ECTS - University of Pisa
Al termine del corso lo studente avrà acquisito solide conoscenze scientifiche e competenze tecniche su un ampio range di colture innovative per l’agroindustria e sui loro prodotti, al fine di rispondere alle esigenze di innovazione e di diversificazione delle aziende agricole e ponendo attenzione alle esigenze dell’industria di trasformazione. Entrerà in possesso di conoscenze aggiornate e approfondite sulle principali colture industriali per la produzione di bioenergia, biocarburanti, materiali e prodotti a base biologica per svariate applicazioni industriali, comprese quelle del settore cosmetico e farmaceutico. Verrà illustrato il concetto di bioraffineria e di utilizzazione a cascata delle diverse componenti della biomassa al fine di migliorare l’efficienza produttiva e ridurre gli sprechi contribuendo all’uso durevole delle risorse per uno sviluppo sostenibile, in linea con l’Agenda Globale 2030 delle Nazioni Unite e dei relativi Obiettivi.
At the end of the course the student will have acquired solid scientific knowledge and technical skills on a wide range of innovative crops for the agro-industry and their products, in order to respond to the needs of innovation and diversification of farms and paying attention to needs of the processing industry. She/he will possess up-to-date and in-depth knowledge on the main industrial crops for the production of bio-based materials and products for various industrial applications, including those in the cosmetic and pharmaceutical sectors. The concept of biorefinery and the cascading use of the different biomass components will be illustrated in order to improve production efficiency and reduce waste by contributing to the sustainable use of resources for sustainable development, in line with the 2030 Global Agenda of the United Nations and related Goals.
L’esame consisterà in una verifica orale con votazione in trentesimi sugli argomenti trattati a lezione.
La prova orale è superata quando il candidato risulta in grado di esprimersi in modo chiaro e di usare la terminologia corretta; dimostra di avere compreso le parti del programma svolte e di elaborare sistemicamente le nozioni acquisite. Lo studente dovrà altresì essere anche in grado di predisporre un lavoro guidato su un argomento da concordare con il docente e di presentarlo, sia in forma di breve relazione che oralmente, prima della verifica orale.
The exam will consist of an oral test with a grade in thirtieths on the topics covered in class.
The oral test is passed when the candidate is able to express himself/herself clearly and to use the correct terminology; demonstrates that he/she has understood the parts of the program carried out and to elaborate systemically the notions acquired. The student must also be able to thoroughly and accurately prepare a guided study on a topic to be agreed with the teacher and present it, either in the form of a short paper or orally, before the oral test.
Al termine del corso lo studente sarà in grado di:
- discutere i principali contenuti del corso utilizzando la terminologia appropriata;
-dimostrare una solida conoscenza delle principali colture erbacee agro-industriali innovative per la produzione di energia, biocarburanti e materiali e prodotti a base biologica;
- dimostrare una conoscenza approfondita delle relazioni tra fattori tecnici di gestione del processo produttivo agricolo, resa, sostenibilità ambientale e uso efficiente delle risorse;
-definire le specifiche caratteristiche quantitative e qualitative dei prodotti principali e co-prodotti in relazione alle condizioni agro-ambientali e alla destinazione d’uso;
- approfondire il concetto di bioraffineria e di utilizzo a cascata della biomassa secondo la Strategia Europea per l'economia circolare;
-definire all'interno di sistemi agricoli diversificati e sostenibili, le specie più idonee per ogni specifica filiera produttiva e contesto ambientale e individuarne criticamente le potenzialità e i limiti.
At the end of the course the student will be able to:
- discuss the main course contents using the appropriate terminology;
-demonstrate a sound knowledge of the main innovative agro-industrial herbaceous crops for the production of energy, biofuels and bio-based materials and products;
- demonstrate a thorough understanding of the relationships between technical factors of agricultural production process management, yield, environmental sustainability and efficient use of resources;
-define the specific quantitative and qualitative characteristics of main and co-products in relation to agro-environmental conditions and intended use;
- deepen the concept of biorefinery and cascading biomass utilization according to the European Strategy for the Circular Economy;
-define within diversified and sustainable agricultural systems, the most suitable species for each specific production chain and environmental context and critically identify their potential and supply- chain limitations.
