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Biotecnologie per la produzione sostenibile di biopolimeri e la degradazione/valorizzazione di plastiche tradizionali di rifiuto e microplastiche

Parole chiave: plastiche di scarto, biopolimeri, valorizzazione, biodegradazione.

La ricerca ha l’obiettivo di individuare soluzioni ai problemi ambientali riconducibili a produzione e consumo di plastiche, ottenute su scala industriale da risorse fossili ed accumulate nei comparti ambientali in cui vengono smaltite in virtù della loro scarsissima biodegradabilità. A tale scopo, può essere strategico lo sfruttamento di risorse rinnovabili per la produzione di biopolimeri microbici, completamente biodegradabili, che possano sostituire le plastiche tradizionali in definite applicazioni. In particolare, i poliidrossialcanoati (PHA) sono poliesteri accumulati da alcuni batteri aerobici come risorsa di carbonio ed energia in condizioni di stress metabolico legato all’assenza di uno o più nutriliti. Ad oggi, i PHA sono prodotti industrialmente utilizzando substrati zuccherini ottenuti per mezzo di colture dedicate. Obiettivo della ricerca è la sostituzione di detti substrati con rifiuti tipici dell’area mediterranea, quali acque di vegetazione olearia e vinacce. Al fine di poter essere metabolizzato dalle colture microbiche in grado di accumulare PHA, il materiale organico degli scarti deve essere convertito in acidi grassi volatili (VFA) in processi di digestione anaerobica acidogenica. I VFA possono quindi essere utilizzati al posto dei substrati zuccherini di cui sopra.

La biodegradazione/valorizzazione di plastiche di rifiuto rappresenta una ulteriore possibile strategia per i fini descritti sopra. L’attività di ricerca ri-guarda lo sviluppo di metodologie e protocolli per l’arricchimento e l’isolamento di colture batteriche pure e di consorzi microbici in grado di degradare diversi tipi di plastiche, ed in particolare: polietilene; polipropilene; polistirene; polivinilcloruro. A tal fine, campioni di diversi materiali ottenuti da ambienti marini, terrestri, da siti di discariche e di compostaggio verranno utilizzati come fonte di microrganismi potenzialmente in grado di biodegradare le pla-stiche. Detti microrganismi verranno isolati e la loro attività biodegradativa verrà confrontata con quella di diversi ceppi di collezioni pubbliche e private. Inoltre, sarà valutata la possibilità di riutilizzare i prodotti di depolimerizzazione enzimatica dei polimeri oggetto di studio nell’obiettivo della loro valorizzazione.

Principali pubblicazioni

Scoma A., Bertin L., Fava F. (2013). Effect of hydraulic retention time on biohydrogen and vol-atile fatty acids production during acidogenic di-gestion of dephenolized olive mill wastewaters. Biomass and Bioenergy 48, 51-58.

Raddadi N., Crotti E., Rolli E., Marasco R., Fava F., Daffonchio D. (2012). The most important Bacillus species in biotechnology. In ESTIBALIZ SANSINENEA. Bacillus thuringiensis Biotechnology. p. 329-345, Max Haring-Springer press, Netherlands.

Giacomucci L., Toja F., Sanmartín P., Toniolo L., Prieto B., Villa F., Cappitelli F. (2012). Degradation of nitrocellulose-based paint by Desulfovibrio desulfuricans ATCC 13541. Biodegradation, 23, 705–716.

Scoma A., Bertin L., Zanaroli G., Fraraccio S., Fava F. (2011). A physicochemical–biotechnological approach for an integrated valorization of olive mill wastewater. Bioresource technology 102, 10273-10279.

Bertin L., Lampis S., Todaro D., Scoma A., Vallini G., Marchetti L., Majone M., Fava F. (2010) Anaerobic acidogenic digestion of olive mill wastewaters in biofilm reactors packed with ce-ramic filters or granular activated carbon. Water Research 44, 4537-49.

Beccari M., Bertin L., Dionisi D., Fava F., Lampis S., Majone M., Valentino F., Vallini G., Villano M. (2009). Exlopiting olive mill effluents as a renewable resource for production of biodegradable polymenrs through a combined anaerobic-aerobic process. J. Chem. Technol. Biotechnol. 84(17), 901-908.

Progetti di ricerca correlati

EU FP7-KBBE-2012.3.5-02 Project ID. 312100: BIOCLEAN (New BIOtechnologiCaL approaches for biodegrading and promoting the environmEntal biotrAnsformation of syNthetic polymeric materials)

EU FP7-KBBE-2010-4 Project ID. 266473: ULIXES (Unravelling and exploiting Mediterra-nean Sea microbial diversity and ecology for xe-nobiotics’ and pollutants’ clean up).

EU FP7-KBBE-2010-4 ID. 265669 Project: ECOBIOCAP (Ecoefficient Biodegradable Com-posite Advanced Packaging).

EU FP7-2012-ID 311933 Project: WA-TER4CROPS (Integrating bio-treated wastewater with enhanced water use efficiency to support the Green Economy in EU and India).