Per quanto riguarda le Biotecnologie Ambientali, oggetto della
ricerca sono stati sia l'aspetto chimico e biologico degli
inquinanti, sia l'aspetto più strettamente applicativo ed
ingegneristico, relativo alla progettazione e alla realizzazione di
processi e di reattori di differenti tipologie per la
biodegradazione degli inquinanti stessi.
Le tematiche di ricerca hanno riguardato diversi filoni, quali
il risanamento biologico di suoli, sedimenti ed acque contaminate
da composti xenobiotici organici, e lo studio, la valutazione e la
misurazione dell'impatto degli inquinanti sull'ambiente.
Per quanto invece riguarda le Biotecnologie Industriali, i
temi di ricerca sono stati essenzialmente rivolti alla
produzione di metano da varie scarti industriali, alla produzione
di biovanillina da acido ferulico ottenuto dalla crusca di grano o
da capsaicina, allo sviluppo di vernici marine antivegetative
ecocompatibili, alla produzione di aromi per alimenti,
all'utilizzazione di scarti effluenti e surplus agro-industriali
per produrre molecole ad alto valore aggiunto, quali aromi,
polimeri microbici (poliidrossialcanoati) e biocombustibili
(biometano).
BIOTECNOLOGIE AMBIENTALI
Per quanto riguarda le Biotecnologie Ambientali, oggetto della
ricerca sono stati sia l'aspetto chimico e biologico degli
inquinanti, sia l'aspetto più strettamente applicativo ed
ingegneristico, relativo alla progettazione e alla realizzazione di
processi e di reattori di differenti tipologie per la
biodegradazione degli inquinanti stessi.
Le tematiche di ricerca hanno riguardato diversi filoni, quali
il risanamento biologico di suoli, sedimenti ed acque contaminate
da composti xenobiotici organici, e lo studio, la valutazione e la
misurazione dell'impatto degli inquinanti sull'ambiente.
Più in dettaglio, i principali aspetti delle ricerche per quanto
riguarda l'aspetto chimico e biologico degli inquinanti sono
stati:
- Isolamento e caratterizzazione di batteri aerobici
chemo-organotrofi in grado di degradare inquinanti organici quali
policlorobifenili (PCB), acidi clorobenzoici, clorofenoli,
idrocarburi policiclici aromatici (IPA) e acidi benzoici,
fenil-acetici e fenil-propenoici idrossilati e metossilati.
I batteri isolati (da acque reflue e suoli industriali
contaminati) sono caratterizzati in termini di:
- tassonomia (determinazione dei principali fenotipi metabolici e
analisi della sequenza de 16S rDNA);
- attività biodegradativa (velocità e rese di biodegradazione
dell'inquinante) in coltura sia batch che continua;
- meccanismo biochimico attraverso cui i batteri degradano
l'inquinante, ricercando e caratterizzando specifiche attività
enzimatiche nell'estratto cellulare, ibridando il DNA del ceppo con
sonde geniche specifiche e caratterizzando per via chimica gli
intermedi metabolici accumulati nel mezzo colturale;
- parametri cinetici principali (quali mmax,
Ks, Ki, etc.) che descrivono la
crescita dei batteri sull'inquinante (in coltura batch e
continua) o l'attività di enzimi biodegradativi contro l'inquinante
(in batch) con l'utilizzazione di modelli cinetici quali
quelli di Monod, Michaelis-Menten, Andrews e Haldane.
- Lo studio dei processi di biodegradazione di composti
xenobiotici inquinanti di origine industriale largamente diffusi
nell'ecosistema, quali i policlorobifenili (PCB), gli acidi
clorobenzoici, gli idrocarburi policiclici aromatici e la
componente aromatica a basso peso molecolare delle acque di
vegetazione derivanti dall'industria olearia ad opera di
microrganismi, prevalentemente batteri chemo-organotrofi
eterotrofi, aerobici e anaerobici. La ricerca condotta ha in
particolare riguardato:
- la selezione da suoli e acque contaminati di microrganismi
specializzati e la loro caratterizzazione fisiologica, tassonomica
e genetico-molecolare;
- lo studio delle cinetiche di biodegradazione degli
xenobiotici;
- la caratterizzazione delle vie metaboliche di demolizione degli
xenobiotici (bioconversione e/o mineralizzazione) attraverso il
riconoscimento degli intermedi della biodegradazione in colture
microbiche "growing- e/o resting-cells” per via
chimico-analitica e/o attraverso l'individuazione e la
caratterizzazione di elementi genici e attività enzimatiche
specifiche nelle cellule microbiche specializzate.
