PRODUZIONE DI VANILLINA DALL’ACIDO FERULICO OTTENUTO DA ESTRATTI ENZIMATICI DI CRUSCA DI GRANO

Lo smaltimento di scarti e surplus dell’industria agro-alimentare è un problema ecologico notevole: in Italia vengono prodotte annualmente 1013 tonnellate di tali rifiuti, rappresentati per il 29% da residui della lavorazione dei cereali. Scopo di questo lavoro è ottenere per via biotecnologica vanillina, un prodotto ad alto valore aggiunto estensivamente impiegato nel settore alimentare e farmaceutico, da una matrice di scarto dell’industria dei cereali quale la crusca di grano duro. Tale matrice è ricca di acido ferulico, un precursore della vanillina in numerose vie cataboliche microbiche (1), da cui per bioconversione si ottiene vanillina. L’acido ferulico è presente nella parete cellulare di molti cereali tra cui il grano e, per renderlo biodisponibile, è necessario idrolizzare i legami estere che lo legano alle catene polisaccaridiche della parete. L’idrolisi enzimatica è da preferirsi a quella chimica rispetto alla quale offre vantaggi economici, impiantistici e di sicurezza. Il biocatalizzatore è Escherichia coli JM109/pBB1, che presenta su un plasmide (2) i geni per la bioconversione dell’acido ferulico a vanillina. E’ stata verificata la capacità biocatalitica del ceppo allestendo bioconversioni con cellule “resting”, risospese in tampone salino addizionato di acido ferulico puro ad una concentrazione finale pari a 1mM: in queste condizioni la resa in vanillina è dell’83%. La crusca è stata diluita in acqua e, previa trattamento termico avvenuto a 121°C per 20h, sottoposta ad idrolisi enzimatica. E’ stato effettuato uno screening dell’attività di numerosi enzimi e si è deciso l’impiego della miscela Fungamyl Super AX® (1% p/p) + Celluclast BG® (1% p/p), la più efficace in termini di quantità di acido ferulico rilasciato dalla matrice. L’idrolizzato così ottenuto contiene 190mg/L di acido ferulico e 50g/L di zuccheri totali. In bioconversione è stata osservata una maggiore resa in vanillina (50%) quando è stata utilizzata in luogo dell’idrolizzato grezzo una sua diluizione in tampone salino. Per incrementare la resa della bioconversione si è pensato di abbassare la concentrazione zuccherina dell’idrolizzato mediante l’impiego di una resina a scambio ionico (Amberlite IRA95). E’ stato ottenuto un eluato alcolico contenente l’80% dell’acido ferulico e il 28% degli zuccheri presenti nel preparato impiegato precedentemente. Bioconversioni allestite diluendo l’eluato così ottenuto hanno mostrato una resa in vanillina del 70%, dimostrando che l’approccio impiegato può essere impiegato per la produzione di vanillina da idrolizzati enzimatici di crusca di grano. 1. Priefert, H., et al. (2001) Appl. Microbiol. Biotechnol. 56: 296-314 2. Barghini, P., Ruzzi, M., “Development of new catalysts for vanillin production”. I° convegno “Giornate di Chimica e Biotecnologie delle fermentazioni”. Latina 5-7 maggio 2005. Atti pg.42