REFINEMENT
Scheda del progetto
Università degli Studi di Pavia
Bioingegnere Daniele Pastorelli
Biologa Michela Casanova
Biotecnologa Lorenza Cassano
Il siero di latte è il principale scarto dell'industria casearia. Nel mondo ne vengono prodotti 160 Mton/anno, 8 solo in Italia. A causa dell’alto carico organico, il siero non può essere scaricato direttamente nelle acque superficiali. Il recupero di proteine ad alto valore alimentare mediante ultrafiltrazione è spesso effettuato per valorizzare questo refluo. Nonostante ciò, il liquido residuo (permeato) ha un carico ancora troppo elevato a causa principalmente del contenuto di lattosio. Il permeato viene spesso concentrato per facilitarne il trasporto a depuratori, raggiungendo concentrazioni di lattosio fino a 160 g/L.
REFINEMENT sviluppa due tecnologie per creare ulteriore valore aggiunto dal permeato: produzione di etanolo tramite fermentazione e sintesi di tensioattivi tramite biocatalisi. Inoltre, valuta come l’integrazione dei due processi in una bioraffineria unica “no-waste” possa aumentarne la sostenibilità e facilitare il trasferimento tecnologico e business development del know-how sviluppato. In particolare, studia come i reflui dei due processi, oggi inutilizzati, possano essere ulteriormente valorizzati: il lattosio residuo a fine fermentazione potrà essere utilizzato come substrato per le biotrasformazioni, mentre il refluo contenente glucosio derivante dalle biotrasformazioni potrà essere sfruttato come terreno per la preparazione dell’inoculo batterico prefermentazione. Grazie alla sinergia tra i due processi finora considerati separatamente, si genererà ulteriore valore aggiunto dall’up-cycling dei sotto-prodotti potenziando la circolarità dei due processi.
La sfida principale è quella di valorizzare gli scarti ottenuti da due processi per aumentare la sostenibilità di una bioraffineria, già in grado di produrre bioetanolo e tensioattivi in modo efficiente.
Valorizzazione dello scarto di produzione di tensioattivi
Lo scarto del processo di biosintesi di tensioattivi è ricco in glucosio e può essere sfruttato come terreno di crescita per la biomassa batterica da inoculare nel processo di fermentazione. L’utilizzo di tale scarto dovrà tenere conto della presenza di solventi utilizzati nella reazione, e della messa a punto di formulazioni di terreno in grado di garantire la formazione di sufficiente carica batterica per una fermentazione ad alta resa. Il lavoro prevede lo screening delle migliori condizioni di crescita per il ceppo batterico con l’obiettivo di ridurre i costi di preparazione dell’inoculo sfruttando un materiale di scarto.
Valorizzazione dello scarto di produzione di bioetanolo
La sfida principale è l’utilizzo di un liquido di scarto proveniente da processi di fermentazione e distillazione, come substrato per la sintesi di tensioattivi. Il liquido di scarto dovrà contenere quantità sufficienti di lattosio residuo per garantire la reazione, e una minima quantità di inibitori enzimatici.
Pertanto, il lavoro prevede la definizione dell’end-point di fermentazione ottimale per soddisfare questi requisiti, e l’esecuzione dei test di biotrasformazione a partire da questo substrato, con l’obiettivo di utilizzare un materiale di scarto a più basso valore del permeato per svolgere la sintesi di tensioattivi.
Diversificazione degli output della bioraffineria
L’etanolo e il suo residuo di distillazione saranno ulteriormente processati al fine di diversificare l’output dei processi. In particolare, l’etanolo verrà utilizzato come substrato per la produzione di biodiesel, mentre il residuo di distillazione sarà utilizzato in processi di digestione anaerobica per produrre biogas. Le principali sfide saranno la produzione di biodiesel e biogas ad alta efficienza pur utilizzando substrati eterogenei, con simultaneo abbassamento del carico inquinante dei residui di questi processi.
Infine, tutti i task illustrati avranno l’ulteriore sfida di valutare lo scale-up mediante setup di laboratorio e preindustriali in fase di studio da parte del team del progetto.
Il processo integrato è ad alto grado di innovazione rispetto allo stato dell’arte. Grazie al presente PoC verranno consolidate e implementate le tecnologie già sviluppate dai laboratori coinvolti.
L’impatto atteso è creare una bioraffineria “no-waste” caratterizzata dalla produzione di un portfolio di prodotti bio-based che sono d’interesse per diversi segmenti del mercato (energia, commodities, fine chemicals). L’implementazione della bioraffineria in una realtà aziendale esistente come un centro di valorizzazione del siero potrà essere più vantaggiosa rispetto all’implementazione della stessa nei singoli caseifici in quanto:
- il centro di valorizzazione possiede già la tecnologia per l’estrazione delle proteine e la conseguente generazione del permeato;
- il permeato è un substrato abbastanza standardizzato in quanto mix di diversi tipi di siero, e il suo approvvigionamento non è dipendente dalla stagione e dal clima;
- il centro di raccolta tratta già notevoli volumi di siero ed è già dotato di strumentazioni e personale per la sua valorizzazione.
Il target della tecnologia investigata e messa a punto nel progetto riguarda aziende che si occupano della valorizzazione di scarti caseari e hanno come obiettivo la produzione di sostanze ad alto valore.