ITMI20100497A1

ITMI20100497A1 - Utilizzo di menadione e derivati per il trattamento di biomasse.

Info

Publication number: ITMI20100497A1
Application number: IT000497A
Authority: IT
Inventors: Paolo Alberto Manzotti
Original assignee: Prodotti Arca S R L
Priority date: 2010-03-25
Filing date: 2010-03-25
Publication date: 2011-09-26
Also published as: BR112012007181A2; WO2011117683A1; US20130052173A1

Description

"UTILIZZO DI MENADIONE E DERIVATI PER IL TRATTAMENTO DI BIOMASSE"

DESCRIZIONE

Da tempo immemore l'attività economica dell'uomo è stata volta allo sfruttamento ed all'utilizzo delle risorse disponibili in natura sia ad uso alimentare che ad uso industriale. In questo contesto la raccolta, lo stoccaggio e la lavorazione di biomasse dì origine vegetale o animale, sono spesso state attività che hanno dovuto fare i conti con la rapida deperibilità delle biomasse medesime le quali, per la loro stessa origine biologica, sono portatrici di una carica microbica che va ad interferire con i processi di conservazione e persino di lavorabilità delle biomasse stesse. Fra gli altri, un caso eclatante che è andato evidenziandosi nel corso dell'ultimo decennio è quello delle biomasse utilizzate quali fonte di energie rinnovabili (biocarburanti) o di biopolimeri (derivati dell'amido) . Una delle procedure più utilizzate per la produzione di biocarburante è quella del bioetanolo ottenuto per fermentazione utilizzando, ad esempio, lievito di birra (Saccharomyces cerevisiae ) a partire da biomasse facilmente fermentescibili particolarmente ricche di carboidrati (borlande, melasse, farine ed amidi di cereali). Detti lieviti, come risultato di trasformazioni metaboliche, trasformano i carboidrati m alcool etilico che, successivamente, viene separato per distillazione.

Il processo di fermentazione può essere ostacolato dalla presenza nelle biomasse di batteri e microrganismi che si nutrono dello stesso substrato del lievito, producendo però come cataboliti acidi organici quali l'acido acetico, lattico, etc.

Lo sviluppo di dette fermentazioni concorrenti, da un lato riduce la quantità di substrato disponibile per il lievito e dall'altro può inibire , 3 causa di un'eccessiva acidificazione della massa, la crescita stessa del lievito. Il risultato finale è comunque un abbassamento della resa in etanolo del processo.

Per evitare che le fermentazioni batteriche indesiderate appena descritte possano avere luogo prima che i lieviti abbiano iniziato a riprodursi, è prassi consolidata l'aggiunta di antibiotici nei reattori di fermentazione. Gli antibiotici tradizionali, infatti, inibiscono lo sviluppo dei batteri senza impedire la crescita dei lieviti. Gli antibiotici comunemente usati sono la penicillina, la virginiamicina, 1'eritromicina e la tilosina.

A seguito dell'aggiunta di antibiotici, i residui delle fermentazioni (es. lieviti esausti, distillers, Dried Distillers Grains with Solubles o DDGS), che per la quasi totalità sono destinati all'alimentazione del bestiame, possono risultare significativamente contaminati da residui di antibiotici. Questo fenomeno ha creato e sta creando notevoli problemi all'industria. Infatti negli ultimi anni la Comunità Europea ha messo al bando l'impiego degli antibiotici quali promotori di crescita nei mangimi zootecnici, allo scopo di evitare l'insorgere di fenomeni di resistenza batterica agli antibiotici.

Anche negli Stati Uniti si sta considerando la possibilità di vietare 1'impiego degli antibiotici come additivi promotori di crescita.

A seguito della presenza di sottoprodotti contaminati con antibiotici, l'industria del bioetanolo, e quella basata su processi di fermentazione in generale, si è trovata nella necessità impellente di trovare alternative tecnicamente ed economicamente valide, in grado di sostituire l'uso di antibiotici quali inibitori di fermentazioni indesiderate. Anche in campo enologico, pur non facendo ricorso all'impiego di antibiotici, le fermentazioni batteriche precoci costituiscono un rischio concreto al corretto sviluppo dei lieviti e della relativa fase fermentativa .

Un'altra fonte energetica rinnovabile emergente è quella della produzione di biodiesel a partire dall'estrazione e dalla raffinazione di oli da colture oleaginose quali la colza, la palma da olio, il ricino, il cotone, la soia, la jatropha. Nei processi di produzione di biodiesel da soia, ma non solo, per ogni 100 unità di biocarburante si ottengono circa 8 unità di Glicerolo grezzo il cui impiego come alimento zootecnico si sta rapidamente espandendo. La stabilizzazione biologica del glicerolo grezzo è funzionale allo stoccaggio ed alla distribuzione dello stesso dagli impianti di produzione del biodiesel agli allevamenti o alle strutture di utilizzo industriale. I semilavorati sono stivati in cisterne in cui possono aver luogo processi di contaminazione e di sviluppo di fermentazioni indesiderate nella biomassa.

Inoltre esistono situazioni industriali nelle quali altre tipologie dì biomasse, come ad esempio quelle prodotte o utilizzate nelle amiderie, negli zuccherifici, nelle distillerie ed in campo enologico, vanno incontro a processi di trasformazione chimica o fisica, non necessariamente biologica, in cui la prevenzione delle fermentazioni batteriche occasionali è funzionale all'accumulo di semilavorati che possono essere stoccati per periodi di tempo di durata considerevole. Proprio per questo motivo anche in questi comparti agroindustriali vengono utilizzati composti antibiotici e biocidi con il rischio di trovare nei sottoprodotti della lavorazione destinati alla zootecnia (ad esempio borlande, melasse, di bietola o di canna, concentrati proteici, sciroppi di glucosio od amido, bucce d'uva) rilevanti residui di antibiotici .

