• biomassa
• bioraffineria
• economia circolare
• scarti lavorazione castagne

Lo scopo del presente lavoro di tesi è stato quello di sviluppare e ottimizzare un processo di bioraffineria multistadio finalizzato alla valorizzazione integrale degli scarti derivanti dalla lavorazione della castagna, la quale rappresenta una risorsa edibile largamente diffusa e di grande rilevanza economica e culturale per il territorio regionale e nazionale. Gli scarti utilizzati nel presente lavoro di ricerca sono stati i gusci e il trito di castagne. I quali rappresentano dei residui agroindustriali strategici che, se opportunamente frazionati e trasformati, possono divenire una risorsa rinnovabile preziosa per la produzione di molecole ad alto valore aggiunto in un’ottica di chimica verde ed economia circolare.
In particolare, nel caso dei gusci di castagna, il lavoro si è concentrato su una sequenza di trattamenti chimici ed enzimatici volti a estrarre e valorizzare le diverse frazioni contenute nella materia prima di scarto. In una prima fase, i gusci sono stati sottoposti a un processo di estrazione assistito da ultrasuoni di composti fenolici con importanti proprietà antiossidanti, investigando l’effetto di alcuni parametri chimico-fisici, tra cui la natura del solvente estraente e la temperatura, sull’efficienza di recupero della frazione fenolica. Quest’ultima, ricca in composti antiossidanti con spiccate proprietà antiradicaliche, troverebbe applicazione nella formulazione di prodotti commerciali in diverse filiere produttive, quali la cosmesi, l’alimentazione e la farmaceutica. Successivamente, è stato studiato un pretrattamento alcalino del residuo solido ottenuto dal precedente step di estrazione dei polifenoli al fine di rimuovere e recuperare selettivamente la lignina costituente la matrice lignocellulosica della biomassa selezionata. Al fine di massimizzare il recupero della lignina è stato studiato l’effetto di diversi parametri di processo, tra cui la temperatura, il tempo di reazione e la concentrazione di idrossido di sodio. Il trattamento alcalino ha permesso il recupero di una lignina solubile nella fase acquosa, aprendo la strada a molteplici potenziali applicazioni industriali di questo biopolimero aromatico sia nel settore energetico sia nel campo della chimica fine e delle scienze dei materiali. Invece, la frazione solida arricchita in polisaccaridi, ottenuta al termine del trattamento alcalino, è stata sottoposta a idrolisi enzimatica mediante la miscela di enzimi commerciale Cellic® CTec3 HS al fine di ottenere una soluzione acquosa ricca in monosaccaridi, quali glucosio e xilosio, che rappresentano una piattaforma chimica in diversi schemi di bioraffinerie moderne in quanto possono essere ulteriormente valorizzati mediante approcci di catalisi chimica o biologica per l’ottenimento di innumerevoli prodotti a valore aggiunto. Per lo studio della reazione di idrolisi basata su una catalisi enzimatica, sono stati testati due diversi dosaggi enzimatici al fine di migliorare la conversione della frazione polisaccaridica in zuccheri semplici.
Parallelamente, il trito di castagne, uno scarto caratterizzato da un elevato contenuto zuccherino, è stato sottoposto a un processo di solubilizzazione in acqua a temperatura ambiente al fine di liberare il saccarosio in esso presente. Successivamente, il saccarosio e i suoi monomeri (glucosio e fruttosio) sono stati impiegati come substrato per innovativi processi di fermentazione, condotti impiegando il lievito commerciale non patogeno Yarrowia lipolytica come biocatalizzatore su cellula intera, con l’obiettivo di produrre acido citrico. Quest’ultimo è un acido organico di primaria importanza, largamente utilizzato nell’industria alimentare, farmaceutica e chimica per le sue molteplici proprietà e applicazioni commerciali.
In definitiva, partendo da due tipologie di scarti derivanti dal processo industriale della lavorazione della castagna è stato messo a punto uno schema di bioraffineria a cascata in grado di ottenere una pletora di prodotti a valore aggiunto quali polifenoli con proprietà antiossidanti e antiradicaliche, lignina, glucosio, xilosio, saccarosio e acido citrico, adottando in ogni stadio di processo i principi della chimica verde.