Volume: la patata

Sezione: utilizzazione

Capitolo: usi non alimentari della patata

Autori: Vincenzo Lo Scalzo

Introduzione

La patata è la quarta coltura al mondo e rappresenta una risorsa molto importante per l’alimentazione umana. Le patate sono destinate al mercato fresco, all’industria di trasformazione per la produzione di french fries, sticks, chips, prodotti precotti, l’estrazione dell’amido, la produzione di farine per utilizzi alimentari e all’industria sementiera per la produzione di tuberi-seme. Le diverse destinazioni d’uso che questa coltura offre danno una grande opportunità agli agricoltori garantendo loro molti vantaggi economici. Le applicazioni industriali della patata sono note all’uomo fin dagli inizi del XIX secolo. La sua diffusione, inizialmente spinta soprattutto dalla carenza di cibo, permise la scoperta graduale delle sue potenzialità anche in settori non strettamente alimentari. La possibilità di usare la patata sia per l’alimentazione sia quale materia prima per la produzione di amido nacque come esigenza dei contadini nelle campagne, e da queste si trasferì successivamente nelle città diventando un’attività industriale. In Italia, l’uso non alimentare della patata è partito dalla Liguria e si è esteso alle altre regioni del Nord, per poi interessare anche la Campania.

Economia della patata destinata a usi non alimentari

Nel 1970, le patate appositamente coltivate per applicazioni industriali nel mondo erano circa 6.500.000 t e gli ettari investiti 21.000.000. Nel 2005 gli ettari destinati alla coltivazione della patata per usi non alimentari sono diminuiti (18.000.000) mentre è aumentata la produzione (7.100.000 t) grazie all’incremento della resa per ettaro (circa il 15%). L’Olanda, con i suoi circa 160.000 ha e le 300.000 t di fecola di patate prodotte all’anno, rappresenta l’80% della produzione della Comunità europea per applicazioni industriali. Altre coltivazioni nel Vecchio Continente sono diffuse in Germania e in alcuni Paesi dell’Europa orientale. La Cina rappresenta il primo consumatore mondiale di amido nativo e modificato con 17.100.000 t nel 2008 e previsioni di oltre 25.000.000 nel 2020. Oggi la Cina è al primo posto della produzione mondiale di patate (22%) e il volume di produzione di fecola è influenzato dalla coltura del tubero rispetto a quella dei cereali. Il mais infatti, alla fine degli anni Ottanta, costituiva l’87% delle materie prime per l’estrazione dell’amido il cui volume di consumo nel 2002 raggiungeva 6.300.000 t, presentando un incremento composto del 13,8% negli ultimi 30 anni.

Principali applicazioni industriali

La composizione chimica della patata e dei suoi amidi consente l’utilizzo di questo tubero in molte applicazioni di tipo non alimentare. Il potenziale uso della patata nell’industria è stato sviluppato in molti settori: area biomedica e farmaceutica, materiali da packaging, gomma xanthan, acido polilattico ecc. Le plastiche ottenute da amido sono diventate sempre più popolari grazie alla loro biodegradabilità. In tutto il mondo si stanno realizzando grandi investimenti in tecnologie bio per utilizzare le piante con l’intento di creare un’industria forte che sfrutti al meglio i prodotti e i sottoprodotti dell’agricoltura. I mercati di sbocco del settore sono in continua crescita e vanno a rifornire l’industria alimentare, farmaceutica e cosmetica; per quanto poi riguarda gli amidi, essi sono utilizzati anche dall’industria tessile, cartaria, della plastica e degli adesivi, oltre che dall’industria domestica dei territori a moderato sviluppo socioeconomico. Altri derivati alimentano l’industria delle fermentazioni. La rapida evoluzione della conoscenza tecnologica e scientifica e il peso delle economie asiatiche, del Pacifico e dell’Est europeo rappresentano i nuovi produttori e mercati di sviluppo del global trade per le applicazioni non alimentari. Purtroppo l’Italia è rimasta indietro a causa di scarsissime iniziative nel settore.