Inoltre, l'industria cerealicola è da sempre soggetta al rischio che le masse dei cereali o dei semi stoccati nei sili possano sviluppare col tempo delle muffe o dei microrganismi responsabili della produzione di pericolose tossine quali ad esempio le aflatossine o le ocratossine. È prassi consolidata l'aggiunta a queste biomasse di acidi organici quali, ma non esclusivamente, l'acido fumarico, l'acido propionico, l'acido formico, l'acido sorbico ed i loro sali per cercare di ridurre questi rischi. Tuttavia le quantità di questi acidi necessarie ad un controllo efficiente dello sviluppo di microrganismi indesiderati rendono il trattamento economicamente svantaggioso .

Similmente, nelle moderne strutture di macellazione di mammiferi, e di trasformazione di animali per l'industria alimentare in generale, vengono prodotte quantità rilevanti di biomasse di scarto che devono essere smaltite a norma di legge. Le frazioni più nobili di queste biomasse possono essere utilizzate per la produzione di farine proteiche (come farine di pesce, farine di carne, farine di sangue) , farine di ossa, gelatine, ma anche idrolizzati proteici liquidi (idrolizzato di pollo, idrolizzato di salmone, idrolizzato di aringhe), oli e grassi animali. È di vitale importanza per la salubrità di questi sottoprodotti che siano ridotte al minimo, sia nella fase di produzione sia nella fase di stoccaggio, fermentazioni microbiche che possano dar luogo allo sviluppo di tossine e di sostanze derivanti dai processi di putrefazione.

Lo sviluppo di fermentazioni occasionali è un problema molto sentito anche dall'industria casearia. In particolare, le partite di latte e i sottoprodotti caseari quali siero e latticello in attesa di venire trasformati in polvere e in farine di latte e derivati (ad esempio farine di siero) presso appositi impianti non possono essere stoccati per molto tempo a causa del veloce diffondersi di fermentazioni.

È quindi presente la necessità di trovare sostanze che siano in grado di minimizzare od inibire totalmente la crescita di microrganismi in biomasse utilizzate in svariati settori agro industriali e i cui eventuali residui siano compatibili con l'impiego zootecnico ed alimentare in genere delle biomasse risultanti, senza presentare gli inconvenienti degli antibiotici ad oggi utilizzati o di costosi trattamenti di refrigerazione e conservazione.

Compito del presente trovato è quello di fornire l'uso di un composto in grado di minimizzare la crescita o di inibire completamente lo sviluppo di microrganismi in biomasse di varia origine agroindustriale, consentendo da un lato una migliore e più economica utilizzazione delle biomasse, e dall'altro che gli eventuali prodotti o sottoprodotti o derivati delle biomasse medesime siano compatibili con l'utilizzo zootecnico, ed alimentare in generale.

Un altro scopo del presente trovato è fornire l'uso di un composto in grado di inibire la crescita di microrganismi nelle biomasse, in particolare derivanti od utilizzate nell'industria cerealicola, casearia, zootecnica e dei biocombustibili, salvaguardando l'economicità e la performance produttiva del processo.

Un altro scopo del presente trovato è fornire l'uso di un composto per inibire la crescita di batteri senza ridurre la crescita e la produttività dei lieviti, in particolare per l'applicazione ai processi fermentativi come quelli per la produzione di etanolo in campo industriale ed enologico. Un altro scopo del presente trovato è fornire l'uso di un composto che può essere aggiunto unitamente a sostanze antibiotiche o biocide, eventualmente aumentandone l'efficacia, al fine di inibire la crescita di microrganismi nelle biomasse.

Un altro scopo del presente trovato è quello di fornire composizioni derivanti da residui di fermentazione o di trasformazione agroindustriale che siano adatte all'utilizzo zootecnico e che non contengano residui di farmaci o sostanze antibiotiche utilizzate nella tecnica nota a tale scopo, evitando al contempo un rischio per la salute dell'uomo derivante dal possibile insorgere di batteri resistenti agli antibiotici.

Un altro scopo del presente trovato è quello di fornire un procedimento per limitare la crescita di microorganismi all'interno di una biomassa, in particolare ad una biomassa derivante od utilizzata nell'industria cerealicola, casearia, zootecnica e dei biocombustibili, salvaguardando l'economicità e la performance produttiva del processo in cui detta biomassa è utilizzata, comprendente l'aggiunta alla biomassa di un composto selezionato tra menadione, derivati di menadione e loro miscele.

Un altro scopo del presente trovato è fornire un procedimento per inibire la crescita di batteri senza ridurre la crescita e la produttività dei lieviti, in particolare per l'applicazione ai processi fermentativi come quelli per la produzione di etanolo in campo industriale ed enologico, comprendente l'aggiunta di un composto selezionato tra menadione, derivati di menadione e loro miscele.

Questi ed altri scopi sono raggiunti tramite l'uso di un composto selezionato dal gruppo consistente di menadione, derivati di menadione e loro miscele per il trattamento di biomasse al fine di limitare la crescita di microrganismi indesiderati .

Gli scopi del presente trovato sono altresì raggiunti da una composizione comprendente almeno un composto selezionato dal gruppo consistente di menadione, i derivati di menadione e loro miscele ed almeno un lievito, e dall'uso di tale composizione per la produzione di etanolo.

Gli scopi sono inoltre raggiunti da una composizione derivante dalla produzione di etanolo per fermentazione e contenente almeno un composto selezionato dal gruppo consistente di menadione, i derivati di menadione e loro miscele e dall'uso di detta composizione per l'alimentazione animale.