Durante l’esame finale sarà verificata la capacità dello studente di conoscere le principali colture erbacee agro-industriali innovative, definirne le specifiche caratteristiche quantitative e qualitative, definire gli aspetti agronomici della produzione agricola di pieno campo definendo sistemi colturali efficienti e sostenibili; individuare processi di trasformazione in grado di aggiungere valore alla produzione riducendo al tempo stesso gli scarti e l'impatto sull'ambiente.
Lo studente dovrà preparare e presentare un lavoro guidato su un argomento da concordare con il docente che dimostri la capacità di raccogliere ed elaborare informazioni scientifiche in modo approfondito e approfondirle criticamente.
During the final exam, will be assess the student's ability to
- learn about the main innovative agro-industrial herbaceous crops, define their specific quantitative and qualitative characteristics;
-define sustainable agricultural practices of crop production in relation with the agro-environmental characteristics of the site and the cropping system;
-identify post-harvest transformation processes that can add value to production while reducing waste and impact on the environment;
The student is expected to prepare and present a guided paper on a topic to be agreed with the teacher that demonstrates the ability to collect and process scientific information in depth and critically investigate it.
La frequenza del corso è raccomandata.
Lo studente potrà acquisire e/o sviluppare sensibilità verso le problematiche ambientali connesse con l’uso di fonti rinnovabili in sostituzione di quelle fossili e/o non sostenibili nei processi produttivi industriali. Lo studente acquisirà consapevolezza dell'importanza della produzione agricola di colture agro-industriali per la produzione, non solo di energia e biocarburanti, ma anche di materiali e prodotti rinnovabili per diversi settori industriali. Lo studente svilupperà una consapevolezza delle problematiche ambientali al fine di migliorare l'efficienza produttiva e ridurre gli sprechi, contribuendo all'uso sostenibile delle risorse per uno sviluppo sostenibile, in linea con l'Agenda Globale 2030 per lo sviluppo sostenibile delle Nazioni Unite e i suoi Obiettivi di Sviluppo Sostenibile (SDGs). Lo studente potrà altresì approfondire i principi alla base della Strategia Europea della Bioeconomia che prevede la transizione verso una economia circolare e sostenibile, in grado di promuovere l’innovazione dell’industria, l’ammodernamento dei sistemi di produzione primaria, la protezione dell’ambiente e il potenziamento della biodiversità.
Course attendance is recommended.
The student will be able to acquire and/or develop sensitivity to environmental issues related to the use of renewable sources to replace fossil and/or unsustainable sources in industrial production processes. The student will gain awareness of the importance of agricultural production of agro-industrial crops for the production, not only of energy and biofuels, but also of renewable materials and products for various industries. The student will develop an awareness of environmental issues in order to improve production efficiency and reduce waste by contributing to the sustainable use of resources for sustainable development, in line with the Global 2030 Agenda for the sustainable development of the United Nations and its Sustainable Development Goals (SDGs).
The student will also be able to deepen his or her understanding of the principles behind the European Bioeconomy Strategy, which envisions the transition to a circular and sustainable economy to promote industry innovation, modernization of primary production systems, environmental protection and enhancement of biodiversity.
La verifica dei comportamenti sarà effettuata durante le lezioni e le esercitazioni attraverso domande rivolte al gruppo di studenti dal docente e discussione collettive sulle risposte fornite.
Durante il lavoro di redazione del report sarà valutata la modalità di raccolta delle informazioni attraverso fonti diverse, la loro elaborazione critica, l’organizzazione dei contenuti e la qualità dell’esposizione dell’argomento trattato.
The assessment of behaviors will be carried out during lectures and exercises through questions addressed to the group of students by the teacher and collective discussion of the answers given.
During the report writing work, the way of gathering information through different sources, their critical processing, the organization of the content and the quality of the exposition of the treated topic will be evaluated.
Per affrontare l'insegnamento sono necessarie le conoscenze di base di Produzioni Erbacee.
Basic knowledge of " Herbaceous cropping systems" is required.
-Introduzione al corso: obiettivi, argomenti, letteratura di riferimento e aspetti organizzativi.
