Progetto cofinanziato dai Fondi europei 2014-2020 della Regione Emilia-Romagna - Valsovit
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Progetto cofinanziato dai Fondi europei 2014-2020 della Regione Emilia-Romagna
Il progetto
In un contesto regionale di filiera vitivinicola che che si sono dimostrate opportunità concrete nei
allo stato attuale considera principalmente pro‐ settori della chimica e dell’energia, della nutra‐
cessi di valorizzazione di prima generazione degli ceutica e della cosmetica, dell’ingredientistica ali‐
scarti (raspi freschi, bucce, vinaccia bianca, feccia, mentare e dei prodotti fitosanitari.
teste e code di distillazione dell'etanolo), il pro‐ L’approccio di seconda generazione prevede la
getto Valsovit ha proposto lo sviluppo di nuove destinazione degli scarti verso processi con un più
forme di valorizzazione di seconda generazione, alto livello tecnologico, elevata sostenibilità e un
Biogas/Biometano Bioanidride maleica
Al fine di migliorare i processi di valorizzazione Per la valorizzazione chimica delle teste e delle co‐
energetica, sono stati caratterizzati chimicamente i de della distillazione di etanolo è stato messo a
diversi scarti della filiera vitivinicola ed è stato de‐ punto un nuovo processo di trasformazione in
terminato il potenziale metanigeno per l’utilizzo butanolo per la produzione di anidride maleica
come co-substrati con effluenti zootecnici, per l’industria chimica. Gli ottimi risultati
colture dedicate e/o fanghi di depurazione ottenuti sono oggetto di un brevetto e
in impianti di biogas/biometano. di uno studio di scale-up del processo
su scala industriale.
Bioplastiche Sostenibilità dei processi
Il progetto ha verificato la possibilità di pro‐ Con metodologia LCA (Life Cycle Assess‐
durre polimeri bio-based (poliidrossialca‐ ment), il progetto ha valutato le
noati, PHA) simili al polipropilene a costi performance ambientali dei processi
economicamente convenienti, utilizzan- innovativi studiati dai laboratori di
do matrici a basso costo o a costo zero, ricerca. I risultati sono promettenti
come gli scarti agro-industriali e i fan- rispetto ai principi ispiratori dell’e‐
ghi di depurazione, e adottando pro‐ conomia circolare e del recupero
cessi che hanno migliorato le rese di dell’energia e delle risorse.
conversione.
Trasferimento tecnologico Estratti ad alto valore biologico
Attraverso analisi dell'efficienza ambientale ed economica è Utilizzando processi estrattivi green ad alta efficienza
stato verificato che alcune delle metodiche usate per l'estra‐ si sono ricavati estratti ricchi in biomolecole, con pro‐
zione di biomolecole potrebbero essere sostenibili per l'indu‐ prietà antiossidanti e antinfiammatorie adatti per la
stria chimica per la produzione su scala industriale. produzione di nutraceutici e cosmetici. Positivi i test
clinici sulla prevenzione dell’aterosclerosi.
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ridotto impatto ambientale – ad esempio, tecno‐ I risultati del progetto rappresentano un’occasio‐ logie estrattive con basso o nullo impiego di ne per incrementare la competitività del tessuto solventi organici; strategie biotecnologiche e tra‐ produttivo vitivinicolo sia emiliano-romagnolo sformative integrate; utilizzo di sistemi catalitici ad che nazionale, promuovendo uno sviluppo alta efficienza in processi a cascata – per ottenere tecnologico sostenibile della filiera, con un (bio)sostanze ad alto valore aggiunto e con ricadu‐ approccio operativo ispirato ad un modello di te diversificate in più settori di mercato. simbiosi industriale. innovazioni di processo e nuovi prodotti
Bioplastiche
I poliidrossialcanoati (PHA), biopolimeri (polieste- PP; polietilene, PE). Tuttavia, i PHA hanno altre po‐
ri) bio-based biodegradabili con proprietà chimi‐ tenzialità in altri settori (bioadesivi, biomedicale,
co-fisiche comparabili al polipropilene, attual- ecc.), dove il maggior costo rispetto a quello di PP
mente vengono prodotti utilizzando matrici ad e PE potrebbe essere accettabile.
