Produzione di biomassa fototrofa (purple bacteria biomass, PPB) da reflui dell’industria vinicola.

The wine industry, a key sector of the food industry and particularly significant for the Italian economy, generates substantial amounts of organic waste, including wine lees, which can be valorised into high-value products. With growing attention to environmental regulations and circular economy policies, finding sustainable strategies to manage waste has become essential. This study investigates a multi-step bioprocess for the production of Single Cell Protein (SCP) through the cultivation of a mixed microbial culture of purple phototrophic bacteria (PPB) using unfermented wine lees (WL) as feedstock. The goal was to produce PHA-rich biomass while valorizing a wine industry by-product and reducing SCP production costs for applications in animal feed, particularly in aquaculture. A 2L lab-scale photobioreactor, operating in sequencing batch reactor (SBR) mode under different conditions, was used to evaluate the impact of organic loading rate (OLR), hydraulic retention time (HRT), and sludge retention time (SRT) on PPB growth, PHA production, and nutritional profile. Results showed that high OLR (Run-1) promoted bacterial growth but limited PHA accumulation, while a reduced OLR (Run-2) enhanced PHA storage but lowered biomass productivity. Biomass recirculation (Run-3) stabilized the system and optimized both PHA storage and biomass production yields. Moreover, the third run achieved a protein content of 454 mg/gdry biomass, suitable for aquaculture feed applications. This thesis highlights the potential of unfermented WL as a cost-effective feedstock for the production of PHA-rich PPB biomass.

L'industria del vino, un settore chiave dell'industria alimentare e particolarmente significativo per l'economia italiana, genera quantità considerevoli di rifiuti organici, tra cui le fecce vinicole, che possono essere valorizzate in prodotti ad alto valore aggiunto. Con una crescente attenzione alle normative ambientali e alle politiche di economia circolare, è diventato essenziale trovare strategie sostenibili per gestire i rifiuti. Questo studio esamina un bioprocesso a più fasi per la produzione di Single Cell Protein (SCP) attraverso la coltivazione di una cultura microbica mista di batteri fototrofi viola (PPB), utilizzando fecce vinicole non fermentate (WL) come materia prima. L'obiettivo è stato quello di produrre biomassa ricca di PHA, valorizzando un sottoprodotto dell'industria del vino e riducendo i costi di produzione di SCP per applicazioni nell'alimentazione animale, in particolare nell'acquacoltura. È stato utilizzato un fotobioreattore da 2L, in modalità SBR sotto diverse condizioni, per valutare l'impatto del carico organica (OLR), del tempo di ritenzione idraulica (HRT) e del tempo di ritenzione del fango (SRT) sulla crescita dei PPB, sulla produzione di PHA e sul profilo nutrizionale della biomassa. I risultati hanno mostrato che un alto OLR (Run-1) ha promosso la crescita batterica e limitato l'accumulo di PHA, mentre un OLR ridotto (Run-2) ha favorito l'immagazzinamento di PHA ma ridotto la produttività di biomassa. Il ricircolo della biomassa (Run-3) ha stabilizzato il sistema e ottimizzato sia i rendimenti di stoccaggio PHA che di produzione di biomassa. Inoltre, il terzo esperimento ha raggiunto un contenuto proteico di 454 mg/g di biomassa secca, il quale risulta adatto per applicazioni nell'alimentazione dell'acquacoltura. Questa tesi evidenzia il potenziale della feccia vinicola non fermentata come materia prima economica per la produzione di biomassa di PPB ricca di PHA.