Dai microrganismi una classe di enzimi per il degommaggio degli oli vegetali

La raffinazione degli oli vegetali

La raffinazione degli oli vegetali (Fig. 1) è un processo industriale che caratterizza gli oli impiegati in tantissimi settori produttivi come quello alimentare, farmaceutico e cosmetico. La raffinazione permette di ottenere un prodotto commestibile caratterizzato da ottima conservabilità e alta qualità.

Fotografia dello stato degli oli vegetali durante il processo di raffinazione che parte dall’olio grezzo (crude oil) fino ad arrivare all’olio privo di impurità pronto per l’utilizzo (refined oil).
Figura 1 – Fotografia dello stato degli oli vegetali durante il processo di raffinazione che parte dall’olio grezzo (crude oil) fino ad arrivare all’olio privo di impurità pronto per l’utilizzo (refined oil).

Per raffinazione si intende il trattamento dell’olio grezzo, dopo l’estrazione o la spremitura del seme o del frutto (come nel caso dell’olio d’oliva).

Vi sono differenti fasi che caratterizzano un processo di raffinazione, le quali generano trasformazioni chimiche e fisiche dell’olio. Una di queste fasi di processo è rappresentata dal degommaggio. Inoltre, esistono differenti tipologie di raffinazione, in funzione del prodotto che si vuole ottenere.

L’obiettivo dei trattamenti chimico-fisici è quello di eliminare i difetti dell’olio dovuti alle condizioni climatiche e ambientali nelle quali il frutto è maturato, è stato raccolto e franto. Tali difetti possono essere rappresentati da acidi grassi liberi, solidi sospesi, gliceridi solidi, aldeidi, chetoni e prodotti di ossidazione.

Il degommaggio degli oli vegetali

Il degommaggio è lo step del processo di raffinazione volto a rimuovere i lipidi polari, come fosfolipidi, glicolipidi e proteolipidi, e le gomme o resine presenti negli oli vegetali.

Il processo tradizionale di degommaggio viene realizzato miscelando l’olio con un acido, in genere acido solforico o fosforico, a bassa concentrazione (<2% rispetto al peso dell’olio) per breve tempo. Il degommaggio acido ha il vantaggio di potersi integrare facilmente con il successivo step di neutralizzazione alcalina (Fig. 2).

Rappresentazione schematica delle fasi di stoccaggio, degommaggio e neutralizzazione del processo di raffinazione degli oli vegetali.
Figura 2 – Rappresentazione schematica delle fasi di stoccaggio, degommaggio e neutralizzazione del processo di raffinazione degli oli vegetali.

Tale trattamento chimico consente la solubilizzazione in acqua dei lipidi polari e di altre impurezze dell’olio.

Negli ultimi due decenni, in ottica di sostenibilità ambientale dei processi industriali, sono stati studiati e ottimizzati processi di degommaggio enzimatico. Tale approccio innovativo ha lo scopo di sostituire l’utilizzo di acidi e basi forti, inquinanti e pericolosi, con enzimi green.

Enzimi innovativi per il degommaggio degli oli vegetali

Un ulteriore importante vantaggio dell’utilizzo di enzimi nel degommaggio degli oli vegetali consiste nella riduzione della perdita di olio durante il processo. Ovviamente, la riduzione delle perdite di olio deve ripagare il costo dell’enzima al fine di rendere tale approccio economicamente vantaggiato (Fig. 3).

Fotografia della differenza tra degommaggio e neutralizzazione con approcci chimici tradizionali (a sinistra) e degommaggio enzimatico seguito da neutralizzazione (a destra). L’uso di enzimi incrementa il recupero di olio a parità di volume.
Figura 3 – Fotografia della differenza tra degommaggio e neutralizzazione con approcci chimici tradizionali (a sinistra) e degommaggio enzimatico seguito da neutralizzazione (a destra). L’uso di enzimi incrementa il recupero di olio a parità di volume.

Il degommaggio enzimatico comporta l’idrolisi dei fosfolipidi, che ne facilita la rimozione efficiente con un più basso impatto ambientale e con una minore perdita di olio vegetale (Fig. 4).

Rappresentazione schematica del processo di degommaggio enzimatico dell’olio grezzo al fine di ottenere un olio vegetale raffinato a più alta qualità.
Figura 4 – Rappresentazione schematica del processo di degommaggio enzimatico dell’olio grezzo al fine di ottenere un olio vegetale raffinato a più alta qualità.

Tra gli enzimi più utilizzati nelle miscele enzimatiche brevettate e disponibili in commercio (come ad esempio EnzyMax®, Lecitase® Novo e Purifine™) vi sono le fosfolipasi A, C e D.

Gli enzimi in grado di rimuovere gli acidi grassi dai fosfolipidi sono convenzionalmente chiamati fosfolipasi A (PLA) e B (PLB). Vi è anche la distinzione tra PLA 1 e 2 a seconda della posizione dell’acido grasso rimosso dalla catena del glicerolo (Fig. 5).

La fosfolipasi C (PLC) è in grado di rimuovere il gruppo polare dei fosfolipidi (fosfoestere) e generare un digliceride per ogni molecola di fosfolipide reagita. Infine, la fosfolipasi D (PLD) è responsabile dell’idrolisi del legame estereo tra il gruppo fosfato e il residuo alcolico della testa polare (Fig. 5).

Rappresentazione schematica del meccanismo di idrolisi specifico per ogni classe di fosfolipasi.
Figura 5 – Rappresentazione schematica del meccanismo di idrolisi specifico per ogni classe di fosfolipasi.

Microrganismi per la produzione industriale di fosfolipasi per degommaggio

Tra le multinazionali biotecnologiche, quelle attualmente in grado di produrre miscele enzimatiche commerciali idonee per il processo di degommaggio degli oli vegetali su scala industriale sono Novozymes, Verenium, DSM, Danisco e AB Enzymes.

Gli enzimi PLA 2 sono prodotti grazie a processi di fermentazione su scala industriale basati sull’impiego delle specie microbiche Trichoderma reesei, Streptomyces violaceoruber e Aspergillus niger. Gli enzimi PLA 1 sono prodotti da Fusarium oxysporum e Thermomyces lanuginosa. Infine, gli enzimi PLC sono prodotti dal lievito Pichia pastoris.

Anche in questo caso, la microbiologia industriale offre importanti strumenti per favorire quella sempre più necessaria transizione ecologica verso processi produttivi industriali sostenibili e rispettosi dell’ambiente e di tutte le forme di vita presenti nella biosfera.

Nicola Di Fidio

Sitografia:

Bibliografia:

  • Holm, C. H., Nielsen, P. M., Longin, F., Landvik, S. M., Brask, J., Borch, K., Li, M. (2020). U.S. Patent Application No. 16/491,093.

Crediti immagini:

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