ITMI980388A1 - Procedimento per il trattamento di acque di vegetazione in particolare per acque provenienti dalla spremitura di olive - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un procedimento per il trattamento di acque di vegetazione, in particolare per acque provenienti dalla spremitura di olive.

Più specificatamente la presente invenzione si riferisce ad un procedimento per il trattamento di acque risultanti dalla spremitura delle olive per ottenere olio extra-vergine ad uso alimentare.

L'olio di oliva viene ottenuto sottoponendo le olive a spremitura in frantoio e quindi estraendo il residuo oleoso dalla polpa macinata mediante l'utilizzo di opportuni solventi organici che permettono di solubilizzare il residuo oleoso dalla polpa macinata. L'olio risultante dall'estrazione presenta però l'inconveniente di presentare tracce dei solventi organici utilizzati.

Dalle operazioni di spremitura ed estrazione risultano, come sottoprodotto di lavorazione le acque di vegetazione.Queste acque incorporano, quali componenti principali, pectine, cellulose, emiceìlulose,alcooli superiori, pigmenti fenolici e composti polifenolici, lipidi, fosfati e sali.

Le pectine sono costituite da polimeri zuccherini ed acido galatturonico, glucaronico e pentasaccaridi, le cellulose da polimeri del D-glucosio, le emiceìlulose da polimeri di acido glucaronico e pentosani, gli alcoli superiori da derivati della lignina proveniente dal nocciolo della drupa, i composti poli e fenolici sono fenol derivati della cuticola del seme e delle foglie, i fosfati ed i sali di metalli sono di calcio,manganese, zinco e potassio contenuti nel citosol e nocciolo.

Le acque di vegetazione presentano impurità e tracce di solventi organici che costituiscono agenti inquinanti di natura tale da pregiudicare un loro possibile utilizzo in agricoltura, zootecnia.

Inoltre, la presenza di inquinanti organici rende necessario un loro smaltimento.

Attualmente le tecnologie di depurazione di queste acque non sono risultate soddisfacenti in quanto non realizzano un'efficace estrazione delle componenti fenoliche. Questi insuccessi sono principalmente da ascrivere sia alla natura delle acque di vegetazione che incorporano rapporti C/N/P sbilanciati ed anche alla presenza di polifenoli e lipidi.

Allo stato attuale si sente pertanto l'esigenza di disporre di una metodologia che consenta una efficace depurazione delle acque di vegetazione senza ricorrere a costose operazioni di smaltimento.

Uno scopo generale della presente invenzione consiste nel fornire un procedimento che consenta un'efficace depurazione delle acque di vegetazione ed eliminazione delle tracce di solventi utilizzati nella fase di estrazione.

Un ulteriore scopo della presente invenzione consiste nel provvedere un procedimento per i l trattamento delle acque di depurazione che consenta di ottenere delle sostanze organiche e minerali utilizzabili in zootecnia ed agricoltura unitamente ad una efficace depurazione delle acque.

Si è ora trovato che un'efficace depurazione viene ottenuta sottoponendo le acque di vegetazione a due vie metaboliche che si avvalgono di un processo biochimico e di un processo microbiologico.

Nel processo biochimico viene realizzata la metabolizzazione dei macropolimeri presenti nelle acque di vegetazione attraverso una scissione biochimica ad òpera di selezionati enzimi.

Nel processo microbiologico viene realizzata una metabolizzazione dei macropolimeri presenti nelle acque di vegetazione ad opera di biomasse (masse biologiche in cui sono presenti microorganismi) selezionate e specializzate. Alla luce dei sopra menzionati scopi e di altri ancora che appariranno più evidenti in seguito, viene fornito, in accordo con la presente invenzione, un procedimento per il trattamento di acque di vegetazione, in particolare per acque provenienti dalla spremitura di olive, comprendente:

- un trattamento biochimico in cui dette acque vengono poste a contatto con un enzima per l'attacco lipidico, un enzima per l'attacco di polifenoli ed un enzima per l'attacco di polisaccaridi ed

- un trattamento microbiologico in cui le acque vengono sottoposte ad una fase di metabolizzazione dei fenoli, polifenoli e lipidi, una fase di metabolizzazione delle pectine, cellulose ed emicellulose ed una fase di metabolizzazione ifornicetica.

Entrambi i trattamenti producono biomasse da integrare al nucleo umatico per la produzione di humus per uso agricolo e biomasse ad alto valore proteico da impiegarsi, previo essiccamento, in zootecnia.

In accordo con una forma di realizzazione dell'invenzione nello svolgimento del trattamento biochimico, l'enzima per operare l'attacco lipidico è una lipasi, l'enzima per operare l'attacco dei polifenoli è una polifenol-ossidase e l'enzima per operare l'attacco di polisaccaridi è una cellulasi.

