Ricerca avanzata

A sustainable bioeconomy represents a pivotal approach to addressing global challenges related to resource depletion, environmental degradation, and economic sustainability. At its core lies the efficient utilization of renewable biological resources to produce goods, energy, and services, while minimizing waste and environmental impact. Agricultural waste, comprising residues from crops, forestry, and livestock production, presents both a challenge and an opportunity in the transition towards a sustainable bioeconomy. These waste streams, if not managed effectively, contribute to environmental pollution, greenhouse gas emissions, and loss of valuable resources. However, through innovative strategies, agricultural waste can be transformed into valuable bio-based products, contributing to circular economy principles and mitigating resource scarcity. Efforts to harness the potential of agricultural waste have gained momentum in recent years, driven by advancements in biomass conversion technologies, biorefinery processes, and bioactive compound extraction methods. By valorizing agricultural waste streams, such as those derived from corn, grape, and medicinal mushroom cultivation, stakeholders can unlock new revenue streams, reduce dependency on fossil fuels, and promote environmental sustainability. In this context, this thesis aims to describe functional tests that can be used to explore the potential of bioactive compounds extracted from different agricultural waste sources. Because the methodology applies to different waste products, we decided to describe a sequential, functional test chain in three different waste products: Hericium erinaceus, corn, and wine wastes. Utilizing advanced extraction methodologies such as high-performance liquid chromatography coupled with ultraviolet-electrospray ionization mass spectrometry (HPLC-UV-ESI/MS), the study demonstrates efficient recovery of bioactive compounds with significant purity and activity. Extracts from two strains of Hericium erinaceus (H.e.1 and H.e.2) were analyzed for neuroprotective and antioxidant activities. The presence of erinacine A, ergothioneine, hericenone C, and hericenone D was confirmed, with H.e.1 showing potent neuroprotective properties and H.e.2 exhibiting notable anti-inflammatory effects. MTT assays indicated that a concentration of 50 μg/mL was optimal for maintaining cell viability while exerting biological effects. Furthermore, the antioxidant potential of twelve corn extracts was evaluated using the DPPH assay, revealing inhibition percentages ranging from 17% to 36%. Extracts rich in polyphenols, particularly anthocyanins, displayed robust antioxidant activity, highlighting their potential for developing antioxidant-rich products for food, pharmaceutical, and cosmetic industries. Bioactive compounds from grape pomace were assessed for their ability to scavenge reactive oxygen species (ROS) using the DCFH-DA assay. Extracts demonstrated a significant reduction in ROS accumulation in cell culture, indicating strong antioxidant properties that could be harnessed for nutraceutical and pharmaceutical applications, particularly in oxidative stress-related conditions. In the end, by clonogenic and immunofluorescence analysis on winery waste, it was demonstrated the efficacy of the clonogenic and anti-apoptotic extract on living cells. The findings support the development of bio-based products, contributing to resource efficiency, environmental sustainability, and economic growth. This research aligns with circular economy principles, transforming agricultural waste from a disposal problem into a valuable resource, thereby promoting a sustainable bioeconomy. By elucidating the extraction procedures, chemical bioanalysis methods, and functional testing protocols, this research seeks to contribute to the broader objectives of sustainable bioeconomy development and agricultural waste management.

