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L’
IDROLIZZATO PROTEICO
1.1 PRODUZIONE
Nel presente studio sono stati utilizzati due tipi di idrolizzato proteico: uno derivante dalla scarnatura (IP1) e l’altro ricavato dai residui del processo di rasatura (IP2).
1.1.1
Scarnatura
La scarnatura è quell’operazione meccanica del processo conciario durante la quale vengono asportati dalla pelle i residui di carne e di tessuto sottocutaneo (Tabella 1.1.1.1, Figura 1.1.1.1). E’ effettuata immediatamente a valle della fase detta di “calcinaio” (durante la quale sono asportati i peli e l’epidermide) in quanto in questa fase la pelle si gonfia e quindi il processo di scarnatura è più semplice e sollecita meno le fibre del collagene. Da questa lavorazione si ottiene la pelle “scarnata”, che viene inviata alle successive lavorazioni, ed uno scarto denominato “carniccio” ricco in proteine (principalmente collagene) e grassi.
massa totale (g/kg)
massa secca (g/kg)
Acqua Proteine Grassi Ceneri Polisaccaridi
750-870 350-600 100-350 50-70 100-140
Tabella 1.1.1.1: Composizione chimica del tessuto sottocutaneo di una pelle bovina
Il carniccio è per lo più formato da grassi e fibre di collagene piuttosto rilassate e degradate. Esso può essere rimosso dal derma solo mediante asportazione meccanica in quanto una degradazione chimica del tessuto sottocutaneo danneggerebbe anche il derma che è anch’esso costituito da collagene.
Capitolo 1: L’idrolizzato proteico
Figura 1.1.1.1: Struttura della pelle
La scarnatura viene realizzata tramite la scarnatrice (fleshing machine); questa macchina (Figura 1.1.1.2) è costituita da uno o più cilindri trasportatori in acciaio provvisti di scanalature, in genere ad eliche incrociate, che hanno lo scopo di favorire il trascinamento delle pelli. Per pelli leggere si ha un solo cilindro trasportatore, mentre se ne hanno due per quelle pesanti.
Figura 1.1.1.2: Scarnatrice; disposizione dei principali rulli; particolare del cilindro a lame
Il sistema trasportatore è in genere a due velocità ed è azionato da apposito motore. Un cilindro gommato, sul quale viene appoggiata la pelle, viene premuto per mezzo di un pedale contro il cilindro a lame, e contemporaneamente contro i cilindri trasportatori. La posizione del cilindro gommato, rispetto a quello a lame, è regolabile mediante leva o volantino (regolazione dello spessore), per avere una buona scarnatura senza danneggiare il fiore. Nei modelli più recenti la regolazione del cilindro di appoggio viene fatta automaticamente per adeguare il cilindro di lavoro allo spessore della pelle (Figura 1.1.1.3).
La pelle completamente scarnata può essere successivamente raccolta in un apposito contenitore ed avviata alle lavorazioni successive.
Esistono anche macchine operanti in continuo, che permettono di lavorare l’intera pelle in una sola volta, alleviando così il carico di lavoro degli operatori. Sono macchine dotate di grande potenzialità, con spazio utile compreso tra i 1700 e i 3400 mm, che possono lavorare tra le 200 e le 300 pelli bovine in un’ora. Il carniccio derivante da questa operazione viene quindi allontanato dal reparto di lavorazione o tramite apposite pompe aventi dimensioni ridotte (mm 2100×600×600) ma dotate di elevata capacità di portata (fino a 150 tn/hr), oppure attraverso un sistema di nastri trasportatori.
Capitolo 1: L’idrolizzato proteico
Figura 1.1.1.3: Principio di funzionamento di una scarnatrice
La destinazione finale del carniccio è rappresentata da vasche di raccolta che vengono periodicamente svuotate (Figura 1.1.1.4).
Come precedentemente detto il carniccio che si ottiene è costituito prevalentemente da tessuto sottocutaneo (ricco in collagene), da grassi e da una gran quantità di sali, derivanti dall’essiccamento delle pelli .
1.1.2
Rasatura
L’altro tipo di idrolizzato utilizzato nel presente studio è stato ottenuto a partire dai residui del processo di rasatura, operazione successiva alla concia durante la quale viene equalizzato lo spessore della pelle e dalla quale è ottenuto un idrolizzato contenente una minore quantità di sali.
La rasatura viene realizzata tramite la macchina a rasare il cui principio di funzionamento è analogo a quello della scarnatrice.
1.1.3
Processo di trasformazione
Il carniccio prelevato dalle vasche di raccolta e in uscita dalla fase di rasatura viene portato sul sito dell’azienda produttrice di idrolizzato ovvero l’impianto consortile centralizzato S.G.S. S.p.A, qui subisce una serie di lavorazione che portano all’ottenimento dell’idrolizzato proteico.
