raccolta newsletter 1-2-3

Transcript

Progetto: “Produzione ed estrazione di coloranti naturali da residui della produzione del pomodoro e colture cellulari
fotosintetiche” – BIOCOLOR – CUP: G66D11000470009 - Progetto finanziato con fondi del PSR Sicilia 2007-2013 – Misura
124: Cooperazione per lo sviluppo di nuovi prodotti, processi e tecnologie nei settori agricolo e alimentare, e in quello
forestale.
Newsletter 1
I coloranti naturali: nuove prospettive per l'agricoltura e l'industria agroalimentare
Il Progetto Biocolor, che è impegnato nella sperimentazione di tecniche per il recupero di coloranti
ed estratti naturali da scarti di origine vegetale, quali per esempio, bucce e scarti del pomodoro e da
colture algali, apre nuove vie per l’integrazione del reddito aziendale delle imprese agricole e
agroalimentari.
I coloranti naturali, di origine vegetale o animale,
sono stati impiegati per millenni nel settore tessile,
cosmetico, alimentare e in quello artistico (dai
dipinti su tela e tavola ai tessuti e arazzi, alla
miniatura).
La maggior parte di essi è stata soppiantata verso
la fine del XIX secolo con l'avvento di quelli sintetici, caratterizzati da una maggiore uniformità
e costi più contenuti.
Recentemente nei Paesi industrializzati si sta assistendo a un crescente interesse verso i prodotti di
origine naturale, e tra questi i coloranti vegetali, percepiti come più salubri e più rispondenti alle
forestale.
esigenze di un consumatore, oggi maggiormente attento alla qualità della vita e alla tutela
dell’ambiente.
Le caratteristiche di maggiore biodegradabilità e compatibilità ambientale che caratterizzano i
coloranti di origine naturale stanno aprendo nuove opportunità di impiego in diversi settori
industriali che tradizionalmente si rivolgono a materie prime provenienti da sintesi chimica.
L’impiego dei coloranti nei diversi settori produttivi, è oggi disciplinato da normative ben precise
che indicano le sostanze consentite. Tali disposizioni di legge sono dettate dalla necessità di
proteggere il consumatore da sostanze non controllate dal punto di vista dell’innocuità.
La legislazione attuale si basa su alcune direttive dell’Unione Europea, recepite in Italia senza
particolari modifiche, tuttavia la normativa comunitaria sui coloranti è in continua evoluzione
soprattutto per quanto riguarda la non tossicità e l'innocuità nei diversi settori d’impiego.
Noi europei possiamo considerarci all’avanguardia in quanto a sicurezza degli ingredienti e degli
additivi utilizzati negli alimenti.
Il Progetto Biocolor prevede l’estrazione di sostanze coloranti da due fonti: gli scarti
(principalmente bucce) della lavorazione del pomodoro e la coltura in appositi impianti di
microalghe Spirulina.
Entrambi i coloranti sono additivi alimentari. L’Unione Europea ha sottoposto gli additivi a un
processo di valutazione della sicurezza prima di essere autorizzati per l'uso alimentare. La
valutazione viene eseguita dall'Agenzia per la Sicurezza Alimentare (EFSA). Essi sono definiti
come:
"qualsiasi sostanza normalmente non consumata come alimento in quanto tale e non utilizzata
come ingrediente tipico degli alimenti, indipendentemente dal fatto di avere un valore nutritivo, che
aggiunta intenzionalmente ai prodotti alimentari per un fine tecnologico nelle fasi di produzione,
trasformazione, preparazione, trattamento, imballaggio, trasporto o immagazzinamento degli
alimenti, si possa ragionevolmente presumere che diventi, essa stessa o i suoi derivati, un
componente di tali alimenti, direttamente o indirettamente" (Direttiva del Consiglio 89/107/CEE).
forestale.
Quindi gli additivi sono delle “aggiunte” migliorative, che si possono a loro volta suddividere in:
•
•
•
Additivi che aiutano a preservare la freschezza degli alimenti: conservanti, che rallentano la
crescita di microbi, e antiossidanti, che prevengono i fenomeni di irrancidimento.
Additivi che migliorano le caratteristiche sensoriali degli alimenti: coloranti, addensanti,
emulsionanti, dolcificanti, esaltatori di sapidità.
Additivi tecnologici, usati per facilitare la lavorazione degli alimenti ma che non hanno una
specifica funzione nel prodotto finale (definiti anche adiuvanti): agenti antischiuma,
antiagglomeranti ecc.
Vediamo qui di seguito quali sono gli additivi raggruppati per categorie:
• Coloranti
• Conservanti
• Antiossidanti e regolatori di acidità
• Addensanti, stabilizzanti ed emulsionanti
• Regolatori di acidità e anti-agglomeranti
• Esaltatori di sapidità
• Vari
• Altri prodotti
Come si vede, ognuna delle categoria comprende numerose sostanze, ciascuna classificata e testata
dall'Agenzia per la Sicurezza Alimentare. Abbiamo “esploso” i due colori che interessano il
progetto: il rosso e il verde.
100-109 – gialli
110-119 – arancione
120-129 – rossi
130-139 – blu e violetti
Clorofille e clorofilline
140-149 – verdi
E 140
i) clorofille
ii) clorofilline
100-199
Coloranti
150-159 – marroni e neri
Caroteni
E 160a
i) Caroteni misti
ii) Beta-carotene
160-199 – altri
E 160b
