Recentemente, l’ocratossina A (OTA) è stata segnalata in formaggio grattugiato confezionato: si ritiene sia stata prodotta dallo sviluppo di alcuni funghi durante il periodo di maturazione. Gli studi presentati in questa tesi hanno avuto lo scopo di migliorare la conoscenza dei funghi, Aspergilli e Penicilli, associati al formaggio di tipo grana. Si è dunque provveduto alla loro identificazione tramite approccio multifasico, eseguendo anche prove ecologiche per definire i fabbisogni delle specie presumibilmente dominanti. Obiettivo finale sarà quello di predire il rischio di contaminazione da micotossine alle condizioni ambientali di stagionatura del prodotto. Aspergillus puulaauensis e alcune specie del genere Penicillium (P.crustosum and P. solitum) sono state rilevate con maggior frequenza, mentre non sono state rilevate nei campioni di crosta le specie P. nordicum e P. verrucosum. In ogni caso, le condizioni ambientali dei locali di maturazione (15-22°C; 72-88% UR) sono risultate favorevoli allo sviluppo di queste ultime, dando adito a preoccupazione circa una possibile contaminazione da OTA; tuttavia, il ruolo di altre specie micotossigene, ad esempio P. crustosum, non va sottovalutato. Le azioni di contrasto verso questi funghi micotossigeni dovrebbero, innanzitutto, ridurre l’inoculo presente nell’aria: l’ozono sembra efficace in tal senso; inoltre, l’utilizzo della luce blu potrebbe ridurre notevolmente la crescita fungina sulla superficie dei formaggi e delle scaffalature. Le informazioni fornite in questa tesi saranno utili ai produttori e agli altri operatori della filiera di questo prodotto, aiutandoli ad attuare una miglior gestione del rischio e a garantire un prodotto sicuro e di elevata qualità ai consumatori. / Ochratoxin A (OTA) was detected a few years ago in Italian packed grated cheese, and supposed to be produced by fungal growth during cheese ripening. The works managed and presented in this thesis aimed to improve knowledge about mycotoxigenic Aspergilli and Penicillia associated to Italian grana cheese. A multiphasic approach was applied for their identification and ecological trials were organised to define fungal needs of the expected dominant species. The objective was to predict the risk of mycotoxin contamination during the ripening condition of grana cheese. Aspergillus puulaauensis and some Penicillium spp (P.crustosum and P. solitum) were the prevalent species associated to grana cheese, while neither P. nordicum, nor P. verrucosum were detected in cheese rind. However, the environmental conditions of the ripening rooms (15-22°C; 72-88% RH) are favourable to P. nordicum and P. verrucosum, reinforcing concern about possible OTA contamination, but other mycotoxigenic species such as P. crustosum must not be neglected. Actions against those mycotoxigenic fungi should mainly reduce total inoculum in the environmental air: ozone is reported to be effective in this sense; moreover, blue light may significantly reduce fungal growth on cheese and shelves surfaces. Information provided therein will be useful for producers and stakeholders to perform a better risk management and guarantee a safe, high-quality product to consumers.

The present work has been divided into two parts. At first, research projects attempt to evaluate technologies that increase digestibility of energy and other nutrients in cereal grains and their co-products. Differences in starch digestibility have been attributed to various factors, including the the type of corn endosperm, the presence of proteins and prolamins, the presence of lipids, the amylose-amylopectin ratio, the starch granule structure, the particle size, the conservation and processing methods. Second part of my work was dedicated to investigate the sensors of diet compounds which could be considered as potential markers to monitor nutrition status of organism. Activation of these receptors is believed to influence the hunger-satiety cycle, and their expression levels may be altered by dietary composition. Thus, the aim was to investigate for the first time the effect of arabinoxylans (AX) and β-glucans (BG) on the relative level of expression of carbohydrates, amino and fatty acid nutrient sensors genes in porcine oral and non-oral tissues. / The present work has been divided into two parts. At first, research projects attempt to evaluate technologies that increase digestibility of energy and other nutrients in cereal grains and their co-products. Differences in starch digestibility have been attributed to various factors, including the the type of corn endosperm, the presence of proteins and prolamins, the presence of lipids, the amylose-amylopectin ratio, the starch granule structure, the particle size, the conservation and processing methods. Second part of my work was dedicated to investigate the sensors of diet compounds which could be considered as potential markers to monitor nutrition status of organism. Activation of these receptors is believed to influence the hunger-satiety cycle, and their expression levels may be altered by dietary composition. Thus, the aim was to investigate for the first time the effect of arabinoxylans (AX) and β-glucans (BG) on the relative level of expression of carbohydrates, amino and fatty acid nutrient sensors genes in porcine oral and non-oral tissues.