- Lo studio e la caratterizzazione di processi di
biodegradazione anaerobica naturale di composti xenobiotici
organici clorurati presenti in sedimenti di fiume, laghi e zone
marine contaminati attraverso l'allestimento di microcosmi a fase
slurry e monitoraggi di tipo chimico, microbiologico e
biologico-molecolare.
E' stata anche effettuata una approfondita sperimentazione di
agenti chimici in grado di favorire la biodisponibilità degli
xenobiotici ( b-ciclodestrine, tensioattivi naturali e sintetici)
nell'ambito di una strategia globale volta a favorire il processo
di recupero biologico dei suoli inquinati.
- L'intensificazione e l'ottimizzazione dei processi di
biodegradazione di PCB, acidi clorobenzoici e clorofenoli in acque
reflue contaminate attraverso l'impiego di co-fattori di
crescita (quali, ad esempio, vitamine, elementi in
tracce, estratto di lievito) e di agenti in grado di aumentare la
biodisponibilità degli inquinanti (ad esempio., tensioattivi,
ciclodestrine);
- La determinazione della trattabilità biologica aerobica ed
anaerobica di suoli e sedimenti contaminate con tecniche di analisi
chimico-biologico ed ecotossicologico integrate.
- L'analisi e la caratterizzazione di processi di natural
attenuation biologica in situ, in falde e sedimenti
anaerobici contaminati.
- La caratterizzazione di popolazioni microbiche nei fanghi di
supero coinvolte nella depurazione di acque miste civili ed
industriali contaminate da PCB.
- Il rilevamento e la caratterizzazione chimica e
microbiologica di processi di biodegradazione di solventi clorurati
(eteni clorurati) e PCB in corso in situ in sedimenti e
suoli anaerobici contaminati
- Sviluppo e applicazione di metodologie di prevenzione e
gestione ambientale quali il Life Cycle Assessment (LCA), i Sistemi
di Gestione Ambientale (SGA) e la valutazione di impatto
ambientale;
- Studi e ricerche sui metodi di caratterizzazione di siti
contaminati: determinazione dei microinquinanti organici e messa a
punto di saggi ecotossicologici.
Per quanto riguarda l'aspetto più strettamente applicativo ed
ingegneristico, le ricerche hanno avuto per oggetto i processi e le
tecnologie per la bioremediation degli ambienti naturali, ed
in particolare:
- La progettazione e realizzazione di reattori a letto
fisso e biomassa microbica immobilizzata per la depurazione
batch e in continuo di acque contaminate da PCB (in
condizioni aerobiche), acque di vegetazione (in condizioni
anaerobiche ed aerobiche) ed effluenti di digestori anaerobici
alimentati con acque di vegetazione (in condizioni aerobiche).
- Lo studio, sviluppo ed ottimizzazione di processi di
decontaminazione biologica di suoli inquinati da PCB e IPA
attraverso l'impiego di microcosmi a fase slurry e solida e
di reattori a fase slurry, solida e semisolida. Di
norma viene studiato il ruolo dell'inoculo e di agenti
“solubilizzanti” esogeni (quali tensioattivi sintetici e di origine
biologica, ciclodestrine, acidi umici) sul decorso del processo di
depurazione del suolo, di norma monitorato attraverso l'impiego di
un metodo analitico chimico-microbiologico-ecotossicologico
integrato.
- La progettazione e realizzazione di bioreattori aerobici
slurry e a fase fissa per la bioremediation ex-situ di suoli
contaminati da policlorobifenili, idrocarburi clorurati o
idrocarburi policiclici aromatici. E' stata anche effettuata una
approfondita sperimentazione di agenti chimici in grado di favorire
la biodisponibilità degli xenobiotici ( b-ciclodestrine,
tensioattivi naturali e sintetici) nell'ambito di una strategia
globale volta a favorire il processo di recupero biologico dei
suoli inquinati.
