Valorisation of food wastes by producing bacterial nanocellulose

This thesis investigates the valorisation of food waste through the production of bacterial nanocellulose (BNC), using orange peels and whey as substrates, within the framework of a circular economy. Addressing the pressing issue of food waste management, the study aims to transform waste materials into valuable resources, thereby reducing environmental impact and promoting sustainable development. The research involves creating suitable culture media extracting nutrients from food waste, optimizing the BNC production process by Gluconacetobacter sucrofermentans in static conditions, and evaluating the resulting nanocellulose in terms of yield and quality. In terms of membrane quality, water retention was found to vary depending on the medium and additives used. The production process was carefully monitored, with a particular focus on the influence of additives and culture medium creation conditions on the final BNC yield and quality. The study reveals that both orange peels and whey are effective substrates for BNC production, with optimized conditions yielding higher amounts of BNC compared to conventional methods. For orange peels, the highest yield of 3.99 ± 0.45 g/L was achieved after 7 days of incubation with the addition of yeast extract, peptone, citric acid, and disodium phosphate. For whey, hydrolysed whey with the same additives yielded 4.28 ± 0.36 g/L after 10 days. These findings indicate that food waste can be repurposed into a valuable product, contributing to waste reduction and promoting a circular economy. Moreover, the research includes a Life Cycle Assessment (LCA) to evaluate the environmental impacts of BNC production from these waste materials. BNC production from orange peels had the lowest environmental impact, particularly in categories such as climate change and resource use, compared to the Hestrin and Schramm (HS) medium. These findings indicate that using food waste substrates for BNC production significantly reduces environmental impacts compared to traditional methods, emphasizing the potential of waste valorisation as a sustainable solution. This thesis contributes to the ongoing discourse on circular economy practices by demonstrating the feasibility of converting food waste into high-value products like BNC. The results highlight the environmental and economic benefits of such approaches, providing valuable insights for future industrial applications and sustainability initiatives.

Questa tesi indaga la valorizzazione degli scarti alimentari attraverso la produzione di nanocellulosa batterica (BNC), utilizzando bucce d'arancia e siero di latte come substrati, all'interno del quadro dell'economia circolare. Affrontando la questione pressante della gestione degli scarti alimentari, lo studio mira a trasformare i materiali di scarto in risorse preziose, riducendo così l'impatto ambientale e promuovendo uno sviluppo sostenibile. Lo studio prevede la creazione di un idoneo mezzo di coltura estraendo nutrienti dagli scarti alimentari, ottimizzando il processo di produzione di BNC tramite Gluconacetobacter sucrofermentans in condizioni statiche, e valutando la nanocellulosa risultante in termini di resa e qualità. Per quanto riguarda la qualità delle membrane, è stato riscontrato che la capacità di ritenzione idrica varia a seconda del mezzo e degli additivi utilizzati. Il processo di produzione è stato attentamente monitorato, concentrandosi in particolare sull'influenza degli additivi e delle condizioni di creazione del mezzo di coltura sulla resa finale e sulla qualità della BNC. Lo studio rivela che sia le bucce d'arancia che il siero di latte sono substrati efficaci per la produzione di BNC, con condizioni ottimizzate che forniscono rese superiori rispetto ai metodi convenzionali. Per le bucce d'arancia, la resa più alta di 3,99 ± 0,45 g/L è stata raggiunta dopo 7 giorni di incubazione con l'aggiunta di estratto di lievito, peptone, acido citrico e fosfato disodico. Per il siero di latte, il siero idrolizzato con gli stessi additivi ha prodotto 4,28 ± 0,36 g/L dopo 10 giorni. Questi risultati indicano che gli scarti alimentari possono essere riutilizzati per produrre un prodotto di valore, contribuendo alla riduzione dei rifiuti e promuovendo l'economia circolare. Inoltre, la ricerca include una Valutazione del Ciclo di Vita (LCA) per valutare gli impatti ambientali della produzione di BNC da questi materiali di scarto. La produzione di BNC dalle bucce d'arancia ha avuto il minor impatto ambientale, in particolare nelle categorie come il cambiamento climatico e l'uso delle risorse, rispetto al mezzo Hestrin e Schramm (HS). Questi risultati indicano che l'utilizzo di substrati da scarti alimentari per la produzione di BNC riduce significativamente gli impatti ambientali rispetto ai metodi tradizionali, sottolineando il potenziale della valorizzazione dei rifiuti come soluzione sostenibile. Questa tesi contribuisce al dibattito in corso sulle pratiche di economia circolare, dimostrando la fattibilità di convertire gli scarti alimentari in prodotti di alto valore come la BNC. I risultati evidenziano i benefici ambientali ed economici di tali approcci, fornendo preziosi spunti per future applicazioni industriali e iniziative di sostenibilità.