Annatto, Bissina, Norbissina
E 160c
Estratto di paprica, Capsantina, Capsorubina
E 160d
Licopina
E 160e
beta-apo-8’-carotenale (C30)
E 160f
Estere etilico dell’acido Beta-apo-8’-carotenico
forestale.
(C30)
200-209 – sorbati
210-219 – benzoati
220-229 – solfuri
200-299
Conservanti
230-239 – fenoli e formiati
240-259 – nitrati
260-269 – acetati
270-279 – lattati
280-289 – propionati
290-299 – altri
300-309 – ascorbati (vitamina C)
310-319 – gallati e eritorbati
320-329 – lattati
300-399
Antiossidanti
e regolatori di acidità
330-339 – citrati e tartrati
340-349 – fosfati
350-359 – malati e adipati
360-369 – succinati e fumarati
370-399 – altri
400-409 – alginati
410-419 – gomma naturale
420-429 – altri agenti naturali
400-499
Addensanti, stabilizzanti e
emulsionanti
430-439 – derivati del poliossietilene
440-449 – emulsionanti naturali
450-459 – fosfati
460-469 – derivati della cellulosa
470-489 – derivati degli acidi grassi
490-499 – altri
500-509 – acidi e basi inorganiche
510-519 – cloruri e solfati
500-599 Regolatori di
acidità e anti-agglomeranti
520-529 – solfati e idrossidi
530-549 – sali dei metalli alcalini
550-559 – silicati
570-579 – stearati e gluconati
580-599 – altri
620-629 glutammati
600-699 Esaltatori di sapidità
630-639 inosinati
640-649 – altri
900-999 Vari
900-909 – cere
forestale.
910-919 – glasse
920-929 – agenti ausiliari
930-949 – gas per confezionamento
950-969 – dolcificanti
990-999 – schiumogeni
1100-1599 Altri prodotti
Sostanze che non rientrano nelle classificazioni sopra indicate
I coloranti sono sostanze largamente usate nelle bevande che si trovano in commercio, nei dolciumi,
nei gelati, sciroppi di frutta, frutta candita, marmellate, alimenti sott'olio e sott'aceto e in generale
nei prodotti preconfezionati.
I coloranti possono essere naturali o sintetici.
I coloranti naturali ottenuti dai processi di estrazione del Progetto Biocolor corrispondono alla
produzione di due tipi di sostanze naturali:
• LICOPENE:
il licopene (o licopina) è il carotenoide presente principalmente nel pomodoro e nei prodotti
da esso derivati (salse, sughi, concentrati, etc.).
Esso è responsabile della loro colorazione rossa, ed è caratterizzato da un'energica attività
antiossidante (E160 d)
forestale.
• CLOROFILLA: la clorofilla è un pigmento verde che si trova negli organismi fotosintetici.
E’ presente nei grani dei cloroplasti delle cellule vegetali, o negli organismi procarioti che
realizzano la fotosintesi clorofilliana. E’ responsabile della colorazione verde (E140).
La grande maggioranza dei prodotti alimentari che acquistiamo e consumiamo contiene additivi
alimentari. È sufficiente leggere con attenzione dell’etichetta dei prodotti che acquistiamo.
Scopriremo che per moltissimo di essi l’elenco è lungo, comprendendo coloranti, addensanti,
conservanti, etc. Alcuni di essi sono ottenuti per sintesi chimica, altri, come il licopene e la
clorofilla sono di provenienza naturale.
Si può facilmente comprendere come l’impiego diffuso degli additivi alimentari abbia creato una
vasta economia parallela all’industria agroalimentare, con volumi di produzione e vendita in
costante crescita.
L’ambizioso obiettivo del Progetto Biocolor sta nello sperimentare un modello di produzione di
alcune di queste sostanze che avvenga all’interno della filiera ortofrutticola delle aziende. In fondo,
per la produzione di licopene occorrono bucce di pomodoro, risorsa ottenibile dalla lavorazione del
pomodoro a livello locale e regionale, mentre, per produrre alghe occorrono sostanzialmente due
cose: luce e caldo, entrambi presenti nelle serre e negli stabilimenti degli agricoltori.
forestale.
Se la sperimentazione avrà successo e l’analisi dei costi-benefici darà indicazioni di fattibilità
economica, si apriranno concrete possibilità di integrazione del reddito agricolo e saranno fatti
concreti passi avanti nel riutilizzo dei materiali di scarto ottenuti dai processi produttivi.
Per quanto riguarda il Licopene, un recente studio del Dipartimento Ingegneria, Chimica Materiali
Ambiente dell’Università La Sapienza di Roma ha mostrato come in Italia siano valutabili in
oltre100.000 t. ogni anno gli scarti solidi prodotti. E ciò a fronte della presenza negli scarti (bucce)
fino a cinque volte il contenuto di licopene presente nel pomodoro intero e che il licopene sia tra i
più̀ potenti antiossidanti naturali, sia indicato nella protezione di alcune gravi patologie (cancro,
malattie cardiovascolari) e che il suo mercato è in rapida espansione a livello mondiale nei diversi
possibili impieghi:
• integratori alimentari
• coloranti alimentari
• functional food (alimenti con azione preventiva sulla salute)
• cosmeceuticals (cosmetici con funzioni terapeutiche)
Secondo la ricerca la crescita di vendita del Licopene dal
1990 al 2009 è stata rapidissima negli USA, raggiungendo i
26 milioni di $, e altrettanto ci si attende in Europa, dove
un’indagine di Frost&Sullivan al 2009 stimava consumi pari
a 2, 5 ton/anno per un valore di circa 13, 8 milioni di euro.
