Biocopac-plus Life: una vernice sostenibile dalle bucce di pomodoro

“BiocopacPlus” Rimini November 5, 2014
GIORNATA DI STUDIO
IMBALLAGGIO D
D’ACCIAIO
ACCIAIO - Ambiente e sicurezza alimentare
Rimini, 5 novembre 2014
Biocopac-plus Life: una vernice sostenibile dalle bucce di
pomodoro per l’imballaggio metallico
Angela Montanari e Ilaria Cigognini
Stazione Sperimentale
p
pper l’Industria delle Conserve Alimentari
“BiocopacPlus” Rimini November 5, 2014
Dipartimento Imballaggi di SSICA
Il dipartimento Imballaggi si occupa di materiali e di imballaggi rigidi e flessibili
sotto il profilo tecnologico e igienico sanitario,
sanitario per supportare ll’industria
industria nella
realizzazione di confezioni sicure, che garantiscano le caratteristiche qualitative e
igieniche del prodotto alimentare per l’intera vita commerciale.
INNOVAZIONE
SICUREZZA
SOSTENIBILITA
QUALITA
“BiocopacPlus” Rimini November 5, 2014
Towards a circular economy: A zero waste programme for Europe
Communication from the commission to the European parliament
SSICA sta
sviluppando
il
d alcuni
l i
progetti europei
relativi alla
valorizzazione di
sottoprodotti
p
industriali
Circular economy systems keep the added value in products as long as possible
and eliminate waste.
“BiocopacPlus” Rimini November 5, 2014
• FP7-SME-2011-1 GA 286446 Biocopac: “ Development of tomato bio-based
coating from tomato processing waste intended for metal packaging”
Obiettivi:
Sviluppo di una vernice naturale a partire dalle bucce degli scarti di pomodoro.
Risultati: è stato messo a punto e brevettato il metodo di estrazione della
bioresina; è in fase di ottimizzazione e di brevettazione la formulazione della
biovernice
From …
to …
•LIFE13 ENV/IT/000590 LIFE Biocopac Plus: “Sustainable bio-based coating
from tomato processing by-products for food metal packaging”
Obiettivi:
Dimostrare la fattibilità tecnica e l’efficacia su scala industriale della produzione
della bio-vernice ottenuta dagli scarti di pomodoro.
pomodoro
Progettazione dell’impianto e suo assemblaggio.
Valutazione della resa, dei costi e LCA
“BiocopacPlus” Rimini November 5, 2014
L’idea
partire dai residui di pomodoro per formulare una vernice naturale (BIO) per proteggere
scatole e capsule
p
La sostanza iniziale è la cutina
cutina, un componente della cuticola delle bucce
da fonti rinnovabili
Ognii anno nell’EU-27
O
ll’EU 27 sono prodotti
d tti
più di 200,000 tonn di scarti solidi di
bucce e semi
•
•
•
al’imballaggio rigido
E’ previsto che il mercato
globale
dell’imballaggio
metallico arrivi a $820 bilioni
nel 2016
La cutina
L
ti è un biopolimero
bi
li
poliestere
li t interesterificato.
i t
t ifi t
Si tratta di una biomolecola, che potenzialmentecould può sostituire il petrolio per la sintesi dei
polimeri
Il p
principale
p componente
p
della cutina del ppomodoro è l’acido n,16
, dihydroxyhexadecanoic
y
y
dove
l’isomero 10 è largamente dominante
“BiocopacPlus” Rimini November 5, 2014
I vantaggi
La vernice bio-based che stiamo sviluppando risponde alle esigenze di una
produzione
d i
sostenibile
t ibil e sicura
i
per il consumatore
t
i diversi
in
di
i modi:
di
i sottoprodotti dell’industria del pomodoro per produrre una
vernice verde per l’imballaggio alimentare;
• Riutilizzando
• Riducendo gli scarti di pomodoro in conformità con le linee guida riportate
nella direttiva rifiuti 2008/98/EC;
• Producendo una vernice naturale sicura p
per il consumatore. La sicurezza
dell’imballaggio e dei materiali di imballaggio è un tema di grande attualità,
cruciale per l’intera filiera agro-alimentare;
• Fornendo un contenitore metallico sicuro e riciclabile
•Implementando la ricerca nel settore dei biomateriali utilizzati per packaging
alimentare
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1st step: Caratterizzazione delle bucce
