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    Petronia CARILLO

    Insegnamento di FISIOLOGIA DI POST-RACCOLTA

    Corso di laurea magistrale in BIOLOGIA

    SSD: BIO/04

    CFU: 5,00

    ORE PER UNITÀ DIDATTICA: 40,00

    Periodo di Erogazione: Primo Semestre

    Italiano

    Lingua di insegnamento

    ITALIANO

    Contenuti

    Cellula vegetale, caratteristiche generali. Funzione della compartimentazione cellulare. Catabolismo dei carboidrati semplici. Glicolisi. Fermentazione. Ciclo di Krebs. Ormoni vegetali e loro implicazione nelle diverse fasi della vita delle piante. Regolazione della biosintesi dell’etilene. Composti fenolici e post-raccolta. Frutti climaterici e non climaterici. Maturazione della frutta: aroma, dolcezza, succosità e morbidezza, colore. Effetto della temperatura. Q10. Controllo della respirazione tramite controllo della temperatura e della sintesi di etilene. Funghi patogeni. Gradiente termico. Stato fisiologico del prodotto. Livello igrometrico. Controllo delle fisiopatie e fisiopatologie in fase di post raccolta. Valutazione e controllo qualità dei prodotti vegetali in fase di post-raccolta. Principali fasi operative per la preparazione dei prodotti ortofrutticoli al mercato. Raccolta. Prerefrigerazione ad aria, ad acqua e sottovuoto. Perdita di acqua e umidità. Potenziale idrico. Atmosfera controllata. Imballaggio, trasporto e mantenimento della qualità dei prodotti a destinazione.

    Testi di riferimento

    De Cicco, Bertolini, Salerno PATOLOGIA POSTRACCOLTA DEI PRODOTTI VEGETALI Piccin
    Taiz, Zeiger FISIOLOGIA VEGETALE Piccin
    Wills, McGlasson, Graham, Joyce POSTHARVEST: AN INTRODUCTION TO THE PHYSIOLOGY AND HANDLING OF FRUIT, VEGETABLES AND ORNAMENTALS CAB international
    Materiale didattico fornito dal docente

    Obiettivi formativi

    Il corso si prefigge di fornire le conoscenze dei cambiamenti che avvengono nei prodotti ortoflorofrutticoli in post-raccolta. Questo obiettivo è raggiunto trattando i processi fisiologici e biochimici associati con la maturazione e senescenza come il metabolismo respiratorio, il meccanismo d'azione dell'etilene, il softening, il cambiamento di colore e la produzione di sapori e aromi. Tali conoscenze verranno impiegate per comprendere come le tecnologie post-raccolta possano prolungare la "postharvest-life" dei prodotti.

    Prerequisiti

    Lo studente deve possedere conoscenze di base di biologia cellulare, chimica generale e chimica organica.

    Metodologie didattiche

    Il corso è strutturato in lezioni teoriche frontali. In particolare sono previste 40 ore di didattica frontale (5 CFU). Le lezioni si svolgono trisettimanalmente in aula e l’esposizione avviene mediante l’utilizzo di diapositive power-point.

    Metodi di valutazione

    L’obiettivo delle prove d’esame consiste nel verificare il livello di conoscenza ed approfondimento degli argomenti del programma del corso e la capacità di ragionamento sviluppata dallo studente. La valutazione avverrà non solo sulla base di un singolo esame alla fine del corso, ma saranno offerte due valutazioni in itinere per verificare il livello di conoscenza e comprensione dello studente. Per gli studenti che non partecipano alla valutazione in itinere, l'esame finale consisterà in uno scritto, propedeutico all’orale, e una prova orale. La valutazione sarà espressa in trentesimi (voto minimo 18/30). Nella prova scritta propedeutica all’ orale il voto minimo di superamento è 16/30.

