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Progetto COMISAR - Evento divulgativo intermedio dell'11 giugno19

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La presentazione è stata realizzata in occasione dell'evento divulgativo intermedio del progetto COMISAR, che si è svolto l'11 giugno 2020.

COMISAR è un progetto cluster top-down volto all'individuazione dei ceppi algali e dei terreni sardi più adatti alla coltivazione, alla ottimizzazione della tecnologia di estrazione, e alla sperimentazione di un impianto pilota per l'estrazione. Il progetto è finanziato grazie ai fondi del POR FESR Sardegna 2014-2020.

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Progetto COMISAR - Evento divulgativo intermedio dell'11 giugno19

  1. 1. Evento divulgativo intermedio 11 Giugno 2019 COltivazione di ceppi MIcroalgali SARdi per applicazioni innovative nei settori agro-alimentare, nutraceutico, cosmetico e ambientale - COMISAR Progetto finanziato con fondi POR FESR 2014/2020 - ASSE PRIORITARIO I “RICERCA SCIENTIFICA, SVILUPPO TECNOLOGICO E INNOVAZIONE”
  2. 2. Progetto COMISAR Alga Bio Antonio Pischedda Azienda agricola Fabio Meloni Azienda agricola biologica Orrù ed eredi Beppe Giuseppe Bullegas CO.RE.M. S.r.l. Enrico Dessì Fondazione MED SEA Ing. Giovanni Pisu HerbSardinia S.r.l. I.M. S.r.l. Insignia S.r.l. Milis Energy S.r.l. Sarda Compost Servizi Ambientali S.r.l. Soc. Agricola Montessu Tecnoplast S.r.l. Juveniis S.r.l. Aziende aderenti al cluster aggiornate al mese di Giugno 2019: Durata: 30 mesi Organismi di ricerca coinvolti:  Centro interdipartimentale di Ingegneria e Scienze Ambientali (CINSA) dell’Università di Cagliari;  Centro di Ricerca Sviluppo e Studi Superiori in Sardegna (CRS4) Responsabile scientifico: Prof. Giacomo Cao
  3. 3. • Il progetto rientra nella macroarea AGRO-INDUSTRIA, tematismo BIOECONOMIA, e si propone di ricadere su quattro settori principali: AGRO-ALIMENTARE, NUTRACEUTICO, COSMETICO ed AMBIENTALE Settore Agro- alimentare Settore Cosmetico Settore Bioenergia Settore Ambientale Altro Settore Settore nutraceutico
  4. 4. Settore Agro- alimentare Imprese costituenti il Cluster • Società Agricola Montessu • Impresa Antonio Pischedda • Ditta individuale Beppe Giuseppe Bullegas • Ditta individuale Enrico Dessì Imprese aggiunte • Azienda agricola Fabio Meloni • Azienda agricola biologica Orrù ed eredi • Milis Energy S.r.l.  Potenziale interesse nei sistemi di coltivazione e commercializzazione delle biomasse algali  Potenziale interesse per il potenziale miglioramento della fertilità dei suoli  Rispetto della filiera biologica e della tracciabilità del prodotto finale
  5. 5. Settore Agro- alimentare Soc. Agricola Montessu Società agricola in Loc. is Pintus a Villaperuccio è ad indirizzo olivicolo con oltre 30 ettari di uliveto condotti in regime biologico, impiega gli scarti della produzione come fertilizzante nei terreni aziendali
  6. 6. Settore Agro- alimentare Impresa Antonio Pischedda L’impresa si trova nel Comune di Villaperuccio (SU) Loc. Is Caus e svolge attività nel settore agricolo e zootecnico
  7. 7. Settore Agro- alimentare Azienda agricola Fabio Meloni Azienda agricola, coltivazione di riso nella zona di San Gavino (SU)
  8. 8. Settore Agro- alimentare Enrico Dessì Ditta individuale che si occupa di coltivazioni agricole associate all’allevamento di animali (Loc. Is Trottus SNC San Giovanni Suergiu 09010 (CI)
  9. 9. Settore Agro- alimentare Beppe Giuseppe Bullegas E’ una ditta individuale che offre servizi di Consulenza alle aziende ed a tutti gli operatori del settore agricolo agroalimentare e forestale, con servizi specifici di consulenza tecnica, amministrativa e progettuale relativa all'Innovazione e allo sviluppo della Multifunzionalità. Inoltre, BGB si occupa di problematiche connesse alla Tutela dell'Ambiente Rurale, alla Pianificazione del Territorio e all'introduzione di Sistemi Informativi Territoriali per la gestione delle aree Urbane e Agricole Settore Ambientale