Il licopene ottenuto da pomodori è autorizzato come colorante alimentare per alimenti e bevande
(E160d) dal 1997. Non è comunque consentito evidenziare la dicitura “contiene licopene” con
l’intento di suggerire eventuali benefici di tipo salutistico.
La normativa sui novel foods approvata dalla UK’s Food Standards Agency nel 2005 fornisce via
libera all’uso di licopene negli alimenti fino a 5mg per porzione, considerata la dose utile per avere
effetti benefici sulla salute.
forestale.
Prima era considerato nella legislazione sugli additivi unicamente come colorante. La DGA (dose
giornaliera ammissibile) è valutata fra 0-0,5 mg/kg dalla JECFA.
Per l’intensità della sua colorazione, il licopene è proponibile come colorante per alimenti e
bevande, ma l’effettivo impiego è limitato dall’elevato costo.
A causa delle positive proprietà, il licopene è interessante per un possibile impiego nell’industria
alimentare come integratore e trova applicazioni anche in combinazione con altri carotenoidi quali
beta-carotene e luteina.
Inoltre, i suoi benefici effetti sulla salute ne fanno prevedere un’applicazione nell’industria
farmaceutica. Il licopene agisce da antiossidante, come scavenger (sequestrante) dei radicali liberi
ed è considerato un prodotto con effetti decisamente positivi nella prevenzione di molti agenti che
possono causare forme tumorali.
Infine il licopene ha un effetto nella prevenzione delle cause che portano all’invecchiamento della
pelle e viene utilizzato a questo scopo nell’industria della cosmesi.
I coloranti del gruppo E 140 estratti dalla Spirulina offrono prospettive commerciali rilevanti,
anche per la possibilità di ottenere una gamma di colore dal blu brillante al verde.
La Spirulina (Spirulina platensis) vive nel nostro
pianeta da più di 3 miliardi e mezzo di anni ed è una
microalga a forma di spirale di colore verde blu che si
riproduce grazie alla fotosintesi, come le piante.
Rispetto a carne, pesce e formaggi che contengono il
20% di proteine, legumi e uova che ne contengono il
13%, la spirulina vanta anche oltre il 65% di proteine,
già trasformate in aminoacido.
La Spirulina unisce infatti all'altissimo contenuto proteico a un'eccezionale concentrazione di
Vitamine (complesse B, D, E, K), Minerali (Calcio, Magnesio, Ferro, Potassio, Zinco, Rame,
Manganese, Cromo, Selenio), 8 Aminoacidi essenziali e Betacarotene.
Originaria dell'America Centrale, gli Atzechi la estraevano dai laghi della valle di Anahuacusata e
forestale.
la definivano Il Cibo degli Dei. In Africa, da secoli, le gestanti migrano verso i laghi dove cresce
spontaneamente, per garantire un cibo completo al feto.
Alcuni coloranti blu sono stati banditi dall’UE perché ritenuti tossici, come l’E130 Blu
antrachinone, blu d'indantrene R. vietato dal 1977. L’industria ha cercato coloranti sostitutivi, tra
cui la multinazionale Mars Inc, che ha ottenuto nel 2012 dalla FDA (USA Food and Drug
Administration) l’aggiornamento degli elenchi dei coloranti alimentari ammettendo il blu ricavato
da un estratto di Spirulina ottenuto da biomasse essiccate del cianobatterio Arthrospira platensis.
Il colorante potrà essere utilizzato nelle caramelle e nelle gomme da masticare.
Il suo uso è ammesso da tempo in molte legislazioni alimentari. Il
batterio contiene clorofilla e ficobilina, pigmenti che oltre a dare il
colore caratteristico alla microalga, assorbono la luce solare e
intervengono nella fotosintesi.
Poiché le quantità di coloranti usati negli alimenti sono autolimitanti,
FDA non ha introdotto un limite superiore di utilizzo per il colorante
blu e per le ficocianine in esso contenute.
L’agenzia ha però limitato, alle quantità previste dalle GMP, l’uso
dell’estratto di spirulina in caramelle e gomme da masticare; ha
indicato i limiti massimi ammessi per piombo, arsenico e mercurio apportati dall’estratto.
Ha inoltre richiesto l’assenza della microcistina, una tossina prodotta da alcune specie di
cianobatteri potenzialmente presenti nelle acque dove è coltivata e raccolta la A. platensis.
In effetti, la spirulina viene prodotta in paesi del mondo (attualmente la spirulina è coltivata in
diverse aree del mondo: i maggiori produttori sono Stati Uniti, Tailandia, India, Cina, Pakistan,
Taiwan, Cile e Myanmar) dove non sempre viene garantita la salubrità delle acque con cui si
effettuano le culture, fatto che provoca la possibilità di contaminazione.
forestale.
Il metodo di produzione utilizzato da Biocolor non prevede l’impiego
di coltivazione in vasca, ma impianti tubolari in grado di eliminare
alcuni inconvenienti tipici dei sistemi aperti quali l’evaporazione e la
contaminazione fisica e biologica delle colture microalgali.
Accanto all’impiego come colorante naturale, le prospettive di
commercializzazione dell’estratto di spirulina interessa il vasto
campo della produzione di proteine a basso costo e basso impatto
ambientale e degli integratori alimentari. Quest’ultimo è un settore
che ha avuto in Europa e negli Stati Uniti un trend di sviluppo