    Altre informazioni

    Per aiutare lo studente a verificare in itinere il proprio livello di preparazione, il syllabus della lezione comprensivo di domande simili a quelle che costituiranno l’esame scritto e/o orale viene fornito di volta in volta. E’ stato inoltre creato un gruppo facebook per l’interazione degli studenti con il docente, e continuamente contenuti inerenti le lezioni, sotto forma di pdf, foto e video vengono caricati sulla pagina del gruppo. Le presenze in aula viene registrata mediante appello nominale. Solo coloro che hanno più del 65% delle presenze è ammesso a sostenere le prove intercorso.

    Programma del corso

    Introduzione allo studio delle piante - Utilità delle piante. Norman Borlaug e la Green revolution. Fotosintesi e formazione dello strato ozono. Piante e stress ambientali. Stress salino. Aumento della produttività delle colture. Piante OGM: efficienza dell'uso dell'acqua e dei nutrienti. Uso di fertilizzanti. Resistenza ai patogeni. Biofortificazione. Chinino e artemisinina. Perdita di prodotti in post-raccolta.
    Elementi di fisiologia vegetale - Apoplasto e simplasto. Compartimenti plasmatici e non plasmatici. Membrane e steroli. Struttura e funzione di plasmodesmi e porine. Canali di membrana. Trasporto attivo primario e secondario. Trasporto e concentrazione ionica. Trasporto del nitrato. Funzioni della parete cellulare. Fase fibrillare e matriciale. Cellulosa sintasi e CesA. Pectine ed emicellulose. Lamella mediana, parete primaria e secondaria. Modificazioni della parete secondaria. Glicolisi. Regolazione allosterica della fosfofruttochinasi. Effetto Pasteur. Fermentazione lattica e alcolica. Ipotesi di Davies-Roberts. Mitocondri. Formazione dell’acetil CoA. Ciclo di Krebs. Catena respiratoria. Gradiente elettrochimico e sintesi di ATP. Fosforilazione a livello di substrato e fosforilazione ossidativa. Bilancio energetico. Bilancio tra vie metaboliche aerobie e anaerobie. Catabolismo e anfibolismo. Sintesi e degradazione di amminoacidi.
    Ormoni vegetali - Differenza tra ormoni animali e vegetali. Auxina: distensione cellulare-crescita acida, fototropismo e gravitropismo, radici avventizie, dominanza apicale in relazione agli altri ormoni. Gibberelline: allungamento degli internodi, germinazione e applicazioni commerciali. Citochinine: callo indifferenziato e differenziamento. Ritardo senescenza fogliare. Acido abscissico: controllo traspirazione, dormienza semi e gemme, chiusura stomi, abscissione. Etilene e risposta tripla. Storia della scoperta dell’etilene, purificazione e dosaggio. Reazioni della biosintesi dell’etilene. Inibitori e attivatori della via biosintetica dell'etilene. Ipossia, anossia e epinastia. Argento tiosolfato e fiori. Etilene e senescenza di fiori e frutta. Effetti su respirazione, maturazione e abscissione. Ethrel.
    Maturazione della frutta - Colore, succosità e morbidezza, aroma e dolcezza. Indici teorici e pratici per verificare la maturazione della frutta. Viraggio di colore, penetrometri, rifrattometri (gradi Brix), titolazione acidità, test dello iodio. Rapporto dolcezza/acidità. Indici bioclimatici. Carte vocazionali.
    Processi degenerativi prodotti ortofrutticoli - Deperibilità e condizioni ambientali. Velocità di respirazione, effetto della temperatura. Parametro Q10 e Regola di Van’t Hoff. Respirazione ed etilene, frutti climaterici e non climaterici. Fisiopatie da freddo, soglia termica dei danni da congelamento e soglia biologica dei danni da raffreddamento. Mal raggiante e riscaldo comune. Danni da riscaldamento. Fisiopatologie e gradiente termico, stato fisiologico, livello igrometrico. Marciume nero, rosa, grigio, lenticellare (Pinova), bruno. Muffa verde-azzura (patulina).
    Preregrigerazione dei prodotti ortofrutticoli - Utilizzo e criteri di scelta degli impianti. Prerefrigerazione ad aria in cella. Sistema ad aria in tunnel ad aria forzata in pressione e depressione. Idrorefrigerazione ad aspersione ed immersione. Idoneità dei prodotti. Sanitizzazione dell'acqua di raffreddamento. Idropatie. Prerefrigerazione sottovuoto e struttura degli impianti. Utilizzo del ghiaccio. Pro e contro dei diversi sistemi di prerefrigerazione.
    Trattamenti post raccolta –Classificazione. Spettroscopia NIR. Lavaggio. Ceratura. Curing. Sverdimento. Sanificazione. Disinfestazione. Irradiazione. Controllo del riscaldo superficiale e applicazione di calcio (mele). Camere di maturazione e dosi di etilene. Effetto della temperatura, umidità relativa e disidratazione. Deficit di pressione di vapore (VPD), superficie esposta (A), resistenza alla diffusione di vapore (R) e quantità di acqua persa (J). Fattori che controllano la perdita di acqua. Umidificatori commerciali ad alta pressione e a cristalli di quarzo. Trattamento leggero (minimo): IV gamma. Esposizione. Atmosfera controllata (AC) e applicazioni commerciali. Generatori azoto a fibra cava. Decarbonicazione. Effetti positivi e negativi della AC. Qualità in fase di consumo. Controllo filiera. Trasporto dei prodotti ortofrutticoli e mantenimento a destinazione.

