Development of a novel green process for spent tea leaves valorization"

Lo scopo della tesi è stato quello di sviluppare e progettare un processo estrattivo innovativo e sostenibile, applicabile al recupero degli scarti di lavorazione dell’industria del tè. Questo principalmente attraverso lo sfruttamento della tecnologia CAE “cavitation assisted extraction” in modo da ottenere un estratto idroalcolico con un elevato tenore di polifenoli, nonché estratti acquosi ricchi rispettivamente di proteine vegetali e dietary fiber. L’apparecchiatura chiave del processo sviluppato è l’estrattore solido-liquido cavitazionale TURBEX EX30 (a 3 gruppi rotore-statore), inventato da Giuliano Cavaglià e oggi licenziato in esclusiva alla multinazionale austriaca ANDRITZ AG che ne cura lo sfruttamento commerciale. Su un prototipo di TURBEX EX 30 sono state svolte le attività sperimentali sui cui risultati si basa lo sviluppo di processo svolto. Tale tecnologia, unica nel suo genere, presenta una configurazione multistadio che utilizza in modo combinato le tre tecniche di intensificazione di processo volte a generare area interfacciale e area di scambio, ovvero alta turbolenza, alto sforzo di taglio e cavitazione idrodinamica. Il prototipo TURBEX permette di incrementare il mass transfer, impedendo il surriscaldamento del medium liquido e dunque, il verificarsi di degradazioni termiche: l’effetto meccanico indotto dalle onde di pressione della cavitazione idrodinamica promuove il rilascio di sostanze bioattive dal cuore della matrice, distruggendo le pareti cellulari e facilitando l’accesso del solvente o del mezzo estraente al contenuto cellulare. La tecnologia di intensificazione è in grado di gestire flusso di solido e di liquido in controcorrente, così facendo, la forza spingente del trasporto di materia viene mantenuta alta e pressochè costante lungo tutto l’hold-up del sistema, e il sistema TURBEX oggetto di analisi, composto da 3 stadi fisici rotore/statore, ha dimostrato sperimentalmente il raggiungimento di prestazioni equivalenti a quelle di un sistema costituito da 15 stadi di equilibrio teorici. L’implementazione di tale tecnologia all’interno di un impianto industriale, permette di soddisfare i requisiti della Green Chemistry e Green Engineering in quanto le alte rese estrattive ottenibili sono associate a rapporti (L/S) minimizzati, con conseguente abbattimento dell’impatto delle sezioni di separazione e concentrazione e di postprocessing in genere, sia dal punto di vista CAPEX, sia dal punto di vista OPEX. Le attività sperimentati sono state svolte su Spent Tea Leaves (“STL”) provenienti da un “tea estate” ubicato in Malawi. Le analisi sugli estratti ottenuti dimostrano che il TURBEX permette di ottenere rese di estrazione > 60%, superiori a quelli ottenuti con altre tecnologie convenzionali e non-convenzionali e con rapporti liquido/solido inferiori. Sulla base dei risultati ottenuti in fase, è stato progettato un impianto industriale in grado di trattare lo scarto industriale del tè, con capacità di targa pari a 1.000 ton/anno di STL (100% secco) in arrivo da un impianto door-to-door di produzione di ready to drink tea. Sulla base del feedstock in ingresso e delle rese ottenute tramite l’estrattore TURBEX, l’impianto permette di produrre circa 145 ton/y di estratto ricco in polifenoli (CTP=22%), 230 ton/y di estratto proteico (32% contenuto di proteine totali) e 243 ton/y di dietary fiber.