Residui di pesticidi
In tutti i campioni
p
analizzati non sono state rilevate
concentrazioni significative
Composizione nutrizionale dei
campioni
p
analizzati
Chiesa ‐ Rodolfi: 2‐08‐2011
Martinete: July 2011
% Humidity
57,84
% Fat
76,02
% Humidity
55,08
% Ash
% Fat
76,62
% Ash
% Protein
0,37
0,89
78,90
3,16
% Protein
% Carbohydrates
% Dietetic fiber
75,40
20,04
% Cellulose
19,56
Chiesa ‐ Rodolfi: 1‐09‐2011
0,36
0,70
2,28
56,62
74,63
% Ash
80,21
19,87
1,00
3,82
‐ < QL (Lower the limit of quantification)
67,59
% Fat
80,59
% Ash
% Protein
% Carbohydrates
% Dietetic fiber
% Cellulose
% H idi
% Humidity
% Protein
0,69
% Dietetic fiber
Martinete: August 2011
% H idit
% Humidity
% Fat
% Carbohydrates
0,44
81,18
0,72
% Cellulose
2,94
% Carbohydrates
% Dietetic fiber
% Cellulose
15,32
Chiesa ‐
h
Rodolfi: 24‐09‐2011
d lf
Martinete: September 2011
b
% Humidity
62,09
% Fat
69,33
1,01
79,19
24,74
4,62
% Fat
78,48
% Ash
% Protein
% Protein
% Carbohydrates
% Dietetic fiber
% Cellulose
Metalli pesanti
Sono stati quantificati soltanto rame e stagno, gli altri metalli
pesanti erano al di sotto del limite di quantificazione dello
strumento di misura (ICP – JY 2000)
% Humidity
60,63
% Ash
0,31
mg/kg
Permetrine Fluvalinate ‐ tau(I+II) Cipermetrine Chlorpirifos Methyl Chlorpirifos Chiesa‐Rodolfi: 2‐08‐2011
0,01
‐ ‐ ‐ ‐ Chiesa‐Rodolfi: 1‐09‐2011
‐ ‐ ‐ ‐ ‐ Chi
Chiesa‐Rodolfi: 24‐09‐2011
R d lfi 24 09 2011
‐ 0 05
0,05
‐ ‐ ‐ Martinete: July 2011
‐ ‐ 0,32
0,27
‐ Martinete: August 2011
‐ ‐ 0,08
0,26
‐ Martinete: September 2011
‐ ‐ 0,16
1,19
0,01
80,99
0,35
0,47
2,39
18,30
ppb Sn
% Carbohydrates
% Dietetic fiber
% Cellulose
120,00
120
00
100,00
80,00
60,00
40,00
20,00
0,00
“BiocopacPlus” Rimini November 5, 2014
2nd step: Metodo di estrazione
Il metodo di estrazione della cutina è stato ottimizzato nelle seguenti fasi
Solubilization of the tomato
peels in alkaline solution
Thermal treatment
Filtration
Acidification
Centrifugation
Raw cutin
Cutina dopo separazione
per centrifugazione
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Caratterizzazione della Cutina estratta
Analisi chimica: •Metalli pesanti(Al, As, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Hg, Mn, Mo, Ni, Pb, Sb, Si, Sr, V, Zn): <10ppb
•Residui pesticidi assenti
•Zuccheri totali< 0.1%
•Fibra totale<0.1%
•Assenza di contaminazione microbiologica
100.0
90
80
676.47
723.65
70
1514.79
60
%T
50
834.37
3248.96
40
1461.86
1403.33
1105.99
1045.73
1630.00
30
1168.40
20
2851.66
1703.10
10.0
4000.0
3000
2000
1500
cm-1
1000
650.0
Analisi
A
i i FTIR
Tutti i campioni di cutina
ottenuti nei diversi test
presentavano
il
picco
caratteristico di un ac.grasso
g
alifatico a 1702 cm-1
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Caratteri a ione della Cutina
Caratterizzazione
C tina estratta
GCounts
cutina.xms TIC
Search
50.0:600.0>
100%
Spectrum1A
BP: 73.2 (1.598e+9=100%), cutina.xms
73.2
1.598e+9
22.452 min, Scan: 2143, 50.0:600.0>, RIC: 3.605e+10
273.4
1.335e+9
129.2
1.288e+9
70
75%
81.2
9.880e+8
9880
8
169.2
92
9.195e+8
60
50%
59.1
5.336e+8
50
40
25%
57.2
2.989e+8
10,16 – bishydroxyhexadecanoic acid
0%
275.4
7.414e+8
113.2
6.837e+8
159.2
109.2 5.180e+8
4.423e+8
151.2
107.2
2.357e+8 2.600e+8
S S
S SS
274.4
4.707e+8
217.3
9.334e+7
S
276.4
1.614e+8
S
Hexadecanoicacid, 10,16-bis[(trimethylsilyl)oxy]-, methyl ester
CASNo. 21987-16-6, C23H50O4Si2, MW446
Match
100%
BP73.0(999=100%) 34559 in MAINLIB
73.0
999
Si
30
O
O
Si
273.0
770
75%
20
75.0
500
50%
10
25%
41.0
130
0
275.0
430
95.0
400
103.0
300
81.0
169.0
210
170
83.0
123.0 159.0
100
80
60
244.0
70
O
O
274.0
150
0%
10
15
20
25
30
35
40
minutes
R.Match: 865, F.Match: 830
100
200
300
400
500
600
m/z
Analisi GC-MS
Tempo
p di ritenzione del p
picco
principale a 22 min
Identificato come
10 16 – bishydroxyhexadecanoic
10,16
acid.