Gli scopi sono inoltre raggiunti da un processo per il trattamento di una biomassa per limitare la crescita di microorganismi all'interno della biomassa o per inibire la crescita di batteri senza ridurre la crescita e la produttività dei lieviti in processi fermentativi in una biomassa, comprendente l'aggiunta alla biomassa da trattare di almeno un composto selezionato dal gruppo consistente di menadione, i derivati di menadione e loro miscele.

Nella parte seguente saranno descritte alcune forme di realizzazione dell'invenzione senza intendere limitarne lo scopo.

Con "menadione" si intende un composto naf tochinonico, altrimenti denominato vitamina K3 o 2-metilnaf talene-1 ,4-dione, (CAS 58-27-5, EINECS 200-372-6), noto ed utilizzato, insieme ad una serie di suoi derivati, nell'alimentazione del bestiame e nell'ambito della zootecnica in generale per la sua attività pro-vitamina K.

Con "derivati del menadione" si intendono tutti i composti con struttura comprendente una o più unità di menadione, comprendenti ad esempio, ma non esclusivamente, i sali, i composti di coordinazione, gli addotti, gli idrati e i solvati . Esempi non limitativi di derivati del menadione sono quelli descritti in WO 2005/097092 A, US 3,328,169 e IT 1097391.

Con "animali" si intendono membri appartenenti a tutte le classi esistenti di animali superiori, preferibilmente mammiferi e ovipari, più preferibilmente esseri umani e, tra le specie zootecniche, ruminanti ed animali monogastrici, ancora più particolarmente bovini, ovini, caprini, suini, conigli, specie avicole o pesci di acqua dolce o salata.

Con "microrganismi" si intendono tutti i microrganismi in grado di contaminare, ad esempio, biomasse e di instaurare processi di degradazione del loro contenuto di carboidrati e/o di produrre sostanze contaminanti come tossine o acidi organici. Tali microrganismi appartengono indifferentemente ai procarioti ed agli eucarioti, in particolare possono essere batteri, muffe e protozoi .

Con "biocida" e "antibatterico" si intende un effetto di inibizione dello sviluppo o, ove presente, della crescita di determinati microrganismi .

Con "biomassa" si intende una composizione comprendente materiale derivante da organismi viventi, che può essere allo stato liquido o solido, ed opzionalmente comprendente lieviti o microrganismi. La biomassa può derivare da organismi viventi vegetali o animali, può essere una materia prima, un semilavorato, un intermedio, un prodotto principale, un prodotto secondario di un processo biologico o industriale o può provenire direttamente dalla lavorazione di vegetali o animali su vasta scala. Esempi non limitativi di biomasse sono le borlande le melasse, semilavorati dell'industria saccarifera, i mosti d'uva, residui di fermentazione. Sono altresì esempi non limitativi di biomasse, le masse di cereali o di semi, i tuberi, le radici, le loro farine solide o disperse in soluzioni acquose per l'estrazione dell'amido o per l'estrazione di etanolo, nonché le soluzioni proteiche o gli sciroppi di risulta delle amiderie ed i mangimi in generale. Altri esempi non limitativi di biomasse sono i semilavorati ed i sottoprodotti dell'estrazione degli oli o di produzione di biodiesel, pannelli proteici, glicerolo. Ulteriori esempi non limitativi di biomasse di origine vegetale sono la polpa di cellulosa, le cellulose e le emicellulose , il cotone, grezzi o semilavorati.

Sono esempi non limitativi di biomasse di origine animale gli scarti di macellazione, gli idrolizzati proteici liquidi o essiccati, le farine di carne o pesce, le gelatine, grassi ed oli di animali o pesci, sangue liquido o essiccato, latti, latti acidi, sieri liquidi, i loro derivati in polvere.

Il termine "comprendente" significa "incluso" oltre a "costituito", ad esempio una composizione "comprendente" X può essere costituita esclusivamente da X o può includere altri costituenti addizionali, ad esempio X Y.

In un primo aspetto, il presente trovato riguarda l'uso di un composto selezionato dal gruppo comprendente menadione, derivati di menadione, i suoi addotti e loro miscele per il trattamento di biomasse al fine di limitare la crescita di microrganismi.

Gli inventori hanno sorprendentemente trovato che utilizzando il menadione ed i suoi derivati ed addotti, o loro miscele, in opportuna concentrazione è possibile limitare lo sviluppo delle fermentazioni acetica e lattica di origine batterica, senza compromettere la vitalità e lo sviluppo di altri organismi come, ad esempio, i lieviti. In aggiunta, l'eventuale contaminazione dei residui delle fermentazioni da parte del menadione e dei suoi derivati o loro miscele, non costituisce una limitazione per l'utilizzo di tali residui nella zootecnia in quanto i mangimi zootecnici sono solitamente integrati con l'aggiunta di vitamine, tra cui menadione (vitamina K3) in ragione di 0,5 - 5 ppm (NRC National Research Council Nutrient Requirements of Poultry nineth revised edition 1994}.

Preferibilmente, detta biomassa è utilizzata per la fermentazione alcolica, più preferibilmente per la produzione di etanolo o di bevande alcoliche tramite Saccharomyces .

Il menadione, i suoi derivati o loro miscele possono essere aggiunti alla biomassa prima dell'inizio della fermentazione o durante la fermentazione stessa. Preferibilmente, il menadione e i suoi derivati o miscele sono aggiunti prima dell'inizio della fermentazione con il risultato di inibire dall'inizio l'insorgere di fermentazioni acetica e lattica di origine batterica, preservando inoltre integra la componente di saccaridi della miscela Preferibilmente il menadione ed i suoi derivati sono aggiunti alla biomassa per aumentare l'efficacia di antibiotici o biocidi nei casi in cui la loro aggiunta risulti necessaria.

