Biocopac-plus Life: una vernice sostenibile dalle bucce di ......Il dipartimento Imballaggi si occupa di materiali e di imballaggi rigidi e flessibili sotto il profilo tecnologico

“BiocopacPlus” Rimini November 5, 2014

GIORNATA DI STUDIOIMBALLAGGIO D’ACCIAIO Ambiente e sicurezza alimentareIMBALLAGGIO D ACCIAIO - Ambiente e sicurezza alimentare

Rimini, 5 novembre 2014

Biocopac-plus Life: una vernice sostenibile dalle bucce di pomodoro per l’imballaggio metallico

Angela Montanari e Ilaria CigogniniStazione Sperimentale per l’Industria delle Conserve Alimentarip p


Dipartimento Imballaggi di SSICADipartimento Imballaggi di SSICADipartimento Imballaggi di SSICADipartimento Imballaggi di SSICA

Il dipartimento Imballaggi si occupa di materiali e di imballaggi rigidi e flessibilisotto il profilo tecnologico e igienico sanitario per supportare l’industria nellasotto il profilo tecnologico e igienico sanitario, per supportare l industria nellarealizzazione di confezioni sicure, che garantiscano le caratteristiche qualitative eigieniche del prodotto alimentare per l’intera vita commerciale.

INNOVAZIONEINNOVAZIONEINNOVAZIONEINNOVAZIONE

QUALITAQUALITAQUALITAQUALITASICUREZZA

SOSTENIBILITASOSTENIBILITASOSTENIBILITASOSTENIBILITA


Towards a circular economy: A zero waste programme for EuropeTowards a circular economy: A zero waste programme for EuropeCommunication from the commission to the European parliament

SSICA sta il d l isviluppando alcuni

progetti europei relativi allarelativi alla valorizzazione di sottoprodotti pindustriali

Circular economy systems keep the added value in products as long as possible and eliminate waste.


• FP7-SME-2011-1 GA 286446 Biocopac: “ Development of tomato bio-based coating from tomato processing waste intended for metal packaging” Obiettivi:Sviluppo di una vernice naturale a partire dalle bucce degli scarti di pomodoro.Risultati: è stato messo a punto e brevettato il metodo di estrazione dellaRisultati: è stato messo a punto e brevettato il metodo di estrazione della bioresina; è in fase di ottimizzazione e di brevettazione la formulazione della biovernice

From …to …

•LIFE13 ENV/IT/000590 LIFE Biocopac Plus: “Sustainable bio-based coating from tomato processing by-products for food metal packaging”

Obiettivi:Dimostrare la fattibilità tecnica e l’efficacia su scala industriale della produzionedella bio-vernice ottenuta dagli scarti di pomodorodella bio-vernice ottenuta dagli scarti di pomodoro.Progettazione dell’impianto e suo assemblaggio.Valutazione della resa, dei costi e LCA


L’ideapartire dai residui di pomodoro per formulare una vernice naturale (BIO) per proteggere

scatole e capsule

da fonti rinnovabili

pLa sostanza iniziale è la cutinacutina, un componente della cuticola delle bucce

al’imballaggio rigido

O i ll’EU 27 d tti

L ti è bi li li t i t t ifi t

Ogni anno nell’EU-27 sono prodottipiù di 200,000 tonn di scarti solidi dibucce e semi

E’ previsto che il mercatoglobale dell’imballaggiometallico arrivi a $820 bilioninel 2016

• La cutina è un biopolimero poliestere interesterificato.• Si tratta di una biomolecola, che potenzialmentecould può sostituire il petrolio per la sintesi dei

polimeri• Il principale componente della cutina del pomodoro è l’acido n,16 dihydroxyhexadecanoic dove p p p p , y y

l’isomero 10 è largamente dominante


I vantaggiI vantaggi

La vernice bio-based che stiamo sviluppando risponde alle esigenze di unad i t ibil i il t i di i di

• Riutilizzando i sottoprodotti dell’industria del pomodoro per produrre una

produzione sostenibile e sicura per il consumatore in diversi modi:

vernice verde per l’imballaggio alimentare;

• Riducendo gli scarti di pomodoro in conformità con le linee guida riportatenella direttiva rifiuti 2008/98/EC;

• Producendo una vernice naturale sicura per il consumatore. La sicurezzapdell’imballaggio e dei materiali di imballaggio è un tema di grande attualità,cruciale per l’intera filiera agro-alimentare;

• Fornendo un contenitore metallico sicuro e riciclabile

•Implementando la ricerca nel settore dei biomateriali utilizzati per packaging•Implementando la ricerca nel settore dei biomateriali utilizzati per packagingalimentare


1st step: Caratterizzazione delle bucceResidui di pesticidiIn tutti i campioni analizzati non sono state rilevate