Poiché gli enzimi utilizzati nell'ambito della presente invenzione sono attivi all'interno di ristretti intervalli di pH viene vantaggiosamente previsto che l'attacco lipidico sia realizzato in ambiente con un pH compreso tra 4,6 e 5,8; l'attacco dei fenoli e polifenoli abbia luogo in ambiente con pH compreso tra 4,6 e 5,8 e che l'attacco di polisaccaridi abbia luogo in ambiente con un pH compreso tra 6,5 e 7,5.

Vantaggiosamente, il trattamento biochimico si attua in un'unica fase con i tre gruppi di enzimi precedentemente descritti preparati a parte ed addizionati all'acqua di vegetazione in maniera da realizzare il seguente ordine di attacco sul substrati: attacco lipidico, attacco poli e fenoli, attacco polisaccaridi.

Gli enzimi utilizzati nella presente invenzione possono essere preparati in opportuni reattori posti in prossimità dell'impianto di trattamento delle acque di vegetazione oppure possono essere utilizzati preparati enzimatici in forma liofilizzata.

A titolo di esempio, l'enzima lipase può essere preparato addizionando in un reattore contenente acqua, una miscela 70% in peso di estratto di lievito e 30% in peso di peptone in un quantitativo pari a 8 g/1.

Si bilancia quindi il pH con H3P0420% in peso fino a pH 4,8-5 e si inocula una coltura di Yarrowia Lipolytica che produce lipase extra-cellulare, mantenendo in aerobiosi fino allo sviluppo massimale cellulare che corrisponde alla massima produzione di lipase extracellulare.

Il mantenimento del pH è asservito da pHmetro in automatico, la base utilizzata è NaOH 5% in peso,mentre l'acido è H3PO4 al 20% in peso.

Il liquido cellulare viene prelevato in ragione di 2/3 del suo volume ed inviato mediante pompa volumetrica in un serbatoio da cui viene prelevato ed immesso in una centrifuga nella quale viene separata una biomassa, essenzialmente costituita dalla fase solida del brodo di coltura e dalla lipase.

In maniera analoga si prepara l'enzima laccase addizionando, all'interno di un secondo reattore contenente un brodo di coltura del tipo sopra descritto, un microrganismo produttore di polifenolossidase quale, ad esempio, Foemus Fomentarius, mantenendo in aerobiosi fino allo sviluppo massimo cellulare, che corrisponde alla massima produzione di laccase. Il pH di esercizio viene mantenuto come in precedenza descritto utilizzando NaOH 5% in peso ed acido fosforico 20% in peso.

Il liquido cellulare viene prelevato mediante pompa volumetrica ed inviato alla centrifuga in cui si opera la separazione di una biomassa ricca in laccase.

Analogamente si possono preparare gli enzimi cellulase e pectidase caricando un terzo reattore con acqua ed addizionato di estratto di carne in ragione di 3g/l, bilanciando quindi il pH con H3P0420% in peso e NaOH 5% in peso fino al raggiungimento di pH6,8 /- 0,1, quindi insemenzando con una coltura densa comprendente Cellulomonas sp, che produce cellulase extracellulare e Baci11us Polimixa che produce pectidase (acido pecticotrans-eliminase).

Il reattore viene quindi mantenuto in aerazione fino allo sviluppo massimo di cellule insemenzate, successivamente inviato ad una centrifuga, e sottoposto a centrifugazione, ottenendosi un surnatante ricco in pectidase.

Gli enzimi neo-sintetizzati vengono quindi utilizzati nel trattamento biochimico per realizzare l'attacco enzimatico.

In accordo con una forma di realizzazione preferita del procedimento dell'Invenzione il trattamento microbiologico include:

- una fase di metabolizzazione dei fenoli, polifenoli e lipidi in cui è inoculato un micete della famiglia delle ifomicetacee, preferibilmente Candida Tropicalis e/o Yarrowia Lipolytica;

- una fase di metabolizzazione delle pectine, cellulose ed emicellulose in cui è inoculato un microorganismo appartenente alla famiglia delle bacteriacee, preferibilmente scelto tra Cellulomonas sp, Bacillus polimixa ed Alcaligens sp;

- una fase di metabolizzazione ifornicetica comprendente l'inoculo di almeno uno di Saccaromyces cerevisiae codice ATCC 20252, Schizosaccharomyces Pombe e Saccharomyces Cerevisiae codice ATCC 16041.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell'invenzione risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione di una forma di esecuzione preferita,ma non esclusiva, di un procedimento per il trattamento di acque di vegetazione, in particolare per acque provenienti dalla spremitura di olive, illustrata a titolo indicativo con l'ausilio dell'unica che illustra, schematicamente, un impianto per il trattamento di acque di vegetazione in accordo con la presente invenzione.