Preferibilmente, detta biomassa è un prodotto o un sottoprodotto della produzione di biodiesel o dell'estrazione di oli di origine vegetale. Si è infatti trovato che l'aggiunta di menadione e dei derivati o miscele ai prodotti di estrazione e raffinazione degli olì di origine vegetale per fini industriali e di produzione di biodiesel previene e inibisce la formazione in tali biomasse oleose e nei loro sottoprodotti quali il glicerolo, lo sviluppo di fermentazioni di origine microbica che possono portare alla loro degradazione . In aggiunta, 1'eventuale contaminazione dei prodotti e sottoprodotti di raffinazione da parte del menadione e dei suoi derivati, o loro miscele, non costituisce una limitazione all'utilizzo di tali residui nella zootecnia in quanto i mangimi zootecnici sono solitamente integrati con l'aggiunta di vitamine, tra cui menadione (vitamina K3). Più preferibilmente, la biomassa è costituita dal glicerolo risultante dalla produzione di biodiesel .

Preferibilmente, la biomassa è un semilavorato o un intermedio o un sottoprodotto dell'estrazione di amidi e zuccheri. Si è infatti trovato che l<r>aggiunta di menadione e suoi derivati a semilavorati o sottoprodotti ad alto contenuto glucidico, così come a brodi proteici di risulta, consente di prevenire lo sviluppo di fermentazioni di origine microbica per il tempo necessario ad un ulteriore trasformazione o alla distribuzione di dette biomasse quali alimenti per bestiame. Più preferibilmente, la biomassa è una melassa, una borlanda, una soluzione di glucosio o di destrosio o di saccarosio o di amido. Preferibilmente, la biomassa è costituita da cereali, semi e loro derivati destinati all'alimentazione. Si è infatti sorprendentemente trovato che aggiungendo menadione e dei suoi derivati e loro miscele alle biomasse dei cereali si riduce efficacemente 1'insorgenza di fenomeni fermentativi ed il rischio conseguente di contaminazioni indesiderate, ad esempio da parte di microrganismi e di tossine. Sorprendentemente si è trovato che aggiungendo del menadione e suoi derivati alle biomasse di cereali si aumenta l'efficacia di conservanti e biocidi quali, ma non esclusivamente, propionati, sorbati e benzoati. Più preferibilmente, la biomassa è costituita da mais, orzo, frumento, riso e loro derivati destinati all’alimentazione animale e mangimi.

Preferibilmente, la biomassa è costituita da latte, siero di latte, e loro derivati in polvere destinati all’alimentazione. Sorprendentemente si è scoperto che l'aggiunta di menadione e dei suoi addotti e derivati alle biomasse di origine casearia, in particolare a quelle destinate alla produzione di farine di latte in polvere, consente di contenere lo sviluppo dei batteri, aumentando il tempo utile di stoccaggio della biomassa liquida e la salubrità della massa. La presenza di eventuali residui di menadione nelle farine di latte così prodotte non comporta alcun rischio per gli animali che vengono nutriti con tali farine. Infatti, è da rilevare che è già prassi comune l'aggiunta agli alimenti di integrazioni vitaminiche comprendenti anche menadione. Più preferibilmente, la biomassa è costituita da latte in polvere o siero di latte in polvere destinati all'alimentazione animale.

Sorprendentemente si è inoltre trovato che l'aggiunta di menadione e dei suoi derivati e addotti previene lo sviluppo di fermentazioni di origine microbica anche nelle biomasse derivanti dalla macellazione o della pesca, più preferibilmente in farine di carne e di pesce, farina di sangue, idrolizzati proteici di origina animale, oli e grassi animali, impedendo la formazione di tossine o lo sviluppo di sostanze derivanti dalla putrefazione.

Composti particolarmente adatti a tali scopi sono il menadione ed i derivati idrosolubili come il menadione sodio bisolfito (MSB), menadione potassio bisolfito, menadione nicotinamide bisol fito, menadione dimetilpi rimidino lo bisolfito, menadione acido nicotinico bisolfito, menadione piperazina bisolfito, menadione sodio difosfato e loro miscele.

Preferibilmente, il composto è selezionato dal gruppo consistente di menadione, menadione sodio bisolfito (MSB) , menadione dimetilpìrimidinolo bisolfito .

Più preferibilmente, il composto è menadione o menadione sodio bisolfito (MSB).

Le concentrazioni d'uso dei composti nel presente trovato, espresse come peso menadione/peso totale della biomassa e del composto, sono comprese tra 1 e 50000 ppm, preferibilmente tra 1 e 1000 ppm nel caso di biomasse solide e tra 0,5 e 5000 ppm, preferibilmente tra 1 e 1000 ppm nel caso di biomasse liquide.

Preferibilmente, la concentrazione di detti composti in biomasse liquide contenente Saccharomyces Cerevisiae è compresa tra tra 1 e 500 ppm espressa come peso menadione/peso totale della biomassa e del composto, e più preferibilmente tra 10 e 400 ppm. Si è sorprendentemente trovato che menadione o i suoi derivati ed addotti in una biomassa liquida esplica un'attività biocida su un ampio spettro di microrganismi, compresi i lieviti, a partire da concentrazione di almeno 500 ppm espressa come peso menadione/peso totale della biomassa e del composto. La presenza di menadione in concentrazione inferiore a 400 ppm permette la crescita di Saccharomyces Cerevisiae di tutti ì ceppi testati, mentre a concentrazione di menadione tra 400 e 500 ppm la risposta varia a seconda dei ceppi testati.