Il ciclo di lavorazione comporta le seguenti fasi: • Idrolisi alcalina del carniccio;
• Separazione grassi;
• Depurazione e concentrazione in evaporatori a multiplo effetto; • Liofilizzazione.
Il carniccio viene macinato ed idrolizzato a 70-80°C a pH basico, trascorse alcune ore, la fase grassa saponificata, meno densa, è sfiorata dalla superficie mentre la fase proteica è recuperata dal fondo del separatore.
Successivamente la fase grassa saponificata viene acidificata per favorire la riformazione del grasso.
La fase proteica, invece, è “grigliata” per eliminare i pezzi più grossolani che non si sono sciolti e successivamente è sterilizzata a 131°C per 2 ore. Viene in seguito filtrata per eliminare la componente organica insolubile, quindi ossidata per eliminare i solfuri e decalcificata. Infine è concentrata in un sistema di evaporatori a multiplo effetto e liofilizzata.
Capitolo 1: L’idrolizzato proteico
1.2 COMPOSIZIONE E PROPRIETÀ CHIMICO-FISICHE
L’idrolizzato proteico ha l’aspetto di una polvere molto fine di colore giallo e dall’odore caratteristico.
È costituito principalmente da una frazione proteica, da una frazione inorganica e da acqua per la restante parte.
La composizione chimica dell’idrolizzato proteico derivante da scarnatura (IP1) è riportata in dettaglio in Tabella 1.2.1:
Umidità (% peso) 3,0 Acido Aspartico 2,79 Acido Glutammico 6,38 Arginina 0,21 Cisteina+Cistina 0,78 Fenilalanina 0,13 Glicina 26,57 Idrossiprolina 5,00 Isoleucina 0,02 Istidina 0,39 Leucina 3,84 Lisina 5,23 Metionina 7,50 Prolina 11,86 Serina 0,02 Tirosina 0,42 Valina 0,55 Altri 0,40 Fase proteica (% peso) Totale 72,09 NaCl (% peso ) 17,6 Na2SO4 (% peso ) 3,1 Na2CO3 (% peso ) 3,6 CaO (% peso ) 0,1 Fase inorganica Cr (ppm) 3
Pb (ppm) 0,5 Altri (% peso) 0,51 Totale (% peso) 24,91 N organico 11,1 N ammoniacale 0,3 N nitrico <0,01 N ureico <0,01 N totale (% peso) Totale 11,4 C organico totale 40,0
Tabella 1.2.1: Composizione chimica dell’IP1
Si riportano anche le proprietà chimico-fisiche in Tabella 1.2.2:
Solubilità in acqua Totale
Densità (Kg/ dm3) 0.4
pH 5.8-6.2
Peso molecolare medio (Dalton) 1530
Tabella 1.2.2: Proprietà chimico-fisiche dell’IP1
La composizione chimica dell’idrolizzato proteico derivato da rasatura (IP2) è riportata in dettaglio in Tabella 1.2.3: Umidità (% peso) 3,0 Acido Aspartico 5,39 Acido Glutammico 9,96 Arginina 5,07 Cisteina+Cistina 0,42 Fenilalanina 2,05 Glicina 15,70 Idrossiprolina 9,53 Isoleucina 1,70 Istidina 5,90 Fase proteica (% peso) Leucina 3,37
Capitolo 1: L’idrolizzato proteico Lisina 3,56 Metionina 7,51 Prolina 11,69 Serina 1,06 Tirosina 0,86 Treonina 0,40 Triptofano <0,20 Valina 2,41 Altri 2,02 Totale (% in peso) 88,60 NaCl (% peso ) 6,30 Na2SO4 (% peso ) 1,16 Na2CO3 (% peso ) 0,13 CaO (% peso ) 0,71 Cr (ppm) 26 Pb (ppm) 0,19 Altri (% peso) 0,1 Fase inorganica Totale (% peso) 8,4 N organico 14,51 N ammoniacale 0,21 N nitrico <0,01 N ureico <0,01 N totale (% peso ) Totale 14,72 C organico totale 50,0
Tabella 1.2.3: Composizione chimica dell’IP2
Si riportano anche le proprietà chimico-fisiche in Tabella 1.2.4:
Solubilità in acqua Totale
Densità (Kg/ dm3) 0.38
pH 6.8-7.5
Peso molecolare medio (Dalton) 4080
Le analisi evidenziano che:
• l’amminoacido presente in maggior quantità è la glicina, il maggior costituente del collagene (1 molecola su 3 ), insieme a prolina ed idrossiprolina;
• i grassi, pur presenti nel carniccio, sono assenti nell’idrolizzato poiché sono stati separati dalla fase proteica con un apposito trattamento successivo alla idrolisi alcalina;
• la salinità, fortemente legata al processo di conservazione della pelle mediante salatura, è rappresentata in gran parte da cloruro di sodio; da tale valore si osserva come l’idrolizzato da rasatura abbia un contenuto molto inferiore;
• la presenza del calcio è legata all’uso di idrossido di calcio durante la fase di depilazione (calcinaio);
• il peso molecolare dell’idrolizzato proteico da rasatura è superiore a quello derivante da scarnatura;
• i metalli pesanti sono presenti in tracce; in particolare è stato osservato come il contenuto in cromo dell’idrolizzato da scarnatura è quasi nove volte inferiore a quello ottenuto mediante rasatura, operazione successiva alla concia.