Composizione nutrizionale dei campioni analizzati

76,0257,84

Chiesa ‐ Rodolfi: 2‐08‐2011

% Humidity

% Fat

% Ash 76,6255,08

Martinete: July 2011

% Humidity

% Fat

% Ash

pconcentrazioni significative

mg/kg Permetrine Fluvalinate ‐ tau(I+II) Cipermetrine Chlorpirifos Methyl Chlorpirifos Chiesa‐Rodolfi: 2‐08‐2011 0,01 ‐ ‐ ‐ ‐ Chiesa‐Rodolfi: 1‐09‐2011 ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ Chi R d lfi 24 09 2011 0 05

p

0,370,893,16

19,56

78,90

% Protein

% Carbohydrates

% Dietetic fiber

% Cellulose

0,360,702,28

20,0475,40

% Protein

% Carbohydrates

% Dietetic fiber

% Cellulose

Martinete: August 2011

%H idi


%H idit

Chiesa‐Rodolfi: 24‐09‐2011 ‐ 0,05 ‐ ‐ ‐ Martinete: July 2011 ‐ ‐ 0,32 0,27 ‐ Martinete: August 2011 ‐ ‐ 0,08 0,26 ‐ Martinete: September 2011 ‐ ‐ 0,16 1,19 0,01

‐ < QL (Lower the limit of quantification)

80,59

0,44

0,72

2,9415,32

81,18

67,59

% Humidity

% Fat

% Ash

% Protein

% Carbohydrates

% Dietetic fiber

% Cellulose

b

74,63

0,69

1,003,82

19,8780,21

56,62

% Humidity

% Fat

% Ash

% Protein

% Carbohydrates

% Dietetic fiber

% Cellulose

h d lf

Metalli pesantiSono stati quantificati soltanto rame e stagno, gli altri metallipesanti erano al di sotto del limite di quantificazione dello

78,48

0,350,4780,99

60,63

Martinete: September 2011

% Humidity

% Fat

% Ash

% Protein

% Carbohydrates

% Dietetic fiber

69,33

0,31

1,014,6224,74

79,19

62,09


% Humidity

% Fat

% Ash

% Protein

% Carbohydrates

% Dietetic fiber

strumento di misura (ICP – JY 2000)

120 00

ppb Sn

2,39

18,30

% Cellulose% Cellulose

0,0020,0040,0060,0080,00

100,00120,00


2nd step: Metodo di estrazione

Il metodo di estrazione della cutina è stato ottimizzato nelle seguenti fasi

Solubilization of the tomatopeels in alkaline solution

Thermal treatment

Filtration

Acidification

Centrifugation Cutina dopo separazione per centrifugazione

Raw cutin


Caratterizzazione della Cutina estratta

Analisi chimica: •Metalli pesanti(Al, As, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Hg, Mn, Mo, Ni, Pb, Sb, Si, Sr, V, Zn): <10ppb•Residui pesticidi assenti•Zuccheri totali< 0.1%•Fibra totale<0.1%•Assenza di contaminazione microbiologica

100.0

A i i

50

60

70

80

90

%T

1514.79 834.37

723.65676.47

Analisi FTIRTutti i campioni di cutinaottenuti nei diversi test

10.0

20

30

40

50 3248.96

2851.661703.10

1461.86

1168.40

1105.991045.73

1630.00

1403.33

ottenuti nei diversi testpresentavano il piccocaratteristico di un ac.grasso

4000.0 3000 2000 1500 1000 650.0cm-1

galifatico a 1702 cm-1


Caratteri a ione della C tina estrattaCaratterizzazione della Cutina estratta

70

GCounts cutina.xms TIC50.0:600.0>

75%

100%

Search

73.2 1.598e+9

81.29880 8

129.2 1.288e+9

1692

273.4 1.335e+9

Spectrum 1A22.452 min, Scan: 2143, 50.0:600.0>, RIC: 3.605e+10BP: 73.2 (1.598e+9=100%), cutina.xms Analisi GC-MS

Tempo di ritenzione del picco

40

50

60

0%

25%

50%

S SS SS S S

57.2 2.989e+8

59.1 5.336e+8

9.880e+8

107.2 2.357e+8

109.2 4.423e+8

113.2 6.837e+8

151.2 2.600e+8

159.2 5.180e+8

169.2 9.195e+8

217.3 9.334e+7

274.4 4.707e+8

275.4 7.414e+8

276.4 1.614e+8

100%

Match

73.0999 OO

Hexadecanoic acid, 10,16-bis[(trimethylsilyl)oxy]-, methyl esterCAS No. 21987-16-6, C23H50O4Si2, MW 446BP 73.0 (999=100%) 34559 in MAINLIB

