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Carlo Gostoli

Professore a contratto a titolo gratuito

Dipartimento di Farmacia e Biotecnologie

Temi di ricerca

1. Tecnologie a membrana nell'industria alimentare.  2. Trasporti di materia in contattori a membrana. 3. Produzione di vanillina da residui agroindustriali. 4. Osmosi diretta per la produzione di energia.

 Linea 1. Le applicazioni considerate riguardano il settore lattiero caseario e la produzione di succhi vegetali. Nel primo viene considerata la possibilità di recuperare prodotti utili di sottoprodotti di difficile smaltimento, quali il siero e la scotta. Le tecniche considerate sono la ultrafiltrazione e la nanofiltrazione. Nel settore dei succhi vegetali viene indagata la distillazione osmotica come tecnica di concentrazione alternativa alle evaporazione al fine di produrre concentrati di qualità superiore.Linea 2 I contattori a membrana sono apparecchiature nelle quali la membrana è utilizzata per effettuare un'operazione di scambio di materia fra fasi. I principali vantaggi dei contattori a membrana sono la compattezza, la modularità, la flessibilità, la semplicità operativa. La tipologia di modulo più utilizzata è costituita da fibre cave, queste consentono infatti superficie specifiche (area per unità di volume) almeno un ordine di grandezza superiore alle apparecchiature convenzionali (colonne riempite o a piatti). Un problema aperto riguarda il calcolo del coefficiente di trasporto di materia lato mantello, necessario per una corretta progettazione delle apparecchiature.  Il problema verrà affrontato sia sperimentalmente, effettuando prove su moduli con diverse densità di impacchettamento, sia da un punto di vista modellistico, considerando l'effetto di una non regolare distribuzione delle fibre. Dal punto di vista applicativo verrà studiato l'uso dei contattori a membrana per la correzione del grado alcolico di vini, operando una rimozione selettiva di parte dell'etanolo per la standardizzazione del grado alcolico. Linea 3. Negli ultimi anni è cresciuto moltissimo l'interesse per la produzione biotecnologia di vanillina a partire da substrati il più possibile “naturali” o “food-grade” , tra cui l'acido ferulico e la capsaicina, allo scopo di sostituire la vaniglia naturale e la vanillina sintetica. Un problema aperto riguarda il recupero della vanillina, che raggiunge concentrazioni non superiori a 1 g/L, ed ha un effetto inibitore sui microrganismi. L'obiettivo della ricerca è lo sviluppo di una tecnica di rimozione selettiva della vanillina da accoppiare al bireattore in un'unità integrata. La tecnica investigata è una estrazione liquido – liquido assistita da membrana (membrane-based solvent extraction); la membrana evita il contatto diretto del solvente con la coltura microbica con possibili effetti inibitori. Le fasi della ricerca sono: - identificazione del solvente più idoneo, valutando il rapporto di partizione per la vanillina, l'acido ferulico e gli altri composti presenti nel brodo, - studio della membrana e della tipologia di modulo, - accoppiamento dell'unità a membrana e del bireattore per la rimozione in-situ del prodotto, - rigenerazione del solvente e purificazione finale. Verranno anche considerate tecniche di adsorbimento operando un confronto fra le due tecniche. Linea 4. Sono noti gli studi sulla produzione di energia elettrica mediante osmosi diretta sfruttando differenze di concentrazione esistenti (esempio acqua mare / acque dolci). La ricerca tende a sviluppare un processo in cui la differenza di concentrazione viene creata sfruttando fonti di calore a bassa temperatura (inferiore a 100°C) quali possono essere correnti di scarto di processo industriali, energia solare, bacini naturali di acque termali. Ciò può essere realizzato sfruttando la variazione di solubilità con la temperatura, particolarmente sensibile per alcuni sali.  È in tal modo possibile ottenere differenze di concentrazione (e quindi di pressione osmotica) molto maggiori di quelle esistenti in natura. La realizzazione pratica del metodo richiede tuttavia membrane con permeabilità adeguata, tale da contenere la superficie a valori economicamente accettabili. si intendono sperimentare membrane composite (porose idrofobe con coating idrofilo) che consentano di operare ad alta temperatura (70-80°C). Un altro punto critico riguarda il disegno del modulo; I moduli devono contemperare l'esigenza di elevata compattezza (alti rapporti superficie/volume) con l'esigenza di contenere le perdite di carico. Accanto all'attività sperimentale viene sviluppata un'attività di simulazione per confrontare vari schemi possibili, identificare i parametri critici, valutare le caratteristiche necessarie delle membrane.

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