  10. 10. Settore Agro- alimentare Azienda agricola biologica Orrù ed eredi Azienda agricola che si occupa di produzione in regime biologico di ortaggi in serra nella zona di Mogoro (OR) Coltivazioni di: pomodoro, cetriolo, zucchine, ecc. Mercato di riferimento: mense scolastiche, ospedali, gdo e altri operatori
  11. 11. Settore Agro- alimentare Coltivazione di microalghe per prodotti destinati alla nutrizione umana, animale e per l’agricoltura L’obiettivo di Hyperfood è quello di sviluppare un circolo virtuoso che crea valore attraverso processi sostenibili Vasche di coltivazione dell’alga Arthrospira platensis (Spirulina) presso l’azienda Settore nutraceutico
  12. 12. Settore Cosmetico HERBSARDINIA HerbSardinia produce cosmetici certificati biologici (AIAB e CCPB), realizzati con metodi naturali utilizzando solo piante sarde (km zero).
  13. 13. Settore cosmetico Juveniis Azienda di cosmesi che propone cosmetici 100% naturali, certificati biologici, utilizzando principi attivi estratti da piante autoctone.
  14. 14. Settore Bioenergia Alga Bio L’azienda si occupa di produzione di biodiesel e prodotti ad elevato valore aggiunto dalla biomassa algale in un contesto di bio-raffineria Settore Ambientale
  15. 15. Settore Ambientale Si occupa di Servizi Ambientali e di recupero e compostaggio dei rifiuti “verdi”
  16. 16. Settore Ambientale Fondazione MEDSEA Tra le tematiche seguite dalla Fondazione ci sono il turismo sostenibile, la gestione integrata delle zone costiere, la valutazione del ciclo di vita, la gestione dei rifiuti costieri e la protezione e la conservazione delle aree di ecosistema marino e zone umide
  17. 17. Altro Settore CO.RE.M. S.r.l. Azienda in provincia di Cagliari che si occupa principalmente di personalizzazione, modifica ed aggiornamento di sistemi meccanici e progettazione, costruzione e manutenzione di impianti, gruppi e componenti oleodinamici e pneumatici
  18. 18. Si occupa di produzione di una vasta gamma di materiali innovativi tra cui materiali sinterizzati high-tech, materiali ceramici, compositi ed intermetallici, refrattari e altri materiali per impieghi speciali ottenibili mediante l’utilizzo delle tecnologie SPS Spark Plasma Sintering, SHS, MM Altro Settore
  19. 19. E’ un'agenzia formativa accreditata alla Regione Autonoma della Sardegna per la Formazione Professionale nelle Macrotipologie A, B e C. E' accreditata, inoltre, per i corsi sulla Sicurezza nei luoghi di Lavoro. Le attività svolte sono le seguenti: a) Accesso e informazione; b) Orientamento di primo livello; c) Facilitazione dell’incontro tra domanda ed offerta di lavoro; d) Orientamento specialistico; e) Accesso ai percorsi di accompagnamento al lavoro; f) Servizi alle imprese Altro Settore
  20. 20. La TECNOPLAST è un'impresa del settore Materie Plastiche, con sede in Cagliari che propone a molteplici settori di mercato una vasta gamma di materiali, manufatti e soluzioni Altro Settore
  21. 21. Ing. Giovanni Pisu Ingegnere libero professionista, consulenza e progettazione Altro Settore
  22. 22. RISULTATI PRELIMINARI
  23. 23.  Incontri, anche con sotto-gruppi di aziende interessate a specifici aspetti del progetto  Consultazioni con le aziende in relazione agli scopi e ai prodotti di interesse  Visite del gruppo di ricerca presso le aziende aderenti per adattare le sperimentazioni alle necessità della singola impresa  Condivisione degli output dell’attività con relazioni e articoli su «cloud» con accesso alle imprese Modalità di coinvolgimento delle aziende
  24. 24. Settore Agro- alimentare Azienda agricola Fabio Meloni L’azienda agricola si è resa disponibile per effettuare dei campionamenti presso le loro risaie, allo scopo di valutare le biocenosi microalgali legate alle coltivazioni. I campionamenti che verranno compiuti interesseranno il suolo e l’acqua su cui saranno eseguite analisi fisico-chimiche e biologiche.
