Biotecnologie Industriali

Cellulose e processi industriali

La cellulosa è il prodotto primario della fotosintesi negli ambienti terrestri e il polimero rinnovabile maggiormente sintetizzato nella biosfera (circa 100 bilioni di tonnellate all’anno). Si tratta di una molecola lineare costituita da un elevato numero di unità di glucosio.

Nonostante la produzione di cellulosa da parte delle piante e delle alghe sia la più importante fonte di carbonio presente in natura, è stata documentata anche la sua sintesi da parte di organismi non fotosintetici quali batteri, invertebrati marini, funghi, muffe e amebe.

Cellulosa dopo la sbianca

La cellulosa (nella foto a sinistra cellulosa dopo la sbianca) può essere utilizzata industrialmente senza essere trasformata, oppure può subire modifiche che le conferiscono particolari proprietà. Il processo industriale più noto per il suo impiego di cellulosa è sicuramente la produzione di carta. La cellulosa, però, viene ampiamente utilizzata anche nel settore farmaceutico (produzione di garze e rivestimenti capaci di modulare il rilascio di principi attivi dalla compressa), cosmetico (gel, stabilizzanti, pellicolanti, dentifrici), tessile (rayon, lyocel), ecc.

Poichè la cellulosa è insolubile in acqua, per poter essere sfruttata industrialmente in alcune applicazioni viene trasformata, attraverso una reazione chimica, in CarbossiMetilCellulosa (CMC).

Questo avviene tramite l’introduzione del sostituente carbossimetile che trasforma la cellulosa, insolubile in solventi acquosi, in CMC solubile.

La CMC trova applicazione in moltissimi campi, soprattutto in virtù delle sue capacità addensanti (aumenta la viscosità di una soluzione) e sospensivanti (mantiene sospese in soluzione particelle di solidi), oltre alla sua capacità collante e di ritenzione d’acqua. La lunghezza della molecola di CMC (numero di unità di glucosio che la compongono) influenza la viscosità della soluzione e, quindi, il campo di applicazione.

I principali settori di impiego della CMC sono: detergenza, perforazioni petrolifere, ceramica, filiera cartaria, industria tessile, pitture e vernici, industria alimentare, cosmetica, farmaceutica, pet food.

Il meccanismo con cui viene ridotta la molecola di CMC (eliminazione di unità di glucosio) prende il nome di depolimerizzazione e attualmente avviene attraverso una reazione chimica che prevede l’utilizzo di alte concentrazioni di acqua ossigenata in condizioni drastiche (temperatura e pH elevati). Questo processo industriale è complesso e critico poiché l’acqua ossigenata è una sostanza corrosiva, comporta problemi di sicurezza e di gestione, impone l’utilizzo di materiali speciali e di adeguate protezioni personali, è nociva per inalazione e per ingestione, può provocare ustioni. Fra i rischi ad essa collegati vi sono l’infiammazione di sostanze combustibili e l’esplosione durante la miscelazione con sostanze organiche. Un metodo alternativo di depolimerizzazione della CMC è quello enzimatico, con l’impiego di cellulasi. Le cellulasi sono enzimi che idrolizzano la cellulosa, andando a scindere il legame collocato fra due unità di glucosio successive.

L’impiego di cellulasi, al posto dell’acqua ossigenata, permette di operare in condizioni meno drastiche e con una maggiore sicurezza. Sono quindi stati compiuti alcuni studi allo scopo di sviluppare un processo enzimatico di depolimerizzazione della cellulosa e/o della CMC, che potesse sostituire quello attuale di ossidazione chimica, al fine di ottenere una maggiore sicurezza e controllo del processo e dei prodotti.

I risultati mostrano che l’impiego di cellulasi permette di avere una molecola di CMC a lunghezza ridotta, pur non raggiungendo il livello di depolimerizzazione ottenuto per via chimica. La CMC ottenuta per via enzimatica può quindi essere impiegata in quei settori in cui siano necessarie CMC che generano un’alta o media viscosità. In conclusione, la depolimerizzazione enzimatica si è rivelata una valida alternativa al processo chimico, con indubbi vantaggi:

  • condizioni più blande (temperatura più bassa di circa 20°C, pH neutro)
  • risparmio energetico legato principalmente alla temperatura di reazione
  • eliminazione dei problemi di sicurezza legati all’impiego di acqua ossigenata
  • minore impatto ambientale

Tesi di laurea “Caratterizzazione di cellulose e cellulasi per impieghi in processi industriali”

Sara Cheroni – Università degli Studi di Milano Bicocca

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2 Comments

  1. Ciao, ti faccio i miei complimenti per il blog. Mi piace davvero! Laura

  2. Ciao, ho letto il blog devo dirti che mi piace molto. Complimenti davvero!!! Ti leggerò spesso!!

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