Valorizzazione di reflui agroalimentari mediante sistemi integrati a membrana

Risultato della ricerca:

Il settore agro-alimentare genera una elevata quantità di scarti, di sottoprodotti di lavorazione e di effluenti caratterizzati da un elevatissimo contenuto in sostanza organica facilmente biodegradabile.

La produzione dei reflui è influenzata dal consumo idrico per unità di prodotto trasformato, che cambia in funzione del tipo di industria. La gestione di questi rifiuti ed il loro smaltimento pone seri problemi dal punto di vista economico ed ambientale anche per le sempre più restrittive limitazioni di legge in merito alla tutela ambientale. D’altra parte tali reflui rappresentano una risorsa rinnovabile di molecole funzionali (cioè biopolimeri, proteine, carboidrati, fitochimici, ecc.), utilizzabili per svariate applicazioni.

La ricerca in oggetto mira alla conversione e alla valorizzazione dei reflui agro-alimentari provenienti da diverse filiere (orto-frutta in genere, settore oleario, produzione agrumaria, sottoprodotti della produzione vinicola e di quella lattiero-casearia) attraverso il recupero di sostanze ad alto valore aggiunto (per es. polifenoli, proteine, carboidrati, antiossidanti, ecc.) finalizzato al loro reimpiego in altri settori merceologici (nutraceutica, farmaceutica, cosmeceutica, industria alimentare).

La metodologia proposta è basata sull’impiego di sistemi e operazioni a membrana, sostenibili da un punto di vista ambientale, selezionati ed ottimizzati in un design sequenziale per il frazionamento degli effluenti di scarto secondo una logica di zero-discharge approach.

Riferimento a finanziamenti precedenti:

I risultati della ricerca sono stati oggetto di precedenti finanziamenti regionali e/o nazionali.

• PNR Tema 2 – Progetto n. 2228 – Nuovi prodotti derivati da frutta e verdura ad alto valore nutrizionale
• Cooperation between the Italian Republic and the People‘s Republic of China (Ministero Affari Esteri) – Bilateral agreement Chinese Academy of Agricutural Sciences (CAAS) / Italian National Research Council (CNR) -Antioxidant activity control in fruit juices by membrane processes
• Joint Project ITALIA-CINA ‘Upgrading fruits and vegetable juice quality and enhancing byproduct utilization through integrated membrane processes’
• Accordo di Programma Quadro in materia di Ricerca Scientifica e Innovazione Tecnologica nella Regione Calabria – Studio, progettazione e sviluppo di sistemi tecnologici per il recupero di acqua e componenti bioattivi dai sottoprodotti dell‘industria olearia da destinare a nuove applicazioni

Innovatività rispetto a soluzioni già esistenti:

Rispetto alle tecniche di separazione convenzionali (distillazione, estrazione con solvente,

cristallizzazione, ecc.) i processi a membrana permettono di ottenere livelli di separazione che superano i limiti imposti dalle condizioni di equilibrio. Inoltre, tali processi non richiedono cambiamenti di fase, né l’uso di additivi chimici, operano a temperatura ambiente, non sono distruttivi ed agiscono a livello molecolare.

Grazie a queste loro intrinseche proprietà, le operazioni a membrana contribuiscono significativamente a realizzare i principi del process intensification, una strategia di sviluppo dei sistemi di produzione caratterizzata da minori consumi energetici, minori produzione di inquinamento e maggiori efficienze rispetto a quelli già esistenti.

I processi a membrana risultano particolarmente adatti al trattamento dei prodotti alimentari in genere e degli effluenti di scarto derivanti da tali produzioni.

La strategia proposta consente di frazionare i reflui attraverso un processo continuo, direttamente all’interno dell’azienda (in alternativa a sistemi di stoccaggio e trattamento con metodologie depurative convenzionali), garantendo una razionalizzazione del processo di produzione (innovazione di processo) e la realizzazione di un nuovo processo di trasformazione che garantisce da un lato una forte riduzione dell’impatto ambientale e nel contempo lo sviluppo di prodotti innovativi (innovazione di prodotto) con definite caratteristiche funzionali.

Titoli di proprietà intellettuale:

E’ stato depositato un brevetto nazionale dal titolo ‘Processo integrato per l’estrazione selettiva e la concentrazione di polifenoli da sottoprodotti del ciclo di lavorazione delle arance rosse’(n. RM 2006 A 000436 del 09/08/2006); non sono state intraprese al momento attività legate all’acquisizione di titoli di proprietà industriale in altri settori della produzione agro-alimentare

Principali applicazioni e mercato di riferimento:

I prodotti oggetto della presente ricerca si inseriscono nel mercato degli alimenti funzionali, dei prodotti farmaceutici e/o cosmeceutici. Il frazionamento dei reflui con la metodologia proposta genera essenzialmente prodotti concentrati contenenti molecole bioattive, come per es. i polifenoli, con note attività antimicrobiche, antiossidanti e antiinfiammatorie.

Pertanto l’ambito applicativo è strettamente connesso alla salute dell’uomo, sebbene il frazionamento prodotto genera altresì frazioni arricchite in sostanza organica che possono essere sfruttate per la produzione di biogas o in alternativa per la messa a punto di concimi organici con ricadute dirette in ambito ambientale.

La presente ricerca si inserisce in una prospettiva di mercato che mira al miglioramento dei processi depurativi delle acque reflue della produzione agro-alimentare e alla definizione di nuovi prodotti derivanti dalla realizzazione del processo tecnologico implementato. Tuttavia, in linea di principio, le prospettive di mercato più interessanti sono quelle che riguardano la classe delle molecole antiossidanti presenti in elevate concentrazioni nelle acque residuali di diverse produzioni (agrumaria, olearia, vinicola, ecc.). I settori industriali target per queste molecole, o estratti complessi con attività antiossidante, sono sia quello alimentare, nonché quello degli alimenti funzionali, dei prodotti farmaceutici e dei prodotti cosmetici.

Esigenze per l’ulteriore sviluppo – Industrializzazione:

Per alcune applicazioni, come quelle relative al trattamento dei reflui oleari e quelli agrumari, sarà necessario condurre test per l’ottimizzazione dei parametri di produzione e il miglioramento del grado di purezza delle frazioni ottenute. E’ altresì di interesse un’accurata caratterizzazione del prodotto finale e relativa standardizzazione in relazione alla destinazione d’uso.

In altri settori, in cui la tecnologia è stata validata su scala laboratorio, sarà necessario condurre test per l’implementazione del processo su scala reale e l’ottimizzazione dei parametri di processo mirata al miglioramento delle performance delle membrane impiegate in termini di produttività e di selettività nei confronti delle molecole bioattive di interesse.