E’ inoltre interessante osservare che la presenza di amminoacidi liberi è da attribuire al fatto che il processo di idrolisi alcalina cui è sottoposto il carniccio è un processo molto aggressivo che provoca la rottura della struttura collagenica causando la formazione di oligopeptidi e amminoacidi liberi. La presenza di tali amminoacidi liberi si riflette sul peso molecolare medio che risulta essere nettamente inferiore a quello che si avrebbe nel caso in cui nell’idrolizzato fosse presente collagene nella sua struttura originaria.
Capitolo 1: L’idrolizzato proteico
1.3 UTILIZZAZIONE ATTUALE
L’idrolizzato proteico trova attualmente sbocco nel settore agricolo come concime organico azotato che risulta essere interamente disponibile per le piante sia direttamente (applicazioni fogliari) che in seguito a fertirrigazione del terreno.
Nel caso della concimazione fogliare gli amminoacidi assorbiti attraverso gli stomi svolgono un triplice ruolo all'interno della pianta:
• sono un'immediata riserva azotata impiegata direttamente dalla pianta nei processi di sintesi proteica;
• fungono da catalizzatori dei processi enzimatici; • hanno una attività come fattori di crescita.
Nel caso delle applicazioni nel campo della fertirrigazione, gli amminoacidi possono essere assorbiti direttamente, velocemente ed efficacemente dalle radici per essere poi trasportati nei siti metabolici attivi dove manifestano le azioni elencate in precedenza, inoltre l'uso degli idrolizzati proteici consente di influire sul contenuto di sostanza organica presente e quindi di migliorare la fertilità globale del terreno. Per quanto riguarda i formulati contenenti macro, meso o microelementi l'azione complessante dei polipeptidi e degli amminoacidi liberi mantiene detti elementi in soluzione in una forma metabolica tale da poter essere facilmente assorbiti dalle colture.
In definitiva, gli idrolizzati proteici sono prodotti ad elevato rendimento agronomico, la cui efficacia consente di ridurre le quantità da distribuire ed il cui impiego si traduce in un miglioramento quali-quantitativo delle produzioni, senza acuire i problemi legati all'inquinamento ambientale. Ciò è di particolare interesse nell'agricoltura moderna alla luce della progressiva riduzione del contenuto di sostanza organica dei suoli, delle direttive europee miranti a ridurre gli input chimici in agricoltura e quindi dell'esigenza di considerare il terreno una risorsa rinnovabile, la cui fertilità deve essere conservata e migliorata nel tempo.
1.4 POSSIBILI UTILIZZI ALTERNATIVI
Data l’ingente quantità di carniccio da trattare, valutabile in circa 80000 ton/anno e destinata a crescere di pari passo con lo sviluppo del polo conciario, si ritiene essere obiettivo strategico primario l’individuazione di nuovi campi di riutilizzo.
La domanda del settore agricolo non è infatti sufficiente a garantirne il riutilizzo totale ed è opportuno cautelarsi dall’eventualità che questo sbocco venga precluso.
Particolare attenzione è stata rivolta alla possibilità di riutilizzo sia nello stesso settore conciario che in altri settori industriali.
Per quanto riguarda il riutilizzo nel settore conciario, esso prevede l’applicazione dell’idrolizzato o suoi derivati all’interno della concia al cromo, verificando poi che la qualità delle pelli ottenute sia migliore o paragonabile a quella delle pelli che hanno subito una lavorazione tradizionale.
Per quanto riguarda gli altri settori assume particolare interesse la produzione di materiali biodegradabili, ottenuti da miscele di idrolizzato proteico e polimeri sintetici. L’obiettivo di questo studio è quello di effettuare una valutazione preliminare della fattibilità di realizzazione di manufatti biodegradabili contenenti idrolizzato proteico, dalla preparazione di miscele idrolizzato proteico-polimeri sintetici alla loro caratterizzazione mediante prove atte a valutarne le proprietà chimico-fisiche e meccaniche.
1.5 VANTAGGI ATTESI DAL RIUTILIZZO
I benefici che si attendono dallo sviluppo delle tecniche di riutilizzo del carniccio sono essenzialmente legati ad una riduzione dell’impatto ambientale in termini di:
• notevole riduzione degli scarti di lavorazione del ciclo conciario;
• miglioramento della qualità dell’aria derivante dai minori tempi e quantitativi di materia prima e prodotto finito in stoccaggio od in smaltimento;
• riduzione dei costi e dell’impatto ambientale associati alla necessità di smaltimento del carniccio.