elevato costo e tramite selezionate monocolture Per trovare soluzioni economicamente conve‐
batteriche che lo rendono non competitivo con nienti, nelle attività di Valsovit sono state utilizzate
quello di polimeri di origine fossile (polipropilene, matrici a basso costo, come gli scarti agro-indu‐
Reattore per la
produzione di
PHA e strategia
di processo
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Estrazione del PHA con
dimetil carbonato (DMC)
soluzioni economicamente convenienti
striali, o i fanghi di depurazione a costo zero. Due duzione di PHA intracellulare utilizzando colture
gli approcci principali seguiti: (i) impiego di coltu‐ batteriche miste. Il PHA intracellulare prodotto è
re batteriche miste e (ii) produzione di PHA a cate‐ stato estratto con dimetil carbonato (DMC) otte‐
na media (ad esempio, poliidrossiesanoato) nendo un co-polimero con un grado di purezza
utilizzando colture pure. Entrambi gli approcci so‐ intorno al 98% con rese intorno al 15%.
no stati studiati a valle della fermentazione anae‐ Ulteriori test di digestione anaerobica con pre‐
robica delle matrici di scarto, al fine di produrre trattamento termico a 120°C dell’inoculo batteri‐
acidi grassi volatili (VFA), successivamente ali‐ co hanno consentito di ottenere rese maggiori di
mentati a processi di fermentazione aerobica per VFA, intorno al 30% da fanghi di depurazione.
produrre PHA. Inoltre, sono stati studiati diversi Per quanto riguarda l’impiego di colture pure, è
pre-trattamenti delle matrici di scarto utilizzate: (i) stato dimostrato che è possibile ottenere una alta
processi pirolitici e (ii) processi per l’estrazione di concentrazione di VFA (>20 g/L) ad alto contenu‐
componenti antiossidanti sia tramite colture to relativo di VFA a media catena (con alto conte‐
batteriche miste che pure. nuto di acido esanoico, ottenuto in concen-
I test, effettuati su scala di laboratorio in batch trazione superiore a 15 g/L). È stata inoltre verificata
mantenuti in condizioni di mesofilia (37°C), hanno la possibilità di ottenere un polimero amorfo ad
previsto l’uso di digestato anaerobico come inocu‐ alto contenuto di poliidrossiesanoato per po‐
lo batterico. Gli oli di pirolisi da fango e feccia so‐ tenziali applicazioni non convenzionali.
no le matrici che hanno dato i migliori risultati in Al termine del processo è stata ottenuta una
termini di rese di conversione in VFA con valori biomassa contenente il 61% del polimero (in
intorno al 20% e una concentrazione di circa 4 g/L. larga parte poliidrossiesanoato) in peso secco,
Una seconda fase sperimentale ha previsto la con una resa di conversione di VFA in PHA pari
fermentazione aerobica in batch da 5 L per la pro‐ al 35% in peso.
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Bioanidride maleica e scale-up
Uno degli obiettivi del progetto Valsovit ha ri‐ vamente la trasformazione in anidride maleica.
guardato la messa a punto di un processo per la tra‐ L’attenzione si è concentrata soprattutto verso la sfi‐
sformazione di bio-etanolo da scarti di lavorazione da più difficile, cioè migliorare rese e selettività del
della filiera vitivinicola in bio-anidride maleica (bio- primo stadio del processo, ovvero della reazione di
AM), come prodotto a maggior valore aggiunto. Guerbet, già utilizzata per l’omologazione di alcoli a
Il processo individuato prevede due stadi: la tra‐ catena corta in alcoli a catena superiore (figura sotto).
sformazione di bio-etanolo in butanolo e successi‐ Impiegando catalizzatori eterogenei il processo non
Procedimento per la
trasformazione di bio-
etanolo da scarti della
filiera vitivinicola in bu‐
tanolo come interme‐
dio per la produzione di
anidride maleica.
