Da scarto a risorsa: biotrasformazione dell’olio alimentare esausto catalizzata da enzimi immobilizzati per la produzione di emulsionanti

La ricerca descritta in questa Tesi è stata realizzata presso il Laboratorio di Biocatalisi del Dipartimento di Scienze del Farmaco dell’Università degli Studi di Pavia nell’ambito del progetto “Approvvigionamento energetico e gestione della risorsa idrica nell’ottica dell’Economia Circolare” (Circular Economy for Water and Energy, CE4WE, POR FESR 2014-2020, Fondo europeo di sviluppo regionale e Regione Lombardia, D1139857, Call Hub Ricerca e Innovazione). Obiettivo generale del Laboratorio di Biocatalisi nel progetto CE4WE è la valorizzazione di olio alimentare esausto di uso domestico (Used Cooking Oil, UCO) mediante sviluppo e applicazione di un processo biotecnologico basato sull’impiego di enzimi immobilizzati. In particolare, in questa tesi viene descritta la produzione enzimatica di MAG/DAG arricchiti in acidi grassi insaturi mediante idrolisi parziale di UCO catalizzata da lipasi immobilizzate. La composizione quali-quantitativa in acidi grassi di UCO, fornito da ENI S.p.A., uno dei partner del progetto, è stata determinata mediante analisi GC-MS. Dopo la caratterizzazione analitica, UCO è stato sottoposto a reazione di idrolisi catalizzata da un panel di 5 lipasi provenienti da fonti microbiche diverse e commercialmente disponibili già in forma immobilizzata: lipasi da Pseudomonas cepacia, lipasi da Pseudomonas fluorescens, lipasi da Thermomyces lanuginosus, lipasi di Rhizomucor miehei, e lipasi da Candida antarctica frazione B, al fine di studiare la chemoselettività degli enzimi per gli acidi grassi saturi contenuti nell’olio. La reazione di idrolisi è stata condotta in un mezzo di reazione costituito da t-butanolo (90% v/v) con un basso contenuto di H2O (10% v/v) al fine di rimuovere selettivamente gli acidi grassi saturi (i.e., acido palmitico e acido stearico) allo scopo di ottenere MAG e DAG arricchiti in acidi grassi insaturi (i.e., acido oleico e acido linoleico). Lo screening delle lipasi immobilizzate, volto a evidenziare la capacità degli enzimi selezionati di idrolizzare prevalentemente gli acidi grassi saturi presenti nell’UCO, è stato effettuato utilizzando diverse quantità di enzima (0.5 - 1 UI/mL) e diversi tempi di incubazione (6 - 30 h). Le reazioni sono state fermate a end-point stabiliti e purificate mediante cromatografia flash al fine di isolare le frazioni di MAG e DAG, che una volta sottoposte a transmetilazione chimica, sono state analizzate in GC-MS per determinare la loro composizione quali-quantitativa in acidi grassi. Le condizioni sperimentali che hanno fornito una buona resa isolata di MAG/DAG (46%, p/p) e buona chemoselettività sono: enzima PCL (0.5 UI/mL), temperatura ambiente, 17 h. In queste condizioni, il biocatalizzatore è stato in grado di idrolizzare il 65% degli acidi grassi saturi, aumentando il contenuto di acidi grassi insaturi da 82 a 94% all’end-point di reazione e dimostrando pertanto la migliore chemoselettività rispetto alle altre lipasi testate. A questo punto, la stabilità della PCL è stata valutata nelle condizioni di reazione e dopo 24 ore di incubazione risulta avere perso il 78% della sua attività iniziale. Ulteriori indagini sono in corso per confermare questi dati. Infine, dato che la produzione di MAG/DAG mediante idrolisi catalizzata da PCL è in corso, sono state eseguite delle prove preliminari di solubilità su due frazioni: una contenente solo MAG e l’altra contenente una miscela di MAG/DAG ottenute nel laboratorio di Biocatalisi come sottoprodotti da una reazione di transesterificazione di UCO in etanolo per la produzione di biodiesel. Le due frazioni sono risultate solubili in tutti i solventi polari, apolari e polari aprotici testati ad eccezione dell’acqua. Queste prove preliminari sono il punto di partenza per andare a investigare le proprietà emulsionanti di queste miscele di MAG e DAG.