rapidissimo, occupando una posizione di rilievo in quel settore.
forestale.
Newsletter 2
Progetto Biocolor: la giornata di formazione sull’uso dell’impianto di produzione ed
estrazione dei coloranti naturali
Il 1° ottobre a Gela, presso l’azienda “Gela Fruit”, si è tenuta una giornata di formazione sull’uso e
la manutenzione dell’impianto sperimentale di
trattamento ed estrazione di coloranti naturali da
residui della produzione del pomodoro e colture
cellulari fotosintetiche.
La sessione ha avuto luogo nell’ambito del
progetto BIOCOLOR, finanziato dal PSR Sicilia
2007/2013 - Misura 214 “Cooperazione per lo
sviluppo di nuovi prodotti, processi e tecnologie
nei settori agricolo e alimentare, e in quello
forestale”. Hanno partecipato rappresentanti dei
partner progettuali impegnati nella sperimentazione, Asi Irsap, GelaFruit, Confagricoltura, Parco
Scientifico Tecnologico, oltre all’impresa che ha realizzato l’impianto e che ha illustrato le
caratteristiche del prototipo. Erano presenti anche gli esperti della fase WP5, comunicazione, in
rappresentanza del partner Provincia Regionale di Caltanissetta.
L’incontro ha avuto luogo a conclusione delle fasi progettuali
• WP2 (Progettazione, realizzazione e collaudo di un impianto a scala pilota precompetitiva
per la produzione di colture unicellulari fotosintetiche ricche in coloranti)
• WP3 (Progettazione, realizzazione e collaudo di un impianto a scala pilota precompetitiva
per la produzione di colture unicellulari fotosintetiche ricche in coloranti).
L’impianto realizzato è il frutto di un percorso di ricerca e sperimentazione che ha avuto inizio con
la fase WP1 (Selezione e messa a dimora di linee di pomodoro a elevato contenuto di licopene e
forestale.
standardizzazione della produzione) che ha permesso di verificare sperimentalmente quali varietà di
pomodoro fossero più adatte, sia in termini di produttività, sia di contenuto di licopene, per ottenere
il massimo delle prestazioni nei processi di estrazione dei coloranti. Parallelamente si è svolto uno
studio che ha interessato le attività delle fasi WP2
e WP3, che hanno consentito di individuare la
specie microalgale da indagare e del relativo
metodo di coltivazione, la selezione delle tecniche
di estrazione dei pigmenti e la messa a punto di un
protocollo d’indagine.
Lo
studio
sperimentale
ha
individuato
delle
la
microalghe
coltivazione
del
genere
Arthrospira (Arthrospira spp.) per la notevole
richiesta di sostanze estratte da tale alga nei settori dell’industria alimentare, cosmetica,
nutraceutica e farmaceutica. Inoltre considerazioni di varia natura hanno indotto a scegliere impianti
interni, maggiormente produttivi e meno soggetti a inquinamenti ambientali.
Nel corso della sessione formativa sono state illustrate le caratteristiche dell’impianto sperimentale
ed è stato analizzato il Manuale d’uso che fornisce le informazioni dettagliate per il suo
funzionamento e la sua manutenzione.
L’impianto è in grado di effettuare le coltivazioni algali, di trattare gli scarti dei pomodori (bucce) e
le alghe raccolte e di estrarne i relativi coloranti, il tutto in un unico processo razionalmente
progettato e realizzato.
La struttura dell’impianto mostra come le due linee produttive pomodoro-alga si integrino:
forestale.
L’intero impianto è composto da diverse unità che corrispondono ad altrettante fasi di
produzione/trattamento:
•
•
•
•
•
•
•
Unità di produzione (PBR)
Unità di filtrazione (VV)
Unità di stoccaggio (SER)
Unità di lavorazione del pomodoro (PAS)
Unità di essiccazione (ESS)
Unità di estrazione (EST)
Rete idraulica
forestale.
Come si può osservare, nonostante l’impianto sia multifunzionale, in quanto prevede sia il
trattamento degli scarti del pomodoro, sia la produzione e il successivo trattamento dell’alga
Spirulina, esso è fortemente integrato in uno spazio limitato.
Il ciclo dell’alga spirulina
Il ciclo produttivo della microalga Spirulina richiede pochi elementi che possono essere
agevolmente resi disponibili in una struttura agricola come una serra:
•
•
•
•
•
Luce;
Anidride carbonica;
Supporto di crescita;
Nutrimento;
Temperatura controllata (25-35°C)
La luce viene integrata con lampade a neon;
l’anidride carbonica viene fornita immettendo aria
all’interno;
acqua
e
nutrienti
preconfezionati
forniscono il supporto di crescita atto a garantire lo
sviluppo della coltura algale; la temperatura è
regolata attraverso l’integrazione della temperatura
ambiente mediante il calore generato dalle lampade
a neon.
La fase successiva consiste nella filtrazione della
biomassa algale. Essa viene effettuata utilizzando
una particolare apparecchiatura (vibrovaglio) che
permette di separare la biomassa algale in due
flussi: un flusso di biomassa concentrato (che sarà
poi avviato alle successive fasi di essiccazione ed
eventuale estrazione) e un flusso di liquido
chiarificato (che sarà poi avviato all’unità di stoccaggio).
forestale.
Il ciclo del pomodoro
La produzione di licopene è prevista utilizzando
come substrato di partenza gli scarti della