-Le principali colture innovative per l’agroindustria per la produzione di materiali e prodotti a base biologica: classificazione, la gamma delle colture, i settori di impiego, i mercati guida, le filiere produttive, i principali vantaggi ambientali, economici e sociali dell’uso di materie prime rinnovabili nei diversi settori industriali.
- Prodotti ottenuti da colture agro-industriali classificate in base al settore di impiego: biocarburanti e bioenergia, fibre e biocompositi, biopolimeri e bioplastiche, biolubrificanti e prodotti della lipochimica, prodotti farmaceutici e cosmetici, altri prodotti chimici e materiali a base biologica per mercati diversi. Esempi e casi di studio dei Principali prodotti e panoramica delle materie prime e seconde utilizzate. Esempi di bioraffinerie integrate.
-La strategia europea della bioeconomia, sostenibilità e circolarità, il concetto di bioraffineria e l'uso a cascata delle diverse componenti della biomassa, efficienza produttiva, riduzione degli sprechi e uso durevole delle risorse per uno sviluppo sostenibile, scenari della ‘bioeconomy’, scenario a livello europeo e nazionale (Agenda Globale 2030 e relativi Obiettivi di Sviluppo Sostenibile).
- Bioenergia e Biocarburanti: lo stato e gli obiettivi della bioenergia a livello europeo e italiano con normativa di riferimento. Biomassa da colture erbacee dedicate e da scarti. Le principali colture erbacee da biomassa lignocellulosica per bioenergia (specie coltivate, ciclo produttivo, requisiti di coltivazione, tecniche di raccolta e prima trasformazione, resa e qualità della biomassa), la gamma di tecnologie e le opzioni applicative. La complessità della catena di produzione agricola e della filiera produttiva e i vincoli normativi. Biocarburanti di prima e seconda generazione e biocarburanti avanzati. Le principali colture da biocarburanti (specie coltivate, ciclo produttivo, requisiti di coltivazione, tecniche di raccolta e prima trasformazione, resa e qualità del prodotto principale e dei co-prodotti), le tecnologie e le opzioni applicative. Esempi di possibili value-chains.
- Fibre e cellulosa: lo stato dell'arte delle colture da fibra, le principali colture, la classificazione delle fibre naturali e i settori applicativi. La produzione a livello mondiale, europeo e nazionale. Le colture da fibra corticale, le tecniche di ottenimento delle fibre dagli steli e della loro lavorazione. I requisiti di qualità delle fibre. Certificazione di prodotti tessili biologici. La sostenibilità nella produzione tessile. Per alcune specie (es. canapa) verranno descritte le caratteristiche botaniche, biologiche, le esigenze pedo-climatiche ed illustrati gli aspetti agronomici della produzione della materia prima, le modalità di raccolta e di prima trasformazione ed i requisiti qualitativi dei prodotti principali e dei co-prodotti.
- Oli vegetali: Colture erbacee da semi oleosi innovative. Applicazioni industriali alimentari e non alimentari di oli vegetali. Le colture più importanti ed emergenti, le caratteristiche dell'olio, le caratteristiche dei coprodotti, le loro applicazioni. Per alcune specie (es. arachide, sesamo) verranno descritte le caratteristiche botaniche, biologiche, le esigenze pedo-climatiche ed illustrati gli aspetti agronomici della produzione della materia prima, le modalità di raccolta e di prima trasformazione ed i requisiti qualitativi dei prodotti principali e dei co-prodotti.
- Piante aromatiche e medicinali (PAM): stato dell'arte e importanza economica, principali specie coltivate e zone di coltivazione, i settori di impiego; l'organizzazione della filiera: la catena di produzione dalla coltivazione all'industria. La coltivazione e la raccolta spontanea e i suoi riflessi sulla qualità del prodotto e sull’ambiente. Aspetti generali della coltivazione, della raccolta, prima trasformazione e conservazione. La qualità della materia prima di origine agricola. Fattori che influenzano il contenuto e la qualità dei principi attivi. Le norme di buona pratica di coltivazione, raccolta e prima trasformazione. Metodi di produzione agricola integrata e biologica. Verranno illustrate in dettaglio le caratteristiche botaniche, biologiche, le esigenze pedo-climatiche e i principi tecnico-scientifici della coltivazione, raccolta e prima trasformazione delle principali specie medicinali ed aromatiche in una corretta conoscenza e valorizzazione dell’agroecosistema, fornendo gli strumenti per sviluppare, in modo autonomo, ulteriori approfondimenti anche su altre specie, in diversi ambienti pedoclimatici.