Circa l’1% della popolazione mondiale è colpita da celiachia. I celiaci sono costretti a seguire una dieta priva di glutine e molto spesso quest’ultima risulta essere sbilanciata e/o carente in molti nutrienti. Recentemente, l’uso di matrici alternative al frumento, come pseudocereali, legumi e cultivar di riso pigmentate sta riscuotendo grande interesse a causa del loro elevato quantitativo di composti bioattivi (polifenoli). Quindi, considerando l’importanza attuale dei polifenoli sia nella formulazione tecnologica che nella promozione di aspetti salutistici degli alimenti senza glutine, lo scopo di questa tesi è stata basata su: 1) profilazione dei polifenoli in matrici prive di glutine (farine non di frumento, legumi, pseudocereali e frutta secca) e loro proprietà antiossidanti in vitro; 2) valutazione dell’impatto di trattamenti termici e di fermentazioni microbiche sul profilo fenolico di queste matrici prive di glutine; 3) valutazione del ruolo dei polifenoli come inibitori degli enzimi amilolitici; e 4) valutazione del destino dei polifenoli caratterizzanti alimenti senza glutine durante processi in vitro simulanti digestione gastrointestinale e fermentazione fecale. I polifenoli sono stati analizzati sfruttando tecniche di metabolomica mirata/non-mirata. / Around 1% of world population is affected by coeliac disease. Coeliac people are constrained to follow a strict gluten free (GF) diet and very often this latter is unbalanced and lacks in many nutrients. In the last years, the exploitation of alternative crops or underutilized species, such as pseudocereals, legumes and pigmented cereal cultivars, is gaining interest because of their amount and profile of bioactive compounds, such as polyphenols. Therefore, considering the actual importance of polyphenols for both the formulation of GF foods and their health-promoting properties, the current PhD thesis was based on: 1) the profiling of polyphenols in GF raw materials (such as non-wheat flours, legumes, pseudocereals and nuts) and their in vitro antioxidant activities; 2) the evaluation of the impact of different heat treatments and microbial fermentations on the phenolic profile of GF raw materials; 3) the investigation of polyphenols in GF foods as inhibitors of digestive enzymes; and 4) the assessment of the fate of polyphenols characterizing GF foods during simulated in vitro gastrointestinal and fermentation processes. Polyphenols were analysed by means of targeted/untargeted metabolomics-based approaches (i.e., high resolution chromatography and mass spectrometry platforms).

Scopo di questa tesi di dottorato è stato quello di monitorare la presenza di micotossine lungo la filiera produttiva del mais. Inizialmente è stata valutata la contaminazione da micotossine della granella di mais, proveniente da due regioni italiane. Le micotossine, la cui presenza era più estesa e rilevante, erano le fumonisine. Sono state indagate le condizioni di umidità e temperatura più favorevoli alla produzione di AFB1 da parte di un ceppo di Aspergillus flavus. L'ibrido DKC5353 ha presentato le minori contaminazioni, in tutte le località in cui è stato coltivato, per quanto riguarda la contaminazione da fumonisine. Tra i vari trattamenti insetticidi e fungicidi testati per l'efficacia nella riduzione della contaminazione da fumonisine, solo uno ha dato riscontro positivo. È stata valutata la ripartizione delle fumonisine nelle frazioni di molitura e nei sottoprodotti della lavorazione dell'olio di mais. Entrambi i processi si sono dimostrati efficaci metodi di decontaminazione. Dalle analisi sulle farine di mais per polenta emerge la necessità di intensificare i controlli e sorvegliare i punti critici del processo di molitura. / The aim of this study was to monitor the occurrence of mycotoxins over productive cycle of maize. Samples of maize kernels, coming from two Italian regions, were analysed to quantify mycotoxins contamination: the mycotoxins, that showed the most widespread and significant occurrence, were fumonisins. The conditions of humidity and temperature, in which an Aspergillus flavus strain produced the greatest quantity of AFB1, were investigated. Considering fumonisins content, hybrid DKC5353 showed the least contaminations, in all places it was grown. Only one of the various insecticide and fungicide treatments tested was effective. The distribution of fumonisins in several milling fractions and by-products of corn oil manufacture: both processes proved successful methods of decontamination. The necessity of increase controls and monitor the critical points of milling process emerged from the analyses on polenta maize flour.