lavorazione del pomodoro provenienti dalle
limitrofe attività conserviere.
La fase comune dell’essicazione
L’operazione di essiccazione è svolta sia per la
biomassa
algale,
precedentemente
filtrata
e
strizzata, che per gli scarti del pomodoro.
L’impianto si avvale di un’unità di essiccazione,
costituita da un armadio essiccatore contenente 20
vassoi e un riscaldatore portatile. L’apparecchio
consente di ottenere in poche ore l’essiccazione
degli scarti di pomodoro e delle alghe.
forestale.
A questo punto i processi di lavorazione si dividono: mentre la biomassa microalgale secca subirà
una fase di frantumazione in modo tale da ottenere una polvere finissima che può essere
direttamente utilizzata come colorante verde
alimentare, gli scarti secchi del pomodoro
subiranno una fase di estrazione che consentirà di
isolare licopene in forma di cristalli da utilizzare
come colorante rosso alimentare.
Alle due sostanze, clorofilla e licopene, potrà essere successivamente affiancata la produzione di
altre sostanze come ad esempio la ficocianina ricavabile dalla biomassa microalgale.
forestale.
La fase dell’estrazione
La massa secca di scarti di pomodoro richiede un
ultimo trattamento per ottenere il licopene:
l’estrazione.
Da progetto è previsto che l’unità di estrazione sia
adibita all’estrazione del licopene dai pomodori.
Si verificherà in una successiva fase di up-grading
dell’impianto la possibilità di svolgere, con lo
stesso macchinario, anche l’estrazione delle
ficocianine dalla biomassa algale. Dovranno
essere compiute valutazioni di carattere economico e gestionale poiché, mentre per l’estrazione del
licopene dagli scarti del pomodoro si utilizza come solvente la semplice acqua, per l’eventuale
estrazione della ficocianina dalla biomassa microalgale occorre utilizzare come solvente l’alcool.
Il processo di estrazione utilizza un estrattore rapido solido-liquido dinamico che sfrutta la
differenza di pressione generata dalla compressione del liquido estraente (in generale acqua) sulla
matrice solida (scarti di pomodoro). Tra interno ed esterno del solido si produce infatti un gradiente
di pressione che consente di
estrarre,
per
prevalentemente
sostanze
non
effetto
fisico,
le
chimicamente
legate all’interno della matrice
solida
che
trascinate
vengono
via
dal
quindi
liquido
estraente.
L’estrattore ha un volume di
camera d’estrazione di circa 5
litri con la possibilità di ridurre il volume con l’installazione di un opportuno riduttore.
forestale.
Una volta terminata la fase di estrazione del licopene, quest’ultimo subisce ancora due trattamenti:
la filtrazione dei cristalli di licopene, utilizzando il vibrovaglio in dotazione, e la loro essiccazione,
similmente a quanto previsto per le alghe.
forestale.
Newsletter 3
Progetto Biocolor: è stato realizzato l'impianto sperimentale per la produzione di licopene e
clorofilla
Il 2 ottobre del 2013 presso i locali della GelaFruit sono stati effettuati i collaudi dell’impianto per
la produzione di coloranti naturali.
Il Progetto Biocolor, finanziato dal PSR Sicilia 2007/2013 - Misura 214 “Cooperazione per lo
sviluppo di nuovi prodotti, processi e tecnologie nei settori agricolo e alimentare, e in quello
forestale”, prevede l’estrazione di sostanze coloranti da due fonti: gli scarti (principalmente bucce)
della lavorazione del pomodoro e la coltura in appositi impianti di microalghe Spirulina. Per
raggiungere questo obiettivo il programma è passato attraverso tre precedenti fasi progettuali:
• WP1: Selezione e messa a dimora di linee di pomodoro ad elevato contenuto di licopene e
standardizzazione della produzione
• WP2: Progettazione, realizzazione e collaudo di un impianto a scala pilota precompetitiva
per la produzione di colture unicellulari fotosintetiche ricche in coloranti
• WP3: Realizzazione di un impianto a scala pilota per il pretrattamento delle biomasse
vegetali ed algali e delle frazioni solide ottenibili dai residui del pomodoro ed estrazione e
conservazione del prodotto.
Il prototipo, che prevede l’integrazione di
tutte le fasi di trattamento in un unico
sistema multi-funzione, è in grado di
trattare gli scarti della lavorazione del
pomodoro e, insieme, di produrre le alghe
per
successivamente
lavorarle
per
l’estrazione dei coloranti naturali.
L’impianto, come espressamente previsto
dal Progetto Biocolor, è sperimentale e
L'impianto sottoposto a collaudo
impianto produttivo competitivo sul mercato.
come tale non può essere considerato un
forestale.
Le principali funzioni dell’impianto L’impianto è stato progettato e disegnato per la produzione di biomasse fotosintetiche (microalghe
unicellulari) e il successivo trattamento in seguito a operazioni di filtrazione, essiccazione ed
estrazione di sostanze quali la clorofilla ed, eventualmente, le ficocianine. Inoltre, l’impianto è in
grado di effettuare la lavorazione degli scarti di pomodoro derivanti dalle industrie agroalimentari
per l’estrazione del licopene.
Lo schema di funzionamento dell'impianto
