The recovery and valorisation of production waste from the agri-food chain is one of the most ambitious objectives in the development of an increasingly sustainable and circular economy. In this context, the development of waste valorisation processes based on the application of increasingly sustainable and high-performing technologies in terms of exstraction yields and energy consumption represents one of the most promising strategies. In a current perspective of circular economy and Green-chemistry, during this Thesis the valorisation of waste deriving from two agro-industrial productions was studied. Specifically, two matrices of great interest for the local area were chosen: hazelnut perisperm, widely available in large quantities from processing in Piemonte, and olive tree leaves, a plant widespread in Italy and throughout the Mediterranean basin. The work for the valorisation of these two residual matrices has focused on the development and optimization of methods for the extraction of secondary metabolites such as polyphenols, exploiting unconventional technologies and methods. In particular, microwave assisted extraction (MW), subcritical water and a class of sustainable solvents, known by the acronym NaDES (Natural Deep Eutectic Solvents) were used. For the determination of total polyphenols (TPC) we relied on a semi-quantitative protocol, the Folin-Ciocalteau method. This colorimetric technique allows to express the content of polyphenols in Gallic Acid Equivalents (GAE), the standard used to calibrate the method. In this way a rapid screening of the different samples obtained was possible, defining the optimization criteria of the different extraction parameters studied. Specifically, TPCs were expressed as extractive yield (mgGAE/gExtracted Matrix) and selectivity of the product obtained (mgGAE/g dry exstract). For the olive leaves, we worked on four different varieties; the optimization was carried out on var. Guelma (optimized protocol then reproduced on var. Allah, Chemlal, Aaleh). A screening of MW-assisted extractions in water, solid/liquid with ratio 1:20/1:30, varying times (5, 7.5,15, 30 min) and temperatures (100, 125, 150°C) was performed with determination of the best samples by comparing yields and selectivities in TPC. At the end of the optimization protocol, a yield of 53.07 mg/g and a selectivity in TPC of 160.77 mg/g were obtained. As for the hazelnut, we worked on the perisperm of the Dalma variety, using the necessary technical differences. The first consists of a series of US-assisted extractions in water, solid/liquid ratio 1:20 (US bath, P: 200W; Horn, P: 500W), varying the times (10, 30, 60 min). Also in this case the best sample was determined by comparing yields and selectivity in TPC. The sample in question had a yield of 100.46 mg/g and a selectivity in TPC of 834.96 mg/g. In the second type of extraction NaDES were used, composed of choline chloride associated with four different hydrogen bond donors: lactic acid, glucose, glycerol, urea. Times ranging from 30 to 60 minutes and temperatures ranging from 80 to 100°C were used. The best result was the one with lactic acid, with a yield of 15.20 mg/g. In conclusion, through this Thesis it has been demonstrated how the valorisation of waste from the Italian agri-food chain can contribute to the development of a circular and increasingly sustainable economy.
Il recupero e la valorizzazione degli scarti di produzione della filiera agroalimentare è uno degli obbiettivi più ambiziosi nell’ambito dello sviluppo di un’economia sempre più sostenibile e circolare. In questo contesto, lo sviluppo di processi di valorizzazione degli scarti basati sull’applicazione di tecnologie sempre più sostenibili e performanti in termini di rese e consumi energetici, rappresenta una delle strategie più promettenti. In un’ottica attuale di economia circolare e di Green-chemistry, durante questa Tesi si è studiata la valorizzazione di scarti derivanti da due filiere di produzione agro-industriale. Nello specifico, si sono scelte due matrici di grande interesse per la realtà territoriale: perisperma di nocciola, ampiamente reperibile in grande quantità dalla lavorazione in Piemonte, e foglie di olivo, pianta largamente diffusa in Italia ed in tutto il bacino Mediterraneo. Il lavoro di valorizzazione di queste due matrici residuali si è focalizzato sullo sviluppo e l’ottimizzazione di metodi di estrazione di metaboliti secondari quali i polifenoli, sfruttando tecnologie e metodi non convenzionali. In particolare, è stata utilizzata l’estrazione assistita con microonde (MW), l’acqua in condizioni subcritiche e una classe di solventi sostenibili, noti con l’acronimo NaDES (Natural Deep Eutectic Solvents). Per la determinazione dei polifenoli totali (TPC) ci si è affidati ad un protocollo semi-quantitativo, il metodo di Folin-Ciocalteau. Questa tecnica colorimetrica permette di esprimere il contenuto di polifenoli in Acido Gallico Equivalenti (GAE), standard con cui viene effettuata la calibrazione del metodo. In questo modo è stato possibile un rapido screening dei diversi campioni ottenuti, definendo così i criteri di ottimizzazione dei diversi parametri di estrazione studiati. Relativamente alle foglie di olivo, si è lavorato su quattro varietà diverse; l’ottimizzazione è stata svolta su var. Guelma (protocollo ottimizzato riprodotto poi su var. Allah, Chemlal, Aaleh). Si è eseguito uno screening di estrazioni MW-assistite in acqua, solido/liquido con rapporto 1:20/1:30, variando tempi (5, 7.5,15, 30 min) e temperature (100, 125, 150°C), con determinazione dei campioni migliori confrontando rese e selettività in TPC. Al termine del protocollo di ottimizzazione si sono ottenuti resa di 53,07 mg/g e selettività in TPC di 160,77 mg/g.Per quanto riguarda la nocciola si è lavorato sul perisperma della var. Dalma, utilizzando due tecniche differenti. La prima consiste in una serie di estrazioni US-assistite in acqua, solido/liquido rapporto 1:20 (bagno US, P: 200W; Horn, P: 500W), variando tempi (10, 30, 60 min). Anche in questo caso si è determinato il campione migliore confrontando rese e selettività in TPC. Il campione in questione ha resa di 100,46 mg/ge selettività in TPC di 834,96 mg/g. Nel secondo tipo di estrazione sono stati utilizzati i NaDES, composti da Cloruro di Colina associati con quattro differenti donatori di legame idrogeno: ac. lattico, glucosio, glicerolo, urea. Sono stati utilizzati tempi di 30 e 60 minuti e temperature di 80 e 100 °C. Il migliore è risultato quello con ac.lattico, con una resa di 15,20 mg/g. In conclusione, attraverso questa Tesi è stato dimostrato come la valorizzazione degli scarti della filiera agroalimentare italiana possano concorrere allo sviluppo di un’economia circolare e sempre più sostenibile.