Oggigiorno diversi tipi di chiusure sono disponibili sul mercato e, tra queste, le chiusure a vite che sono molto diffuse nei paesi emergenti nel settore viti-vinicolo. L’uso dei tappi a vite, comunque, non è attualmente diffuso in relazione ai vini da invecchiamento o di alta qualità poiché a tale chiusura è associato un ambiente riducente che viene considerato poco idoneo alla conservazione di vini rossi da invecchiamento. Lo scopo di questo lavoro è stato quello di valutare, tramite analisi chimiche e sensoriali, l’evoluzione del vino tappato con diverse tipologie di chiusure a vite rispetto al sughero tradizionale e la bontà di diverse possibili condizioni di imbottigliamento. Nel corso dei tre anni di attività di dottorato sono state condotte diverse prove per testare capsule in fase di sperimentazione in confronto con chiusure a vite già impiegate in ambito enologico e con tappi sintetici e di sughero. Differenti tipologie di vino, associate a diverse tipologie di imbottigliamento e di tappi, sono state utilizzate. Alcune prove sono state condotte a termine nel breve periodo (9 mesi) mentre altre hanno richiesto tempi più lunghi. In linea generale, i risultati evidenziano, per tutti i vini, che il tempo di conservazione in bottiglia incide in maniera più significativa delle chiusure sull’evoluzione compositiva ed organolettica dei prodotti. Nel caso dei vini bianchi, il breve periodo di maturazione in bottiglia considerato non ha evidenziato differenze di composizione significative imputabili alla chiusura. Nel caso del Barbera Oltrepò Pavese i tempi lunghi di conservazione (36 mesi) hanno evidenziato che la chiusura esercita un effetto di separazione tra i vini. Quando la temperatura di stoccaggio è elevata (ad esempio 45°C) la shelf-life del prodotto si abbrevia in modo più evidente quando il prodotto è giovane. / Nowadays, there are different types of closures available on the market and, behind these, the screwcaps are very diffused in emerging enological countries. Screwcaps, however, are not used for premium or aged wines because their use is linked to a reductive environment in bottle, which is not useful for the maturation of aged red wines. The aim of this work was the evaluation, through chemical and sensorial analysis, of the evolution of wine, bottled with different types of closures and bottling conditions. During the PhD work time, different trails on experimental capsules and classical screwcaps, synthetic closures and cork closures were carried out. Several types of white and red wine, bottled in different conditions and with diverse kinds of closures, were studied. Some of the trials ended in a few months while others were longer. The results showed, for all wines, that the storage period had a significant influence on the wine evolution, more than the closure type had. The closures used for white wines in short periods of storage had no influence on the wine composition. For the Barbera Oltrepò Pavese wine, after the long storage period (36 months), the closure type exhibited a separation effect. The high storage temperature (e.g. 45°C) reduced the shelf-life of the product, particularly in case of young wines.