10,16 – bishydroxyhexadecanoic acid

p pprincipale a 22 minIdentificato come10 16 – bishydroxyhexadecanoic

10

20

30

25%

50%

75%

100%

41.0 130

999

75.0 500

81.0 210 83.0 100

95.0 400 103.0 300

123.060

159.080

169.0 170

244.070

273.0 770

274.0 150

275.0 430

O SiOSi

O O

10,16 bishydroxyhexadecanoicacid.Questo composto è il principalecomponente della cutina del

10 15 20 25 30 35 40minutes

0

100 200 300 400 500 600m/zR.Match: 865, F.Match: 830

0%

60 80 70 componente della cutina delpomodoro

Analisi GPCFrazione dominante a tempo di eluizione di 15.6minPeso molecolare relativo 650 g/mol (GPC based ong (calibration with polystirene standard)

Equivalente a un dimero o trimero, se l’unitàmonomerica della cutina (10,16-bishydroxyhexadecanoicacid) ha peso molecolare di 284 g/mol.


Ottimizzazione del metodo di estrazione: in laboratorio Su impianto pilota

Il metodo di estrazione è riproducibile indipendentemente daL’origine geografica delle bucceIl tipo di buccia: qualsiasi tipo, anche omogeneizzatop q p , gIl metodo funziona anche su bucce dalle quali è strato estratto il licopene

La resa è tra 8-15% sia in laboratorio che su impianto pilotaLa resa è tra 8-15% sia in laboratorio che su impianto pilota

Le bucce esauste possono essere utilizzate per la produzione di biogas con lestesse prestazionistesse prestazioni


3th step: Prod ione della resina3th step: Produzione della resina

C li i i d ll ti t tt i t d d i

Per la produzione della resina sono state seguite 2 strade

Copolimerizzazione della cutina estratta con monomeri standard per resinepoliesteri e con PEGLa cutina estratta è stata miscelata in diversi rapporti sulla miscela monomerica e la

i i l è i i l i l lid OH≠ A Vresina risultante è stata caratterizzata in relazione al contenuto solido, OH≠, A.V. e viscosità

Buoni risultati con 10÷80% di cutina

Omopolimerizzazione della cutina estrattaSono state ottenute resine poliesteri usando la cutina estratta (in diverse condizioni di

i ) l i i l è i i l i l lid OH≠reazione) e la resina risultante è stata caratterizzata in relazione al contenuto solido, OH≠, A.V. e viscosità

Risultati molto buoni


4th step: Prod ione della ernice4th step: Produzione della vernicePartendo da cutina omopolimerizzata, sono stati sviluppati due tipi di coatings

Base solvente Base acqua

Sono state sviluppate alcune formulazioni per ogni tipo Diversi reticolanti e additiviSono state sviluppate alcune formulazioni per ogni tipo. Diversi reticolanti e additivi sono stati utilizzati per ottimizzarne le prestazioni (patent pending)

sono state selezionate due formulazioni è stata selezionata unaFormula A , reticolata con poliisocianatoper tutti i substrati metalliciFormula B, reticolata con resina fenolica

formulazioneFormula C , reticolata con formaldeide-melammina per

per TFS and alluminio alluminio


Cott ra della erniceCottura della vernice

Prima dell’applicazione è stata studiata la cinetica di reticolazione della bio-vernicemediante tecnica DSCmediante tecnica DSC

Si ottiene un grado di cottura del 98% nelle stesse condizioni di tempo e temperatura delle vernici standard

bi i li li i d i lLa biovernice può essere applicata su linea industriale senzanessuna modificazione delle linee


Valutazione delle verniciValutazione delle verniciE’ stata applicata su banda stagnata, TFS e alluminio

S di l i à i h hi i fi i h i dSono state studiate le proprietà meccaniche e chimico fisiche prima e dopotrattamento termico.

La vernice è conforma alla legislazione italiana e europea per i MOCA. Ha superato anche i test sensoriali secondo UNI EN 10192/2000


5th step: Applicazione della vernice e produzione delle scatole

Le vernici selezionate sono state applicate manualmente in laboratorio sulle fascette e su fogli A4. La cottura è stata condotta a 200°C per 10 min

Le scatole in 2 e 3 pezzi sono state prodotte su linealinea industriale


6th step: Confezionamento con pomodoro e tonno

Magazzinaggio a 20 e 37°C

I risultati del pack-test sonointeressanti e promettenti


7) L‘analisi LCA, fatta confrontando la nuova bio-vernice con unavernice standard ha dato risultati veramente sorprendenti:vernice standard, ha dato risultati veramente sorprendenti:

minori emissioni di CO2, pari a 130.7 130.7 mgmg di CO2evitata per ogni scatola

S lla base dei ris ltati di Biocopac è stata presentata na n o aSulla base dei risultati di Biocopac è stata presentata una nuova proposta BiocopacPlus, nell’ambito del programma Life.


