Laura, Gioia (2021) Valorizzazione dei sottoprodotti agroalimentari oleari tramite l’impiego dei microrganismi benefici. [Tesi di dottorato]

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La filiera agro-alimentare è uno dei settori produttivi maggiormente responsabile delle problematiche che riguardano gli scarti di lavorazione che costituiscono un rischio potenziale per la salute dell’uomo e dell’ambiente, con il rilascio di inquinanti nelle acque e nel suolo e l’emissione di gas ad effetto serra. Lo smaltimento di tali rifiuti rappresenta un ingente costo economico per i produttori. Invece, gli scarti agroalimentari possono essere fonti economiche per nuovi prodotti o sostanze in molteplici settori produttivi, con benefici aggiuntivi sociali ed ambientali. Lo sviluppo di nuovi sistemi biotecnologici di conversione dei rifiuti rientra nell’orientamento di economia circolare, ampiamente sostenuto dalle politiche Europee e mondiali per allentare la pressione sulle risorse naturali e diminuire le problematiche legate allo smaltimento. Questo Dottorato di Ricerca (Ciclo XXXII) è stato svolto nell’ambito dei “Dottorati Innovativi con caratterizzazione industriale (Asse I “Capitale Umano”, Azione I.1 del Programma Operativo Nazionale “Ricerca e Innovazione 2014-2020”, Ministero dell’Istruzione dell’Università e della Ricerca), che ha previsto lo svolgimento di periodi di studio e ricerca presso un’impresa di trasformazione di prodotti agroalimentari, l’Azienda Santa Rita s.r.l. (Vibo Valentia, VV) e all’estero per una collaborazione scientifica nel laboratorio del Prof. Enrique Monte (Università di Salamanca, Centro Hispano-Luso de Investigaciones Agrarias, CIALE, Salamanca, Spagna). L’attività di ricerca si è stata focalizzata sulla messa a punto di un processo biotecnologico per il biorisanamento e la valorizzazione dei sottoprodotti della filiera agro-alimentare olearia, provenienti dall’estrazione degli oli da oliva (OP), da colza (RS) e da girasole (SF), attraverso l’uso dei microrganismi benefici, ed in particolare di Trichoderma. Lo scopo della tesi è stato lo sviluppo di una biotecnologia microbica, potenzialmente applicabile su scala aziendale di piccole dimensioni, mirata alla mitigazione della fitotossicità dei sottoprodotti oleari, al loro impiego come substrati per la crescita dei microrganismi benefici per la produzione di integratori del suolo, quali ammendanti o biostimolanti, da utilizzare per la fertilizzazione-nutrizione e promozione della crescita delle piante. Nella fase iniziale, l’isolamento e l’identificazione di ceppi fungini da un suolo contaminato e successivi saggi di biocontrollo e promozione della crescita hanno permesso di selezionare i microrganismi più adatti per una potenziale applicazione in ambito agricolo come biopesticidi e biostimolanti delle colture e per biorisanamento di matrici contaminate. Tra i 45 ceppi fungini isolati e identificati, il ceppo di Trichoderma harzianum E45 ha mostrato un’elevata resistenza e capacità di rimozione del rame, ha promosso la crescita e lo sviluppo di piante di pomodoro, ed è risultato efficace nel biocontrollo di un’ampia gamma di patogeni terricoli e fogliari. Successivamente, sono state individuate le condizioni ottimali per l’allevamento di Trichoderma su substrati di crescita liquidi e/o solidi contenenti i sottoprodotti oleari. I ceppi di T. afroharzianum T22, T. harzianum T34 e E45 e di T. asperellum T25 sono stati selezionati come i più promettenti per la loro capacità di crescita su OP, RS e SF. L’integrazione di basse concentrazioni dei sottoprodotti (0,5 - 10%) ha contribuito ad un rapido sviluppo dei ceppi, raggiungendo performance paragonabili o superiori a quelle ottenute sui substrati di crescita convenzionali commerciali. La SSF (fermentazione in stato solido) direttamente sui sottoprodotti SF e RS, ha favorito un abbondante crescita e sporulazione dei ceppi di Trichoderma selezionati in 48 h. Sono stati allestiti diversi saggi in vitro ed in vivo con semi e piante di pomodoro al fine di valutare l’effetto dei sottoprodotti oleari pretrattati in SSF o in fermentazione liquida sulla crescita delle piante. Il pretrattamento di SF o RS in SSF con Trichoderma ha potenziato gli effetti positivi dei sottoprodotti nel promuovere la crescita delle piante quando aggiunti alla concentrazione dell’1% del peso del suolo, le combinazioni di SF o RS con il ceppo T22 sono risultati di essere i trattamenti più efficaci. I sottoprodotti hanno favorito inoltre lo sviluppo e la persistenza di Trichoderma nel suolo, potenziandone gli effetti benefici diretti ed indiretti sulla pianta. Inoltre, la crescita di Trichoderma sui sottoprodotti, sia in liquido che in SSF, ha determinato la diminuzione degli effetti fitotossici di SF e RS. Infine, è stato sviluppato ed implementato un impianto per la fermentazione liquida dei microbi benefici, quale Trichoderma spp., sul sottoprodotto OP a piccola scala aziendale presso Santa Rita s.r.l. È stata dimostrata la possibilità di integrare, a valle del processo di trasformazione dei prodotti agroalimentari, strategie innovative che rendono le aziende autonome di processare gli scarti della propria filiera, al fine di ottenere un bioprodotto liquido prontamente applicabile come ammendante o biostimolante in diversi sistemi colturali. Il lavoro di questa tesi serve come base scientifica per ricerche future che potrebbero permettere il miglioramento del processo di valorizzazione dei sottoprodotti agroalimentari, mirate a: identificare il modo d’azione, classificare, e purificare le sostanze da Trichoderma (ad es. enzimi) che sono coinvolti nei processi di biodegradazione e nel biorisanamento; caratterizzare dei composti biostimolanti per la crescita delle piante; e provare i trattamenti di bioformulati nuovi su colture diverse, etc. Infine, l’indagine ha permesso lo sviluppo di biotecnologie che rientrano sia nel concetto dell’economia circolare, con il riciclo degli scarti per l’ottenimento di prodotti dall’elevato valore aggiunto, che nel concetto di agricoltura sostenibile, con l’utilizzo dei prodotti biologici innovativi, non chimici, per la protezione e produzione delle colture.

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