Dottorato in MANAGEMENT, BANKING AND COMMODITY SCIENCES

Titolo della tesi: Un approccio green per il trattamento dei composti fenolici nei reflui oleari: Biocatalizzatore laccasi–trebbia di birra delignificata

Gli enzimi, grazie alla loro capacità di catalizzare reazioni specifiche con elevata efficienza, sono utilizzati spesso in applicazioni biotecnologiche. Tra questi, laccasi è un enzima della famiglia delle ossidoreduttasi multi rame, in grado di ossidare composti fenolici e aromatici accoppiando la riduzione dell’ossigeno molecolare ad acqua, e quindi spesso utilizzata per applicazioni di bioremediation e in green chemistry. L’impiego industriale delle laccasi in forma libera risulta però essere limitato dalla difficoltà di recupero dell’enzima e quindi anche dal costo di produzione. In questo lavoro di ricerca è stata studiata la capacità catalitica di un sistema basato sulla laccasi immobilizzata per adsorbimento fisico su cellulosa estratta da trebbia di birra delignificata (Delignified Spent Grain, DSG). L’obiettivo finale è stato la valutazione dell’efficacia del sistema nella degradazione dei composti fenolici presenti nei reflui oleari (Olive Mill Waste Water, OMWW), che ancora oggi rappresentano una sfida aperta nello smaltimento di questa tipologia di rifiuti. L’utilizzo di trebbia di birra trattata come supporto per l’immobilizzazione ha permesso la sintesi del sistema partendo da un materiale altamente disponibile come scarto industriale e completamente biodegradabile. Il supporto cellulosico è stato ottenuto mediante trattamento acido–basico della trebbia di birra, che oltre a degradare la lignina ha conferito un’elevata porosità alla struttura in superfice. Tali caratteristiche sono state avvalorate dall’analisi SEM (Scanning Electron Microscope), che ha rivelato una morfologia più irregolare e costellata di microcavità, condizioni particolarmente propizie all’adsorbimento enzimatica. La fase di immobilizzazione della laccasi per adsorbimento è stata affinata variando i parametri operativi più rilevanti: rapporto enzima/supporto, pH, temperatura e durata dell’incubazione. Le prove di degradazione, condotte sia su campioni standardizzati di polifenoli sia su campioni reali di reflui oleari, hanno messo in evidenza una capacità degradativa leggermente inferiore dell’enzima immobilizzato rispetto alla laccasi libera, probabilmente per la minore libertà di diffusione dell’enzima fissato. Dopo 24 ore di trattamento, la laccasi immobilizzata ha abbattuto in media circa il 70 % dei composti fenolici, contro valori superiori all’80 % per la laccasi libera. Sebbene l’efficienza diminuisca, il vantaggio di poter riutilizzare il sistema per più cicli consecutivi lo bilancia: nei test su campioni reali il biocatalizzatore ha conservato più del 40 % della capacità degradante iniziale anche dopo sei cicli di utilizzo, prolungando la durata complessiva a oltre 150 ore di funzionamento. Queste prestazioni, unite alla semplicità del processo di preparazione e al basso costo dei materiali, rendono il biocatalizzatore DSG–laccasi un’alternativa concreta e sostenibile ai tradizionali metodi chimici o fisico-chimici per il trattamento dei reflui fenolici. Complessivamente, i risultati dimostrano che la laccasi immobilizzata su trebbia delignificata tramite adsorbimento costituisce un biocatalizzatore efficiente, stabile e sostenibile, capace di mantenere buone prestazioni catalitiche anche in matrici complesse come i reflui oleari. Questo sistema si inserisce all’interno dei numerosi studi che cercano di trovare soluzioni per la riduzione dell’impatto ambientale dei reflui, tramite l’utilizzo di materiali rinnovabili provenienti da scarti industriali, allineati ai principi della chimica verde e dell’economia circolare. I risultati ottenuti gettano le basi per ulteriori sviluppi in ottica del possibile scaling up industriale e per l’integrazione del biocatalizzatore in processi di depurazione enzimatica.