Analisi di fattibilità di un impianto di produzione di vanillina per bioconversione di acido ferulico

L’operazione di recupero della vanillina riveste un ruolo di primaria importanza nell’ottica di trasposizione su scala industriale del processo di produzione di tale molecola per via biotecnologica. La ridotta concentrazione dell’aroma nel brodo di fermentazione determina notevoli complicazioni durante le fasi di separazione e purificazione del prodotto finale con un conseguente sensibile aumento dei costi.
Inoltre, poiché la vanillina risulta tossica per i microrganismi se presente oltre un valore soglia, la messa a punto di un sistema di estrazione continuo o semicontinuo risulta fondamentale allo scopo di incrementare al contempo la produttività e l’economicità del processo.
Tra le tecniche impiegate in ambito industriale per il recupero della vanillina attualmente presenta una certa rilevanza la pervaporazione. Tale metodo prevede una prima fase di adsorbimento selettivo e successiva diffusione del soluto all’interno una membrana idrofobica, quale ad esempio una PEBA (poliesterepoliammide, particolarmente affine ad idrocarburi aromatici), a cui segue uno stadio di desorbimento in fase vapore. In questo modo è possibile limitare le reazioni degradative a carico della vanillina, (che invece risulterebbero significative se si impiegasse un processo di distillazione, tra l’altro molto più costoso, soprattutto in termini energetici), ottenendo al contempo un incremento della resa di bioconversione. Unico limite è rappresentato dalla ridotta entità dei flussi transmembranali che rendono la pervaporazione poco appetibile da parte dell’industria delle fragranze.
In alternativa si è pensato all’impiego di carbone attivo allo scopo di sequestrare la vanillina, limitandone l’effetto di tossicità a livello cellulare ed aumentandone al contempo la produzione. Anche in questo caso però l’impiego di tale tecnica risulta sostanzialmente limitato a causa degli elevati investimenti e costi operativi, oltre che dalla sua natura discontinua.
Nei laboratori del DICASM è stata messo a punto un sistema di recupero della vanillina che utilizza una nuova modalità di estrazione con solvente sviluppata negli anni ’80 e definita Membrane-Based Solvent Extraction, grazie alla quale il contatto fra le fasi viene realizzato attraverso l’impiego di una membrana microporosa. Tale tecnica consente di rimuovere il prodotto direttamente dal bioreattore e risulta più economica rispetto alla pervaporazione.