In una forma di realizzazione del presente trovato, è possibile aggiungere alla biomassa, oltre a menadione ed i suoi derivati ed addotti, eventualmente in miscela, anche altri composti, ad esempio ad azione biocida, antibiotici e/o additivi, emulsionanti, eccipienti, stabilizzanti e sostanze utili alla formulazione di detti composti, secondo procedure note al tecnico del ramo, quali ad esempio emulsionanti ed alcoli atti alla dispersione del menadione in una biomassa liquida quali, ma non esclusivamente, glicerolo, oleati di glicerina poletilen glicole, poliossietilen- (20 )-sorbitan monoleato, alcool etilico, alcool butilico, oppure biocidi e conservanti quali, ma non limitatamente, l'acido formico, l'acido propionico, l'acido fumarico, l'acido sorbìco, l'acido benzoico, l'acido citrico, il benzalconio ed i loro sali di calcio, sodio, ammonio o potassio oppure coformulanti quali, ma non limitatamente, acidi inorganici o sodio bisolfito o potassio bisolfito in polvere o in soluzione. In un'altra forma di realizzazione del presente trovato è possibile aggiungere alla biomassa del menadione ed i suoi derivati, particolarmente quelli idrosolubili, inglobati in matrici che ne consentano un rilascio lento e progressivo nel tempo quali ad esempio ma non esclusivamente, mi croincapsul azioni , nanoincapsulazioni , ciclo destrine, resine, styramina, argille, silici, carboni e farine fossili .

Microrganismi particolarmente sensibili all’uso di menadione ed i suoi derivati ed addotti secondo il presente trovato sono, i batteri ad esempio, batteri Gram (+) quali, ma non esclusivamente batteri appartenenti ai generi Bacillus, Lactobacillus , Staphylococcus , Streptococcus, Clostridium, Aerobacter, batteri Gram (-) quali, ma non esclusivamente, batteri appartenenti ai generi Escherichia, Pseudomonas, Aeromonas, Salmonella. Altri microrganismi sensibili all'uso del menadione sono le muffe quali, ma non esclusivamente, quelle appartenenti ai generi Aspergillus, Penicillum, Claviceps, Candida .

In una forma di realizzazione, il presente trovato riguarda una composizione comprendente almeno un composto selezionato tra menadione, derivati di menadione e loro miscele ed almeno un lievito .

Preferibilmente, la composizione secondo il presente trovato comprende almeno un composto selezionato dal gruppo consistente di menadione e menadione sodio bisolfito e almeno un lievito selezionato dal genere Saccharomyces .

Più preferibilmente, detta composizione comprende inoltre almeno una ulteriore sostanza biocida o antibiotica o conservante.

Più preferibilmente, la composizione secondo il presente trovato comprende almeno menadione e almeno Saccharomyces cerevisiae .

Un altro aspetto del presente trovato riguarda l'uso di una composizione comprendente almeno un composto selezionato tra menadione, derivati di menadione e loro miscele ed almeno un lievito per la produzione di etanolo.

Preferibilmente, nella produzione di etanolo è utilizzata una composizione secondo il presente trovato comprendente almeno menadione e almeno Saccharomyces cerevisiae .

Un aspetto del presente trovato riguarda una composizione derivante dal processo di produzione di etanolo per fermentazione e comprendente almeno un composto selezionato tra menadione, i derivati di menadione, i suoi addotti e loro miscele.

Un aspetto del presente trovato riguarda una composizione derivante dalla produzione di biodiesel contenente menadione, i derivati di menadione e loro miscele.

Un aspetto del presente trovato riguarda una composizione derivante dall'estrazione degli amidi o degli zuccheri comprendente menadione, i derivati dì menadione e loro miscele.

Un aspetto del presente trovato riguarda una composizione derivante dalla spraizzazione di latte e siero di latte comprendente menadione, i derivati di menadione e loro miscele.

Un aspetto del presente trovato riguarda una composizione derivante dalla essiccazione di farine di carne e farine di pesce comprendente menadione, i derivati e loro miscele.

Un aspetto del presente trovato riguarda l'uso di tale composizione comprendente menadione, derivati di menadione e loro miscele e derivanti dal processo di produzione di etanolo, dalla produzione di biodiesel dall'estrazione degli amidi o degli zuccheri o dalla spraizzazione di latte e siero di latte o dalla essiccazione di farine di carne e farine di pesce per l'alimentazione animale.

Preferibilmente, dette composizioni sono utilizzate per l'alimentazione di suini, avicoli, ruminanti .

Un altro aspetto del trovato riguarda un procedimento di produzione di una composizione per l'alimentazione animale comprendente l'aggiunta ad una biomassa per 1'alimentazione animale di almeno una di dette composizioni comprendente menadione, derivati di menadione e loro miscele.

Un altro aspetto del presente trovato riguarda un procedimento per il trattamento di una biomassa per limitare la crescita di microrganismi nella biomassa comprendente l'aggiunta alla biomassa di un composto selezionato dal gruppo consistente di menadione, derivati di menadione e loro miscele.

Preferibilmente, detta biomassa è una biomassa utilizzabile per la fermentazione alcoolica.

Più preferibilmente, detta biomassa è una biomassa utilizzata per la produzione di etanolo o di bevande alcooliche a mezzo Saccharomyces e la concentrazione di detto composto è compresa tra 1 e 500 ppm espressa come peso menadione/peso totale della biomassa e del composto.

Ancora più preferibilmente, la concentrazione di detto composto è compresa tra 10 e 400 ppm espressa come peso menadione/peso totale della biomassa e del composto.

Preferibilmente, detto procedimento è applicato ad una biomassa che è un prodotto o un sottoprodotto della produzione di biodiesel o dell'estrazione degli oli di origine vegetale.

Più preferibilmente, detta biomassa è il glicerolo risultante dalla produzione di biodiesel .

Preferibilmente, detto procedimento è applicato ad una biomassa che è un semilavorato o un intermedio o un sottoprodotto dell'estrazione degli amidi o degli zuccheri.