LIFE13 ENV IT 00590 / “BiocopacPlus”LIFE13 ENV IT 00590 / “BiocopacPlus”Sustainable bio‐based coating from tomato processing by‐products for food metal packaging

Obiettivo principale :Il progetto è orientato all’industrializzazione, focalizzato a dimostrare la fattibilità tecnica e l’efficacia su scala semindustriale dei sistemi di estrazione efattibilità tecnica e l efficacia su scala semindustriale dei sistemi di estrazione e produzione della cutina attualmente sviluppati a livello di laboratorio.L’obiettivo principale del progetto è la realizzazione di un impianto pilota

Il progetto, iniziato lo scorso Giugno, durerà 3 anniIl progetto, iniziato lo scorso Giugno, durerà 3 anni

Costo totale: € 2.056.045( t ib t LIFE+ 50%)(contributo LIFE+: 50%)


Il Consorzio

OrganisationAcronym

Type Country Business i i

Role in projectAcronym activity

Stazione Sperimentale per l’Industria delle Conserve

SSICA

RTD Performer

Italy

Applied research in the food

preservation sector

Overall coordinatorTechnological and hygienic

evaluation of the new packagingdelle Conserve

Alimentarisector packaging

CFT – Food

SME Manufacturer ofindustrial linesand machines

Individuation of the components of the prototype

plant, Technology

S.p.A.CFT Italy for the food-

preservingindustries

pDesign and Assembling of the

protype plant

A i dSME Farmers Supply of tomato skins ,

Aziendaagricola Virginio

ChiesaCHIESA Italy

Logistic and tTechnicalsupport and Support in testingintegration into bio-refinery

Salchi SALCHISME

ItalyLacquer

dFormulation and Application

f th lSalchi SALCHI Italy producer of the new lacquers


Le fasi principali del lavoro sperimentale riguardano: Le fasi principali del lavoro sperimentale riguardano:

Action B.1 : “Specifiche Action B.2 : A ti B 3p

e requisiti per la realizzazione dell’impianto per

“Progettazione dell’impianto e installazione del prototipo per l’estrazione e

Action B.3 : “Collaudo dell’impianto e dell impianto per

l’estrazione della cutina e della sua pre-polimerizzazione “

per l estrazione e polimerizzazione della cutina”

analisi della cutina estratta”

polimerizzazione

Action B 4 : Action B.5 : “Dimostrazione Action B.4 : “Formulazione della bio-vernice, produzione e

li i”

della produzione della bio-vernice e applicazione con incluso Pack Test”analisi”

Action B.6 : “Life Cycle Assessment (LCA)”


Obiettivo della ricerca è la progettazione e realizzazione di un impianto prototipo per l’estrazione della cutina.

Capacità dell’impianto pilota : 100Kg/h,equivalente a 10-20% di una futura linea industriale

Efficienza di estrazione : contenuto di zuccheri e fibra nella cutina <0.5%

Si P d i A i d A i l Vi i i Chi

Resa di estrazione : 10-15%

Sito Produttivo : Azienda Agricola Virginio Chiesa, Canneto sull’Oglio (MN)


Conclusioni

E’ stato ottimizzato il metodo di estrazione della cutina con elevata riproducibilitàe resa in laboratorio.

Diverse formulazioni di vernici e resine a base cutina sono state sviluppate estudiate in laboratorio

Test di laboratorio hanno mostrato buone proprietà meccaniche e chimiche dellebio-vernici selezionate applicate su banda stagnata banda cromata e alluminio; ibio-vernici selezionate applicate su banda stagnata, banda cromata e alluminio; irisultati ottenuti dal Pack Test preliminare sono stati interessanti e promettenti

L’analisi LCA ha evidenziato la forte diminuzione dell’impatto ambientale inL analisi LCA ha evidenziato la forte diminuzione dell impatto ambientale, inparticolare delle emissioni di CO2;

S ll b d i i l i i i i d l BIOCOPAC i il d ilSulla base dei risultati positivi del progetto BIOCOPAC si sta sviluppando ilprogetto LIFE BIOCOPACPlus


Grazie per l’attenzione

www biocopac euwww.biocopac.euwww.biocopacplus.eu

Enjoy the video athttp://www.youtube.com/watch?v=Vz5nCGWKqq0

http://www.euronews.com/2014/09/29/tomatoes-with-a-can-do-attitude/http://www.euronews.com/2014/09/29/tomatoes with a can do attitude/

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Biocopac-plus Life: una vernice sostenibile dalle bucce di ......Il dipartimento Imballaggi si occupa di materiali e di imballaggi rigidi e flessibili sotto il profilo tecnologico