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risulta conveniente dal punto di vista dell’economia
atomica ed energetica.
L’attenzione si è quindi spostata verso l’impiego di
catalizzatori omogenei, che hanno consentito di
ottenere rese in 1-butanolo ed alcoli superiori anche
maggiori dei valori massimi riportati in letteratura.
Più in generale i risultati ottenuti durante il progetto
trasferimento tecnologico
pongono le basi per lo sviluppo di catalizzatori di nente a più basso calore latente di ebollizione, in cui
nuova generazione, con caratteristiche bifunzionali il sodio acetato è poco solubile; inoltre l’etanolo, in
o ibride, nei quali un ruolo nel meccanismo potrà es‐ quanto reagente, può essere recuperato ed inte‐
sere giocato dal supporto eterogeneo, di concerto grato nella carica successiva.
con il complesso metallorganico supportato. Partendo dai bilanci di massa su scala di laboratorio,
Si tratta di un modello di scale-up della reazione che la corrente di etanolo in ingresso al reattore è stata
può permettere la realizzazione di un processo considerata scale-up stream del processo. Succes‐
industriale del meccanismo descritto in figura. Un sivamente, il bilancio di materia su scala industriale
esempio concreto di economia circolare, che mira a è stato definito attraverso l’introduzione di un
favorire lo sviluppo di tecnologie produttive integra‐ opportuno fattore di resa.
bili con bio-raffinerie attualmente in esercizio. Nota la configurazione impiantistica si è procedu‐
Allo scopo è stato proposto un processo prelimina‐ to, quindi, alla definizione dei bilanci energetici
re di tipo batch, con tre sezioni fondamentali: unità della singola unità di distillazione e globali, al fine
di reazione, sezione di separazione ed unità di puri‐ di fornire una stima di massima dei consumi di
ficazione (distillazione). La reazione comporta la processo in termini di potenza termica ed elettri‐
formazione di prodotti di interesse allo stato liquido ca richieste. L’analisi preliminare ad oggi disponi‐
e di un precipitato (sodio acetato) lavato con etano‐ bile fornisce una stima di cooling/heat duty
lo al fine di minimizzare la perdita di catalizzatore e compresa nell’intervallo 10-13 MJ/kg butanolo pro‐
di prodotti utili. Il lavaggio in etanolo, preferito dotto, ed un consumo di energia elettrica pari a
all’acqua, garantisce l’introduzione di un compo‐ 1,0-1,2 MJele/kg butanolo.
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Figura sotto. Confronto tra gli impatti
causati da produzione e smaltimento
di 1 kg di ciascun polimero;
PP=polipropilene, BioPP=bio-polipropilene;
PLA=acido polilattico; PHA=poliidrossialcanoati
Sostenibilità dei processi
L’analisi della sostenibilità ambientale attraverso la Un’ulteriore analisi è stata condotta per il processo di
metodologia LCA (Life Cycle Assessment) della valo‐ sintesi di bio-anidride maleica confrontato con quello
rizzazione della feccia e dei fanghi di depurazione per degli altri processi già esistenti. Posto che il processo
la produzione di PHA ha verificato che le emissioni innovativo non è stato ancora studiato su scala indu‐
di gas serra sono dello stesso ordine di grandezza striale, per cui si possono solamente stimare alcuni
delle plastiche più diffuse sul mercato ma migliori flussi di materia ed energia coinvolti nella reazione,
performance si hanno per tutte le altre categorie di esso appare preferibile in termini di recupero di resi‐
impatto socio-economico
impatto. I principali impatti derivano dall’estrazione dui industriali, mentre l’impiego di catalizzatori me‐
del polimero dalla biomassa, fase particolarmente tallici complessi e di altri additivi coinvolti potrebbe
energivora, e dai processi di produzione dei nutrienti comportare un maggiore consumo di altre risorse e
per la biomassa e del solvente per l’estrazione. Per di energia (soprattutto nella fase di purificazione).