Più preferibilmente, detta biomassa è una melassa, una borlanda, una soluzione di glucosio o di destrosio o di saccarosio o di amido.

Preferibilmente, detto procedimento è applicato ad una biomassa che è costituita da cereali, semi e loro derivati, destinati all'alimentazione.

Più preferibilmente, detta biomassa è costituita da mais, orzo, frumento, riso e loro derivati, destinati all'alimentazione animale singolarmente o in miscela.

Più preferibilmente, detta biomassa è un mangime .

Preferibilmente, detto procedimento è applicato ad una biomassa che è costituita da latte, siero di latte, e loro derivati in polvere, destinati all'alimentazione.

Più preferibilmente, detta biomassa è costituita da latte in polvere o siero di latte in polvere destinati all'alimentazione animale.

Preferibilmente, detto procedimento è applicato ad una biomassa che è è costituita da sottoprodotti della macellazione o della pesca. Preferibilmente, la biomassa è costituita farina di carne, farina di pesce, farina di sangue, idrolizzati proteici di origine animale, grassi ed oli di origine animale.

Nel procedimento del trovato, preferibilmente il composto aggiunto è selezionato dal gruppo consistente di menadione, menadione sodio bisolfito (MSB), menadione potassio bisolfito, menadione nicotinamide bisolfito, menadione dimetilpirimidinolo bisolfito, menadione acido nicotinico bisolfito, menadione difosfato e loro miscele .

Preferibilmente, il composto è menadione o menadione sodio bisolfito.

Preferibilmente, nel procedimento del trovato detto composto è presente in concentrazione, espressa come peso menadione/peso totale della biomassa e del composto, compresa tra 1 ppm e 50000 ppm.

Più preferibilmente, detto composto è presente in concentrazione tra 1 e 1000 ppm espressa come peso menadione/peso totale della biomassa e del composto .

Altre caratteristiche e vantaggi della presente invenzione risulteranno maggiormente evidenti dai seguenti esempi, intesi a scopo illustrativo e non limitativo.

ESEMPI

Esempio 1:

La capacità del Menadione Sodio Bisolfito di contrastare l'effetto negativo della contaminazione batterica sulla produzione di bioetanolo viene testata utilizzando un dispersione acquosa al 33% di farina di mais che rappresenta un substrato tipico utilizzato nell'industria del bioetanolo. Con tale dispersione si preparano quattro aliquote da 40 mi ciascuna che vengono disposte in quattro distinte beute (procedura descritta da Bischoff K.M. et al. in Biotechnology and Bioengineering 2009, 103, 117-122) .

La beuta 1 (testimone) viene addizionata con 0,5 mi di inoculo (Se) di Saccharomyces cerevisiae (1 x IO<7>ufc/ml). La beuta 2 viene addizionata con 0,5 mi di inoculo (Se) di Saccharomyces e 0,5 mi di inoculo (Lf) di Lactobacillus fermentum (1 x 10<e>ufc/ml); la beuta 3 viene addizionata con 0,5 mi di inoculo (Se) di Saccharomyces , 0,5 mi di inoculo (Lf) di Lactobacillus fermentum e 0,5 mi di una soluzione di virginiamicina con titolo tale da avere nella beuta una concentrazione di antibiotico pari a 2 mg/1. La beuta 4 viene addizionata con 0,5 mi di inoculo (Se) di Saccharomyces , 0,5 mi di inoculo (Lf) di Lactobacillus fermentum e 0,5 mi di una soluzione di Menadione Sodio Bisolfito (1600 mg/1) di titolo tale da avere nella beuta una concentrazione di MSB pari a 20 ppm peso/peso. Successivamente le quattro beute vengono mantenute in agitazione blanda ed alla temperatura di 32°C per 72 ore. Alla fine del periodo di incubazione le quattro aliquote vengono analizzate per il loro contenuto di etanolo, di glucosio e di acido lattico. I risultati sono riportati nella tabella 1.

Tabella 1

Come risulta evidente, la contaminazione della sospensione di mais con Lactobacillus fermentum nella beuta 2 è causa di una riduzione della produzione di etanolo superiore al 23%, con un aumento di ben sette volte della concentrazione di glucosio residuo (non fermentato); a seguito dello sviluppo del Lactobacillus la guota di acido lattico è quasi quadruplicata. Come prevedibile l'aggiunta di antibiotico alla beuta 3 ha consentito di mantenere inalterata la resa produttiva di etanolo, minimizzando la quantità di glucosio residuo ed anche minimizzando la produzione di acido lattico. Sorprendentemente si è trovato che l'aggiunta di Menadione Sodio Bisolfito alla beuta 4 non solo non ha nuociuto allo sviluppo del lievito ma è riuscita ad inibire l'inoculo batterico in modo tale da produrre dei risultati di fermentazione paragonabili a quelli della beuta di controllo e di quella addizionata con virginiamicina .

Esempio 2:

Una soluzione al 20 % di Melassa viene pastorizzata a 65°C per 30 minuti. Successivamente al raffreddamento si formano cinque aliquote da 50 mi; di queste una viene mantenuta come controllo e le restanti quattro vengono addizionate ciascuna con 1 mi di inoculo (Lp) di Lactobacillus plantarum (lx IO<5>ufc/ml). Successivamente la terza aliquota viene addizionata di Virginiamicina in ragione di 2 mg/1, la quarta alìquota viene addizionata di menadione sodio bisolfito in ragione di 50 ppm mentre alla quinta si aggiunge una miscela di menadione sodio bisolfito e sodio bisolfito detta MSB-C (composizione miscela: 65% MSB e 35% sodio bisolfito) in ragione di 100 ppm. Dopo 48 h di incubazione a 25°C le cinque soluzioni presentano le caratteristiche microbiologiche riportate in tabella 2.