La produzione di biomasse fotosintetiche consiste nella coltivazione di microrganismi unicellulari
fotosintetici in condizioni controllate di insufflamento aria, di nutrienti, temperatura, pH e
illuminazione, partendo da inoculi precedentemente selezionati e sufficientemente concentrati.
forestale.
La raccolta delle biomasse microalgali è svolta eseguendo una filtrazione di tipo meccanico
attraverso una rete filtrante sottoposta a vibrazioni (il macchinario utilizzato viene detto
vibrovaglio).
Successivamente, la fase di essiccazione permette di disidratare la biomassa in modo tale da ridurne
il contenuto d’acqua. In questo modo è possibile sottoporre l’alga secca al trattamento di estrazione
aumentando in modo considerevole il rendimento del processo estrattivo.
La produzione di licopene prende il via dagli scarti della lavorazione del pomodoro provenienti
dalle limitrofe attività conserviere. Qualora non fossero disponibili gli scarti di pomodoro
(prevalentemente bucce e semi) si procede con l’attivazione dell’unità di lavorazione del pomodoro
durante il quale i pomodori vengono trattati per mezzo di una macchina passatrice, così come si è
proceduto nella fase sperimentale di collaudo dell’impianto.
Anche gli scarti di pomodoro sono sottoposti al trattamento di essicazione, che permette di
eliminare l’eccesso d’acqua contenuta in essi e di ottimizzare il rendimento della successiva fase di
estrazione.
L’estrazione è la fase finale del trattamento ed è comune agli scarti di pomodoro e alle masse algali
essiccate. Si otterranno così, licopene ed eventuali altre sostanze di interesse dalle microalghe.
La descrizione dell’impianto Descritto il funzionamento generale dell’impianto, passiamo ora a esaminare più in dettaglio le
diverse componenti l’impianto.
L’impianto è costituito da una serie di unità indipendenti:
Unità di produzione della biomassa algale. Si tratta di quattro fotobioreattori alloggiati
su una struttura metallica portante. Tale unità è attrezzata con tutti i servizi necessari per
favorire e garantire la crescita dei microrganismi fotosintetici.
forestale.
Unità di filtrazione della biomassa algale. L’unità è costituita da un vibrovaglio che
permette di separare la biomassa algale in due flussi: un flusso di biomassa concentrato
(che sarà poi avviato alle successive fasi di essiccazione e di estrazione) e un flusso di
liquido chiarificato (che sarà poi avviato all’unità di stoccaggio).
Unità di stoccaggio del liquido chiarificato e dei sali nutrienti (miscela di Zarrouk).
L’unità è costituita da un serbatoio in polietilene della capienza di 1.000 litri.
Unità di lavorazione del pomodoro. L’impianto è pensato per il trattamento di scarti
della lavorazione del pomodoro che sono direttamente forniti dalle industrie limitrofe di
lavorazione del pomodoro. Qualora, per motivi di diversa natura, l’impianto dovesse
essere sprovvisto di scarti di lavorazione si può procedere all’attivazione dell’unità di
lavorazione del pomodoro che prevede la passatura di pomodoro fresco tramite una
passatrice meccanica.
Unità di essiccazione, costituita da un armadio essiccatore per la disidratazione della
biomassa algale e degli scarti di pomodoro.
Unità di estrazione, costituita da un estrattore per l’ottenimento del licopene dagli scarti
del pomodoro e di eventuali altre sostanze di interesse dalle microalghe.
forestale.
I fotobioreattori I fotobioreattori costituiscono la parte più affascinante dell’impianto.
Quattro cilindri che sembrano tratti da un film di fantascienza: sono contenitori in plexiglass alti più
di un metro e mezzo e larghi 50 cm che possono contenere 240 litri ciascuno. Ognuno contiene al
suo interno sei colonne che racchiudono le lampade per l’illuminazione. Un’altra colonna posta al
centro consente il passaggio delle utenze destinate
al funzionamento dell’impianto.
Collocati su di una base metallica, fanno parte di
un
apparato
che
è
in
grado
di
gestire
autonomamente tutte le fasi di coltura delle
microalghe, potendo fornire:
•
•
•
Luce, per mezzo di lampade a neon;
Anidride carbonica, tramite insufflaggio di
aria;
Terreno di coltura, tramite acqua arricchita di
sali nutrienti.
I fotobioreattori
forestale.
I fotobioreattori non vengono messi in produzione tutti contemporaneamente, ma viene seguito un
processo di messa a regime che consentirà di disporre di una produzione a ciclo continuo,
consentendo così di evitare interruzioni di utilizzo dell’impianto.
Gli schemi che seguono illustrano il processo di inoculo del primo fotobioreattore, sino alla messa a
regime dell’intera batteria dei fotobioreattori:
Si fornisce un inoculo per un primo
fotobioreattore. Il fotobioreattore è
illuminato da 2 lampade a neon 24 ore al
giorno. Nel serbatoio è stoccata la miscela
di sali nutrienti (lo Zarrouk) in quantità
sufficiente per l’intera fase di messa a
regime dell’impianto (circa 750 litri)
Si esegue lo smezzamento della coltura
del PBR 1 nel PBR 2. Lo smezzamento
viene eseguito senza l’ausilio di pompa
sfruttando il principio dei vasi comunicanti.
Si procede con l’integrazione di sali