La presente tesi di dottorato ha riguardato la valutazione di differenti campioni di bentoniti sodiche. Le attività pianificate sono state indirizzate a comprendere l’interazione dei suddetti materiali con proteine a diverso peso molecolare naturalmente contenute nei vini bianchi. Ulteriori indagini hanno riguardato l’eventuale impatto delle argille testate sui composti aromatici di origine varietale e fermentativa dei mosti e/o dei vini. I risultati sottolineano il ruolo chiave esercitato dal “fattore matrice”: oltre al tipo di vino, prima di pianificare un trattamento di fining, devono essere considerate anche la tipologia e la dose di bentonite da utilizzare. / This PhD thesis dealt with the evaluation of different sodium bentonite samples. The planned activities were aimed to understand the interactions between bentonites and different molecular weight proteins naturally contained in white wines. Further investigations were related to the impact of the clays on varietal and fermentative aroma compounds of musts and/or wines. Results underscore the key role exerted by the “matrix factors”: bentonite dose and typology and wine style have to be carefully considered before planning a fining treatment.

La contaminazione da micotossine può coinvolgere tutti i comparti della filiera agroalimentare e rappresenta a tutti gli effetti un potenziale di perdita economica. Il settore zootecnico è particolarmente esposto alle ricadute della contaminazione, in termini di costi sanitari per gli effetti cronici sulla salute animale conseguenti all’esposizione alle micotossine. La prevenzione in campo mediata da appropriate tecniche agronomiche rappresenta, per quanto ovvio, la più importante strategia per ridurre la contaminazione dei mangimi. Un approccio completamente differente è quello che si basa sulla possibilità di ridurre gli effetti delle tossine sull’animale, modificando la sua alimentazione attraverso l’integrazione nutrizionale di opportuni agenti chemiopreventivi. Numerose sono le specie chimiche, di origine naturale o sintetica, che hanno dimostrato una efficacia chemiopreventiva del danno ossidativo indotto da micotossine ed emergono per la loro efficacia il selenio e i suoi composti organici ed inorganici. L’azione antineoplastica del selenio è nota da molto tempo e ha trovato conferme in numerosi studi epidemiologici che indicano una relazione inversa tra assunzione di selenio con la dieta e rischio di sviluppo di una patologia neoplastica. Questa tesi di dottorato ha avuto come obiettivo la progettazione, la sintesi e lo studio di composti diamminoacidici contenenti un atomo di calcogeno (selenio o zolfo), mimici dalla glutatione perossidasi (GPx) e auspicabilmente attivi nel contrasto del danno ossidativo indotto dall’aflatossina B1 (AFB1). Le specie diamminoacidiche sintetizzate appartengono alla classe dei Sec-derivati, ovvero sono costitute da un residuo di L-selenocisteina (o L-cisteina) a cui è legato attraverso l’atomo di calcogeno un altro L-amminoacido. Alla porzione calcogenica, che rappresenta il sito redox, sono stati infatti ancorati rispettivamente un residuo di L-prolina modificata e un residuo di L-leucina. Al termine delle fasi di sintesi e caratterizzazione chimico-fisica dei calco-diamminoacidi è stata intrapresa una serie di indagini biochimiche in collaborazione con due distinti laboratori in Germania. I risultati ottenuti hanno permesso di dimostrare che alcuni Sec-derivati sono in grado di ridurre i perossidi attraverso un meccanismo catalitico che mima l’attività della GPx. Essi sembrano inoltre evidenziare che il “meccanismo antiossidante” sia mediato sostanzialmente dall’attività GPx mentre non sono particolarmente attivi meccanismi di radical scavenging né di puro trasferimento elettronico. Alcuni dei Sec-derivati sintetizzati sono stati oggetto di un’indagine cellulare preliminare volta a verificare una eventuale effettiva azione protettiva dei calco-diamminoacidi verso il danno cellulare indotto da AFB1. Le indagini sono state effettuate adoperando una linea cellulare HepG2. I dati ottenuti, nel loro insieme, hanno mostrato che i calco-diamminoacidi esaminati sono di per sé caratterizzati da una notevole attività biologica. In particolare, alla concentrazione più elevata utilizzata (100 µM), alcuni di essi hanno mostrato interessanti proprietà citoprotettive contro il danno indotto da AFB1. L’efficacia è paragonabile, e in qualche caso superiore, a quella riscontrabile per il composto di riferimento, la Se-metil-selenocisteina, principale forma di selenio organico che è naturalmente presente in specie vegetali quali Allium Sativum e Brassica juncea. / Mycotoxin contamination may involve all fields of the food agricultural chain and might potentially determine economic losses. In particular, the livestock sector is at risk of health costs, as a consequence of