Il contratto tra CNR ISMAC (Consiglio Nazionale delle Ricerche, Istituto per lo Studio delle Macromolecole) attualmente CNR STIIMA (Sistemi e Tecnologie Industriali Intelligenti per il Manifatturiero Avanzato) di Biella e Shelling relativo al progetto "HI-BIORAFINERY"-"Impianto pilota per l'allevamento di Hermetia illucens alimentata con scarto della grande distribuzione organizzata per la produzione di farine proteiche, lipidi e chitina" che opera nell'ambito del Programma Operativo Regione Piemonte "POR FESR Asse 1 - Azione I 1b.1.2. - Poli di Innovazione Linea A, finanziato dalla Regione Piemonte comprende la preprazione di chitina da dodici campioni di pupari della mosca Hermetia illucens, forniti da Lipitalia Spa e la valutazione di quali potrebbero essere le condizioni ottimali per l'estrazione della chitina. Per questo lavoro sono stati svolti vari esperimenti al fine di ottenere la chitina con metodologie differenti. Tramite spettroscopia IR e analisi termiche di calorimetria a scansione differenziale (DSC) sono stati caratterizzati i campioni prima di essere inviati al Dipartimento di Scienze Biomolecolari dell'Università di Urbino per essere deacetilati a chitosano. Attività svolte e risultati Il pupario è l'esuvia dell'ultima età lavale all'interno del quale la pupa di Hermetia illucens subisce la metamorfosi in mosca. Nel pupario è presente chitina, che è, dopo la cellulosa, il secondo più importante polisaccaride in natura. La chitina ottenuta presso il CNR a partire dai pupari è stata ottenuta con trattamenti parzialmente differenti. In generale per tutti i campioni si è effettuata un'accurata selezione dei pupari, in modo da eliminare le mosche morte, i pupari con ancora l'insetto dentro e gli eventuali residui di altri materiali. I pupari selezionati sono stati lavati bene con acqua corrente e asciugati in stufa a 55 °C, sono stati sgrassati con etere dietilico o etere di petrolio per 4 h tramite estrazione in Soxhlet. I pupari sono inoltre stati demineralizzati per 24 h con HCl 2 N (rapporto bagno 1:30). Infine, per estrarre le proteine, sono stati preparati dei campioni utilizzando un metodo tradizionale con NaOH e dei metodi innovativi e green con idrolisi a 150 °C e a 170 °C con acqua surriscaldata in opportuni contenitori ermetici sotto pressione. Su alcuni campioni si sono invertiti i passaggi della procedura appena descritta, tuttavia i risultati migliori si sono ottenuti proprio effettuando prima l'estrazione dei grassi, poi la demineralizzazione e per ultimo l'idrolisi. Alcuni campioni sono stati trattati per 24 h in NaOH a temperatura ambiente, altri sono stati messi in opportuni recipienti ermetici in acqua e portati a 150 °C in stufa per 30 h (rapporto bagno 1:30). Si è verificato l'effetto dell'idrolisi anche dopo 1 h, 4 h, 8 h e 16 h e 24 h, ma dopo questi tempi ridotti non si è ottenuta chitina pura. Il test di idrolisi con acqua surriscaldata a 170 °C per 15 h ha portato invece buoni risultati. Dodici campioni da cui si è ottenuta la chitina sono stati inviati presso l'Università di Urbino per la trasformazione in chitosano. Dall'analisi dei risultati è emerso che i pupari sono costituiti circa dall'8 % di umidità, dal 7 % di grasso, dal 40 % di proteine, dal 13 % di sostanze inorganiche. La chitina finale è il 20 %, il resto viene perso durante i passaggi di purificazione. Se i pupari vengono macinati si perde ancora più materiale, tuttavia con la macinazione migliora la qualità finale della chitina perché vengono estratte più facilmente le proteine e i grassi. In generale si è osservato che i termogrammi dei pupari trattati sono paragonabili a quello della chitina standard della Sigma Aldrich. Effettuando un'analisi spettroscopica tramite FT-IR non si osservano modifiche strutturali rispetto alla chitina standard, solo in alcuni campioni tra i 3000 e 2800 cm-1 sono maggiormente presenti gli assorbimenti tipici del CH3 (un gruppo funzionale presente nella formula stessa della chitina, probabilmente scaldando, soprattutto a 170 °C, si ottiene un riarrangiamento atomico e quindi cresce il suddetto picco). Si è riscontrato che la chitina migliore per essere deacetilata a chitosano è quella in cui non è molto alto il picco dei CH3 ed è quella ottenuta dopo 30 ore di idrolisi con acqua surriscaldata a 150 °C. Su un campione si è effettuata anche la depigmentazione ossia la chitina estratta dai pupari è stata trattata con una soluzione al 2% di ipoclorito di sodio (con cloro attivo al 12-15%) per 30 minuti. E' stata successivamente sciacquata bene con acqua corrente e neutralizzata per un minuto con acido acetico diluito e poi nuovamente sciacquata e fatta asciugare in stufa a 105 °C. Dopo il trattamento si è ottenuta una chitina di color bianco-trasparente. Ripetendo l'analisi FT-IR non si osservano modifiche strutturali rispetto alla chitina di colore nero.
Preparazione di campioni n. 12 di chitina estratta dai pupari consegnati dall'impianto pilota.