In particolare, con riferimento alla citata figura, un reattore enzimatico 2 viene caricato con acqua di vegetazione prelevata da un serbatoio di stoccaggio 1. L'acqua presente nel reattore 2 viene quindi portata ad una temperatura compresa tra 27 e 30°C, corretta a pH 5 /-0.1 pH ed addizionata, sotto agitazione, di enzima lipase, in un quantitativo sostanzialmente stechiometrico rispetto al quantitativo di lipidi presenti, determinato preliminarmente su un campione di acqua da trattare. La scissione dei lipidi ad opera della lipase si compie in ca. 2 minuti. Al termine di questa fase, il liquido risultante viene addizionato di enzima laccase in un quantitativo sostanzialmente stechiometrico rispetto ai fenoli e polifenoli presenti nel liquido. La reazione enzimatica ha una durata di circa 4-5 minuti.Successivamente il liquido viene portato a pH 6,8 /-0.1 ed addizionato degli enzimi cellulase e pectin-liase per realizzare l'attacco sui polisaccaridi. Il tempo di questa fase è di ca.2-3 minuti.

I quantitativi degli enzimi da utilizzare sono funzione della composizione delle acque di vegetazione e sono determinati empiricamente su un campione di acqua da trattare in maniera tale da essere il più vicino possibile alle quantità stechiometriche. Al termine del trattamento biochimico il liquido viene stoccato in un serbatoio 4. Il liquido trattato viene quindi prelevato dal serbatoio ed inviato mediante pompe dosatrici, in un reattore aerofilo 4 dotato di agitatore meccanico a pale ed asserviti delle strumentazioni di controllo per l'ottimizzazione di processo (temperatura, pH, O2) con modalità batch.

All'interno del reattore 3 viene attuato il bilanciamento dell'azoto prelevando da un serbatoio 5 una miscela 50/50 di NH4S0420% in peso e NH4HP0420% in peso in un quantitativo pari a 0,4 g/1. La correzione ed il mantenimento di valori di pH in prossimità di 5,5 (+/- 0,1 pH) è ottenuta prelevando rispettivamente H2S04 al 10% in peso e NaOH al 5% in peso da due recipienti 6 e 7. Al raggiungimento del valore di pH si inocula nel reattore 3 una densa coltura di ceppi di Candida Tropicalis e di Yarrowia Lipolytica che agiscono sulle acque degradando, rispettivamente, fenoli -polifenoli e lipidi.

Quando le biomasse insemenzate raggiungono il valore esponenziale massimo di crescita vengono prelevate, mediante pompa volumetrica, in ragione di 1/10 di volume dì acqua di vegetazione, per ripristinare il ciclo successivo e trasferite in un recipiente 8. Dal recipiente 8 le acque vengono centrifugate in 10 e le biomasse inviate ad un processo di umidificazione descritto in una domanda di brevetto copendente della stessa richiedente, Il surnatante viene inviato in un recipiente 9 e quindi ad un secondo reattore 11 dove viene realizzata la fase di metabolizzazione delle pectine,cellulose ed emicellulose.

Al'interno del reattore 11 il surnatante viene addizionato di una soluzione acida di H2S04 al 20% provenienti da un contenitore di stoccaggio 12 e di una soluzione basica di NaOH al 10% proveniente da un contenitore di stoccaggio 13, sino al raggiungimento di pH 6,8 {+/- 0,1).

Una volta corretto il valore del pH viene inoculato una densa coltura includente Cellulosa sp che produce cellulase extracellulare, Bacillus Polimixa che produce pectidase e Alcaligens sp che produce lipase.

Quando le biomasse insemenzate raggiungono il massimo esponenziale della curva di crescita vengono prelevate ed inviate ad un recipiente 14 dal quale sono successivamente prelevate e centrifugate in una centrifuga 15. Le biomasse separate durante la centrifugazione vengono inviate alla produzione di humus, mentre il surnatante viene inviato al recipiente di stoccaggio 16. In questa fase si ha un catabolismo ricco di pentosani acido glucuronico e gluconico accanto ad una serie di aminoacidi ottimali per una metabolizzazione ifornicetica.

Il surnatante viene quindi inviato nel reattore 17 dove il pH viene regolato ad un valore pari a 5 (+/- 0,1 pH) mediante una miscela 1:1 di H2SO4 al 20% e H3PO4 al 20%. Le eventuali variazioni di pH registrate durante la fase di metabolizzazione sono corrette mediante raggiunta di acido 0 di una base prelevati rispettivamente dai recipienti 18 e 19. Il mantenimento dei corretti valori di pH è assicurato dalla presenza di un pHmetro automatico. Nel reattore 17 viene quindi insemenzata una densa coltura comprendente Saccaromyces Cerevisiae che degrada petrolio, produce etanolo da miscela di esosi e pentosi e degrada melobiosio, e Schizosaccharomyces Pombe che degrada l’acido malico.

