriale / analisi delle componenti principali
Analisi delle serie temporali

MODULO 1: METODI SPERIMENTALI
Non sono previste propedeuticità curricolari.
Tuttavia, le conoscenze di chimica analitica di base e strumentale di uso più comune, conoscenza delle tecniche di campionamento, stabilizzazione pretrattamento dei campioni, conoscenza delle procedure di calibrazione di base delle strumentazioni analitiche e di validazione dei metodi di base.
MODULO 2: CHEMIOMETRIA E DISEGNO SPERIMENTALE
chimica generale, statistica

MODULO 1: METODI SPERIMENTALI
Il corso prevede 64 ore di lezione per un totale di 6 Crediti Formativi
Universitari (CFU).
Si tratta di 32 ore di lezione teorica frontale (in aula)
32 ore di lezione in laboratorio (8 sessioni da 4 ore ciascuna)
MODULO 2: CHEMIOMETRIA E DISEGNO SPERIMENTALE
lezioni frontali ed esercitazioni

MODULO 1: METODI SPERIMENTALI
L’apprendimento verrà valutato mediante un esame orale che consisterà in una serie di domande per verificare sia le conoscenze teoriche degli argomenti trattati che la capacità di sviluppare tali conoscenze verso soluzioni a problemi di carattere pratico (Laboratorio).
In sede di esame orale dovrà essere consegnata una relazione scritta di max 15 pagine su una esperienza di laboratorio fra le esperienze concordate nel corso delle lezioni/sessioni di laboratorio.
MODULO 2: CHEMIOMETRIA E DISEGNO SPERIMENTALE
prove in itinere
esame finale
mini progetti

MODULO 1: METODI SPERIMENTALI
1) Advances in Food Traceability Techniques and Technologies. Improving Quality Throughout the Food Chain. Volume della collana Woodhead Publishing Series in Food Science, Technology and Nutrition. Edito da Montserrat Espiñeira and Francisco J. Santaclara. Elsevier, 2016
Letteratura Scientifica suggerita dal Docente
MODULO 2: CHEMIOMETRIA E DISEGNO SPERIMENTALE
Chemometrics in Food Chemistry, Marini.
Environmental Chemometrics Principles and Modern Applications, Grady Hanrahan