-Colture speciali per prodotti di alto valore nel settore alimentare e non alimentare: Colture per coloranti naturali (principali specie, classe di sostanze chimiche, requisiti di coltivazione, tecnologie di estrazione, applicazione, resa e caratteristiche qualitative). Colture da dolcificanti non calorici (principali specie, classe di sostanze chimiche e ambiti applicativi, requisiti di coltivazione, raccolta e prima trasformazione, resa e caratteristiche qualitative).
- Piante biocide per la difesa sostenibile delle colture.
-Introduction to the course: objectives, topics, relevant literature, and organizational aspects.
-Innovative crops for the agro-industry: the range of crops, the renewable materials for industrial applications, the lead markets, the agricultural-based supply chain, key environmental, economic and social benefits.
-Products made from industrial crops categorized by function: biofuel and bioenergy, fibers and biocomposites, building materials, biopolymers and bioplastics, pharmaceuticals, specialty chemicals. Main products and overview of the crops used.
-The European bio-economy strategy, sustainability and circularity, the biorefinery concept and the cascading use of different biomass components, production efficiency, waste reduction and sustainable use of resources for sustainable development, 'bio-economy' scenarios, European and national level scenarios (Global Agenda 2030 and related Sustainable Development Goals).
- Bioenergy and Biofuels: the status and objectives of bioenergy and biofuel at European and Italian level with reference legislation. Types of biomass feedstocks used for energy and biofuel purposes.
The main dedicated lignocellulosic herbaceous crops (cultivated species, production cycle, cultivation requirements, harvesting and first processing techniques, biomass yield and quality), the range of technologies and application options. The complexity of the agricultural production and supply chain and regulatory constraints. First and second generation biofuels and advanced biofuels. The main biofuel crops (crop species, production cycle, cultivation requirements, harvesting and first processing techniques, biomass yield and quality), technologies and application options. Value chain analysis: example of case studies.
-Fibers and cellulose: the state of the art of fiber crops, the main crops, the classification of natural fibers and application sectors. The production of fiber crops at a global, European and national level. Cortical fiber plants, techniques for obtaining fibers from the stems and their processing. Fiber quality requirements and possible applications in the textile and composite materials sector. Certification of organic textile products. Sustainability in textile production. Description of the main fiber crops and related agronomic techniques. For most innovative crops (e.g. hemp) the following topics will be described: facts of interest, production requirements, varieties, agronomy, pest and disease control, harvest and first processing, end-product and co-products requirement information.
- Oils from plants: Oilseed crops. Non-food industrial applications of plant-derived oils. The major and minor oilseed crops, the oil characteristics, the co-products characteristics, the industrial applications. Minor oilseed crops with specific fatty acid composition. Description of the main innovative oilseed species and related agronomic techniques. For most innovative crops the following topics will be described: facts of interest, production requirements, varieties, agronomy, pest and disease control, harvest and first processing, end-product and co-products requirement information.
-Medicinal and Aromatic plants (MAP): state of the art and economic importance, main crops and cultivation areas, the main industrial applications; the production chain from cultivation to industry. Agricultural production of MAP and/or harvesting from the wild, effects on product quality and the environment. General aspects of cultivation, harvesting, first processing and conservation. The effect of pre-harvest factors on the quality of the raw material. Factors that influence the content and quality of active compounds. The Good Agricultural and Collection Practices (GACP) for medicinal plants. Integrated, organic and biodynamic agricultural production methods. Description of the main medicinal and aromatic species and related agronomic techniques. For most innovative crops the following topics will be described: facts of interest, production requirements, varieties, agronomy, pest and disease control, harvest and first processing, end-product quality requirement information.
-Specialty Crops for high-value products: Crops for Natural dyes. Crops as sources of intensive non caloric sweeteners. Main species, class of chemicals, cultivation requirements and related agronomic techniques, extraction technologies, quality control.
