Valorizzare i rifiuti vitivinicoli per produrre nutraceutici, cosmetici e biocarburanti.
La filiera enologica produce ogni anno enormi quantità di rifiuti lungo la catena di produzione. In un’ottica di sostenibilità ed economia circolare a scarto zero negli ultimi anni si stanno mettendo a punto nuove strategia per il recupero degli elementi di rifiuto. La maggior parte degli imprenditori vinicoli affermano di conferire le vinacce in distilleria per la produzione di Grappa, mentre vengono smaltiti come rifiuti raspi, fecce e acque reflue (ENEA, 2018).
Tali matrici contengono molte molecole bioattive che possono essere recuperate ed utilizzate nei settori della nutraceutica e della cosmesi. Mentre le grandi biomasse di di scarti possono essere utilizzate per la produzione di bioenergie. Ciò consente di dare un valore aggiunto alla coltura e ridurre i costi legati ai rifiuti da smaltire.
I sottoprodotti
L’uva è una delle coltivazioni maggiori al mondo e circa l’80% del raccolto totale viene dedicato alla produzione di vino.
La produzione mondiale di uva nel 2014 si è attestata sulle 75 milioni di tonnellate, e la produzione globale di vino è risultata
essere di 270 milioni di ettolitri; di questi 170 milioni di ettolitri sono prodotti in Europa mentre la produzione italiana si attesta a 44 229 ettolitri.
Da un’indagine pubblicata da ENEA (2018) risulta che in media, per ogni ettolitro di vino, sono prodotti 20 kg di vinacce e 3,85 kg di raspi, in linea con i dati ANPA (2001), e oltre 6,36 kg di fecce e solidi di chiarificazione.
Partendo da questi dati è facile intuire come l’industria del vino generi infatti enormi quantitativi di rifiuti ogni anno. Tra questi abbiamo vinacce, vinaccioli, raspi, foglie, fecce e reflui di cantina.
Il loro smaltimento, anche a fronte delle notevoli quantità e della loro composizione molecolare, ha un impatto ambientale da non sottovalutare. Per questo motivo è importate adottare strategie di recupero e valorizzazione degli scarti vinicoli.
Molecole bioattive e applicazioni
Negli ultimi anni è aumentato l’interesse e gli studi rivolti alla composizione degli scarti dell’industria agroalimentare, per interessi ambientali ed economici.
Le molecole bioattive sono composti che all’inverno di un organismo hanno un determinato effetto, se presente nella giusta quantità. Alcuni esempi di molecole recuperate dagli scarti enologici sono: acidi grassi poliinsaturi (PUFAs), pigmenti, proteine, composti fenolici e vitamine.
I composti (poli) fenolici nelle fecce determinano il colore, intensità e proprietà organolettiche del vino. Attraverso processi biochimici nelle fecce, l’attività enzimatica induce la trasformazione dei fenoli in valori elevati composti polifenolici aggiunti con attività fisiologica in vivo, come acido gallico o acido ellagico, catechina, acido caffeico, resveratrolo e altri (Vattem et al., 2003; Ratola et al., 2004) presenti in grandi quantità nel vino.
Vinacce
Le vinacce rappresentano residuo della spremitura delle uve costituito da bucce e semi. In esse sono presenti in quantità considerevoli fibre, i tannini e altre sostanze polifenoliche; si trovano, inoltre, anche una buona percentuale di grassi, di zuccheri e di sali dell’acido tartarico. Molecole presenti particolarmente interessanti sono:
- Rutina: è un glicoside flavonoico. È in grado di agire come agente chelante nei confronti del ferro bivalente contenuto nell’emoglobina, impedento le reazioni radicaliche. Svolge funzioni di antiossidante e potrebbe avere un ruolo importante nell’inibire alcuni tipi di tumore;
- Quercitina: uno dei principali flavonoidi, essa interagisce con recettori e modula diverse vie di trasduzione del segnale che coinvolgono MEK/ERK e Nrf2/keap1, associati con i processi di infiammazione e carcinogenesi;
- Resveratrolo (3,5,4’-triidrossistilbene): è una delle fitoalessine prodotte naturalmente da parecchie piante tra cui la vite, in difesa da agenti patogeni quali batteri o funghi, cui è attribuita azione antiaterogena e antitrombotica. Il resveratrolo si è guadagnato una notevole attenzione per le sue proprietà anti-cancro, soprattutto come potenziale chemio preventivo.
Uno dei principali campi di applicazione delle vinacce è quello cosmetico. Le vinacce si rivelano componenti fondamentali di oli, maschere, creme di bellezza con funzione depurante, idratante e tonificante per il viso e il corpo, contrastano, nel contempo, l’invecchiamento della pelle. Ricche di polifenoli, gli estratti delle bucce sono in grado di esercitare un’azione antinfiammatoria e di contrasto dei radicali liberi, quindi contro l’invecchiamento.
Le vinacce trovano applicazione anche nel campo della produzione di biocarburanti. Tuttavia esse contengono un’elevata quantità di polisaccaridi, pectine, cellulosa e lignina, che rendono difficili i processi di produzione di bioetanolo. In risposta al problema una ricerca realizzata in Australia nel 2014 ha identificato un mix di funghi ascomiceti (Aspergillus, Penicillum e Tricodherma) in grado, attraverso le loro attività enzimatiche, di attaccare in una fermentazione in stato solido cellulosa e lignina, dando origine a rese più elevate in etanolo e a sottoprodotti interessanti per altre applicazioni nutraceutiche quali lo xylitolo, il glicerolo, l’acido citrico e l’acido maleico.