Una bioeconomia sostenibile rappresenta un approccio fondamentale per affrontare le sfide globali legate all'esaurimento delle risorse, al degrado ambientale e alla sostenibilità economica. Al centro c'è l'utilizzo efficiente di risorse biologiche rinnovabili per produrre beni, energia e servizi, riducendo al minimo gli sprechi e l'impatto ambientale. I rifiuti agricoli, che comprendono residui di colture rappresentano sia una sfida che un'opportunità nella transizione verso una bioeconomia sostenibile. I rifiuti agricoli, se non gestiti in modo efficace, contribuiscono all'inquinamento ambientale, alle emissioni di gas serra e alla perdita di risorse preziose. Tuttavia, attraverso strategie innovative, i rifiuti agricoli possono essere trasformati in preziosi prodotti biologici, contribuendo ai principi dell'economia circolare e mitigando la scarsità di risorse. Gli sforzi per sfruttare il potenziale dei rifiuti agricoli hanno guadagnato slancio negli ultimi anni, spinti dai progressi nelle tecnologie di conversione della biomassa, nei processi di bioraffineria e nei metodi di estrazione di composti bioattivi. Valorizzando i flussi di rifiuti agricoli, come quelli derivati dalla coltivazione di mais, uva e funghi medicinali, le parti interessate possono ridurre la dipendenza dai combustibili fossili e promuovere la sostenibilità ambientale. In questo contesto, questa tesi mira a descrivere test funzionali che possono essere utilizzati per esplorare il potenziale di composti bioattivi estratti da diverse fonti di rifiuti agricoli. Poiché la metodologia si applica a diversi prodotti di scarto, abbiamo deciso di descrivere una catena di test sequenziale e funzionale in tre diversi prodotti di scarto: Hericium erinaceus, mais e scarti della vite. Utilizzando metodologie di estrazione avanzate come HPLC-UV-ESI/MS, lo studio dimostra un recupero efficiente di composti bioattivi con purezza e attività significative. Gli estratti di due ceppi di Hericium erinaceus (H.e.1 e H.e.2) sono stati analizzati per attività neuroprotettive e antiossidanti. È stata confermata la presenza di erinacina A, ergotioneina, hericenone C ed hericenone D, con H.e.1 che mostrava potenti proprietà neuroprotettive e H.e.2 che esibiva notevoli effetti antinfiammatori. I test MTT hanno indicato che una concentrazione di 50 μg/mL era ottimale per mantenere la vitalità cellulare esercitando al contempo effetti biologici. Inoltre, il potenziale antiossidante di dodici estratti di mais è stato valutato utilizzando il test DPPH, rivelando percentuali di inibizione che vanno dal 17% al 36%. Gli estratti ricchi di polifenoli, in particolare antocianine, hanno mostrato una robusta attività antiossidante, evidenziando il loro potenziale per lo sviluppo di prodotti ricchi di antiossidanti per l'industria alimentare, farmaceutica e cosmetica. I composti bioattivi della vite sono stati valutati per la loro capacità di eliminare i ROS utilizzando il test DCFH-DA. Gli estratti hanno dimostrato una significativa riduzione dell'accumulo di ROS nella coltura cellulare, indicando forti proprietà antiossidanti che potrebbero essere sfruttate per applicazioni nutraceutiche e farmaceutiche. Infine, tramite test clonogenici e immunofluorescenza, è stata dimostrata l'efficacia degli estratti di vite sull’attività proliferativa e anti-apoptotica in vitro. I risultati supportano lo sviluppo di prodotti di origine biologica, contribuendo all'efficienza delle risorse, alla sostenibilità ambientale e alla crescita economica. Questa ricerca è in linea con i principi dell'economia circolare, trasformando i rifiuti agricoli da un problema di smaltimento in una risorsa preziosa, promuovendo così una bioeconomia sostenibile. Mostrando diverse procedure di estrazione, differenti metodi di bioanalisi chimica e test funzionali, questa ricerca mira a contribuire agli obiettivi più ampi dello sviluppo sostenibile della bioeconomia e della gestione dei rifiuti agricoli.

