Orticoltura 2.0: 0 residui, 0 scarti, per produrre gli alimenti del futuro
Creazione di valore aggiunto con coltivazione di ortaggi di qualità, razionalizzazione di trasformazione e sviluppo di nuovi prodotti food a elevato valore nutraceutico; valorizzazione di scarti e residui per nuovi prodotti per l'economia circolare; sostenibilità ambientale con energia rinnovabile e un modello di coltivazione virtuoso, per l'uso di biostimolanti e biochar attivato con microrganismi utili, invece di concimi fossili; modelli di coltivazione per realtà aziendali di piccola dimensione, ma con strutturato sistema di conferimento, commercializzazione e valorizzazione del prodotto, per destagionalizzare il lavoro agricolo e differenziare la produzione delle aziende umbre.
1) Produzione tracciata di ortaggi di qualità, zero residui (disciplinari) con uso di rinnovabili e biochar attivato per nutrizione e difesa, e studio LCA. 2) Innovazione della raccolta (insalata in idroponica) e prima trasformazione; disidratazione con rinnovabili e confezionamento QbD dei prodotti -Quality by Design; estrazione di phythochemicals da scarti della GDO. 3) Sviluppo di alimenti innovativi ad alto valore nutraceutico con gli estratti della precedente attività e impregnazione sottovuoto. Valorizzazione dei residui colturali per biocompositi da fibre lignocellulosiche, e micro/nanostrutture per usi tecnologici. 4) Modello replicabile e sostenibile su larga scala.
Necessità di creazione di valore aggiunto per remunerare il settore primario e destagionalizzare la produzione per mantenere la ruralità (piccoli produttori in rete per avanzameto tecnologico, trasformazione e commercializzazione cooperativistica). Utilizzo di energie rinnovabili, es. il calore residuo del biogas per riscaldamento serre e disidratazione prodotti. Valorizzazione di residui e prodotti scartati da GDO per: estrazioni di phytochemicals (alimenti fortificati) e produzione di biocompositi per economia circolare connessa alla green economy a valle del processo agricolo, nel quadro di H2020. Il progetto risponde all’esigenza della GDO e dell’industria di trasformazione di avere una continuità di offerta di prodotti ortivi a qualità controllata e tracciata, secondo un marchio dietro il quale vi è un processo di HACCP, necessaria premessa all’adesione a protocolli di qualità, garantiti da terze parti e riconosciuti a livello europeo e mondiale (ad es. standard BRC o Global G.A.P.). Il progetto è ambizioso, ma alla portata dei proponenti, in quanto l'innovazione tecnologica è già stata validata in precedenti progetti a livello nazionale ed europeo. Di rilievo: l’attenzione alla valorizzazione del 100% della biomassa prodotta; l’impiego di energie rinnovabili in molte fasi della filiera; il biochar funzionalizzato per ridurre l’impiego di fertilizzanti e agrochimici; le micro/nanotecnologie ed i nuovi materiali bio-compositi, ecc., ma soprattutto il fatto che le innovazioni sono proposte in un progetto agro-industriale in cui si integrano moduli operativi sinergici, operanti in un ambiente sicuramente vocato, ma che mai in precedenza si è proposto come polo di produzione di colture ortive.
Messa a punto di un disciplinare di produzione a basso impatto ambientale e sostenibile per raggiungere l’obiettivo di una qualità tracciata, zero residui (attività 1.1). Verranno considerate tecniche di coltivazione validate dalle esperienze fin qui maturate, compreso l’uso di estratti naturali ad effetto corroborante e biostimolante. Nel corso del progetto saranno inserite, prima a livello sperimentale e poi su ampie superfici, le innovazioni tecnologiche via via acquisite grazie alle attività previste dal progetto stesso, tra cui l’uso di Biochar/Idrochar funzionalizzati per la nutrizione e la difesa (attività 1.2), alcuni “phytochemicals” ottenuti dalle estrazioni svolte a carico delle biomasse di scarto (attività 2.3), i micro/nanovettori di regolatori di crescita ed estratti botanici previsti dall'attività 3.2.3.
L’utilizzo di “char” come veicolo di microrganismi utili alla nutrizione ed alla difesa delle piante può costituire un mezzo per l’aumento della fertilità del terreno, anche biologica, limitando il ricorso a concimazioni chimiche ed agrochimici per la difesa. Liste di ceppi e specie con effetto biostimolante sono state pubblicate di recente (EBIC 2016). Pseudomonas spp. e Trichoderma spp. sono particolarmente interessanti e dimostrati "safe" (Qualified Presumption of Safety). INSTM possiede una collezione di Trichoderma, dalla quale gli isolati più promettenti saranno isolati per le azioni successive. I consorzi microbici, da valutare pianta per pianta, saranno progettati per resistere a stress biotici e abiotici, oltre ad essere utilizzati per le azioni successive (attività 1.2).