nutrienti (miscela di Zarrouk) fino a quota
240 litri.
Si procede con l’apertura della valvola che
consente di insufflare aria anche nella
coltura microalgale del PBR 2 e si
accendono due lampade a neon del PBR 2
lasciandole accese 24 h al giorno.
forestale.
Dopo due settimane dall’inoculo, aprendo e
chiudendo apposite valvole, si dimezza il
contenuto dei PBR 1 e 2 rispettivamente
nei PBR 3 e 4. Anche in questo caso si
lascia scorrere la coltura per principio dei
vasi comunicanti.
Si procede con l’integrazione di sali
nutrienti (miscela di Zarrouk) fino a quota
240 litri.
Aprendo delle valvole si insuffla aria anche
nella coltura microalgale dei PBR 3 e 4.
Ora tutti i fotobioreattori sono stati inoculati
e sono pronti per la produzione.
La fase di preparazione e di messa a
regime è complessa e delicata, ma,
seguendo con attenzione e scrupolo le
procedure, l’impianto garantisce da questo
momento la produzione di Spirulina.
Le sostanze nutrienti che si aggiungono all’acqua prendono il nome di “Zarrouk”. In che cosa
consiste il Zarrouk?
La miscela di Zarrouk è una soluzione di sali nutrienti e acqua elaborata dal chimico C. Zarrouk nel
1966. Viene utilizzata come terreno di coltura per la crescita dei microorganismi fotosintetici.
Essa è già predisposta in confezioni di sali nutrienti e di micronutrienti che vanno disciolti in
proporzioni prestabilite in acqua all’interno dell’apposito serbatoio di stoccaggio
forestale.
Qui di seguito la “ricetta” del Zarouk:
Quelle che seguono sono immagini del processo di messa a regime dell’impianto di produzione di
Spirulina.
Inoculo nel primo fotobioreattore
Primo smezzamento
forestale.
Primo smezzamento - ripristino livello
Secondo smezzamento - ripristino livello
Secondo smezzamento
L’impianto messo a regime
L’unità di filtrazione L’unità di filtrazione è basata sulla filtrazione meccanica tramite passaggio di un flusso attraverso
una rete filtrante. Tale operazione permette la separazione della coltura microalgale proveniente dai
PBR in due flussi distinti:
• Il liquido chiarificato, cioè il liquido che attraversa la rete filtrante;
• La “marmellata d’alga” che viene avviata al trattamento successivo.
forestale.
Schema delle componenti l’unità di filtrazione
Elemento principale dell’unità di filtrazione è il
vibrovaglio.
Il vibrovaglio è un sistema che combina il
movimento del flusso attraverso una tela filtrante
(movimento verticale indotto dalla forza di
gravità) con il movimento del flusso lungo la tela
filtrante (movimento orizzontale/rotativo indotto
dalle vibrazioni). In questo modo la biomassa
algale ha più tempo per sostare sulla rete filtrante,
Il vibrovaglio in funzione
aumentando così le prestazioni di separazione del
sistema. In fase di impianto a regime è prevista la
filtrazione di circa un quarto di coltura algale al
giorno per ogni PBR, ottenendo così 60 litri da
filtrare per PBR, per il totale di 240 litri da filtrare
giornalmente.
La coltura algale prelevata da un determinato
forestale.
fotobioreattore viene vagliata nel vibrovaglio e
separata dal liquido chiarificato per essere raccolta
all’interno di un sacchetto di taffetà e poi essere
avviata alle successive fasi di lavorazione.
Durante la fase di filtrazione la vaschetta dello
scarico
del
vibrovaglio
si
va
riempiendo
progressivamente con il liquido chiarificato. Se si
effettua la ricarica con il liquido chiarificato, ogni
qualvolta che la vaschetta di raccolta del liquido
L’espulsione del liquido chiarificato
chiarificato risulti piena lo si convoglia tramite pompa al serbatoio di filtrazione, dove sarà stoccato
in attesa della successiva fase di ricarica. Se si effettua la ricarica con lo Zarrouk il liquido
chiarificato viene direttamente eliminato tramite pompa e avviato al pozzetto di scarico.
La ricarica dei bioreattori
Ogni volta che si svuota parzialmente un bioreattore per prelevarne
l’alga da avviare alla filtrazione, occorre ripristinarne il livello
originario, immettendo 60 litri di liquido chiarificato ricavato dalla
fase di filtrazione. Tuttavia, per ottimizzare la produzione algale,
dopo cinque reintegri di livello effettuate con il liquido chiarificato
è prevista una ricarica con Zarrouk che sarà preparata e stoccata nel
Alternanza dei reintegri
serbatoio di stoccaggio.
L’unità di essiccazione L’essiccazione è una fase comune al processo di lavorazione dell’impianto:
che si tratti di scarti di pomodoro o di massa algale, ci si trova avanti a
materiali
ancora
troppo
carichi
di
umidità
per
poter
essere
convenientemente trattati nella fase di estrazione.
L’armadio essiccatore contiene 20 vassoi e un riscaldatore portatile per la
forestale.
disidratazione degli scarti del pomodoro e della biomassa microalgale.
Ovviamente, bisogna prestare molta cura nello stendere la massa algale e gli scarti di pomodoro nei
vassoi dell’essiccatore: occorre distribuirli uniformemente in un solo strato, evitando l’ammasso del
materiale, che non consentirebbe una buona essiccazione nei tempi programmati.