chronic diseases induced by mycotoxin exposure. It is obvious, although actual, that the mycotoxin contamination should be controlled on the field by a series of suitable agriculture practices in order to minimize the mycotoxin formation in feeds. Recently, dietary strategies (antioxidant compounds, medicinal herbs, plant extracts) to counteract the effects of mycotoxins have attracted considerable attention. Chemoprevention refers to the use of naturally occuring and/or synthetic chemicals to inhibit the development of mycotoxin induced chronic diseases. Selenium and its organic and inorganic compounds, have emerged as outstanding chemoprevention agents. Selenium antineoplastic properties have been well documented through the last decades, being supported by several epidemiological evidences on the association between selenium intake and the risk for some kinds of human/animal cancers. This PhD thesis was focussed on design, synthesis and study of a family of chalcogenic diamino acids (containing either selenium or sulfur), GPx mimics and potentially active to reduce the oxidative damage induced by aflatoxin B1 (AFB1). The diamino acids synthesized belong to the family of Sec-derivatives and consist of L-selenocysteine (or L-cysteine) linked through the calchogen atom to either a L-proline or a L-leucine moiety. The GPx-like catalytic activity of the various compounds was confirmed using both thiophenol and GPx assays. Their possible radical-scavenging activity, and electron-donor reducing character as well, could be ruled out by suitable assays. The cytoprotective capacity exhibited by several of the compounds synthesized was investigated in HepG2 cells by MTS assays. The results indicated that all the chalcogenic diamino acids tested had a strong biological activity. In particular, the pre-treatment of the test cells with two Sec-derivatives, employed at higher doses (100 µM), led to a protective effect on cell toxicity, lowering the AFB1-induced cell mortality, and this efficacy is comparable with that of the reference Se-metil-selenocysteine, main source of organic selenium in plants such as Allium Sativum and Brassica juncea.

Questa tesi di dottorato ha riguardato il recupero di composti ad alto valore aggiunto dai sottoprodotti agro-alimentari e il loro utilizzo in campo alimentare. In particolare, si è studiato il frazionamento lignocellulosico di raspi d’uva e residui di potatura di melo per ottenere emicellulosa, cellulosa, lignina e antiossidanti attraverso processi di auto-idrolisi e organosolv, investigando successivamente l’influenza di sei cultivar sul frazionamento lignocellulosico dei raspi. Un processo composto da quattro fasi (trattamento di lavaggio seguito da un’idrolisi acida, un’idrolisi basica e, infine, una decolorazione basica) è stato applicato su raspi di uva rossa (Barbera, Pinot Noir, Nebbiolo) e bianca (Müller, Chardonnay and Moscato). I raspi sono stati confrontati in termini di composizione chimica della materia prima (umidità, ceneri, minerali, lipidi, fibre, proteine zuccheri liberi) e di frazioni recuperate ( lavaggio, liquors acidi e basici e residui di cellulosa finali). Si è inoltre studiato l’influenza varietale sull’estrazione di antiossidanti da vinacce di Barbera, Pinot Noir and Nebbiolo, i diversi estratti sono stati confrontati per il loro profilo fenolico e per la loro capacità antiossidante. Infine, un estratto liofilizzato di vinacce di Barbera è stato utilizzato per migliorare la shelf-life di una pasta di nocciole valutando l’ossidazione cinetica. / This thesis has focused on the recovery of high value compounds from agri-food by-products and their use in food. In particular, we studied the lignocellulosic fractionation of grape stalks and apple tree pruning for the recovery of hemicelluloses, cellulose, lignin and antioxidants through processes of auto-hydrolysis and organosolv, investigating subsequently the influence of six grape cultivar,on the lignocellulosic fractionation of grape-stalks. A four-step process (a washing treatment followed by an acid hydrolysis, a basic hydrolysis and, finally, a basic bleaching) was applied to stalks obtained from six different red (Barbera, Pinot Noir, Nebbiolo) and white (Müller, Chardonnay and Moscato) grape cultivars. The different stalks were compared in terms of chemical composition of raw material (moisture, ash, minerals, lipids, fiber, proteins, free sugars) and of the recovered fractions (washing, acid and basic liquors and final cellulose residues). We also studied the influence of variety on the antioxidants extraction from Barbera, Pinot Noir and Nebbiolo grape marc. The different extracts were compared in terms of phenolic profile and antioxidant capacity. Finally, a freeze-dried extract from Barbera grape marc was used to improve the shelf-life of hazelnut paste evaluating the oxidation kinetics.