Giulia Dalla Fontana;
2019
Abstract
Il contratto tra CNR ISMAC (Consiglio Nazionale delle Ricerche, Istituto per lo Studio delle Macromolecole) attualmente CNR STIIMA (Sistemi e Tecnologie Industriali Intelligenti per il Manifatturiero Avanzato) di Biella e Shelling relativo al progetto "HI-BIORAFINERY"-"Impianto pilota per l'allevamento di Hermetia illucens alimentata con scarto della grande distribuzione organizzata per la produzione di farine proteiche, lipidi e chitina" che opera nell'ambito del Programma Operativo Regione Piemonte "POR FESR Asse 1 - Azione I 1b.1.2. - Poli di Innovazione Linea A, finanziato dalla Regione Piemonte comprende la preprazione di chitina da dodici campioni di pupari della mosca Hermetia illucens, forniti da Lipitalia Spa e la valutazione di quali potrebbero essere le condizioni ottimali per l'estrazione della chitina. Per questo lavoro sono stati svolti vari esperimenti al fine di ottenere la chitina con metodologie differenti. Tramite spettroscopia IR e analisi termiche di calorimetria a scansione differenziale (DSC) sono stati caratterizzati i campioni prima di essere inviati al Dipartimento di Scienze Biomolecolari dell'Università di Urbino per essere deacetilati a chitosano. Attività svolte e risultati Il pupario è l'esuvia dell'ultima età lavale all'interno del quale la pupa di Hermetia illucens subisce la metamorfosi in mosca. Nel pupario è presente chitina, che è, dopo la cellulosa, il secondo più importante polisaccaride in natura. La chitina ottenuta presso il CNR a partire dai pupari è stata ottenuta con trattamenti parzialmente differenti. In generale per tutti i campioni si è effettuata un'accurata selezione dei pupari, in modo da eliminare le mosche morte, i pupari con ancora l'insetto dentro e gli eventuali residui di altri materiali. I pupari selezionati sono stati lavati bene con acqua corrente e asciugati in stufa a 55 °C, sono stati sgrassati con etere dietilico o etere di petrolio per 4 h tramite estrazione in Soxhlet. I pupari sono inoltre stati demineralizzati per 24 h con HCl 2 N (rapporto bagno 1:30). Infine, per estrarre le proteine, sono stati preparati dei campioni utilizzando un metodo tradizionale con NaOH e dei metodi innovativi e green con idrolisi a 150 °C e a 170 °C con acqua surriscaldata in opportuni contenitori ermetici sotto pressione. Su alcuni campioni si sono invertiti i passaggi della procedura appena descritta, tuttavia i risultati migliori si sono ottenuti proprio effettuando prima l'estrazione dei grassi, poi la demineralizzazione e per ultimo l'idrolisi. Alcuni campioni sono stati trattati per 24 h in NaOH a temperatura ambiente, altri sono stati messi in opportuni recipienti ermetici in acqua e portati a 150 °C in stufa per 30 h (rapporto bagno 1:30). Si è verificato l'effetto dell'idrolisi anche dopo 1 h, 4 h, 8 h e 16 h e 24 h, ma dopo questi tempi ridotti non si è ottenuta chitina pura. Il test di idrolisi con acqua surriscaldata a 170 °C per 15 h ha portato invece buoni risultati. Dodici campioni da cui si è ottenuta la chitina sono stati inviati presso l'Università di Urbino per la trasformazione in chitosano. Dall'analisi dei risultati è emerso che i pupari sono costituiti circa dall'8 % di umidità, dal 7 % di grasso, dal 40 % di proteine, dal 13 % di sostanze inorganiche. La chitina finale è il 20 %, il resto viene perso durante i passaggi di purificazione. Se i pupari vengono macinati si perde ancora più materiale, tuttavia con la macinazione migliora la qualità finale della chitina perché vengono estratte più facilmente le proteine e i grassi. In generale si è osservato che i termogrammi dei pupari trattati sono paragonabili a quello della chitina standard della Sigma Aldrich. Effettuando un'analisi spettroscopica tramite FT-IR non si osservano modifiche strutturali rispetto alla chitina standard, solo in alcuni campioni tra i 3000 e 2800 cm-1 sono maggiormente presenti gli assorbimenti tipici del CH3 (un gruppo funzionale presente nella formula stessa della chitina, probabilmente scaldando, soprattutto a 170 °C, si ottiene un riarrangiamento atomico e quindi cresce il suddetto picco). Si è riscontrato che la chitina migliore per essere deacetilata a chitosano è quella in cui non è molto alto il picco dei CH3 ed è quella ottenuta dopo 30 ore di idrolisi con acqua surriscaldata a 150 °C. Su un campione si è effettuata anche la depigmentazione ossia la chitina estratta dai pupari è stata trattata con una soluzione al 2% di ipoclorito di sodio (con cloro attivo al 12-15%) per 30 minuti. E' stata successivamente sciacquata bene con acqua corrente e neutralizzata per un minuto con acido acetico diluito e poi nuovamente sciacquata e fatta asciugare in stufa a 105 °C. Dopo il trattamento si è ottenuta una chitina di color bianco-trasparente. Ripetendo l'analisi FT-IR non si osservano modifiche strutturali rispetto alla chitina di colore nero.I documenti in IRIS sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.