Questo composto è il principale
componente della cutina del
pomodoro
Analisi GPC
Frazione dominante a tempo di eluizione di 15.6
min
Peso molecolare relativo 650 g
g/mol ((GPC based on
calibration with polystirene standard)
Equivalente a un dimero o trimero, se l’unità
monomerica della cutina (10,16-bishydroxyhexadecanoic
acid) ha peso molecolare di 284 g/mol.
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Ottimizzazione del metodo di estrazione:
 in laboratorio
Su impianto pilota
Il metodo di estrazione è riproducibile indipendentemente da
L’origine geografica delle bucce
Il tipo
p di buccia: q
qualsiasi tipo,
p , anche omogeneizzato
g
Il metodo funziona anche su bucce dalle quali è strato estratto il licopene
La
La resa è tra 8-15% sia in laboratorio che su impianto pilota
Le bucce esauste possono essere utilizzate per la produzione di biogas con le
stesse prestazioni
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3th step: Produzione
Prod ione della resina
Per la produzione della resina sono state seguite 2 strade
 Copolimerizzazione
C
li
i
i
d ll cutina
della
ti estratta
t tt con monomerii standard
t d d per resine
i
poliesteri e con PEG
La cutina estratta è stata miscelata in diversi rapporti sulla miscela monomerica e la
resina
i risultante
i l
è stata caratterizzata
i
in
i relazione
l i
all contenuto solido,
lid OH≠,
OH≠ A.V.
AV e
viscosità
Buoni risultati con 10÷80% di cutina
 Omopolimerizzazione della cutina estratta
Sono state ottenute resine poliesteri usando la cutina estratta (in diverse condizioni di
reazione)
i ) e la
l resina
i risultante
i l
è stata caratterizzata
i
in
i relazione
l i
all contenuto solido,
lid OH≠,
OH≠
A.V. e viscosità
Risultati molto buoni
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4th step: Produzione
Prod ione della vernice
ernice
Partendo da cutina omopolimerizzata, sono stati sviluppati due tipi di coatings
Base solvente
Base acqua
Sono state sviluppate alcune formulazioni per ogni tipo.
tipo Diversi reticolanti e additivi
sono stati utilizzati per ottimizzarne le prestazioni (patent pending)
sono state selezionate due formulazioni
Formula A , reticolata con poliisocianato
per tutti i substrati metallici
Formula B, reticolata con resina fenolica
per TFS and alluminio
è stata selezionata una
formulazione
Formula C , reticolata con
formaldeide-melammina per
alluminio
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Cott ra della vernice
Cottura
ernice
Prima dell’applicazione è stata studiata la cinetica di reticolazione della bio-vernice
mediante tecnica DSC
Si ottiene un grado di cottura del 98% nelle stesse condizioni di
tempo e temperatura delle vernici standard
La biovernice
bi
i può essere applicata
li
su linea
li
i d i l senza
industriale
nessuna modificazione delle linee
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Valutazione delle vernici
E’ stata applicata su banda stagnata, TFS e alluminio
Sono state studiate
S
di
l proprietà
le
i à meccaniche
i h e chimico
hi i fisiche
fi i h prima
i
e dopo
d
trattamento termico.
La vernice è conforma alla legislazione italiana e europea per i MOCA. Ha
superato anche i test sensoriali secondo UNI EN 10192/2000
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5th step: Applicazione della vernice e produzione delle scatole
Le vernici selezionate sono state
applicate manualmente in laboratorio
sulle fascette e su fogli A4. La cottura
è stata condotta a 200°C per 10 min
Le scatole in
2 e 3 pezzi
sono state
prodotte su
linea
industriale
“BiocopacPlus” Rimini November 5, 2014
6th step: Confezionamento con pomodoro e tonno
Magazzinaggio a 20 e 37°C
I risultati del pack-test sono
interessanti e promettenti
“BiocopacPlus” Rimini November 5, 2014
7) L‘analisi LCA, fatta confrontando la nuova bio-vernice con una
vernice standard,
standard ha dato risultati veramente sorprendenti:
minori emissioni di CO2, pari a 130.7 mg di CO2
evitata per ogni scatola
Sulla
S
lla base dei ris
risultati
ltati di Biocopac è stata presentata una
na nuova
n o a
proposta BiocopacPlus, nell’ambito del programma Life.