    English

    Teaching language

    Italian

    Contents

    Plant cell: general characteristics. Role of cellular compartmentation. Carbohydrate catabolism. Glycolysis. Fermentations. Krebs Cycle. Plant hormones: their nature, occurrence, and functions. Regulation of ethylene biosynthesis. Phenolic compounds during postharvest. Climacteric vs Non-climacteric. Fruit ripening: aroma, sweetness, juiciness and softness, color. Temperature effect. Q10. Temperature dependence of respiration rate and ethylene synthesis. Fungi patoghens. Thermal gradient and physiological state of products. Hygrometric level. Control of physiopathies and physiopathologies during postharvest. Quality evaluation and control of fruits and vegetables during postharvest. Preparation and sale of fruits and vegetables: from field to market. Harvest. Pre-refrigeration technics: air, water and vacuum cooling. Humidity on water lost. Water potential. Packing, transporting, handling and retail of fresh fruit and vegetables.

    Textbook and course materials

    De Cicco, Bertolini, Salerno PATOLOGIA POSTRACCOLTA DEI PRODOTTI VEGETALI Piccin
    Taiz, Zeiger FISIOLOGIA VEGETALE Piccin
    Wills, McGlasson, Graham, Joyce POSTHARVEST: AN INTRODUCTION TO THE PHYSIOLOGY AND HANDLING OF FRUIT, VEGETABLES AND ORNAMENTALS CAB international
    Teaching material of the course.

    Course objectives

    The expected learning outcome is the acquisition of knowledge of the horticultural products changes taking place during post -harvest. This goal is achieved by treating the physiological and biochemical processes associated with aging and senescence such as the respiratory metabolism, the mechanism of action of ethylene, the softening, color change and production of flavors and aromas. Such information can then be used to understand how the post-harvest technologies employed are able to prolong the postharvest life of fresh products.

    Prerequisites

    The student should have basic knowledge of cell biology, general chemistry and organic chemistry.

    Teaching methods

    The course consists of theoretical lessons. in detail, the course load is 40 hours (5 ECTS). The lessons will be held three times a week in the classroom using power-point slides.

    Evaluation methods

    Assessment aimed to verify the student's level of knowledge and understanding of the subject, and the student's ability to discuss and explain the key concepts shall take place. They will be held not only on the basis of a single examination at the end of the course, but two ongoing assessments of the students' achievement will be offered. For students not participating in the ongoing assessment, the final exam will consist of a written test, preparatory to oral examination, and an oral exam. The evaluation will be expressed in thirtieths (minimum mark 18/30). In the written exam preliminary to the oral exam the minimum passing score is 16/30.

    Other information

    To help students to assess their level of preparation, the syllabus of the lesson including questions similar to those will be used for written and/or oral exams is provided from time to time. A facebook group has also been created for the interaction of the students with the professor of the course, and continuously contents related to the lessons, in the form of pdf, photos, and videos, are uploaded to the group page. Classroom attendance is recorded by roll call. Only those who have more than 65% of presences are allowed to take the intercourse tests.