Tabella 2

Come risulta evidente dalla tabella, nella soluzione di controllo inoculata con Lactobacillus , la melassa subisce l'attacco dell 'inoculo batterico il cui metabolismo determina una marcata produzione di acido lattico ed un aumento drastico della carica batterica. Come prevedibile l'aggiunta di antibiotico ha bloccato lo sviluppo della carica batterica (anzi di fatto c'è stata un diminuzione della carica iniziale) e conseguente ha evitato la produzione di acido lattico. Sorprendentemente si trova che l'aggiunta di Menadione sodio Bisolfito ma anche l'aggiunta della composizione MSB-C sono in grado di inibire totalmente 1 'inoculo batterico mantenendo ai minimi la produzione di acido lattico .

Esempio 3:

Una soluzione al 30 % di glicerolo viene pastorizzata a 65°C per 30 minuti. Successivamente al raffreddamento si formano quattro aliquote da 50 mi che vengono addizionate ciascuna con 1 mi di inoculo (Oo) di Oenococcus oeni in modo tale da avere una carica batterica di 1 x IO<5>ufc/1. La prima aliquota viene mantenuta come controllo, la seconda aliquota viene addizionata di Penicillina (Pen) in ragione di 10 mg/1, la terza viene addizionata di una emulsione A di Menadione (composizione: 50% Menadione, 50% etanolo) in ragione di 20 mg/1, la quarta aliquota viene addizionata di un emulsione B di Menadione (composizione: Menadione 10%, ricinoleato 90%) in ragione di 150 mg/1. Dopo 48 h di incubazione a 25°C le cinque soluzioni presentano le caratteristiche microbiologiche riportate in tabella 3.

Tabella 3

Come risulta evidente dalla tabella, nella soluzione di controllo inoculata con Oenococcus la massa subisce l'attacco dell' inoculo batterico che determina un aumento drastico della carica batterica. Come prevedibile l'aggiunta di antibiotico ha bloccato lo sviluppo della carica batterica ed anzi ne ha diminuito la consistenza. Sorprendentemente si è trovato invece che l'aggiunta di Menadione sotto forma di diversi tipi di emulsione è in grado di inibire totalmente l'inoculo batterico mantenendo ai minimi la produzione di acido lattico.

Esempio 4:

L'attività del Menadione dimet ilpirimidinolo bisolfito è stata saggiata su due generi di muffe ubiquitariamente presenti sulle masse di cereali e di semi a concentrazioni finali di composto comprese tra 300 e 1200 ppm. Le muffe su cui sono state effettuate le prove sono: un ceppo di Aspergillus flavus, isolato da mais, di Penicillium expansum isolato da soia. In ciascun pozzetto sono stati inoculati 50 microlitri di una sospensione in PDB (Potato Dextrose Agar) di 2 x 104 conidì/ml. A ciascun pozzetto sono quindi stati aggiunti 50 microlitri una soluzione contenente PDB addizionato con una concentrazione di Menadione dimetilprimidinolo bisolfito doppia rispetto a quella finale voluta. Il controllo era rappresentato da pozzetti contenenti 100 μΐ di sospensioni (1 x IO<4>conidi/ml) di conidi in PDB. Subito dopo il loro allestimento, l'assorbanza dei singoli pozzetti delle piastre è stata determinata (tempo tO) mediante l'impiego di un lettore per piastre ELISA alla lunghezza d'onda di 426 nm. Successivamente le piastre sono state poste ad incubare in termostato per 1 settimana. A intervalli di tempo prestabiliti sono state ripetute le letture allo spettrofotometro.

L'assorbanza al tempo tO è stata sottratta a quelle ottenute ai tempi tl, t2, t3. Le crescite alle diverse concentrazioni di menadione dimetil pirimidinolo bisolfito sono state quindi confrontate con quelle osservate nel controllo per ottenere le percentuali di inibizione di crescita. I risultati sono riassunti nelle Tabelle 4a-d che riportano le percentuali di inibizione a diverse concentrazioni di menadione dimetilpirimidinolo . Tabella 4a (Conc. menadione dimetilpirimidinolo = 300

Tabella 4b (Cono, menadione dimetilpirimidinolo = 600 ppm)

Tabella 4c (Cono, menadione dimetilpirimidinolo = 900 ppm)

Tabella 4d (Cono, menadione dimetilpirimidinolo = 1200 ppro)

Come risulta evidente, sorprendentemente lo sviluppo delle muffe è stato fortemente inibito nelle due soluzioni trattate con menadione dimetil pirimidinolo bisolfito nel range di concentrazioni testate .

Esempio 5:

Del latte intero sterilizzato viene diviso in quattro aliquote da 50 mi che vengono inoculate con E. coli in ragione di lxlO<4>ufc/ml. Metà di queste aliquote sono addizionate con del Menadione Nicotinamide Bisolfito in ragione di 400 p.p.m. (trattato) mentre due non vengono addizionate di nulla (controllo). Successivamente due aliquote (un trattato ed un controllo) vengono messe in un termostato alla temperatura di 16 gradi mentre le restanti due (un trattato ed un controllo) sono mantenute alla temperatura costante di 20°C. La crescita di Escherichia coli nelle quattro alìquote viene determinata dopo 0, 16, 24 ore ed i risultati sono evidenziati nella tabella 5 e nelle figure 1 e 2.

Tabella 5

Dalla tabella e dalle figure 1-2 si evince in modo evidente che nel latte inoculato con E. coli l'aggiunta di MNB inibisce in modo drastico lo sviluppo del batterio anche in condizioni dì temperatura che diversamente darebbero luogo ad una crescita esponenziale dello stesso.