Amido

La patata, insieme a mais, grano, riso e cassava, rappresenta una delle principali fonti naturali di carboidrati da cui si ricava industrialmente l’amido. Questo si forma nelle cellule delle parti verdi delle piante contenenti clorofilla, come amido di assimilazione. Ridisciolto da un enzima (amilasi), è trasferito negli organi di riserva della pianta, nel caso specifico della patata nei tuberi. L’amido proveniente da tuberi, rizomi o bulbi è denominato commercialmente fecola e presenta una composizione chimica simile all’amido proveniente da semi. La trasformazione dello zucchero in amido avviene per mezzo di enzimi. L’amido presenta molte potenziali applicazioni e può sostituire alcune materie prime petrolchimiche per molte industrie. Tra le applicazioni non alimentari, a prescindere dal bioetanolo, costituisce il 46% della produzione nell’Unione Europea, equivalente a 3.600.000 t all’anno (2006). Si stima che il mercato dell’amido nell’Unione Europea possa crescere nel 2011 fino a 12.000.000 t e che la crescita nei prossimi anni possa attestarsi sui 5.000.000 t/anno. Il principale vantaggio di usare l’amido derivante dalle piante per la produzione di polimeri rinnovabili e per gli adesivi è che il prodotto finale è biodegradabile e può quindi offrire una soluzione ai problemi relativi al suo smaltimento. Le patate destinate alla produzione di amido necessitano di cure particolari, date la stagionalità della coltura e la conseguente necessità di stoccaggio. Soprattutto, le tecniche di conservazione devono essere molto accurate perché incidono in maniera significativa sui costi di produzione dell’amido. Infatti, per mantenere alte le rese è necessario evitare sbalzi di temperatura durante la conservazione in modo da impedire la conversione dell’amido in zuccheri. I processi di estrazione dell’amido di patata si differenziano da quelli dei semi di cereali per l’impiego di rasp o di mulini a martello usati per la macinazione dei tuberi e per la macerazione della pasta di patate in acqua contenente anidride solforosa (SO2), nonché per i setacci centrifughi usati per la separazione delle fibre e gli idrocicloni per il lavaggio e la concentrazione dell’amido. La polpa amidacea così ottenuta è lasciata macerare in grandi serbatoi (steeps) contenenti acqua calda per 30-48 ore, in modo da separare l’amido dalle proteine. L’acqua di rigonfiamento (steepwater), contenente proteine, minerali e carboidrati, è concentrata per dare luogo a un prodotto sterile e nutriente, prezioso per l’industria di fermentazione. In cartiera l’amido nativo subirà delicati processi di trasformazione.

Amido per il settore tessile

È impiegato industrialmente per apprettare i filati e migliorare la resistenza all’abrasione nei telai moderni ad alta velocità. Amidi modificati sono impiegati nella nobilitazione tessile per modificare le qualità di mano, la morbidezza, e per migliorare la qualità della superficie a stampa. In genere i composti amidacei sono formulati chimici, destinati sia all’uso industriale sia a quello domestico. L’amido nativo di patata è stato ampiamente usato nel trattamento d’appretto e nella finitura tessile cotoniera. Esso deve essere depurato molto più a fondo al fine di eliminare tutte le sostanze proteiche (glutinose). La destrina ottenuta si presenta come una polvere più o meno gialla, insipida, e a volte in masse amorfe trasparenti, d’aspetto simile alla gomma arabica. Le destrine bionde, come le gommelline bianche, tradizionalmente erano appretti economici e impiegati per la nobilitazione di cotone e misto lana degli indumenti finiti.

Uso nell’industria cartaria

L’amido da impasto viene utilizzato per migliorare le proprietà meccaniche della carta. L’amido per quantità e qualità è la terza materia prima dell’industria cartaria per importanza, a ridosso di cellulosa e delle cariche naturali, con un contenuto finale che arriva fino al 10% in peso. Dall’aggiunta dell’amido nella catena di produzione dipende il risultato che si desidera ottenere. Una regola pratica prevede di aggiungere amido lontano dalla cassa d’afflusso quando si vogliono ottenere benefici sulla ritenzione. In altri casi e in funzione delle materie prime utilizzate, l’amido può essere aggiunto anche in altri punti della linea di produzione. La concentrazione d’uso va dal 6% per la formulazione umida iniziale fino al 40% di solidi per la patinatura. La dispersione dei granuli d’amido è influenzata dalla temperatura e dall’energia d’agitazione (shear), la cui intensità deve essere mantenuta durante l’intero processo di cottura.