Il verificarsi della presenza di micotossine nella granella di mais è di interesse mondiale perché la loro presenza negli alimenti è spesso associata a malattie acute e croniche nel bestiame e nell'uomo. Le micotossine sono metaboliti fungini secondari tossici per i vertebrati. Molti composti naturali e sintetici con proprietà antiossidanti sembrano avere una potenziale efficacia nella protezione contro gli effetti tossici delle micotossine. Questo lavoro ha avuto come obiettivo lo studio degli effetti degli antiossidanti naturali di mais (carotenoidi e tocoli) sulla crescita di funghi (fusarium verticillioides) e sull'accumulo di micotossine in preparati alimentari a base di mais e su alcuni sottoprodotti della lavorazione del mais. / The occurrence of mycotoxins in cereal grains is of great concern worldwide, because their presence in feeds and foods is often associated with chronic or acute mycotoxicoses in livestock and also in human. Mycotoxins are fungal secondary metabolites that are toxic to vertebrates. Several natural and synthetic compounds with antioxidant properties seem to be potentially efficient in protecting against the toxic effects of micotoxins. This work was aimed to study the effects of natural maize antioxidant (carotenoids and tocols) on fungi (fusarium verticillioides) growth and on micotoxins accumulation in maize-based food products and in maize by-products.

Gli isomeri del CLA (Acido Linoleico Coniugato) potrebbero avere effetti benefici sulla salute in relazione al raggiungimento di un determinato intake, ma, per quanto ci è dato sapere, non esiste letteratura in Italia riguardante l'effettiva quantità di CLA negli alimenti e al relativo intake nell'uomo. Quindi è stata condotta una quantificazione degli isomeri c9,t11 e t10,c12 negli alimenti disponibili sul mercato italiano, seguita da una stima dell'intake di questi isomeri in una coorte della popolazione italiana attraverso un diario alimentare. Lo step successivo del progetto di ricerca, dovuto al livello molto basso di CLA trovato negli alimenti, è stato di investigare i fattori genetici che influenzano il CLA nella carne, per poter aumentare la concentrazione finale di CLA per il consumatore finale. Quindi gli obiettivi del lavoro sono stati: la stima dell'effettivo intake di CLA in Italia attraverso una completa analisi della concentrazione di c9,t11 e t10,c12 nei prodotti lattiero-caseari e carnei comunemente disponibili, e una valutazione dei fattori genetici coinvolti nella sintesi di CLA nella carne. / CLA could exert some healthy properties in relation to a needed daily intake, but, at our knowledge, no literature in Italy is currently available on the effective CLA amount in foods and on the relative intake in humans. Thus a quantification of c9,t11 and t10,c12 CLA isomers in foods available in Italy large retail-scale trade was performed, followed by an estimation of the isomers intake in a cohort of the Italian population by a food diary. Background 6 The following step of the research project, due to the very low concentration of CLA found in foods, investigated genetic factors affecting CLA in meat, in order to enhance its concentration for final consumers. Thus the aims of the present work were to estimate the effective CLA intake in Italy through a complete analisys of c9,t11 and t10,c12 concentrations in dairy and meat products commonly purchasable, and an evaluation on the genetic factors involved in CLA synthesis in meat.