- La progettazione e realizzazione di bioreattori aerobici e
anaerobici a letto fisso e biomassa microbica immobilizzata per la
depurazione in batch ed in continuo di acque contaminate da PCB,
acidi clorobenzoici e tensioattivi e per la digestione anaerobica
(depurazione + valorizzazione con produzione di metano) delle acque
di vegetazione dell'industria olearia e di altri reflui
dell'agro-industria.
- Lo sviluppo e l'ottimizzazione di processi innovativi per la
decontaminazione biologica di suoli inquinati da PCB, fenoli,
benzeni, aniline, composti policlorurati, e IPA attraverso
l'impiego di microcosmi e di bioreattori (di scala di laboratorio)
a fase slurry e solida. Intensificazione dei processi
attraverso l'impiego di inoculi microbici selezionati e soprattutto
di agenti “solubilizzanti” esogeni (tensioattivi sintetici e
biogeni, ciclodestrine, acidi umici); sviluppo di metodiche
di monitoraggio dei processi di bonifica con approcci
chimico-microbiologico-ecotossicologico integrati.
- La progettazione e lo sviluppo di tecnologie biologiche non
convenzionali (reattori a biomassa adesa) per la depurazione di
acque reflue di origine industriale con inquinanti organici
prioritari;
- La progettazione e lo sviluppo di nuove tecnologie biologiche
per la bonifica di suoli contaminati da composti organici clorurati
tossici;
- Lo studio di mediante processi di digestione anaerobica della
degradazione di contaminanti organici clorurati in sedimenti, con
la caratterizzazione delle popolazioni coinvolte mediante approcci
di biologia molecolare.
BIOTECNOLOGIE INDUSTRIALI
- Per quanto invece riguarda le Biotecnologie
Industriali, i temi di ricerca sono stati
essenzialmente i seguenti:
- Lo sviluppo di tecniche non convenzionali per la
valorizzazione (produzione di metano) biologica di acque reflue
dell'agro-industria.
- La valorizzazione di acque reflue di frantoio (acque di
vegetazione) mediante processi di digestione anaerobica non
convenzionali (con reattori impaccati a biomassa immobilizzata) in
condizioni: a) acidogeniche, per la produzione di acidi grassi
volatili da impiegare come substrato in un successivo processo
aerobico per la produzione di biopolimeri; e b) metanogeniche , per
la produzione di biogas ricco in metano.
- La digestione anaerobica di reflui zootecnici in condizioni
metanogeniche per la produzione di biogas ricco in metano.
- La degradazione di tensioattivi non-ionici ad opera di
consorzi batterici specializzati in bioreattori aerobici a cellule
immobilizzate e studi sulle popolazioni microbiche coinvolte.
- Studi sulla produzione di biovanillina da acido ferulico
(ottenuto dalla crusca di grano o da capsaicina) ad opera di
batteri dedicati e di microrganismi ingegnerizzati mediante
l'impiego di reattori di diversa configurazione, a cellule libere o
immobilizzate.
- L'utilizzazione di crusca di cereali pre-trattata come
substrato di crescita microbica e fonte di acido ferulico da cui
generare, per bioconversione, vanillina;
- Lo sviluppo di vernici marine antivegetative
ecocompatibili.
- La produzione di aromi per alimenti mediante l'impiego di
microrganismi.
- L'utilizzazione di scarti effluenti e surplus agro-industriali
per produrre molecole ad alto valore aggiunto, quali aromi,
polimeri microbici (poliidrossialcanoati) e biocombustibili
(biometano).
- L'uso di acque di vegetazione come matrice per produrre
biocombustibile (biometano) e biopolimeri (poliidrossialcanoati)
attraverso processi biotecnologici dedicati.
- Lo sviluppo innovativo ed ottimizzazione di enzimi migliorati
derivati da coprodotti, sottoprodotti e residui alimentari
destinati a rendere più efficienti i processi fermentativi.
- La produzione di aromi per alimenti mediante l'impiego di
microrganismi; Utilizzo di scarti effluenti e surplus
agro-industriali per produrre molecole ad alto valore aggiunto,
quali aromi, polimeri microbici (poliidrossialcanoati) e
biocombustibili (biometano).
