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Ornella Francioso

Professoressa associata

Dipartimento di Scienze e Tecnologie Agro-Alimentari

Settore scientifico disciplinare: AGR/13 CHIMICA AGRARIA

Temi di ricerca

Parole chiave: digestione anaerobica riclo e uso delle biomasse Sostanza organica del suolo FTIR, Raman, NMR, CF-IRMS, TG-DTA Biostimolanti Attività biologica

Linea di ricerca 1. Studiare   la dinamica del C organico nei suoli ammendati con biomasse di origine diversa come possibile riutilizzo delle biomasse per il recupero ed il reintegro della componente organica nei suoli coltivati. Particolare attenzione sarà rivolta alla formazione delle sostanze umo-simili nei processi di compostaggio in quanto indicatori di qualità e stabilità del compost.

Linea di ricerca 2. Il progetto si prefigge di ottimizzare  i processi di fermentazione anaerobica  per la produzione di biometano utilizzando   come substrato i rifiuti urbani e agroalimentari.

Linea di ricerca 3. La ricerca in oggetto è rivolta a studiare la struttura delle molecole umiche, separate in diverse frazioni molecolari, mediante l'applicazione della spettroscopia Raman confocale e gli effetti biologici prodotti, a livello molecolare, nelle piante di interesse agrario.

 



Linea di ricerca 1. Il contenuto in sostanza organica del suolo (SOM) è capace d'influenzare fortemente la fertilità attraverso le proprietà chimico-fisiche e biologiche e il flusso degli elementi nutritivi verso le radici. Le pratiche agronomiche intensive sono tra i principali fattori che influiscono sulle caratteristiche della SOM provocando, di norma, una significativa perdita di C organico, rispetto alle colture estensive e in rotazione. L'apporto di nuova SO al suolo a scopo fertilizzante (reflui zootecnici, etc.) e l'adozione d'idonee rotazioni colturali, sono attualmente le pratiche agronomiche, maggiormente in uso, per incrementare il contenuto in C organico (Francioso e al.,2000; 2005; Corrado et al., 2008; Ferrari et al., 2011; Del Ferro et al., 2012). Gli effetti di differenti pratiche agronomiche sulla SOM sono stati analizzati valutando le caratteristiche del C organico, attraverso stime del C e dell'N organico e del grado di umificazione ( Francioso et al., 2007). Nonostante la validità di queste tecniche, le informazioni sulla struttura e sulle proprietà chimiche e biologiche del SOM restano ancora inadeguate.  La spettroscopia vibrazionale infrarossa (IR) ed FT-Raman sono  tecniche d'indagine molecolare applicate anche per lo studio delle variazioni strutturali della SOM prodotte dalle pratiche agricole (Francioso et al., 2000; 2005, 2007; Corrado et al, 2008; Ertani et al, 2013). Lo studio delle modificazioni strutturali della SOM nei suoli trattati con biomasse di origine diversa, il cui riutilizzo come ammendante del suolo, rappresenta una  razionale soluzione ed un corretto reintegro di sostanza organica nei suoli coltivati.

Linea di ricerca 2.

Il progetto si prefigge di ottimizzare  i processi di fermentazione anaerobica  per la produzione di biometano e l'eventuale riutilizzo delle biomasse agro-industriali [Francioso et al, 2010; Francioso et al., 2011). L'innovazione tecnologica del progetto riguarda la combinazione della digestione anaerobica bifasica (DAB) con l'iniezione di CO2 nella fase acida, allo scopo di migliorare la conversione del materiale organico, particolato e solubile, nel trattamento dei fanghi di depurazione ( Salomoni et al. 2010). Ha inoltre sviluppato processi di pre-trattamento di biomasse  lignocellulosiche con diversi ceppi di funghi riunendo un gruppo di ricercatori (Bit4Energy). Tale pre-trattamento valorizza biomasse con alto contenuto di lignina, lignina che è difficilmente biodegradabile; ad oggi la degradazione della lignina in processi industriali avviene con acidi e basi forti con relativi problemi per gli equilibrii biologici. Con biomasse pre-trattate in questo modo si avranno sia un migliore smaltimento delle biomasse che una più elevata produzione di biometano rispetto a quelli tradizionali

Linea di ricerca 3. Le sostanze umiche (SU) sono macromolecole coinvolte in diversi processi chimici e biologici che sono correlati con la fertilità del suolo. Per poter meglio comprendere le dinamiche di queste interazioni chimiche, è importante conoscere la struttura molecolare delle SU. Differenti tecniche spettroscopiche (1H, 13C, 31P NMR,HRMAS-NMR, FT-IR,  Raman e fluorescenza), spettrometriche (CF-IRMS), e termogravimetriche (TG) e termico differenziale  (DTA) (Francioso et al.,1996, 1998; 2001, 2003; 2005-2009; Corrado et al., 2008; Carletti et al., 2010)  hanno messo in evidenza come le differenze strutturali sono strettamente lega te alla massa molecolare delle SU.  Le frazioni ad alta massa molecolare (300-50 KDa) sono paragonabili a strutture supramolecolari  arricchite in  composti aromatici policiclici (Francioso et al.,1996; 2001). Al contrario, le frazioni a bassa massa molecolare (<10 KDa) sono dominate da strutture molecolare simili ad acidi benzoici sostituiti (Francioso et al.1998). Queste frazioni hanno mostrato diversa attività biologica  sia in alcune piante di interesse agrario (Zea maisDaucus carota, Actinidia deliziosa e Arabidobips) (Quaggiotti et al.,2004; Muscolo e coll. 2007; Marino et al., 2008; Trevisan et al., 2010; Schiavon et al., 2010; Ertani et al., 2011) che in quelle  forestali (Pinus nigra) (Muscolo e at., 2007). Il meccanismo d'azione è complesso ma è assimilabile a quello delle auxine: migliora la crescita della pianta e l'assimilazione dei micronutrienti. La  frazione a minore massa molecolare è stata quella che ha interagito  con i recettori di membrana (Muscolo et al., 2007) e ha indotto nel  mais  un effetto diretto sull'espressione dei geni putativi ZmNrt2.1 e ZmNrT1.1 e dei geni Mha1 e Mh2il coinvolti nel processo di assorbimento dei nitrati  (Quaggiotti et al.,2004). L'apparato radicale della pianta sembra essere il principale sito d'interazione con le sostanze umiche per tanto le modificazioni strutturali e molecolari saranno valutate mediante l'applicazione della spettroscopia Raman confocale. 

 

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