    Course Syllabus

    Introduction to the study of plants - Utility of plants. Norman Borlaug and the Green revolution. Photosynthesis and formation of the ozone layer. Plants and environmental stress. Salt stress. Increase of crop productivity. GMO plants: efficiency of water and nutrients use. Use of fertilizers. Resistance to pathogens. Biofortification. Quinine and artemisinin. Loss of products during post-harvest.
    Elements of plant physiology - Apoplast and symplast. Plasma and non-plasma compartments. Membranes and sterols. Structure and function of plasmodesms and porines. Membrane channels. Primary and secondary active transport. Transport and ionic concentration. Nitrate transport. Functions of the cell wall. Fibrillary and matrix phase. Cellulose synthase and CesA. Pectins and hemicelluloses. Central lamella, primary and secondary cell wall. Modifications of the secondary wall. Glycolysis. Allosteric regulation of phospho-fructoinase. Pasteur effect. Lactic fermentation and alcoholic fermentation. Davies-Roberts hypothesis. Mitochondria. Acetyl CoA formation. Krebs cycle. Respiratory chain. Electrochemical gradient and ATP synthesis. Substrate phosphorylation and oxidative phosphorylation. Energy balance. The balance between aerobic and anaerobic metabolic pathways. Catabolism and amphibolism. Synthesis and degradation of amino acids.
    Plant hormones - Difference between animal and plant hormones. Auxin: cell distension - acid growth, phototropism and gravitropism, adventitious roots, apical dominance in relation to the other hormones. Gibberellins: extension of internodes, germination and commercial applications. Cytokinins: undifferentiated callus and differentiation. Delay senescence foliar. Abscisic acid: transpiration control, seed dormancy and buds, stomata closure, abscission. Ethylene and triple response. History of ethylene discovery, purification and dosage. Reactions of ethylene biosynthesis. Inhibitors and activators of the ethylene biosynthetic pathway. Hypoxia, anoxia and epinasty. Silver thiosulfate and flowers. Ethylene and senescence of flowers and fruit. Effects on respiration, ripening and abscission. Ethrel.
    Fruit ripening - Color, juiciness and softness, aroma and sweetness. Theoretical and practical indices to verify fruit ripening. Color toning, penetrometers, refractometers (Brix degrees), acidity titration, iodine test. Sweetness / acidity ratio. Bioclimatic indices. Vocation cards.
    Degenerative processes of fruit and vegetables - Environmental conditions. Respiration rate, effect of temperature. Q10 and Van't Hoff equation. Respiration and ethylene, climacteric and non-climacteric fruits. Physiopathies from cold, thermal threshold of damage from freezing and cooling. Pathophysiology and thermal gradient, physiological state, hygrometric level. Black, pink, gray, lenticellar (Pinova), brown. Green-blue mold (patulin).
    Fruits and vegetables pre-curing - Use and selection criteria of the plants. Air pre-cooling in the cell, forced air in tunnel under pressure and depression. Sprinkle and immersion hydrorefrigeration. Suitability of the products. Sanitization of cooling water. Idropaties. Vacuum pre-cooling and plant structure. Use of ice. Pros and cons of the different pre-cooling systems.
    Post-harvest treatments - Classification. NIR spectroscopy. Wash. Waxing. Curing. Degreening. Sanitizing. Pest Control. Irradiation. Control of surface heating and application of calcium (apples). Maturation chambers and ethylene doses. Effect of temperature, relative humidity and dehydration. Steam pressure deficit (VPD), exposed surface (A), resistance to vapor diffusion (R) and quantity of water lost (J). Factors that control the loss of water. High pressure commercial humidifiers and quartz crystals. Light treatment (minimum): fresh cut. Exposure. Controlled atmosphere (AC) and commercial applications. Nitrogen generators. Decarbonication. Positive and negative effects of AC. Quality in the consumption phase. Supply chain control. Transportation of fruit and vegetables and maintenance at destination.

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