Test funzionali di composti bioattivi ottenuti da diversi rifiuti agricoli (mais, uva, funghi medicinali); un approccio di bioeconomia sostenibile

JAMSHIDIAN GHALEHSEFIDI, MEHRAN
2023/2024

Abstract

A sustainable bioeconomy represents a pivotal approach to addressing global challenges related to resource depletion, environmental degradation, and economic sustainability. At its core lies the efficient utilization of renewable biological resources to produce goods, energy, and services, while minimizing waste and environmental impact. Agricultural waste, comprising residues from crops, forestry, and livestock production, presents both a challenge and an opportunity in the transition towards a sustainable bioeconomy. These waste streams, if not managed effectively, contribute to environmental pollution, greenhouse gas emissions, and loss of valuable resources. However, through innovative strategies, agricultural waste can be transformed into valuable bio-based products, contributing to circular economy principles and mitigating resource scarcity. Efforts to harness the potential of agricultural waste have gained momentum in recent years, driven by advancements in biomass conversion technologies, biorefinery processes, and bioactive compound extraction methods. By valorizing agricultural waste streams, such as those derived from corn, grape, and medicinal mushroom cultivation, stakeholders can unlock new revenue streams, reduce dependency on fossil fuels, and promote environmental sustainability. In this context, this thesis aims to describe functional tests that can be used to explore the potential of bioactive compounds extracted from different agricultural waste sources. Because the methodology applies to different waste products, we decided to describe a sequential, functional test chain in three different waste products: Hericium erinaceus, corn, and wine wastes. Utilizing advanced extraction methodologies such as high-performance liquid chromatography coupled with ultraviolet-electrospray ionization mass spectrometry (HPLC-UV-ESI/MS), the study demonstrates efficient recovery of bioactive compounds with significant purity and activity. Extracts from two strains of Hericium erinaceus (H.e.1 and H.e.2) were analyzed for neuroprotective and antioxidant activities. The presence of erinacine A, ergothioneine, hericenone C, and hericenone D was confirmed, with H.e.1 showing potent neuroprotective properties and H.e.2 exhibiting notable anti-inflammatory effects. MTT assays indicated that a concentration of 50 μg/mL was optimal for maintaining cell viability while exerting biological effects. Furthermore, the antioxidant potential of twelve corn extracts was evaluated using the DPPH assay, revealing inhibition percentages ranging from 17% to 36%. Extracts rich in polyphenols, particularly anthocyanins, displayed robust antioxidant activity, highlighting their potential for developing antioxidant-rich products for food, pharmaceutical, and cosmetic industries. Bioactive compounds from grape pomace were assessed for their ability to scavenge reactive oxygen species (ROS) using the DCFH-DA assay. Extracts demonstrated a significant reduction in ROS accumulation in cell culture, indicating strong antioxidant properties that could be harnessed for nutraceutical and pharmaceutical applications, particularly in oxidative stress-related conditions. In the end, by clonogenic and immunofluorescence analysis on winery waste, it was demonstrated the efficacy of the clonogenic and anti-apoptotic extract on living cells. The findings support the development of bio-based products, contributing to resource efficiency, environmental sustainability, and economic growth. This research aligns with circular economy principles, transforming agricultural waste from a disposal problem into a valuable resource, thereby promoting a sustainable bioeconomy. By elucidating the extraction procedures, chemical bioanalysis methods, and functional testing protocols, this research seeks to contribute to the broader objectives of sustainable bioeconomy development and agricultural waste management.
2023
Functional testing of bioactive compounds obtained from different agricultural wastes (corn, grape, medicinal mushroom); a sustainable bioeconomy approach
