Ottimizzazione dell'acidogenesi di sansa di oliva per la produzione di Poliidrossialcanoati

The increasing focus on environmental sustainability and circular economy principles has promoted the development of innovative technologies for the reuse and valorization of agro-industrial residues, with the aim of producing value-added products while reducing their environmental impact. Biotechnology exploits the metabolic capabilities of microorganisms to convert residual biomasses into compounds of industrial and energetic interest, and, among the available approaches, anaerobic digestion represents one of the most promising. This thesis describes an innovative bioprocess, currently under investigation and optimization, that uses olive pomace as feedstock, a by-product of the olive oil industry that is difficult to dispose of and is still scarcely exploited for biotechnological applications. The process aims to optimize the acidogenic phase of anaerobic digestion to produce biohydrogen and volatile fatty acids (VFAs), which can subsequently be used as substrates for the synthesis of polyhydroxyalkanoates (PHAs), a family of biodegradable bioplastics of increasing industrial interest. The process was investigated by evaluating different thermal pretreatments applied to both the inoculum and the substrate in order to identify the conditions that best promote acidogenesis. Process performance was assessed by monitoring hydrogen and carbon dioxide production together with the quantification of VFAs produced during fermentation. This work was carried out within the framework of the European OLinWaste project, which aims to develop sustainable biorefinery strategies for the valorization of olive oil industry residues. The results showed that the optimal pretreatment conditions consisted of heating both the inoculum and the substrate at 80 °C for 30 minutes, achieving a maximum hydrogen production of 7.02 NmL gVS⁻¹ and a total VFA concentration of 29.74 g L⁻¹. Overall, the results highlight the potential of olive pomace as a substrate to produce biohydrogen and VFAs, supporting the objectives of the OLinWaste project and the development of sustainable biorefinery strategies for the valorization of olive oil industry residues.

La crescente attenzione verso la sostenibilità ambientale e i principi dell’economia circolare richiede lo sviluppo di tecnologie innovative per il riutilizzo e la valorizzazione degli scarti agro-industriali, con l’obiettivo di ottenere prodotti ad alto valore aggiunto e ridurre il loro impatto ambientale. Le biotecnologie sfruttano le capacità metaboliche dei microrganismi per convertire biomasse residuali in composti di interesse industriale ed energetico e, tra le diverse strategie disponibili, la digestione anaerobica rappresenta una delle più interessanti. La presente tesi descrive un bioprocesso innovativo, attualmente in fase di studio e ottimizzazione, che utilizza come materia prima la sansa di oliva, un sottoprodotto della filiera olearia di difficile smaltimento e ancora poco valorizzato dal punto di vista biotecnologico. Il processo mira a ottimizzare la fase acidogenica della digestione anaerobica per la produzione di bioidrogeno e acidi grassi volatili (AGV), successivamente impiegabili come substrato per la sintesi di poliidrossialcanoati (PHAs), bioplastiche biodegradabili di crescente interesse industriale. Il processo è stato studiato valutando diversi pretrattamenti termici applicati a inoculo e substrato per individuare le condizioni più favorevoli all’acidogenesi. Le prestazioni del sistema sono state valutate tramite il monitoraggio della produzione di idrogeno e anidride carbonica e la quantificazione degli AGV prodotti. Il lavoro si inserisce nel progetto europeo OLinWaste, dedicato allo sviluppo di strategie di bioraffineria per la valorizzazione sostenibile dei residui della filiera olearia. I risultati hanno evidenziato che le condizioni ottimali di pretrattamento sono 80 °C per 30 minuti sia per inoculo sia per substrato, con una produzione massima di bioidrogeno di 7,02 NmL gVS⁻¹ e una concentrazione totale di AGV pari a 29,74 g L⁻¹. Nel complesso, i risultati evidenziano il potenziale della sansa di oliva come substrato per la produzione di bioidrogeno e AGV, supportando gli obiettivi del progetto OLinWaste e lo sviluppo di strategie di bioraffineria sostenibili per la valorizzazione dei residui dell’industria olearia.