Un nuovo modello di economia circolare: bioconversione dei reflui inquinanti dell’industria dell’olio

Un trattamento aerobico ad opera di comunità batteriche rappresenta una strategia di biorisanamento delle acque di vegetazione dell’industria dell’olio

Il problema ambientale dell’industria dell’olio

L’Italia è senza dubbio uno dei maggiori produttori di olio d’oliva al mondo. L’elevata qualità dell’olio prodotto ha determinato negli ultimi decenni un notevole aumento della produzione dovuta ad un aumento della richiesta.

Sebbene ciò rappresenti un aspetto vantaggioso dal punto di vista economico non è possibile affermare altrettanto dal punto di vista ambientale. L’estrazione dell’olio d’oliva genera un residuo solido (sansa) e una corrente di scarto liquida, definita con il termine di “acque reflue di vegetazione” (Fig. 1).

Fotografia delle vasche di raccolta dell’olio (a destra) e delle acque reflue di vegetazione (a sinistra) in un impianto di produzione di olio d’oliva.
Figura 1 Fotografia delle vasche di raccolta dell’olio (a destra) e delle acque reflue di vegetazione (a sinistra) in un impianto di produzione di olio d’oliva.

Tali acque sono caratterizzate da un elevato contenuto di sali inorganici e di materia organica (Chemical Oxigen Demand, COD, compresa nel range 50-150 g/L). Quest’ultima è costituita da composti azotati, acidi organici, zuccheri, tannini, pectine, carotenoidi, residui di olio e sostanze fenoliche.

La presenza di tutte queste sostanze impedisce lo sversamento diretto delle acque di vegetazione nei corpi idrici o sul suolo. Per questo motivo il trattamento delle acque reflue dell’industria dell’olio sta attraendo un’attenzione crescente sia dal punto di vista tecnologico sia da quello scientifico, al fine di trovare delle soluzioni efficienti ed economiche.

Come trasformare il problema in opportunità ed il rifiuto in risorsa

La strategia più semplice ed economica per lo smaltimento di questo sottoprodotto non trattato consiste nello sversamento diffuso e controllato sul suolo. Questa scelta, però, può avere sia effetti positivi sia negativi sui campi agricoli.

Conseguenze negative potrebbero essere correlate all’elevato contenuto di sali minerali, al basso pH e all’abbondanza di composti con attività fitotossica e antimicrobica.

Per cui negli anni sono stati sviluppati degli approcci di natura fisica, fisico-chimica e/o biologici volti, da un lato, ad abbattere la materia organica e i sali delle acque di vegetazione, e dall’altro lato, a recuperare tutti quei composti ad elevato valore aggiunto, come fenoli, zuccheri, pectine, tannini e carotenoidi, in accordo con il nuovo modello di economia circolare.

Infatti, la filosofia di considerare i reflui oleari come materia prima, per un secondo utilizzo dei prodotti ottenuti dalla lavorazione delle olive, ha dato origine a numerose ricerche volte ad ottenere prodotti a medio o alto valore aggiunto e al contempo l’abbattimento del potere inquinante con miglioramento dell’impatto ambientale dei processi produttivi dell’olio d’oliva.

Uno degli approcci biologici più promettenti consiste nel trattamento aerobico in presenza di consorzi microbici in grado di degradare gli inquinanti attraverso il proprio metabolismo ossidativo.

I batteri più performanti, finora scoperti e studiati, appartengono ai generi Arthrobacter, Sphingomonas, Ralstonia, Bacillus, Pseudomonas, e Azotobacter (Fig. 2).

Figura 2 Coltura su terreno solido della specie Azotobacter chroococcum impiegata per il biorisanamento delle acque reflue dell’industria dell’olio.

I batteri del genere Azotobacter

Il genere Azotobacter include batteri azotofissatori liberi, diffusi sia in terreni neutri che alcalini, in acqua e nei sedimenti. A causa del basso contenuto in composti organici azotati e della ricchezza di fonti di carbonio, le acque di vegetazione sono un substrato ideale per la crescita dei batteri azotofissatori.

Diversi studi scientifici hanno dimostrato che le specie batteriche Azotobacter chroococcum (Fig. 2) e Azotobacter vinelandii sono capaci di fermentare la sostanza organica presente nelle acque di vegetazione e bioconvertirla in biomassa cellulare.

Inoltre, entrambe le specie hanno mostrato la capacità di utilizzare composti aromatici come fonte di energia, contribuendo ancora di più al biorisanamento delle acque. In aggiunta, A. vinelandii è in grado di produrre metaboliti promotori della fertilità del suolo ed esopolisaccaridi.

Ciò rappresenta uno schema di economia circolare nel quale, a partire dai sottoprodotti inquinanti della produzione dell’olio d’oliva si giunge alla produzione di prodotti ad elevato valore aggiunto con, addirittura, un effetto benefico sul suolo.

Prospettive dei futuri modelli di bioraffineria delle acque di vegetazione

Un’utilizzazione ancora poco esplorata delle sanse e delle acque di vegetazione si basa sulle bioconversioni in fase solida e in fase sommersa per la produzione di intermedi per l’industria e di chimica fine.

Ciò è reso possibile dalla presenza di sostanze aromatiche con un ampio spettro di pesi molecolari, definite fenoli e polifenoli, che possono essere considerate precursori di molecole antiossidanti e coloranti nonché di composti farmacologicamente attivi, come i chinoni. Alcuni di questi composti, ad esempio i flavonoidi, si prestano ad essere convertiti, mediante processi ossidativi selettivi, in flavoni bioattivi e coloranti cianici (antocianine).

I processi di biodegradazione degli scarti della produzione dell’olio si basano su un insieme di reazioni biochimiche che possono essere riassunte in reazioni di idrolisi, per la demolizione di molecole ad elevato peso molecolare (pectine, polisaccaridi, grassi, ecc.), e reazioni di ossidazione, per la demolizione delle sostanze aromatiche ad opera degli enzimi ossidasi e perossidasi.

Grazie all’ampio spettro di enzimi e microorganismi offerti dalla microbiologia, in futuro sarà possibile ottenere tantissimi composti organici a più basso peso molecolare, i quali potranno essere utilizzabili come “materie prime” seconde in modelli innovativi di bioraffineria.

Nicola Di Fidio

Sitografia:

Bibliografia:

  • McNamara, C. J., Anastasiou, C. C., O’Flaherty, V., & Mitchell, R. (2008). Bioremediation of olive mill wastewater. International Biodeterioration & Biodegradation, 61(2), 127-134.
  • Laconi, S., Molle, G., Cabiddu, A., & Pompei, R. (2007). Bioremediation of olive oil mill wastewater and production of microbial biomass. Biodegradation, 18(5), 559-566.
  • Soupioni, M., Drenogianni, K., & Balamatsi, M. (2019). Bioconversions of olive oil mill wastewaters blends. Global Nest Journal, 21(1), 14-18.

Crediti immagini:

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