Applicazioni di adesivi e colle

La scelta di creare continuità tra materiali con colle e giunti adesivi rappresenta un’esigenza non solo nel campo industriale ma anche nella vita quotidiana. L’incollaggio è utilizzato nei trasporti, nelle comunicazioni, nella movimentazione di generi alimentari, nel settore sanitario, nella produzione di laminati ecc. Oggi in Europa si producono 2.300.000 t di collanti e questa cifra è in crescita. I produttori di adesivi offrono oltre 250.000 prodotti differenti, inclusa la colla di amido. Questo tipo di prodotto viene utilizzato principalmente nell’industria della carta, in legatoria e come adesivo per gli imballaggi veloci, fatti a macchina, perché a rapido essiccamento. Nella produzione di carta, cartoni ondulati, derivati del legno si usano adesivi e colle ottenuti dagli amidi in quanto sfruttano l’affinità naturale derivante dalle fibre cellulosiche e le strutture molecolari dei polimeri amidacei. I cartoni a una, due o tre superfici ondulate rappresentano la tipologia più corrente del materiale di più largo consumo nel segmento degli imballaggi. Colle e adesivi amidacei mantengono la preferenza per le proprietà desiderate, il costo e la facilità di preparazione e impiego. Nei più recenti processi di fabbricazione di ondulati, oltre all’efficacia delle prestazioni di resistenza, le additivazioni nella “continua” di cartiera con amido nativo e amidi modificati anfoterici hanno contribuito a raggiungere eccellenti valori di “presa adesiva”.

Fermentazione

Spesso la produzione di alcol è associata a quella di lieviti, in quanto si tratta di processi di fermentazione della produzione agricola e dei suoi derivati amidacei. Nel caso della produzione degli alcoli, alla fermentazione segue il processo di distillazione. L’etanolo è il prodotto industriale che si ottiene dalla fermentazione della fecola di patata e dall’amido contenuto nei semi di cereali, oltre che dagli zuccheri contenuti nella bietola e nella canna da zucchero. Tra i sottoprodotti della distillazione alcolica, da derivati amidacei, trovano applicazioni d’interesse industriale gli oli amilici come materie di base per la produzione di esteri e di alcol n-butilico. Questi ultimi sono impiegati sia nella lavorazione delle materie plastiche sia come solventi in vernici e rivestimenti (alcol n-butilico e suo etere acetico). Per decenni i sottoprodotti alcolici sono stati impiegati anche come fonte energetica per riscaldamento, illuminazione e nell’industria delle vernici.

Biopolimeri o polimeri naturali

Secondo la norma ISO i polimeri biodegradabili sono definiti: “polimeri progettati per andare incontro a cambiamenti di struttura chimica, ad opera di organismi viventi come batteri, funghi, alghe, che hanno come risultato la perdita di alcune proprietà”. Nel mercato mondiale delle bioplastiche si distinguono due macrocategorie: – biopolimeri simili ai derivati della petrolchimica, come i derivati dall’alcol polivinilico, di alcuni poliesteri e di copoliesteri alifaticiaromatici; – biopolimeri derivati da materiali di origine vegetale come l’amido e le relative miscele, l’acido polilattico (PLA) derivato da glucosio, la lignina, la cellulosa e i poliidrossialcanoati (PHA). Gli aspetti di biodegradabilità e provenienza da risorse rinnovabili costituiscono congiuntamente i plusvalori ambientali e commerciali di questi prodotti. Oltre a evidenziare la rinnovabilità della materia prima vegetale, essi sono neutrali rispetto alle emissioni di CO2, per cui c’è la possibilità di creare filiere di coltura in ciclo chiuso di biomasse con la produzione di bioplastiche in bioraffinerie regionali.

Nuove iniziative

Oggi disponiamo già di diverse tipologie di bioplastiche che sono in grado di sostituire quelle tradizionali, anche se per alcune tipologie è necessario migliorare sia il processo produttivo sia le prestazioni. Le biotecnologie presentano un potenziale per il XXI secolo estendendo il concetto di sostenibilità dalle materie prime vegetali alla chimica fine dei componenti polimerici. L’amido nativo ha dimostrato la sua versatilità per la produzione di una vasta gamma di polimeri e le nicchie di bioadditivi e macromolecole innovative proteiniche rappresentano un nuovo target d’applicazione per l’amido di patata. Oggi si può anche dire che qualsiasi tipo di materiale plastico tradizionale ha un possibile sostituto nella gamma dei prodotti derivati dalle bioplastiche. L’uso di questi materiali è legato soprattutto a problematiche ambientali. Tuttavia, nel prossimo futuro potrebbero esserci anche vantaggi economici, dovuti in parte al continuo aumento del prezzo del petrolio e dei suoi derivati e in parte anche all’emanazione di norme che prevedano la sostituzione di materie plastiche tradizionali con quelle biodegradabili. L’incremento di nuovi target applicativi per i biopolimeri risulterà importantissimo per consolidare e aumentare i volumi di vendita, con conseguente creazione di economie di scala più consistenti, il che porterebbe sicuramente le industrie del settore a investire di più in ricerca per sviluppare nuovi prodotti. In agricoltura, un caso interessante potrebbe essere costituito dalla sostituzione dei teli per pacciamatura di tipo tradizionale con quelli biodegradabili. Infatti, studi effettuati dal Dipartimento ProGeSa (progettazione e gestione dei sistemi agro-zootecnici e forestali) della facoltà di Agraria dell’Università di Bari indicano consumi di polimeri plastici in applicazioni agricole in misura di 320.000 t/anno. I film plastici, al termine del loro ciclo di utilizzo, creano non poche preoccupazioni a causa degli alti costi di smaltimento nonché degli effetti nocivi derivanti dalla loro eventuale combustione dopo il loro abbandono. Benché una valutazione approfondita sul ciclo di vita (LCA, Life Cycle Assessment) esuli dagli scopi di questa trattazione, si può concordare sul fatto che le emissioni inquinanti totali nel ciclo di vita delle bioplastiche sono inferiori alla media delle plastiche tradizionali e che in particolare le emissioni di CO2 sono in buona misura abbattute dalla quota assorbita dal vegetale in fase di crescita.