questo processo innovativo sono tuttavia ancora pos‐ Sono state inoltre eseguite una valutazione
sibili ampi margini di miglioramento. dell’impatto economico per confrontare il bio-buta‐
nolo ottenuto tramite questo pro‐
Cambiamento climatico, escluso Esaurimento delle risorse, cesso innovativo con il butanolo
carbonio biogenico minerali, fossili e rinnovabili normalmente commercializzato, e
un’analisi dell’impatto sociale per va‐
lutare il vantaggio dato dal recupero
e dalla valorizzazione di un prodotto
che diversamente costituirebbe uno
scarto di produzione. Complessiva‐
mente, si può evidenziare l’elevato
valore economico attribuibile alla
valorizzazione di quella frazione di
etanolo altrimenti non recuperabile.
Rimane tuttavia da approfondire ulte‐
riormente, per quanto riguarda que‐
sto processo, l’incidenza del costo del
catalizzatore e delle operazioni di puri‐
ficazione in fase di scale-up industriale.
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Tabella sotto - Analisi
chimiche e risultati dei test
BMP degli scarti vitivinicoli
Biogas/Biometano
Il recupero di scarti della filiera vitivinicola per la te degradabile in digestione anaerobica è elevata
valorizzazione energetica necessita di una valuta‐ per la maggior parte dei campioni, ma imputabi‐
zione della loro qualità attraverso la caratterizza‐ le soprattutto ad una significativa presenza di fra‐
zione chimica e la misura del potenziale zioni fibrose e lignina difficilmente degradabili.
metanigeno; ciò al fine della loro utilizzazione co‐ Questo si osserva soprattutto nei vinaccioli la cui
me co-substrati nella codigestione con effluenti resa in metano è bassa, mediamente di 79
zootecnici, altri scarti agroindustriali, colture dedi‐ Nm3CH4/tSV, tale da renderli poco idonei alla pro‐
valorizzazione energetica
cate e/o di integrazione e fanghi di depurazione duzione di biogas. Per il loro utilizzo si potrebbe
in impianti di produzione di biogas/biometano. valutare l’applicazione di un pre-trattamento.
La tabella riporta i risultati di alcuni dei parametri Le vinacce mostrano un rendimento medio in metano
analizzati e il dato di BMP (Biochemical Methane di 123 Nm3CH4/tSV. Risultati interessanti si osservano
Potential) ottenuto in batch dagli scarti recuperati per le fecce, soprattutto quella liquida con una resa in
nell’ambito del progetto. metano pari a 517 Nm3CH4/tSV, dovuta alla presenza di
La dotazione di sostanza organica potenzialmen- lieviti e residui della fermentazione del vino.
NDF: è la fibra insolubile al detergente neutro, costituita da tutti i componenti della parete cellulare, cioè emicellulose più ADF. ADF: è la fibra insolubile al de‐
tergente acido, costituita principalmente da cellulosa, lignina e una quantità variabile di silice. ADL: è il residuo dell’ADF sottoposto a un attacco acido molto
forte, si tratta della lignina, polimero di composti fenolici che fa parte della parete cellulare. La lignina lega fibre e proteine rendendoli indisponibili alla digestione.
* Il test BMP misura la produzione massima di metano ottenibile per degradazione anaerobica della sostanza organica contenuta nelle biomasse ed espressa
in Nm3 per kg solidi volatili. I test sono stati svolti ad una temperatura di processo di 38°C e per una durata di 27 giorni.