VALORIZZAZIONE DI BIOMASSE DI SCARTO DELLA FILIERA AGROALIMENTARE ITALIANA PER L’OTTENIMENTO DI COMPOSTI BIOATTIVI AD ATTIVITA’ ANTIOSSIDANTE
AJRALDI, ANDREA
2021/2022
Abstract
Il recupero e la valorizzazione degli scarti di produzione della filiera agroalimentare è uno degli obbiettivi più ambiziosi nell’ambito dello sviluppo di un’economia sempre più sostenibile e circolare. In questo contesto, lo sviluppo di processi di valorizzazione degli scarti basati sull’applicazione di tecnologie sempre più sostenibili e performanti in termini di rese e consumi energetici, rappresenta una delle strategie più promettenti. In un’ottica attuale di economia circolare e di Green-chemistry, durante questa Tesi si è studiata la valorizzazione di scarti derivanti da due filiere di produzione agro-industriale. Nello specifico, si sono scelte due matrici di grande interesse per la realtà territoriale: perisperma di nocciola, ampiamente reperibile in grande quantità dalla lavorazione in Piemonte, e foglie di olivo, pianta largamente diffusa in Italia ed in tutto il bacino Mediterraneo. Il lavoro di valorizzazione di queste due matrici residuali si è focalizzato sullo sviluppo e l’ottimizzazione di metodi di estrazione di metaboliti secondari quali i polifenoli, sfruttando tecnologie e metodi non convenzionali. In particolare, è stata utilizzata l’estrazione assistita con microonde (MW), l’acqua in condizioni subcritiche e una classe di solventi sostenibili, noti con l’acronimo NaDES (Natural Deep Eutectic Solvents). Per la determinazione dei polifenoli totali (TPC) ci si è affidati ad un protocollo semi-quantitativo, il metodo di Folin-Ciocalteau. Questa tecnica colorimetrica permette di esprimere il contenuto di polifenoli in Acido Gallico Equivalenti (GAE), standard con cui viene effettuata la calibrazione del metodo. In questo modo è stato possibile un rapido screening dei diversi campioni ottenuti, definendo così i criteri di ottimizzazione dei diversi parametri di estrazione studiati. Relativamente alle foglie di olivo, si è lavorato su quattro varietà diverse; l’ottimizzazione è stata svolta su var. Guelma (protocollo ottimizzato riprodotto poi su var. Allah, Chemlal, Aaleh). Si è eseguito uno screening di estrazioni MW-assistite in acqua, solido/liquido con rapporto 1:20/1:30, variando tempi (5, 7.5,15, 30 min) e temperature (100, 125, 150°C), con determinazione dei campioni migliori confrontando rese e selettività in TPC. Al termine del protocollo di ottimizzazione si sono ottenuti resa di 53,07 mg/g e selettività in TPC di 160,77 mg/g.Per quanto riguarda la nocciola si è lavorato sul perisperma della var. Dalma, utilizzando due tecniche differenti. La prima consiste in una serie di estrazioni US-assistite in acqua, solido/liquido rapporto 1:20 (bagno US, P: 200W; Horn, P: 500W), variando tempi (10, 30, 60 min). Anche in questo caso si è determinato il campione migliore confrontando rese e selettività in TPC. Il campione in questione ha resa di 100,46 mg/ge selettività in TPC di 834,96 mg/g. Nel secondo tipo di estrazione sono stati utilizzati i NaDES, composti da Cloruro di Colina associati con quattro differenti donatori di legame idrogeno: ac. lattico, glucosio, glicerolo, urea. Sono stati utilizzati tempi di 30 e 60 minuti e temperature di 80 e 100 °C. Il migliore è risultato quello con ac.lattico, con una resa di 15,20 mg/g. In conclusione, attraverso questa Tesi è stato dimostrato come la valorizzazione degli scarti della filiera agroalimentare italiana possano concorrere allo sviluppo di un’economia circolare e sempre più sostenibile.| File | Dimensione | Formato | |
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