- Biocide plants as a sustainable tool for the control of pests and pathogens in vegetable cropping systems.
Oltre al materiale fornito dal docente relativo alle lezioni è consigliata la consultazione del seguente materiale bibliogarfico:
- Angelini L.G., De Mastro G., Sacco D. (2020). Le colture dedicate da energia: potenzialità e limiti. pp 1-16.
- AAVV Piano di Settore della filiera delle piante officinali 2014-2016, MASAF, pp.31.
- Marzi V., De Mastro G. (2008). Piante officinali. Mario Adda Editore, Bari, pp.472.
- Catizone P., Barbanti L., Marotti I., Dinelli G. (2013). Produzione ed impiego delle piante officinali. Patron editore, pp.348.
- Nicola S., Scarpa M.G. (2022) Le piante officinali. Produzione e prima trasformazione. Edagricole, pp 360.
- Mosca, G. (2019). Oli e grassi. Edagricole, pp 310.
- Ranalli P. (2020). La canapa. Edagricole, pp.407.
- Ciavatta, C., Gigliotti, G., Miano, T., Tambone, F., Zaccone, C. (2022). Biomasse in agricoltura: caratterizzazione ed utilizzo sostenibile. Pàtron editore, pp 365
- Agrillo, A., Dal Verme, M., Liberatore, P., Lipari, D., Lucido, G., Maio, V., Surace, V. (2022). Rapporto statistico 2020 Energia da fonti rinnovabili in Italia.
- Fritsche, U., Brunori, G., Chiaramonti, D., Galanakis, C., Matthews, R., & Panoutsou, C. (2021). Future transitions for the Bioeconomy towards Sustainable Development and a Climate-Neutral Economy-Foresight Scenarios for the EU bioeconomy in 2050.
- Angelini L.G., De Mastro G., Sacco D. (2020). Le colture dedicate da energia: potenzialità e limiti. pp 1-16.
- AAVV Piano di Settore della filiera delle piante officinali 2014-2016, MASAF, pp.31.
- Marzi V., De Mastro G. (2008). Piante officinali. Mario Adda Editore, Bari, pp.472.
- Catizone P., Barbanti L., Marotti I., Dinelli G. (2013). Produzione ed impiego delle piante officinali. Patron editore, pp.348.
- Nicola S., Scarpa M.G. (2022) Le piante officinali. Produzione e prima trasformazione. Edagricole, pp 360.
- Mosca, G. (2019). Oli e grassi. Edagricole, pp 310.
- Ranalli P. (2020). La canapa. Edagricole, pp.407.
- Ciavatta, C., Gigliotti, G., Miano, T., Tambone, F., Zaccone, C. (2022). Biomasse in agricoltura: caratterizzazione ed utilizzo sostenibile. Pàtron editore, pp 365
- Agrillo, A., Dal Verme, M., Liberatore, P., Lipari, D., Lucido, G., Maio, V., Surace, V. (2022). Rapporto statistico 2020 Energia da fonti rinnovabili in Italia.
- Fritsche, U., Brunori, G., Chiaramonti, D., Galanakis, C., Matthews, R., & Panoutsou, C. (2021). Future transitions for the Bioeconomy towards Sustainable Development and a Climate-Neutral Economy-Foresight Scenarios for the EU bioeconomy in 2050.
La frequenza è raccomandata. Gli studenti non frequentanti sono pregati di contattare il docente per ulteriori informazioni su materiale didattico e lavoro guidato. Le modalità di esame sono identiche per frequentanti e non frequentanti.
Attendance is recommended. Non-attending students are requested to contact the teacher for further information on course materials and guided work. Examination procedures are the same for attending and non-attending students.
L’esame consisterà in una verifica orale con votazione in trentesimi sugli argomenti trattati a lezione.
Lo studente dovrà altresì essere anche in grado di predisporre un lavoro guidato su un argomento da concordare con il docente e di presentarlo, sia in forma di breve relazione che oralmente, prima della verifica orale.
The exam will consist of an oral test with a grade in thirtieths on the topics covered in class.
The student must also be able to prepare a guided study on a topic to be agreed with the teacher and present it, either in the form of a short paper or orally, before the oral test.
