Studio di crescita di Phaeodactylum tricornutum ed estrazione di fucoxantina usando tecniche sostenibili = Growth study of Phaeodactylum tricornutum and fucoxanthin extraction by using sustainable techniques

In questa tesi è stato studiato il processo di coltivazione della diatomea Phaeodactylum tricornutum, al variare di selezionati parametri di crescita tramite un approccio di Design of Experiment. Successivamente la biomassa prodotta è stata caratterizzata per valutarne il contenuto di clorofilla a, clorofilla c e di un pigmento ad elevato valore aggiunto, la fucoxantina. Questo studio aveva l’obiettivo di individuare le condizioni di crescita più favorevoli in termini di velocità di crescita e di produzione di fucoxantina, clorofilla a e clorofilla c. Da letteratura è noto che P. tricornutum presenta una temperatura ottimale di crescita pari a 21°C e che la modalità di coltivazione più promettente è la mixotrofia poiché sfrutta l’effetto sinergico della presenza di luce e dei nutrienti, incrementando notevolmente la produttività e la velocità di crescita. Alla luce di queste considerazioni, si è deciso di condurre la crescita per 24 giorni variando la temperatura (20°C e 25°C), la tipologia di terreno (f/2 e f/2 NaNO3x10) e la concentrazione di glicerolo (0,05 M e 0,1 M). I risultati ottenuti mostrano che il test 5 (20°C, f/2 NaNO3x10, Gly 0,05 M) ha riportato i risultati migliori in termini di velocità specifica di crescita (0,414 giorni-1), velocità massima di crescita (0,53 giorni-1), tempo di duplicazione (1,67 giorni). Come ci si aspettava, temperature più basse e terreni più ricchi in nitrati favoriscono la crescita di questa microalga. La caratterizzazione della biomassa ha poi evidenziato che la resa più elevata di fucoxantina e di clorofilla a è stata ottenuta nel test 5 (1,71% di fucoxantina, 1,43% di clorofilla a), mentre il test 7 (25°C, f/2 NaNO3x10, Gly 0,05 M) ha fornito la resa di clorofilla c più elevata, pari a 0,24%. In un’ottica di sostenibilità si è deciso di valutare l’estrazione di fucoxantina tramite l’utilizzo di Natural Deep Eutectic Solvents (NaDESs), una nuova categoria di solventi ecocompatibili con elevate rese di estrazione. Sono stati selezionati 11 NaDESs con i quali è stata condotta una campagna di screening per valutare l’efficienza estrattiva di fucoxantina di ciascun solvente. Le percentuali di fucoxantina maggiori sono state ottenute con i solventi mentolo:acido levulinico (1:2) (solvente 1), con un valore pari allo 0,95%, e acido nonanoico:acido laurico (3:1) (solvente 2) con lo 0,76%. Quindi lo studio è proseguito con questi due solventi e sviluppando un Design of Experiment, tramite la metodologia del D-optimal, per progettare una serie di esperimenti atti a valutare l’effetto di diverse condizioni operative nella fase di estrazione, in particolare: temperatura (25°C, 40°C, 50°C), tempo (5, 10, 20 minuti), solvente 1 e 2 e tecnologia di estrazione (semplice o mediante uso di ultrasuoni). I risultati ottenuti sono stati elaborati tramite il software CAT per ottenere le superfici di risposta relative alla fucoxantina estratta, al variare dei diversi fattori considerati. La determinazione delle condizioni operative ottimali è una fase complessa poiché è necessario considerare l’effetto dei singoli fattori e i loro effetti combinati sull’estrazione di fucoxantina. In generale si è notato che l’impiego dell’alta temperatura (50°C) ha permesso il raggiungimento di percentuali di fucoxantina maggiori, che l’applicazione degli ultrasuoni riduce il tempo necessario per raggiungere il massimo di fucoxantina e che il solvente che ha mostrato maggiore efficacia estrattiva è stato il solvente acido nonanoico:acido laurico (3:1).