  25. 25. Settore Agro- alimentare Azienda agricola biologica Orrù ed eredi I suggerimenti ed i feedback da parte dell’azienda hanno riguardato la proposta di impiegare le microalghe nella coltivazione degli orticoli come fertilizzanti e/o antiparassitari. A tal proposito, nel mese di maggio, è stata effettuata una visita presso l’azienda in Mogoro (OR) per compiere dei campionamenti
  26. 26. CAMPIONAMENTO non sistematico a ‘’X’’ (D.M. 13/09/1999 e s.m) 15 punti di campionamento a 15 cm di profondità per ciascuna area per produrre ogni campione destinato ad analisi chimiche Campionamento del suolo della serra destinata alle colture ordinarie
  27. 27. Effettuato secondo le linee guida del D.M. del 23/03/2000 e s.m. Campionamento dell’acqua destinata alle analisi chimico-fisiche e microbiologiche Campionamento di microalghe
  28. 28. Settore Agro- alimentare Vasche di coltivazione dell’alga Arthrospira platensis (Spirulina) presso l’azienda. Settore nutraceutico L’azienda è interessata all’estrazione di saccaridi, polisaccaridi, esopolisaccaridi (EPS) e acidi grassi polinsaturi presenti nelle microalghe. Tra i generi investigati in letteratura per la produzione di polisaccaridi si annoverano Chlorella, Scenedesmus e Spirulina (Mohamed 2008; Elarroussi et al., 2016; Song et al., 2018)
  29. 29. Settore Cosmetico HERBSARDINIA Successivamente all’interazione con l’azienda la ricerca bibliografica ha evidenziato i potenziali prodotti estraibili dalle microalghe per il settore cosmetico, capaci di fornire diversi benefici alla salute. Per esempio, è stato osservato che vi è un aumento nella produzione di clorofilla e carotenoidi in Chlorella vulgaris, in Nostoc e Spirulina platensis quando coltivati in presenza di intense radiazioni UV (Sharma et al., 2015). Nella famiglia delle Chlorophyceae troviamo alcuni tra i generi più comuni utilizzati come fonte di pigmenti, ad esempio la Dunaliella, la Muriellopsis, la Chlorella ed l’Haematococcus (Guedes et al., 2011). L'astaxantina è uno dei principali carotenoidi che si trova nell’ Haematococcus pluvialis. È un antiossidante eccellente, più potente delle vitamine C ed E o di altri carotenoidi (Wang et al., 2015).
  30. 30. Juveniis Olio arrichito con astaxantina da Haematococcus pluvialis L’azienda ha mostrato un interesse verso la produzione di carotenoidi e β-glucani β-carotene β -glucano L’attività di ricerca bibliografica ha evidenziato che, tra i ceppi microalgali già individuati per la produzione di β-glucani, vi sono rappresentanti dei generi Scenedesmus, Desmodesmus, Picochlorum, Coccomyxa e Chlorella (Schulze et al. 2016) Settore Cosmetico
  31. 31. L’azienda manifesta il suo interesse verso le microalghe capaci di produrre almeno il 35% di lipidi, per un potenziale utilizzo per la produzione di bio-carburanti lipidi Settore Bioenergia Alga Bio
  32. 32. Settore Ambientale Fondazione MEDSEA La Fondazione MEDSEA ha un potenziale interesse per le bio-plastiche in quanto uno dei temi principali che tratta è l’Inquinamento marino da plastica
  33. 33. PARTE SPERIMENTALE
  34. 34. Articolazione del progetto Il progetto prevede 8 obiettivi: WP 1. Gestione del progetto WP 2. Individuazione, caratterizzazione e sperimentazione di ceppi microalgali isolati in Sardegna WP 3. Ottimizzazione dei terreni di coltura WP 4. Analisi delle cinetiche di crescita in fotobioreattori e/o open ponds WP 5. Sviluppo e ottimizzazione di tecnologie di estrazione dei composti intracellulari ad elevato valore aggiunto WP 6. Modelli matematici, tools e software, per la progettazione, il controllo e l’ottimizzazione dei fotobioreattori WP 7. Realizzazione e messa in opera di un piccolo impianto pilota WP 8. Disseminazione e sfruttamento dei risultati
