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.

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. 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. • 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. 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. 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. 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. Settore Agro-
alimentare
Azienda agricola
Fabio Meloni
Azienda agricola, coltivazione di riso nella zona di San
Gavino (SU)

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. 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. 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. 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. Settore
Cosmetico
HERBSARDINIA
HerbSardinia produce cosmetici certificati biologici (AIAB e CCPB),
realizzati con metodi naturali utilizzando solo piante sarde
(km zero).

13. Settore
cosmetico
Juveniis
Azienda di cosmesi che propone cosmetici 100% naturali, certificati
biologici, utilizzando principi attivi estratti da piante autoctone.

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. Settore
Ambientale
Si occupa di Servizi Ambientali e di recupero e compostaggio dei rifiuti “verdi”

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. 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. 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. 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. 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. Ing. Giovanni Pisu
Ingegnere libero professionista, consulenza e progettazione
Altro Settore

22. RISULTATI PRELIMINARI

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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. PARTE SPERIMENTALE

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. 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. 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. 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. 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. 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

41. 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

42. 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

43. Open day 12 Aprile 2019

44. Link Progetto COMISAR

45. Grazie per l’attenzione