Lo studio dell’efficienza energetica delle serre utilizzate per le attività previste in progetto (serra coperta con telo singolo e serra coperta con doppio telo) verrà condotto attraverso il monitoraggio dei parametri climatici importanti per le colture allevate in fuori suolo in ambiente protetto (attività 1.4)
Il piano di lavoro prevede la realizzazione di un prototipo per la raccolta dei plateau utilizzati nella fase in serra del ciclo produttivo della insalata in coltura idroponica su cui viene applicata la tecnica di allevamento del float-system (attività 2.1)
Il principio sul quale si basa la disidratazione consiste nel ridurre l’acqua disponibile dell’alimento, limitando sia lo sviluppo microbico (batteri, lieviti e muffe) che l’intercorrere di fenomeni degradativi di natura chimica ed enzimatica. In aggiunta, la disidratazione ha anche l’obiettivo di minimizzare i costi di conservazione e trasporto del prodotto alimentare. Mediante l’utilizzo di un packaging idoneo, i prodotti disidratati sono generalmente conservabili a temperatura ambiente, nonché facilmente trasportabili poiché caratterizzati da peso e volume ridotti. La sostenibilità del processo di disidratazione verrà garantita dall'uso di calore residuo del biogas (attività 2.2). A questa prima fase farà seguito un'attività di sviluppo di alimenti disidratati e semi-disidratati di elevata qualità sensoriale e nutrizionale, arricchiti se possibile di prebiotici, fitosteroli e vitamine (attività 3.3).
La valorizzazione del fuori specifica e sotto calibro, nonché di specifiche frazioni delle biomasse prodotte (bucce, semi, foglie, ecc.), verrà effettuata a più livelli: (1) Messa a punto di metodiche estrattive mirate al recupero dei “phytochemicals” dalla matrice vegetale; (2) Caratterizzazione dei "phytochemicals"; (3) Valutazione dell'effetto dell'essiccamento della biomassa e della stabilità dei "phytochemicals" (attività 2.3). La valorizzazione degli estratti prodotti nel corso dell’attività 2.3 avrà luogo attraverso la produzione prototipale di almeno un intermedio liquido o solido per l’impiego nella formulazione di integratori e alimenti dietetici o fortificati da parte di laboratori ed industrie specializzate (attività 3.1).
Valorizzazione dei residui ligno-cellulosici per la realizzazione di un intonaco eco-sostenibile rinforzato con fibre naturali provenienti da residui di materiali da scarto quale la fibra della pianta del pomodoro. Obiettivo è ottenere un prodotto con caratteristiche termiche e meccaniche accettabili in campo edile. L’applicazione sperimentale comprende formulazioni diverse e analisi termiche per valutare le capacità isolanti dei provini oggetto di studio (attività 3.2.1).
Verrà condotto uno studio di concept proof/fattibilità relativo all’utilizzo delle fibre ligno-cellulosiche residue per la produzione di bio-compositi, da utilizzarsi per esempio per la produzione di vasetti contenenti fibre, sulla base di formulazioni già in possesso di INSTM. L’UdR ha maturato una vasta esperienza nella produzione di bio compositi a base di PHA e PLA con fibre naturali (attività 3.2.2).
Valorizzazione dei residui ligno-cellulosi per la produzione di micro e nanostrutture per veicolare composti bioattivi ad effetto biostimolante e bioregolatore sulle colture. La microincapsulazione si basa sul confinamento di materiali solidi, liquidi o gassosi in capsule di dimensioni micrometriche che, in genere, possono contenere agrochimici, fattori di crescita per le piante (biostimolanti), medicinali, additivi alimentari, profumi/aromi. Il guscio della capsula previene e controlla la diffusione dei composti confinati al di fuori del core, in quanto costituisce una barriera con spessore dell’ordine di grandezza micro o nano, protegge i composti sensibili da degradazione dell’ambiente esterno e assicura un rilascio nelle giuste tempistiche sul target dei componenti incapsulati. Tra le possibilità prospettate c’è quella di produrre sistemi di micro o nanostrutture a base di lignina, che possono avere possibili applicazioni nei settori alimentare, agricolo, cosmetico e salutistico, grazie alle proprietà di biomacromecola antiossidante e in grado di assorbire la luce UV (attività 3.2.3).
Studio dell'LCA della nuova filiera orticola "zero residui zero rifiuti" (attività 1.3) e trasferimento delle innovazioni ad un modello replicabile su larga scala (attività 4). La filiera sarà sviluppata secondo un modello sostenibile, sia dal punto di vista energetico che ambientale, con lo scopo di valorizzare a pieno le capacità produttive delle aziende coinvolte, indipendentemente dalla dimensione, coinvolgendo unità produttive locali e centri di ricerca, con un approccio olistico e attento alla creazione di nuove opportunità di sviluppo di nuove filiere agro-industriali nell'ambito dell'economia circolare.
Le innovazioni introdotte, tecnologiche e di processo, riguardano: la fase di coltivazione in campo ed in coltura protetta (in queste ultime privilegiano l’uso di fonti energetiche rinnovabili), la scelta di colture idonee, la messa a punto della fase del post –raccolta e della commercializzazione.
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