  35. 35. Obiettivi: WP1 – Coordinazione e monitoraggio della corretta evoluzione del progetto secondo i tempi e le modalità previste WP2.1 - Individuazione di ceppi algali adatti e/o adattati alla coltivazione in Sardegna da utilizzare nel processo produttivo Attività Controllo e coordinamento del progetto Al momento, sono stati selezionati tre ceppi: Coccomyxa melkonianii SCCA 048, campionata nelle acque contaminate da metalli pesanti del Rio Irvi (Sardegna sud-occidentale); Picochlorum sp. SCCA 034, campionato presso una sorgente nella località di Arquerì, Foresta di Montarbu in comune di Seui (Sardegna centro-orientale); Chlorella sorokiniana SCCA 090, campionata presso la località Monti Mannu, Villacidro (Sud Sardegna); I tre ceppi sono mantenuti in vivo presso la ceppoteca sarda SCCA (Malavasi & Cao 2015)
  36. 36. WP2.2 - Caratterizzazione, anche genetica e metabolica, dei ceppi sardi in relazione alla loro capacità di produrre composti ad alto valore aggiunto WP 3 - Ottimizzazione dei terreni di coltura  Per caratterizzare i ceppi SCCA 034 e SCCA 090 si è scelto di sequenziare l'rRNA 18S, una molecola molto utilizzata per lo studio della filogenesi negli eucarioti, che ci ha permesso di collocare queste microalghe verdi rispettivamente nei generi Picochlorum e Chlorella;  Stanno procedendo le analisi per lo screening metabolomico di Coccomyxa melkonianii SCCA 048 intraprese nei primi sei mesi del progetto e sono contemporaneamente iniziate quelle su  Picochlorum sp. SCCA 034;  l’analisi è stata eseguita in triplicato su una coltura di Picochlorum sp. SCCA 034 e su una coltura di  C. melkonianii SCCA 048 in BBM standard durante le diverse fasi di crescita;  i campioni sono stati estratti con estrazione solido/liquido con solventi polari ed essiccati sotto flusso di azoto. Gli estratti secchi sono stati derivatizzati e successivamente è stata eseguita l’analisi GC-MS;  nella fase esponenziale di entrambe le alghe osservate si è riscontrata la presenza di 5 metaboliti: acido isocitrico, valina, glutamina, fenilalanina, acido gluconico e glucosio. Questo dato chiaramente andrà riconfermato nelle successive prove sperimentali;  Coltivazione di Coccomyxa melkonianii SCCA 048 in diverse condizioni di crescita, parametri testati:  azoto (concentrazioni BBM st, 1/5N e 5N);  FeSO4 (3 diverse concentrazioni);  pH (4.0, 6.8 e 8.0)
  37. 37. WP4.2 - Individuare configurazioni reattoristiche che massimizzano il compromesso tra produttività e costi di gestione Giorno 0 Giorno 13 Giorno 29 La coltivazione di C. melkonianii SCCA 048 nel fotobioreattore di tipo Raceway ha reso possibile identificare i tre principali acidi grassi che vengono prodotti in concentrazioni differenti durante le varie fasi di crescita: palmitico, stearico, e l’acido grasso polinsaturo linoleico
  38. 38. WP 6. - Modelli matematici, tools e software, per la progettazione, il controllo e l’ottimizzazione dei fotobioreattori WP 6.1 - Interpretazione quantitativa dei dati sperimentali per l’inferenza di informazioni utili al miglioramento della tecnologia E’ stato sviluppato un modello matematico per la simulazione della crescita di Coccomyxa melkonianii in fotobioreattori batch e la contestuale produzione di lipidi e acidi grassi. 