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Processi estrattivi
Nell’ambito del progetto sono state selezionate rispetto alla variabile della resa totale di estratto, la
quelle metodiche che meglio coagulano criteri di metodica PFE-NAV è risultata più efficace nell’e‐
efficienza (alta resa quali-quantitativa di biomole‐ strazione dei polifenoli totali. In particolare, i
cole), sostenibilità (basso o nullo impiego di campioni più ricchi in polifenoli totali sono risultati
solventi organici) e opportunità di trasferimento sempre gli estratti da vinaccioli.
tecnologico (scale up), ovvero l’estrazione con ultra‐ In generale, gli estratti ottenuti, caratterizzati da un
suoni (UAE), l’estrazione con fluidi sotto pressione punto di vista chimico, hanno dimostrato che gli
biomolecole attive
con strumentazione Naviglio® (PFE-NAV), l’estra‐ scarti della filiera vitivinicola possono risultare
zione con CO2 supercritica (SFE) e la distillazione in un’ottima fonte di biomolecole utili a contesti
corrente di vapore d’acqua (DIS). applicativi come quello nutraceutico, cosmetico e
Ciascuna matrice di scarto è stata sottoposta ad per la difesa delle piante, ma hanno altresì messo
ogni metodica estrattiva per verificare quale ri‐ in evidenza l’importanza della conoscenza del
sultasse la più performante. trattamento che hanno subito le uve prima di es‐
Benché l’estrazione UAE sia risultata più efficiente sere considerate come materie prime secondarie.
Valori dei polifenoli totali (mg
acido gallico/g estratto
secco) degli estratti (VCR, vi‐
nacce rosse; VCB, vinacce
bianche; VLR, vinaccioli da
uve rosse; VLB, vinaccioli da
uve bianche) ottenuti con le
metodiche UAE (estrazione
con ultrasuoni) e PFE-NAV
(estrazione con fluidi sotto
pressione con strumentazio‐
ne Naviglio®) ottimizzate per
la migliore rilevazione quali‐
tativa e quantitativa.
I dati sono relativi a quanto
ottenuto con solvente idro-
alcolico al 50%.
10Nutraceutici per l’industria salutistica
Mediante un approccio bio-analitico integrato, un I risultati ottenuti supportano la possibilità di
filone di ricerca ha valutato il contenuto di anto‐ sfruttare gli estratti provenienti da sotto-
cianine e flavonoli, la sicurezza e l’attività biologi‐ prodotti di lavorazione dell'uva come ingre-
ca di estratti provenienti da sottoprodotti della dienti per prodotti funzionali e innovativi
filiera vitivinicola. nell’industria salutistica.
Gli estratti ottenuti da vinacce e vinaccioli di uva
rossa con metodo con ultrasuoni (UAE) e Naviglio®
focus sulla disfunzione endoteliale
(NAV) hanno mostrato un contenuto significativo
di antociani, in particolare malvidin-3-O-glucoside.
Successivamente è stato indagato l’effetto pro‐
tettivo degli estratti sulla disfunzione endoteliale,
processo iniziale che porta ad aterosclerosi. In pri‐
mo luogo, è stata valutata la capacità degli estratti
di esercitare una attività antiossidante intracellu‐
lare inibendo lo stress ossidativo indotto dal tratta‐
mento di cellule endoteliali vascolari umane con
H2O2. È stato osservato che tutti gli estratti di vi‐
nacce e vinaccioli rossi NAV e UAE riducono signi‐
ficativamente il livello di Specie Reattive del-
l’Ossigeno (ROS) intracellulari.
Infine, è stata investigata l’espressione genica di
diversi enzimi antiossidanti e anti-infiammatori
in presenza della citochina pro-infiammatoria
Tumor Necrosis Factor ; gli estratti aumentavano
significativamente l’espressione della emeossi-
genasi 1 e diminuivano quella di VCAM1.Testi
Alessandro Massi, Gianni Sacchetti, Paola Galletti, Lorenzo Bertin,
Rita Mazzoni, Federico Viganò, Serena Righi, Fabrizio Passarini,
Mariangela Soldano, Nicola Labartino, Cristiana Caliceti,
Massimo Guardigli, Mara Mirasoli
Progetto grafico Giuseppe Fattori per CRPA spa
Fotografie Archivio Valsovit, G. Fattori
Stampa a cura di Tecnograf Srl - Maggio 2018
Progetto cofinanziato dai
Fondi europei 2014-2020 della Regione Emilia-RomagnaPuoi anche leggere