Quando le biomasse raggiungono il massimo esponenziale della curva di crescita vengono prelevate ed inviate al recipiente di stoccaggio 20 per poi essere trasferite nella centrifuga 21 dove si separano due fasi. La fase inferiore, costituita da una biomassa viene trasferita all'interno di un filtro a pressa 24 dove viene pressata e quindi trasferita nell'essiccatore 25 del tipo a spatola a secco. Una volta essiccata la biomassa viene insaccata ed utilizzata come proteina per zootecnia.

Il surnatante che si separa nella centrifuga 21 viene inviato in un recipiente di stoccaggio 22 e quindi trasferito in un reattore 23 dove viene depurato mediante attività saprobia, utilizzando un procedimento descritto in una domanda di brevetto italiana a nome della stessa richiedente.

Il procedimento ha luogo in maniera sincronizzata in maniera tale da avere gli esercizi biologici di metabolizzazione in fase ottimale, controllando i tempi di ritenzione dimensionando i reattori in funzione dei volumi scaricabili.

Il procedimento dell'invenzione produce sia biomasse da integrare al nucleo umatico per la produzione di humus ad uso agricolo, che biomasse ad alto valore proteico da utilizzarsi, dopo essiccamento, in zootecnia.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per il trattamento di acque di vegetazione, in particolare per acque provenienti dalla spremitura di olive, caratterizzato dal fatto di comprendere: - un trattamento biochimico iniziale in cui dette acque vengono sottoposte ad una prima fase di attacco enzimatico dei lipidi, ad una seconda fase di attacco enzimatico dei fenoli ed una terza fase di attacco enzimatico dei polisaccaridi ed - un trattamento microbiologico in cui le acque vengono sottoposte ad una fase di metabolizzazione dei fenoli, polifenoli e lipidi, una fase di metabolizzazione delle pectine, cellulose ed emicellulose ed una fase di metabolizzazione ifornicetica.
2. 2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che nella prima fase del trattamento biochimico l'attacco enzimatico dei lipidi viene attuato da una ìipase, nella seconda fase l'attacco enzimatico dei fenoli viene attuato da una poiifenol-ossidase e nella terza fase l'attacco enzimatico dei polisaccaridi viene attuato da un enzima scelto tra una cellulase, una pectin-liase e loro miscele.
3. 3. Procedimento secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che nel trattamento biochimico la fase di attacco lipidico viene realizzata in ambiente a pH compreso tra 4,6 e 5,8, la fase di attacco dei fenoli in ambiente a pH compreso tra 4,6 e 5,8 e la fase di attacco dei polisaccaridi in ambiente a pH compreso tra 6,5 e 7,5.
4. 4. Procedimento secondo la rivendicazione 1,caratterizzato dal fatto che detta fase di metabolizzazione dei fenoli o polifenoli e lipidi comprende l'inoculo di una coltura di almeno un ifornicete.
5. 5. Procedimento secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che detto ifomicete è scelto dal gruppo consistente in Candida Tropicalis, Yarrowia Lipolitica e loro miscele.
6. 6. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta fase di metabolizzazione delle pectine, cellulose ed emicellulose comprende l'inoculo di una coltura di un microorganismo appartenente alla famiglia delle Bacteriacee.
7. 7. Procedimento secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che i l microorganismo appartenente alla famiglia delle Bacteriacee è scelto dal gruppo consistente in Cellulomonas sp, Bacillus Polimixa, Alcaligens sp e loro miscele.
8. 8. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta fase di metabolizzazione 1fornicetica comprende l'inoculo di un ifomicete scelto dal gruppo consistente un Saccaromyces Cerevisiae, un Schizosaccharomyces Pombe e loro miscele.
9. 9. Procedimento secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che detto ifomicete è scelto dal gruppo consistente in Saccaromyces Cerevisiae codice ATCC 20252, Saccaromyces Cerevisiae codice ATCC 16041 e loro miscele.
10. 10. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-9, caratterizzato dal fatto che nel trattamento microbiologico la fase di metaboiizzazione dei fenoli, e lipidi viene realizzata in un ambiente a pH compreso tra 5 e 6, la fase di metabolizzazione delle pectine, cellulose ed emicellulose viene realizzata in un ambiente a pH compreso tra 6,3 e 7,3 e la fase di metabolizzazione ifomicetica viene realizzata in un ambiente con pH compreso tra 4,5 e 5,5.