Una bioeconomia sostenibile rappresenta un approccio fondamentale per affrontare le sfide globali legate all'esaurimento delle risorse, al degrado ambientale e alla sostenibilità economica. Al centro c'è l'utilizzo efficiente di risorse biologiche rinnovabili per produrre beni, energia e servizi, riducendo al minimo gli sprechi e l'impatto ambientale. I rifiuti agricoli, che comprendono residui di colture rappresentano sia una sfida che un'opportunità nella transizione verso una bioeconomia sostenibile. I rifiuti agricoli, se non gestiti in modo efficace, contribuiscono all'inquinamento ambientale, alle emissioni di gas serra e alla perdita di risorse preziose. Tuttavia, attraverso strategie innovative, i rifiuti agricoli possono essere trasformati in preziosi prodotti biologici, contribuendo ai principi dell'economia circolare e mitigando la scarsità di risorse. Gli sforzi per sfruttare il potenziale dei rifiuti agricoli hanno guadagnato slancio negli ultimi anni, spinti dai progressi nelle tecnologie di conversione della biomassa, nei processi di bioraffineria e nei metodi di estrazione di composti bioattivi. Valorizzando i flussi di rifiuti agricoli, come quelli derivati dalla coltivazione di mais, uva e funghi medicinali, le parti interessate possono ridurre la dipendenza dai combustibili fossili e promuovere la sostenibilità ambientale. In questo contesto, questa tesi mira a descrivere test funzionali che possono essere utilizzati per esplorare il potenziale di composti bioattivi estratti da diverse fonti di rifiuti agricoli. Poiché la metodologia si applica a diversi prodotti di scarto, abbiamo deciso di descrivere una catena di test sequenziale e funzionale in tre diversi prodotti di scarto: Hericium erinaceus, mais e scarti della vite. Utilizzando metodologie di estrazione avanzate come HPLC-UV-ESI/MS, lo studio dimostra un recupero efficiente di composti bioattivi con purezza e attività significative. Gli estratti di due ceppi di Hericium erinaceus (H.e.1 e H.e.2) sono stati analizzati per attività neuroprotettive e antiossidanti. È stata confermata la presenza di erinacina A, ergotioneina, hericenone C ed hericenone D, con H.e.1 che mostrava potenti proprietà neuroprotettive e H.e.2 che esibiva notevoli effetti antinfiammatori. I test MTT hanno indicato che una concentrazione di 50 μg/mL era ottimale per mantenere la vitalità cellulare esercitando al contempo effetti biologici. Inoltre, il potenziale antiossidante di dodici estratti di mais è stato valutato utilizzando il test DPPH, rivelando percentuali di inibizione che vanno dal 17% al 36%. Gli estratti ricchi di polifenoli, in particolare antocianine, hanno mostrato una robusta attività antiossidante, evidenziando il loro potenziale per lo sviluppo di prodotti ricchi di antiossidanti per l'industria alimentare, farmaceutica e cosmetica. I composti bioattivi della vite sono stati valutati per la loro capacità di eliminare i ROS utilizzando il test DCFH-DA. Gli estratti hanno dimostrato una significativa riduzione dell'accumulo di ROS nella coltura cellulare, indicando forti proprietà antiossidanti che potrebbero essere sfruttate per applicazioni nutraceutiche e farmaceutiche. Infine, tramite test clonogenici e immunofluorescenza, è stata dimostrata l'efficacia degli estratti di vite sull’attività proliferativa e anti-apoptotica in vitro. I risultati supportano lo sviluppo di prodotti di origine biologica, contribuendo all'efficienza delle risorse, alla sostenibilità ambientale e alla crescita economica. Questa ricerca è in linea con i principi dell'economia circolare, trasformando i rifiuti agricoli da un problema di smaltimento in una risorsa preziosa, promuovendo così una bioeconomia sostenibile. Mostrando diverse procedure di estrazione, differenti metodi di bioanalisi chimica e test funzionali, questa ricerca mira a contribuire agli obiettivi più ampi dello sviluppo sostenibile della bioeconomia e della gestione dei rifiuti agricoli.
ROSSI, PAOLA
PRIORI, ERICA CECILIA
Lauree Magistrali
File in questo prodotto:
File Dimensione Formato  
Mehran Jamshidian Ghalehsefidi Thesis.pdf

non disponibili

Dimensione 3.06 MB
Formato Adobe PDF
  Richiedi una copia
3.06 MB Adobe PDF   Richiedi una copia

È consentito all'utente scaricare e condividere i documenti disponibili a testo pieno in UNITESI UNIPV nel rispetto della licenza Creative Commons del tipo CC BY NC ND.
Per maggiori informazioni e per verifiche sull'eventuale disponibilità del file scrivere a: unitesi@unipv.it.

Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/20.500.14239/28310