Nuovo Nanocatalizzatore per la valorizzazione di scarti provenienti dall’industria del pomodoro

L’industria di trasformazione delle produzioni vegetali genera quantità non trascurabili di scarti vegetali di vario genere, oltre a quantità significative di fanghi dalla depurazione biologica degli effluenti liquidi. Il prodotto vegetale maggiormente coltivato, è il pomodoro con una produzione di oltre 130 milioni di tonnellate l'anno di cui gli scarti (semi e bucce) sono il 3-5% in peso del prodotto fresco. Tali scarti hanno nella pratica tre destinazioni prevalenti: l’impiego come materia prima per mangimi nell’alimentazione zootecnica, il ritorno diretto in agricoltura come concimi o lo smaltimento in discarica provocando problemi ambientali. Data la crescente domanda di energia a livello mondiale, l'esaurimento delle riserve di combustibili fossili e le crescenti problematiche sanitarie e ambientali, è sempre più sentita l’esigenza di fonti alternative di energia rinnovabile. Il biodiesel è divenuto sempre più interessante come combustibile rinnovabile, non tossico e biodegradabile. Gli alti costi di produzione tra cui solo il costo delle materie prime ammonta circa all’85%, limitano lo sviluppo di biodiesel. Utilizzare come materia prima per la produzione di biodiesel olio estratto da semi di pomodoro determinano dei vantaggi economici legati all’ approvvigionamento della materia prima e aiuta anche a risolvere problemi di inquinamento ambientale legati a processi di smaltimento. La produzione di biodiesel può essere ottenuta tramite processi di tranesterificazione chimica, enzimatica e microbiologica, Il processo enzimatico mostra svariati vantaggi: l’alta selettività, abilità nel gestire grandi variazioni di quantità, moderate condizioni di processo... in più le reazioni catalizzate da enzimi possono considerarsi “ecofriendly”. D’altro canto, gli enzimi risultano costosi e poco stabili alle variazioni delle condizioni di reazione per cui vi è stato un forte interesse da parte della comunità scientifica nella ricerca di sistemi che permettano il recupero rapido ed economico dell’enzima. Da tali ricerche risulta evidente che due sono i fattori principali da considerare per immobilizzare un enzima: il metodo di immobilizzazione e il supporto per l’ancoraggio enzimatico. L’immobilizzazione può avvenire tramite metodo chimico (legami covalenti) dove l’enzima viene ancorato al supporto in modo irreversibile, oppure tramite un metodo fisico (legami a idrogeno, legami di Van der Waals, interazione interfacciale e legami ionici) dove invece l’enzima è ancorato al supporto in modo reversibile. Il supporto per l’ancoraggio enzimatico deve essere biocompatibile, idrofilico, resistente ad attacchi microbici e dai costi contenuti. Le nanoparticelle magnetiche di Fe3O4 risultano un supporto attraente poiché sono economiche, biocompatibili ma soprattutto per il loro carattere magnetico che permette di recuperare l’enzima ancorato a valle della reazione. In questo lavoro di tesi saranno realizzate nanostrutture a “campana” di Fe3O4/Au di dimensione controllata tramite un processo ad unico step a basse temperature e basso costo. Tali particelle risultano idrofobiche. È stato quindi promosso uno scambio di legante con acido citrico per renderle idrofiliche ed ancorare l’enzima (lipasi da Thermomyces lanuginosus). La lipasi da Thermomyces lanuginosus è un enzima altamente termostabile, ha trovato impiego in diversi settori industriali dalla produzione di biodiesel alla chimica fine. L’obiettivo della tesi riguarda l’uso della lipasi immobilizzata su nanoparticelle a campana per la produzione di Biodiesel da oli di semi di olio di pomodoro e il confronto delle performance ottenute con quelle mostrate in letteratura. In più sarà affrontato uno studio preliminare per la purificazione delle acque reflue proveniente dagli impianti di trasformazione dei pomodori. La caratterizzazione è stata realizzata tramite: diffrattometria ai raggi X (XRD), spettroscopia infrarossa (FT-IR), analisi termogravimetrica (TG-DTG), gascromatografia e Spettroscopia ultravioletta/visibile.