Acidi grassi volatili

Gli acidi grassi volatili (VFAs) sono composti organici contenenti, nella loro struttura, da 2 a 6 atomi di carbonio e pertanto rientrano nella categoria degli acidi grassi a catena corta. Gli acidi grassi volatili sono gli intermedi essenziali della fermentazione anaerobica e possono essere convertiti negli alcoli corrispondenti o utilizzati come materiali per produrre sostanze chimiche e medicinali.

Per le loro numerose applicazioni industriali a supporto dell’industria alimentare e farmaceutica gli acidi grassi volatili sono attualmente ottenuti da risorse fossili. Sebbene ad alto rendimento e relativamente veloce, la produzione di acidi grassi volatili da fonti non rinnovabili, sarà sempre più limitata dall’esaurimento risorse fossili del pianeta.

Inoltre, questi percorsi di produzione petrolchimica come l’ossidazione e la carbossilazione dipendono dai processi di sintesi chimica, che possono comportare un uso eccessivo di energia, e produzione di sottoprodotti che costituiscono motivo di preoccupazione.

A causa della vastità dei campi di applicazione degli acidi grassi volatili la ricerca si è indirizzata su processi di produzione alternativi economicamente fattibili, come, ad esempio, la digestione anaerobica (AD) di sostanze organiche in cui gli acidi grassi volatili sono i principali intermedi generati nelle fasi di acidogenesi e acetogenesi nel corso della digestione anaerobica.

Produzione di acidi grassi volatili

Gli acidi grassi volatili hanno varie applicazioni infatti possono essere forniti, come fonti di carbonio, ai microrganismi che producono metaboliti utili o rimuovono gli inquinanti organici dalle acque reflue. Inoltre possono servire come materiali di partenza per la sintesi di acidi grassi a catena lunga e poliidrossialcanoati e per la produzione di biocarburanti e prodotti biochimici.

produzione
produzione

Gli acidi grassi volatili possono essere prodotti da rifiuti alimentari, fanghi e una varietà di rifiuti organici biodegradabili tramite un processo di fermentazione al buio. Tale processo avviene secondo la digestione anaerobica e comprende l’idrolisi, l’acidogenesi e l’acetogenesi ma viene inibita, con diverse metodologie, la fase finale della metanogenesi.

L’idrolisi è la prima fase della digestione anaerobica in cui avviene la scomposizione enzimatica di sostanze polimeriche in monomeri organici più semplici come zuccheri, amminoacidi e acidi grassi. Queste specie sono successivamente fermentate nella fase di acidogenesi con formazione di alcoli, aldeidi e acidi grassi volatili.

L’acetogenesi rappresenta lo stadio in cui avviene la scomposizione degli acidi grassi volatili in idrogeno, biossido di carbonio e acetato.

Per utilizzare la fermentazione oscura per produrre acidi grassi volatili, è necessario prevenire il loro consumo di acidi grassi da parte dei metanogeni mediante pretrattamento termico del flusso di rifiuti per distruggere le popolazioni metanogeniche, oppure mantenendo il pH della miscela a valori superiori a 9 che non consentono la crescita dei batteri specifici.

Acidi grassi volatili: usi

Gli acidi grassi volatili sono un gruppo di acidi monocarbossilici alifatici da 2 a 6 atomi di carbonio e pertanto sono acido etanoico, acido propionico, acido butanoico, acido 2-metilpropanoico, acido pentanoico, acido 3-metilbutanoico, acido esanoico noto come acido caproico e acido 4-metilpentanoico noto come acido isocaproico.

Come gli acidi carbossilici, gli acidi grassi volatili sono acidi deboli la cui produzione durante la fermentazione acidogenica, diminuisce quando il pH scende al di sotto del valore pKa dei singoli acidi poiché la maggior parte dei microrganismi non può sopravvivere a valori di pH inferiori a 3.

acido acetico
acido acetico

L’acido etanoico noto come acido acetico è l’acido organico più utilizzato ed è uno degli acidi grassi volatili più significativi dal punto di vista commerciale e utilizzato nell’industria dei polimeri, nell’industria chimica, nell’industria elettronica e nell’industria alimentare. Può essere utilizzato nella produzione di acido tereftalico, anidride acetica, acetato di cellulosa, esteri acetici, acido cloracetico, coloranti, insetticidi, prodotti chimici fotografici e gomma.

L’acido propionico viene utilizzato nella produzione di erbicidi, intermedi chimici, prodotti per l’ottenimento della gomma, emulsioni e solventi ecocompatibili. È usato negli aromi artificiali di frutta, prodotti farmaceutici e fibre di cellulosa sintetiche modificate. L’acido propionico inoltre inibisce la crescita di muffe e vari batteri e viene utilizzato come conservante per gli alimenti e, in particolare pane e altri prodotti da forno, mangimi per animali e cereali.

acidi grassi volatili
acidi grassi volatili

L’ acido butanoico noto come acido butirrico ​​ha numerose applicazioni nell’industria alimentare, farmaceutica, dei profumi e dei polimeri. Viene utilizzato come intermedio industriale nella preparazione di vari esteri emulsionanti e disinfettanti e come agente per la concia della pelle.

L’acido 2-metilpropanoico noto come acido isobutirrico viene utilizzato nella produzione di solventi, aromi, profumi, vernici e disinfettanti e nella concia delle pelli. È usato come agente abbronzante, come materiale di partenza di altri composti e come erbicida.

L’ acido pentanoico noto come acido valerico viene utilizzato principalmente nella sintesi dei suoi esteri che hanno odori gradevoli e utilizzati nei profumi e nei cosmetici. Gli esteri dell’acido valerico sono spesso utilizzati anche in ambito farmaceutico sono spesso combinati con alcuni farmaci per aumentarne la solubilità e migliorarne l’assorbimento nel corpo.

L’acido 3-metilbutanoico noto come acido isovalerico è utilizzato nei formaggi, nei cibi da forno, nei prodotti a base di carne e negli aromi alla crema e alla frutta, nella preparazione di medicinali, spezie, condimenti e come intermedio di sintesi farmaceutica. I suoi esteri sono usati come fragranze in profumeria.

L’acido esanoico noto come acido caproico è usato nella produzione di plastificanti, antimicrobici, additivi aromatici e additivi nei mangimi per animali e i suoi esteri nelle formulazioni di aromi artificiali. Alcune  ricerche hanno dimostrato che l’acido caproico è un possibile precursore nella produzione di biocarburanti e di combustibili

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