Tecnologie a Membrana per l'Ottenimento di Frazioni Arricchite di Fitoterapici

Acque di vegetazione (AV) è il termine con cui vengono definite le acque reflue derivanti dalla lavorazione dell'olio di oliva. Le acque di vegetazione costituiscono uno dei maggiori problemi ambientali dei paesi a vocazione olivicola, in particolare di quelli mediterranei. Queste AV sono caratterizzate da un elevato carico inquinante e da una conseguente difficoltà di smaltimento anche in ragione dei grandi volumi prodotti. In Italia si calcola la produzione di AV in circa 4 milioni di ton/anno. Queste acque sono fitotossiche, quindi creano problemi di fertilità dei terreni. Questo è dovuto principlamente alla presenza di polifenoli, che se da un lato sono dannosi per il terreno, dall’altro, hanno interessanti proprietà biomediche, e per questo motivo vengono recuperati dalle AV.

I polifenoli presenti nelle AV
Nell’olio sono presenti solo in piccole quantità (2,5 %) del totale presente nelle olive. Invece nelle AV i polifenoli raggiungono il 49 % (dato ENEA) quindi sono molto più ricche di principi attivi, cioè di polifenoli ad altissimo valore antiossidante, come l’idrossitirosolo, l’oleuropeina ecc. Tali molecole hanno effetti cardioprotettivi, antinfiammatori, anticancro, stimolanti del sistema immunitario, sbiancanti della pelle per uso cosmetico, ecc.
Quindi, il recupero di polifenoli (e delle acque) ha una significativa importanza sia nel ridurre l’inquinamento ambientale sia in campo farmaceutico. Tra le diverse metodiche, la tecnologia a membrana è uno dei processi più interessanti per il raggiungimento di tale scopo.

Processi a membrana per il trattamento delle AV
I materiali delle membrane utilizzate sono:
• MF ( PVDF, Polietilene)
• UF (Polisulfone, PES, Poliammide)
• NF (Poliammide)
• RO (Acetato Cellulosa)

I vantaggi e gli svantaggi dei processi a membrana
Vantaggi:
Ridotto consumo energetico; Basso impatto ambientale (In quanto non richiedono agenti chimici); Facile scale-up
Svantaggi:
Decremento di flusso: per polarizzazione per concentrazione e fouling

Obiettivo del lavoro
L’obiettivo di questo lavoro di tesi è:
Valutare le potenzialità di membrane polimeriche e ceramiche a diversa configurazione, per il recupero dei polifenoli dalle acque di vegetazione.
Ripristino della permeabilità della membrana dopo l’utilizzo.

Materiali utilizzati
Materiale Nome/configurazione Cut-off/ dimensione dei pori Processo
polimerico PVDF-PP/capillare 0,2 micron MF
polimerico PES/capillare 80KDalton/ UF
polimerico PVDF/capillare 100 KDalton/ UF
polimerico NF Poliammide/piana 400 Da/ NF
polimerico NF Poliammide/piana 200 Da/ NF
ceramico UF20nm/tubolare /20nm UF
ceramico NF2nm/tubolare /2nm NF

Caratterizzazione delle AV
Prima e dopo ogni processo a membrane, le AV vengono caratterizzate:
• Determinazione del contenuto di polifenoli totali ---Metodo Folin-Ciocalteu (Test colorimetrico)
• Determinazione del contenuto di pectine
• Determinazione dei polifenoli mediante HPLC
• Il test del contenuto di solidi totali mediante termobilancia

Risultati
Materiale Cut-off Flusso(L/㎡h) Reiezione (%)Recupero Permeabilità(%)
PVDF-PP /0,2 micron 6.2 11 100
PES 80KDalton/ 3.9 16 70
PVDF 100 KDalton/ 12.7 5 100
NF Poliammide 400 Da/ 23.1 27 100
NF Poliammide 200 Da/ 6.3 97 100
Ceramica /20nm 38.5 4 100
Ceramica /2nm 23.8 46 100

Conclusioni
• In termini di flusso le membrane ceramiche sono quelle che offrono i migliori risultati. Per contro, le membrane in poliammide (ed in particolare quella da 200 Da) esibiscono valori di reiezione nei confronti della componente polifenolica più elevati. Questi risultati dimostrano quindi che la scelta del materiale di membrana è di fondamentale importanza ai fini della separazione delle componenti di interesse. In particolare, membrane di diverso materiale polimerico e con lo stesso taglio molecolare esibiscono una differente selettività nei confronti dei polifenoli che può essere attribuita al loro diverso grado di interazione con i polifenoli stessi.

• Inoltre, i dati relativi alle prove sperimentali effettuate secondo la modalità della concentrazione in batch sulle AV indicano per la membrane ceramiche permettono di ottenere flussi di permeazione più elevati rispetto alle membrane polimeriche indicando un minor grado di sporcamento.

• Inoltre per tutte le membrane è stato ottenuto il ripristino della permeabilità iniziale della membrane ad eccezione di quella di PES che è stata recuperata solo per il 70% indicando la formazione di fouling irreversibile.