Esempio 6:

Del latte intero crudo viene diviso in quattro aliquote di cui due vengono addizionata con del Menadione Sodio Bisolfito in ragione di 200 ppm (trattato) mentre due non vengono addizionate di nulla (controllo). Successivamente due aliquote (un trattato un controllo) vengono poste in un termostato alla temperatura costante di 25°C, mentre le restanti due vengono poste in un termostato a 32°C. Su tutte le aliquote di latte viene misurato il pH ad intervalli di 2 ore. I risultati sono mostrati nella tabella 6 e nelle figure 3 e 4.

Tabella 6

L'acidificazione del latte crudo mantenuto a temperature ambiente o riscaldato è un fatto assolutamente noto nella tecnica casearia ed è ascrivibile allo sviluppo della flora microbica naturalmente presente nel latte ed in particolare dei batteri acidificanti. Sorprendentemente si è trovato che l'aggiunta di Menadione Sodio Bìsolfito è in grado di bloccare lo sviluppo delle fermentazioni e conseguentemente di frenare l'abbassamento del pH.

Come risulta evidente, lo sviluppo delle muffe è stato fortemente inibito nelle due soluzioni trattate con menadione dimetil pirimidinolo bisolfito nel range di concentrazioni testate.

Claims

RIVENDICAZIONI 1 . Uso di un composto selezionato dal gruppo consistente di menadione, derivati di menadione e loro miscele per il trattamento di una biomassa al fine di limitare la crescita di microrganismi nella biomassa medesima.
2 . Uso secondo la rivendicazione 1 in cui la biomassa è utilizzabile per la fermentazione alcoolica .
3. Uso secondo la rivendicazione 2 in cui la biomassa può essere utilizzata per la produzione di etanolo o di bevande alcooliche a mezzo Saccharomyces e la concentrazione di detto composto è compresa tra 1 e 500 ppm espressa come peso menadione/peso totale della biomassa e del composto .
4 . Uso secondo la rivendicazione 3 in cui la concentrazione di detto composto è compresa tra 10 e 400 ppm espressa come peso menadione/peso totale della biomassa e del composto.
5. Uso secondo la rivendicazione 1 in cui la biomassa è un prodotto o un sottoprodotto della produzione di biodiesel o dell'estrazione degli oli di origine vegetale.
6. Uso secondo la rivendicazione 5 in cui la biomassa è il glicerolo risultante dalla produzione di biodiesel.
7 . Uso secondo la rivendicazione 1 in cui la biomassa è un semilavorato o un intermedio o un sottoprodotto dell'estrazione degli amidi o degli zuccheri .
8. Uso secondo la rivendicazione 7 in cui la biomassa è una melassa, una borlanda, una soluzione di glucosio o di destrosio o di saccarosio o di amido.
9. Uso secondo la rivendicazione 1 in cui la biomassa è costituita da cereali, semi e loro derivati, destinati all'alimentazione.
10. Uso secondo la rivendicazione 9 in cui la biomassa è costituita da mais, orzo, frumento, riso e loro derivati, destinati all'alimentazione animale singolarmente o in miscela.
11. Uso secondo la rivendicazione 10 in cui la biomassa è un mangime.
12. Uso secondo la rivendicazione 1 in cui la biomassa è costituita da latte, siero di latte, e loro derivati in polvere, destinati all'<'>alimentazione.
13. Uso secondo la rivendicazione 12 in cui la biomassa è costituita da latte in polvere o siero di latte in polvere destinati all'alimentazione animale .
14. Uso secondo la rivendicazione 1 in cui la biomassa è costituita da sottoprodotti della macellazione o della pesca.
15. Uso secondo la rivendicazione 14 in cui la biomassa è costituita farina di carne, farina di pesce, farina di sangue, idrolizzati proteici di origine animale, grassi ed oli di origine animale.
16. Uso secondo una delle rivendicazioni precedenti in cui il composto è selezionato dal gruppo consistente di menadione, menadione sodio bisolfito (MSB), menadione potassio bisolfito, menadione nicotinamide bisolfito, menadione dimetilpirimidinolo bisolfito, menadione acido nicotinico bisolfito, menadione difosfato e loro miscele .
17 . Uso secondo una delle rivendicazioni precedenti in cui il composto è menadione.
18. Uso secondo una delle rivendicazioni 1-16 in cui il composto è menadione sodio bisolfito.
19. Uso secondo una delle rivendicazioni 1-2 e 5-18 in cui detto composto è presente in concentrazione, espressa come peso menadione/peso totale della biomassa e del composto, compresa tra 1 ppm e 50000 ppm.
20. Uso secondo la rivendicazione 19 in cui detto composto è presente in concentrazione tra 1 e 1000 ppm espressa come peso menadione/peso totale della biomassa e del composto.
21. Una composizione comprendente almeno un composto selezionato tra menadione, derivati di menadione e loro miscele ed almeno un lievito.
22. La composizione secondo la rivendicazione 21 in cui almeno un composto è menadione sodio bisolfito, almeno un lievito è Saccharomyces cerevisiae e la concentrazione di detto composto espressa come peso menadione/peso totale della biomassa e del composto è compresa tra 1 e 500 ppm .
23. Composizione derivante dalla produzione di etanolo per fermentazione e contenente almeno un composto selezionato tra menadione, i derivati di menadione e loro miscele.
24. Composizione derivante dalla produzione di biodiesel contenente menadione, i derivati di menadione e loro miscele.
25. Composizione derivante dall'estrazione degli amidi o degli zuccheri contenente menadione, i derivati di menadione e loro miscele.
26. Composizione derivante dalla spraizzazìone di latte e siero di latte contenente menadione, i derivati di menadione e loro miscele.
27. Composizione derivante dalla essiccazione di farine di carne e farine di pesce contenente menadione, i derivati e loro miscele.
28. Uso della composizione secondo le rivendicazioni 23-27 per l'alimentazione animale.