Oggi i tensioattivi, impiegati come agenti emulsionanti e detergenti, hanno un’origine perlopiù fossile, non rinnovabile. Sono una delle classi di prodotti chimici industriali più importanti, con una produzione mondiale che supera le 13 milioni di tonnellate all’anno (Zoller U., 2009).
Un’alternativa ecologica e rinnovabile ai tensioattivi tradizionali può essere offerta dai bio-tensioattivi. I bio-detergenti o bio-tensioattivi sono interessanti dal punto di vista circolare in quanto possono essere prodotti a partire da materiali organici rinnovabili. Un bio-detergente può essere prodotto, infatti, grazie alla fermentazione di scarti alimentari, sfruttando la crescita di lieviti e batteri. Gli scarti possono essere, quindi, recuperati per una nuova applicazione nell’industria alimentare o farmaceutica.
I bio-tensioattivi, entrati nel mercato come ingredienti per la formulazione di detergenti e cosmetici, sono composti da un acido grasso e da un disaccaride (zucchero). I più studiati e commercialmente più avanzati sono i ramnolipidi e soforolipidi (non OGM).
La fermentazione è il processo chiave per la produzione dei bio-detergenti. Per questo processo sono utilizzati batteri, lieviti e funghi che possono sfruttare i rifiuti organici come substrato per produrre molecole di bio-detergente. I batteri che sfruttano questi tipi di substrati includono: Starmerella bombicola, Acinetobacter, Arthrobacter, Pseudomonas, Halomonas, Bacillus, Myroides, Corynebacterium e Alteromonas (Dolman et al., 2017, Wang et al., 2020a).
I substrati usati per la produzione di bio-tensioattivi contengono elementi come: glucosio, saccarosio e glicerolo, provenienti da biomassa.
I rifiuti e i residui oleosi di origine vegetale sono i substrati più impiegati per la fermentazione e la produzione di bio-tensioattivi, grazie alla sintesi di enzimi o di microrganismi. La fermentazione enzimatica, rispetto alla fermentazione microbica, comporta un costo di produzione più elevato ma un costo di recupero inferiore perché il prodotto finale raggiunge una purezza maggiore. A seconda del grado di purezza del bio-tensioattivo i campi di applicazione possono essere: la bonifica ambientale o il settore alimentare, cosmetico e farmaceutico, per quelli ad alto grado di purezza. Quindi i residui dell’industria di trasformazione alimentare come scarti di lolla di riso, di amido, effluenti di frantoio possono essere utilizzati per la produzione di bio-tensioattivi accessibili e competitivi.
Il mercato dei tensioattivi a base biologica ha un tasso di crescita superiore al 6% e si prevede che raggiungerà i 6,5 miliardi di dollari entro il 2027 (“Global biosurfactants market report with short-term impact of COVID-19”, 2021). Dunque, si può parlare di un mercato in crescita. Gli attuali costi di produzione sono, però, ancora piuttosto elevati (20–30€/kg, in Europa) rispetto ai detergenti tradizionali (1-6€/kg) (Dierickx et al., 2021).
Circa la metà dei tensioattivi tradizionali viene utilizzata in detersivi per la casa e per il bucato e finisce inevitabilmente nell’ambiente dopo l’utilizzo. L’eco-tossicità, il bioaccumulo e la biodegradabilità dei tensioattivi tradizionali restano un problema importante per l’ambiente e la salute umana.
I tensioattivi di origine chimica sono anche l’ingrediente principale per la formulazione di prodotti cosmetici e di igiene personale come shampoo, creme, dentifrici, trucchi e molto altro. Questi vengono spesso applicati direttamente sulla pelle e ciò può comportare effetti negativi come irritazioni cutanee e reazioni allergiche.
I bio-tensioattivi di derivazione biologica hanno un’elevata capacità di ridurre la tensione superficiale e sono stabili fino a 80° C, hanno un pH compreso tra 8 e 12, quindi possono essere impiegati come detersivi per il bucato (Sajna et al., 2013). Inoltre, non sono irritanti, hanno una bassa tossicità ed hanno proprietà idratanti, per questo motivo possono essere sfruttati ampiamente per l’igiene quotidiana.
Sebbene i consumatori apprezzino i prodotti a base biologica, questo non basta più. Gran parte del discorso sulla sostenibilità nell’industria chimica di oggi riguarda le emissioni di carbonio e i danni della CO₂ e dell’ossido di etilene che con i soli prodotti a base biologica non vengono eliminati. È, quindi necessario, agire ripensando una filiera che compensi le emissioni e riutilizzi gli scarti. La sostituzione dei tensioattivi tradizionali con bio-tensioattivi rinnovabili è una parte fondamentale della transizione verso un’economia circolare. Per superare il problema della produzione spesso costosa di questi prodotti, si sta passando all’utilizzo di fonti più economiche, rinnovabili, come residui agricoli o rifiuti agroindustriali, che comportano una minore tossicità, biodegradabilità e sostenibilità complessiva.
Fonti:
Bogaert N.A., Zhang J., Soetaert W., 2011, “Microbial synthesis of sophorolipids”, Process Biochemistry, Vol. 46, Issue 4, April 2011, Pages 821-833.
Huaimin Wang, Sophie LKW Roelants, Ming H To, Raffel D Patria, Guneet Kaur, Ngai S Lau, Chun Y Lau, Inge NA Van Bogaert, Wim Soetaert, Carol SK Lin, 2018, “Starmerella bombicola: recent advances on sophorolipid production and prospects of waste stream utilization”, Journal of Chemical Technology & Biotechnology, 09 October 2018.
Vivek K.Gaur, Poonam Sharma, Ranjna Sirohi, SunitA Varjani, Mohammad J.Taherzadeh, Jo-Shu Chang, How Yong Ng, Jonathan W.C.Wong, Sang-Hyoun Kim, 2022, “Production of biosurfactants from agro-industrial waste and waste cooking oil in a circular bioeconomy: An overview”, Bioresource Technology, Vol. 343, January 2022.
Ahmed Qazi, Qinhong Wang, Zongjie Dai, 2022, “Sophorolipids bioproduction in the yeast Starmerella bombicola: Current trends and perspectives”, Bioresource Technology, Vol. 346, February 2022
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