𝜇 𝑚𝑎𝑥 = 3.75 × 10−2 ℎ−1 𝐶 𝑏 𝑠𝑡𝑎𝑡 = 0.4 ÷ 1.2 𝑔 𝐿−1 𝑞 𝐿 𝑠𝑡𝑎𝑡 = 20 ÷ 40 𝑤𝑡% Il modello consente la corretta interpretazione dei risultati sperimentali e la valutazione di parametri cinetici fondamentali al fine della valutazione dei costi d processo su larga scala 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0 1 2 3 4 4 6 8 10 12 1 2 3 4 Multiwell experimental data Fitting using Monod's kinetics x10 -2 (h -1 ) [NO3 ], (g L -1 ) (a) Multiwell experimental data Fitting using kinetic model by Tan et al., 1998 x10 -2 (h -1 ) pH (b) 3 4 6 7 8 9 0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 Multiwell experimental data PBR experimental data at constant pH (h -1 ) pH (c) 6,8 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5 9,0 9,5 10,0 10,5 11,0 11,5 12,0 Experimental data C 0 NO3 =0,25 g/L Interpolation for C 0 NO3 =0,25 g/L Experimental data C 0 NO3 =0,05 g/L Interpolation for C 0 NO3 =0,05 g/L pH,(-) Time (h) (a) 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 Exerimental data (C 0 NO3 =0,25 g/L) Model fitting (C 0 NO3 =0,25 g/L) Exerimental data (C 0 NO3 =0,05 g/L) Model prediction (C 0 NO3 =0,05 g/L) Biomassconcentration,(gL -1 ) Time (h) (b) 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 Experimental data (C 0 NO3 =0,25 g/L) Model fitting (C 0 NO3 =0,25 g/L) Experimental data (C 0 NO3 =0,05 g/L) Model prediction (C 0 NO3 =0,05 g/L) [NO - 3 ],(gL -1 ) Time (h) (c) 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 0 10 20 30 40 50 60 70 Experimental data (C 0 NO3 =0,25 g/L) Model fitting (C 0 NO3 =0,25 g/L) Experimental data (C 0 NO3 =0,05 g/L) Model prediction (C 0 NO3 =0,05 g/L) Lipidcontent,(wt%) Time (h) (d)
  39. 39. WP 6.2 - Simulazione delle performances del processo in condizioni differenti da quelle investigate sperimentalmente Grazie al modello sono state quindi ottenute opportune mappe di ottimizzazione che forniscono le coppie di valori di concentrazione iniziale d’azoto e il «dilution rate» che massimizzano le produzioni      3 max x av x d x xNO dC f C g I h pH C C D C dt          3 3 3 NO feedx NO NO dC dC Y D C dt dt        3 3 0 max max 1L x L LNO NO L dC dC q C C D C dt dt q                   Sono state simulate condizioni di funzionamento del PBR in modalità fed-batch in modo da avere informazioni sulle produttività massime ottenibili. 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 0,000 0,001 0,002 0,003 0,004 0,005 0,006 Porduttivivitàbiomassa,Pb(gL -1 h -1 ) Dilution rate, D (h -1 ) Dmax 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 Dilution rate, D (h -1 ) Initialnitrogenconcentration,C 0 NO3 0 2,500E-5 5,000E-5 7,500E-5 1,000E-4 Lipid productivity (mg L -1 h -1 ) 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 Biomass productivity (g L -1 h -1 ) Dilution rate, D (h -1 ) IntialNO3 concentration,C 0 NO3 (gL -1 ) 0 0,001750 0,003500 0,005250 0,007000
  40. 40. WP 5. Sviluppo e ottimizzazione di tecnologie di estrazione dei composti intracellulari ad elevato valore aggiunto A maggio è stata avviata la coltivazione di C. melkonianii all’interno di sacchi per fitoplancton in polietilene allo scopo di ottenere quantitativi di biomassa sufficienti per l’ottimizzazione di tecnologie di estrazione dei composti intracellulari ad elevato valore aggiunto
  41. 41. WP 7. Realizzazione e messa in opera di un piccolo impianto pilota Nuovo mini- impianto tipo Raceway: consentirà la coltivazione e la valutazione delle cinetiche di crescita a parametri controllati di temperatura, intensità luminosa e flusso di CO2 negli esperimenti futuri
  42. 42. Open day 12 Aprile 2019
  43. 43. Link Progetto COMISAR
  44. 44. Grazie per l’attenzione

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