Valorization of canteen's food waste : the extraction of volatile fatty acids

Nowadays, food waste is becoming a critical problem worldwide due to its high economic, social and environmental impact (e.g. resource depletion, hunger, climate change). Companies are paying more and more attention to such problem, implementing technological solutions to prevent waste and extend products’ shelf-lives. However, an alternative pathway involves the recovery of valuable resources from the waste, whenever its prevention or re-use are not possible. In this context, the REVENUE (Recovery of high Value products, Energy, and bio-fertilizer from Urban biowastE) project proposes a 3-routes process to recover high valuable product of interest (i.e. volatile fatty acids) from canteens’ fermented broth by the development of an affective extraction method. The volatile fatty acids (VFAs) are short-chain carboxylic acids which find application in many fields, ranging from pharmaceutical and chemical industry to the food sector. Traditionally, such compounds are produced using petrochemical raw material as feed, that offer higher yield than green-synthesis. On the other hand, these chemical pathways have large environmental impact, due to the huge amount of carbon dioxide released. As a consequence, magnetic iron oxide nanoparticles (MNPs) have been selected as an alternative solution for this purpose. Whilst MNPs are currently widespread in other fields such as medical application (drug delivery system, nanocarriers etc.), oil recovery, wastewater treatment and the removal of toxic heavy metal, they represent a novel solution for the recovery of VFAs. Nevertheless, the possibility of rapid and effective recovery by magnetic decantation and the subsequent re-utilization are the main reasons behind MNPs being so valuable. The aim of this elaborate is to investigate the behavior of the NPs towards adsorption of VFAs and evaluate the feasibility of their implementation for such application. Several coatings are tested to exploit different interaction between adsorbent and dissociated form of the carboxylic acid: electrostatic interactions with (3-Aminopropyl)triethoxysilane (APTES) and hydrophobic interaction with Oleic (OA) and adipic acid (AA). Then, adsorption and desorption test have been carried out in order to verify whether a concentrated VFA solution can be obtained after the extraction and confirm the possibility of reusing the adsorbent. Lastly, some traditional recovery methods (e.g. liquid-liquid extraction) have been tried with different solvent to assess the convenience of shifting onto MNPs.

Al giorno d’oggi, lo spreco alimentare è diventato una criticità a causa del suo impatto economico, sociale ed ambientale (e.g. consumo di risorse, fame nel modo, cambiamento climatico)a livello globale. Le aziende prestano sempre più attenzione a questo problema, implementando nuove tecnologie per prevenire lo spreco ed estendere la vita dei prodotti. Tuttavia, una strada alternativa consiste nel recupero di risorse di valore dallo scarto, ogni qualvolta la prevenzione o il riuso non sono possibili. In questo contesto, il progetto REVENUE (Recovery of high Value products, Energy, and bio-fertilizer from Urban biowastE) propone un processo di recupero di prodotti ad alto valore (i.e. acidi grassi volatili) a partire da brodi fermentati, grazie allo sviluppo di un metodo di estrazione efficace. Gli acidi grassi volatili (AGV) sono acidi carbossilici a catena corta che trovano applicazione in molti settori, dall’industria farmaceutica all’industria alimentare, passando per il settore alimentare. Tradizionalmente, questi composti sono ottenuti a partire da prodotti petrolchimici, che offrono rendimenti più alti della sintesi green. D’altra parte, tali processi hanno un grande impatto ambientale a causa dell’enorme quantità di anidride carbonica emessa. Di conseguenza, le nanoparticelle magnetiche sono state selezionate come soluzione alternativa. Mentre le nanoparticelle sono attualmente molto diffuse in altri settori come le applicazioni mediche, il recupero di oli e il trattamento delle acque di scarto, esse rappresentano una soluzione innovativa nel recupero degli AGV. Tuttavia, la possibilità di un rapido ed efficace recupero per decantazione magnetica e di un successivo riutilizzo sono le ragioni principali del grande potenziale di questa tecnologia. Lo scopo di questo lavoro è di studiare il comportamento delle nanoparticelle in termini di adsorbimento degli AGV e di valutare la fattibilità della loro implementazione per tale applicazione. Alcuni rivestimenti sono stati provati per sfruttare differenti tipologie di interazioni tra le nanoparticelle e gli acidi carbossilici nella loro forma dissociata: interazioni elettrostatiche con (3-Aminopropyl)triethoxysilane (APTES) e idrofobiche con acido oleico (AO) e acido adipico (AA). Poi, adsorbimento e desorbimento sono stati eseguiti per verificare se è possibile ottenere una soluzione concentrata di AGV dopo l’estrazione e confermare la possibilità di riutilizzare le particelle. Infine, alcuni metodi di recupero tradizionali (e.g. estrazione liquido-liquido) sono stati testati con solventi differenti per valutare la convenienza del passaggio alle nanoparticelle magnetiche.