Altri derivati macromolecolari dell’amido

Proteine

Le prospettive di applicazione delle proteine derivate dalla patata appaiono promettenti, anche alla luce di quanto emerso dal convegno internazionale SOLANIC del gruppo AVEBE, tenutosi ad Amsterdam nel maggio 2007. È largamente condiviso il parere che l’origine animale o vegetale non sia di per sé un fattore di merito nel valore delle proteine, ma che sia soprattutto la qualità di queste ultime a determinare le scelte dei tecnologi e dei ricercatori sulla loro utilizzazione. Le proteine provenienti dalla patata hanno un’ottima qualità per quanto riguarda sia la stabilità sia gli aspetti alimentari. La stabilità e affidabilità della composizione e struttura sterica mantenuta nel corso dei processi di trasformazione è una condizione fondamentale per la loro utilizzazione. Queste condizioni sono continuamente migliorate anche attraverso il rinnovo delle tecnologie d’estrazione dell’amido e delle proteine, effettuate molto spesso direttamente dalle multinazionali del settore. Ricercatori americani prevedono una crescita robusta della domanda per i biopolimeri proteinici derivati da amidi e collagene; infatti, secondo il CAGR (Compound Annual Growth Rate) nel 2012 il volume d’affari di questo settore supererà i 600.000.000 di dollari USA.

Applicazioni energetiche della patata

Non manca d’incuriosire la notizia che riguarda l’energia elettrica disponibile a bassissimo costo, derivante proprio dal tubero! La proprietà di produrre energia da biogas da buccia di patate è confermata non solo da flash di stampa ma anche da lavori svolti in centri universitari, in Israele e in altre parti del mondo. Di fatto è già in commercio un kit di elettrodi che generano energia sufficiente per accendere una lampadina o per alimentare un led. Scientificamente si cerca di quantificare e comprendere il modello di comportamento delle molteplici forme d’organizzazione ionica dei composti del succo di patata racchiuso nelle cellule. Il fenomeno sarebbe presente anche in altri succhi di frutta e legumi, ma la struttura del tubero fresco ne facilita l’uso. I piani strategici di molti Paesi industrializzati prevedono di sfruttare la patata come una delle specie utili per scopi energetici. Infatti, nei prossimi anni si prevede che ci sarà un forte sviluppo nei settori delle bioenergie e dei biomateriali ottenuti dalle biomasse agricole. Sulla patata sono in corso molteplici iniziative che vanno dall’adozione di nuove agrotecniche alla messa a coltura di terre marginali, alla costituzione di cultivar ad hoc destinate all’industria non alimentare (per es. la cultivar Amflora).

Biomasse rinnovabili

Sono usate per produrre additivi non-oil, prodotti chimici e molte altre materie prime. Derivati di amidi, PLA, PHA, PHB, PE green, polipropilene, polistirene e PVC, biopolioli per schiume poliuretaniche, poliuretani termoplastici, elastomerici, poliestere insaturi richiederanno presto bioadditivi rinnovabili al 100%. Si tratta di un oceano da esplorare da isola a isola. Altri additivi naturali possono trovare impiego come modificanti di reologia, induritori per resine epossidiche, agenti antinebbia, additivi low profile, agenti antistatici. Il mercato mondiale degli additivi per materie plastiche è stimato nel 2009 a 37,4 miliardi di dollari e ci si aspetta che raggiunga 45,8 miliardi di dollari nel 2014, con una crescita composta del 4,1% (CAGR).


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