Sistemazione della massa algale nei vassoi
Sistemazione degli scarti di pomodoro nei vassoi
Otterremo così i residui secchi dell’alga e del pomodoro.
Bucce di pomodoro essiccate
Microalga Spirulina essiccata
Mentre per ottenere il licopene è necessario sottoporre gli scarti secchi a un’ulteriore lavorazione,
l’estrazione, la biomassa microalgale secca, in seguito a frantumazione per ottenerne una polvere
finissima, può essere direttamente utilizzata come colorante verde alimentare. Tuttavia, anche la
microalga necessita di ulteriori lavorazioni per ottenere altre sostanze. Da progetto è previsto che
l’unità di estrazione sia adibita all’estrazione del licopene dai pomodori. Si verificherà in una
forestale.
successiva fase di up-grading dell’impianto la possibilità di svolgere, con lo stesso macchinario,
anche l’estrazione delle ficocianine dalla biomassa algale. Nello specifico si dovranno fare
valutazioni di carattere economico e gestionale poiché, mentre per l’estrazione del licopene dagli
scarti del pomodoro si utilizza come solvente la semplice acqua, per eventuale estrazione della
ficocianina dalla biomassa microalgale occorre utilizzare come solvente l’alcool.
L’unità di estrazione La fase di estrazione delle sostanze di interesse del processo (licopene) avviene tramite l’uso di un
estrattore Naviglio.
L'estrattore funziona alternando una fase di statica a una di dinamica; durante la fase di statica il
solvente estraente viene portato alla pressione di circa 5-7 bar e tenuto in questo stato per un tempo
sufficiente a raggiungere un equilibrio tra la pressione del liquido all’esterno della matrice solida e
il liquido all’interno di essa; alla fase di statica segue una fase di dinamica che è prodotta da uno
spostamento
repentino
dei
pistoni
che
contribuisce
a
ridurre
la
pressione.
Schema di funzionamento dell’estrattore
E’ in questo momento che si realizza l'estrazione della matrice solida, resa possibile da una
forestale.
differenza di pressione che si genera tra l’interno e l’esterno del campione (Principio di Naviglio).
Le sostanze estraibili del solido, a ogni ciclo di estrazione, vengono trascinate via per un vero e
proprio effetto di "risucchio". La fase di dinamica consente inoltre un rimescolamento rapido e
completo della matrice solida e una diffusione istantanea delle sostanze estratte in tutta la massa del
liquido evitando così dei fenomeni di sovrasaturazione locali.
In pratica, il procedimento prevede l’introduzione degli
scarti secchi di pomodoro in un sacchetto con maglia da 50
µm, in dotazione con l’estrattore. Si introduce il sacchetto
nella camera dell’estrattore e si avvia la macchina.
Dopo il carico del liquido da parte della pompa la macchina
inizia il ciclo di lavoro. A fine ciclo la macchina provvede
allo scarico del liquido all’interno del serbatoio di scarico.
Conclusa la fase di scarico si può aprire il coperchio,
estrarre il sacchetto e svuotare il serbatoio di scarico.
Premendo infine il tasto “lavaggio” sul pannello di
controllo, la macchina provvede allo scarico del liquido
all’interno del serbatoio di scarico.
forestale.
L’estrattore Naviglio in dotazione all’impianto
Abbiamo così ottenuto il liquido contenete i
cristalli di licopene, che dovrà essere ancora
sottoposto
similarmente
a
filtrazione
a
quanto
ed
è
essiccazione,
stato
descritto
precedentemente per le fasi di filtrazione ed
essiccazione.
Volendo, partendo dalla clorofilla essiccata,
potremo ottenere, oltre all’estratto di clorofilla,
anche l’estratto di ficocianina, utilizzando come
solvente l’alcool invece dell’acqua.
Gli estratti di clorofilla e di ficocianina
forestale.
Concludendo, il processo di lavorazione degli scarti di pomodoro e della massa algale dell’impianto
realizzato dal Progetto Biocolor consentono di ottenere diverse sostanze utilizzabili, oltre che come
coloranti alimentari, anche come additivo per l’alimentazione animale, nella cosmesi, nel settore
nutrizionale e terapeutico.
Le caratteristiche di maggiore biodegradabilità e compatibilità ambientale che caratterizzano i
coloranti di origine naturale stanno aprendo nuove opportunità di impiego in diversi settori
industriali che tradizionalmente si rivolgono a materie prime provenienti da sintesi chimica.
È un settore economico in rapida crescita, che apre nuove opportunità per l’integrazione del reddito
aziendale delle imprese agricole e agroalimentari.
La galleria fotografica Offriamo qui di seguito una selezione fotografica di alcuni momenti della giornata di collaudo
dell’impianto del Progetto Biocolor.
forestale.
forestale.
forestale.
forestale.

raccolta newsletter 1-2-3

Transcript

Documenti analoghi

Termoregolatore dell`aria di estrazione RCM61.11 Termoregolatore

Coluccia Restaurant

Pomodoro

Il collaudo dell`impianto

Le qualità del pomodoro La Scheda

Fonduta vallesana al pomodoro

Trucchi Harvest Moon: A Wonderful Life per Playstation 2

Ragù di Mamma Noseda | RicetteDalMondo.it

Nostrorto | Polpa di Pomodoro Estruso

Nostrorto | Polpa di Pomodoro Estruso in latta