“BiocopacPlus” Rimini November 5, 2014
LIFE13 ENV IT 00590 / “BiocopacPlus”
LIFE13
ENV IT 00590 / “BiocopacPlus”
Sustainable bio‐based coating from tomato processing by‐products for food metal packaging
Obiettivo principale :
Il progetto è orientato all’industrializzazione, focalizzato a dimostrare la
fattibilità tecnica e ll’efficacia
efficacia su scala semindustriale dei sistemi di estrazione e
produzione della cutina attualmente sviluppati a livello di laboratorio.
L’obiettivo principale del progetto è la realizzazione di un impianto pilota
Il progetto, iniziato lo scorso Giugno, durerà 3 anni
Costo totale: € 2.056.045
( t ib t LIFE+ 50%)
(contributo LIFE+: 50%) “BiocopacPlus” Rimini November 5, 2014
Il Consorzio
Organisation
Stazione
Sperimentale
per l’Industria
delle Conserve
Alimentari
Acronym
Type
Country
RTD
Performer
Italy
SSICA
SME
CFT – Food
Technology
S.p.A.
Italy
CFT
SME
Azienda
A
i d
agricola Virginio
Chiesa
CHIESA
Salchi
SALCHI
Business
activity
i i
Applied research
in the food
preservation
sector
Italy
Overall coordinator
Technological and hygienic
evaluation of the new
packaging
Manufacturer of
industrial lines
and machines
for the foodpreserving
industries
Individuation of the
components of the prototype
pplant,
Design and Assembling of the
protype plant
Farmers
Supply of tomato skins ,
Logistic and tTechnical
support and Support in testing
integration into bio-refinery
Lacquer
producer
d
Formulation and Application
off the
th new lacquers
l
Italy
SME
Role in project
“BiocopacPlus” Rimini November 5, 2014
Le fasi principali del lavoro sperimentale riguardano:
Action B.1 : “Specifiche
p
e requisiti per la
realizzazione
dell’impianto
dell
impianto per
l’estrazione della cutina e
della sua prepolimerizzazione “
Action B.2 :
“Progettazione dell’impianto
e installazione del prototipo
per ll’estrazione
estrazione e
polimerizzazione della
cutina”
Action B.4
B4:
“Formulazione della biovernice, produzione e
analisi”
li i”
Action
A
ti B.3
B3:
“Collaudo
dell’impianto e
analisi della cutina
estratta”
Action B.5 : “Dimostrazione
della produzione della biovernice e applicazione con
incluso Pack Test”
Action B.6 : “Life Cycle Assessment (LCA)”
“BiocopacPlus” Rimini November 5, 2014
Obiettivo della ricerca è la progettazione e realizzazione di un impianto
prototipo per l’estrazione della cutina.
Capacità dell’impianto pilota : 100Kg/h,
equivalente a 10-20% di una futura linea industriale
Efficienza di estrazione : contenuto di zuccheri e fibra nella cutina <0.5%
Resa di estrazione : 10-15%
Si Produttivo
Sito
P d i : Azienda
A i d A
Agricola
i l Virginio
Vi i i Chiesa,
Chi
Canneto sull’Oglio (MN)
“BiocopacPlus” Rimini November 5, 2014
Conclusioni
E’ stato ottimizzato il metodo di estrazione della cutina con elevata riproducibilità
e resa in laboratorio.
Diverse formulazioni di vernici e resine a base cutina sono state sviluppate e
studiate in laboratorio
 Test di laboratorio hanno mostrato buone proprietà meccaniche e chimiche delle
bio-vernici selezionate applicate su banda stagnata,
stagnata banda cromata e alluminio; i
risultati ottenuti dal Pack Test preliminare sono stati interessanti e promettenti
L analisi LCA ha evidenziato la forte diminuzione dell
L’analisi
dell’impatto
impatto ambientale,
ambientale in
particolare delle emissioni di CO2;
Sulla
S
ll base
b
d i risultati
dei
i l i positivi
i i i del
d l progetto BIOCOPAC sii sta sviluppando
il
d il
progetto LIFE BIOCOPACPlus
“BiocopacPlus” Rimini November 5, 2014
Grazie per l’attenzione
www.biocopac.eu
www
biocopac eu
www.biocopacplus.eu
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http://www.euronews.com/2014/09/29/tomatoes with a can do attitude/
http://www.euronews.com/2014/09/29/tomatoes-with-a-can-do-attitude/