Vinaccioli
I vinaccioli sono i semi dell’acino d’uva, e da questi si estrae un olio dal grande valore nutrizionale, molto utilizzato in campo industriale, cosmetico e alimentare. Questo olio spremuto a freddo è particolarmente ricco di antiossidanti (es. resveratrolo, acido linoleico) e ha dimostrato essere in diversi studi un possibile rimedio per alleviare molteplici disturbi: di carattere visivo, cardiovascolare, linfatico, ma anche sollievo da sindrome premestruale e prevenzione del cancro. All’interno troviamo:
- PUFAs: gli acidi grassi poliinsaturi ω-3 e ω-6 come l’acido oleico, l’acido linoleico, l’acido stearico e l’acido palmitico sono presenti negli scarti vinicoli. È stato dimostrato che i PUFAs sono essenziali per l’appropriato funzionamento del corpo umano e per la sua salute grazie alle loro proprietà antibatteriche, antifunginee e antiossidanti;
- Squalene è un lipide bioattivo, con proprietà antiossidanti, immunomodulatrici (adiuvante in numerosi vaccini), disintossicante xenobiotico, ma soprattutto antitumorali. La resa di squalene da scarti vinicoli era paragonabile a quella di altre fonti recentemente studiate, come l’oliva.
Raspi e foglie
I raspi sono la struttura legnosa che funge da scheletro a un grappolo d’uva. Attualmente il raspo è uno dei sottoprodotti dell’uva meno valorizzato nel campo dell’alimentazione umana e viene spesso recuperato nella produzione di mangimi o come emendamento e cura del suolo.
Tuttavia, nonostante le poche informazioni sulla sua composizione, potrebbe risultare interessante come fonte di fibra dietetica e antiossidanti. Il contenuto polifenolico è costituito principalmente da flavan-3-oli, flavonoli monometrici e oligomerici, appartenenti alla classe dei flavonoidi, e da acidi idrossicinnamici e stilbeni appartenenti invece alla classe dei non flavonoidi (Teixeira et al., 2014).
Anche le foglie della vite si possono considerare alla pari del raspo, e sono attualmente oggetto di studio per il loro contenuto in: acidi organici, acidi fenolici, flavonoli, tannini, procianidine, antociani, lipidi, enzimi, vitamine, carotenoidi, terpeni e zuccheri riducenti o non-riducenti (Teixeira et al., 2014).
Fecce
Le fecce sono residuo depositato dopo la fermentazione del vino formato principalmente da lieviti esausti, tartrati e impurità derivate dall’uva. La feccia è tradizionalmente una materia prima fondamentale per la produzione di etanolo e acido
tartarico (Versari et al., 2001). Quest’ultimo presenta molte applicazioni in campo alimentare, poiché è dimostrato essere un ottimo stabilizzante, in sostituzione dell’acido citrico (Boulton et al., 1995). Salgado et al. (2010) hanno inoltre proposto un processo per la produzione combinata di acido citrico e xilitolo (33,4 g/L), utilizzando il residuo ottenuto come nutriente supplementare per diverse fermentazioni.
La feccia può essere utilizzata per il recupero di prodotti ad alto valore aggiunto. Infatti Barcia et al. (2014) hanno determinato la
presenza di composti fenolici come l’acido gallico con elevata capacità antiossidante (56,04 mg di equivalente trolox per g di sostanza secca). Molti di questi composti oltre ad avere attività antiossidante, agiscono da antinfiammatori e antitumorali, e migliorano il metabolismo di glucosio e lipidi prevenendo malattie cardiovascolari (Cai et al., 2003; Oak et al., 2005).
Addirittura alcuni acidi, come l’acido gallico, insieme ad altri estratti fenolici, pare abbiano la capacità di contrastare l’adesione batterica allo smalto dentale, sollecitando interesse nella produzione di alimenti funzionali come ad esempio gomme da masticare (Friedman, 2014).
Un’ulteriore valorizzazione delle fecce potrebbe essere rappresentata anche dalla produzione di biogas ricco in metano mediante digestione anaerobica. Vi sono infatti numerosi studi che utilizzano le fecce come co-substrato per la produzione sia di biogas che di digestato biostabilizzato, mediante co-digestione anaerobica con fanghi di depurazione civile, sia in condizioni mesofile che termofile.
La digestione anaerobica è particolarmente adatta a trattare gli scarti vitivinicoli in quanto questi presentano un alto contenuto di materia organica ricca in nutrienti ed un potenziale energetico notevole.
Questa applicazione viene considerata un importante contributo alla futura produzione energetica europea e gli scarti vitivinicoli rappresentano un substrato consistente per tale fine.
Nella produzione di bioenergia da sottoprodotti vitivinicoli tuttavia bisogna tenere in considerazione la variabilità della biomassa utilizzata, in quanto differenti caratteristiche del substrato portano a differenti risultati nella produzione di biogas. Il tipo d’uva, l’origine e i trattamenti a cui è stata sottoposta durante il processo di vinificazione sono fattori che influenzano la variabilità del substrato.
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