IT201800004155A1

IT201800004155A1 - Metodo ed impianto per la purificazione della cera di origine animale da sostanze chimiche indesiderate

Info

Publication number: IT201800004155A1
Application number: IT102018000004155A
Authority: IT
Inventors: Michela Boi; Massimo Capobianco; Roberto Colombo; Maria Luisa Navacchia
Original assignee: Consiglio Nazionale Ricerche; Consiglio Per La Ricerca In Agricoltura E Lanalisi Delleconomia Agraria
Priority date: 2018-03-30
Filing date: 2018-03-30
Publication date: 2019-09-30
Also published as: EP3772923A1; WO2019186487A1

Description

Metodo ed impianto per la purificazione della cera di origine animale da sostanze chimiche indesiderate

Settore della tecnica

La presente invenzione concerne un metodo ed un impianto per la purificazione della cera di origine animale da sostanze chimiche indesiderate. Più precisamente, l’invenzione concerne un metodo ed un impianto per la rimozione di contaminanti o composti organici indesiderati, quali fitofarmaci, pesticidi o inquinanti, dalla cera d’api, e da altre cere di origine animale. Con il termine “altre cere di origine animale” si intende preferibilmente la lanolina, tuttavia altre cere di origine animale possono, ad esempio, essere la cera cinese e lo spermaceti. La seguente descrizione viene riferita alla cera d’api, tuttavia la presente invenzione non è limitata a questo tipo di prodotto, essendo applicabile anche a cere prodotte da altri organismi animali.

Arte nota

La cera d’api è una cera di origine animale largamente utilizzata in molti settori che sfruttano i prodotti dell’alveare. Infatti la produzione artigianale ed industriale di miele naturale è un settore affermato ed economicamente importante in Italia e nel mondo. Per garantire una buona produzione di miele è necessaria una buona manutenzione delle arnie, al fine di consentire alle api di svilupparsi in buona salute e di dedicarsi alla raccolta del polline ed alla produzione e stoccaggio del miele all’interno dei melari. Per favorire questo processo è pratica diffusa inserire, all’interno delle arnie, dei melari preformati, in genere comprendenti fogli cerei inseriti su telai e destinati a raccogliere il miele prodotto dalle api. Si stima che le api, sgravate dalla necessità di costruire i melari, possano dedicare più tempo alla raccolta del nettare ed essere quindi maggiormente produttive, con una resa tipicamente compresa fra circa 6 e 12 Kg di miele, per ogni Kg di cera fornita.

Molti di questi fogli cerei vengono tuttavia danneggiati durante la fase di recupero del miele. Altri devono comunque essere sostituiti al fine di garantire la corretta igiene all’interno delle arnie. Per tali motivi l’apicoltore, ogni due/tre anni, deve sostituire i fogli cerei.

Questi fogli cerei preformati vengono realizzati industrialmente mediante stampaggio della cera recuperata dai vecchi telai. La cera recuperata dai vecchi telai, prima di poter essere riutilizzata, deve essere ripulita da detriti e contaminanti accumulati nel tempo. Questo processo avviene per semplice fusione e ri-solidificazione della cera all’interno di calderoni d’acqua. La cera in seguito alla fusione in acqua viene utilizzata per la preparazione dei nuovi fogli cerei solidificandola in appositi stampi, con varie tecniche. Questa operazione permette la rimozione di residui vegetali (foglie, rami, pollini), terra e permette la sterilizzazione dalle spore di paenibacillus la rvae (un batterio responsabile della peste americana) ormai endemico in numerose regioni del mondo compresa l’Italia.

Un altro problema è il varroa destructor, un acaro parassita esterno che attacca le api apis mellifera e apis cerana. Sebbene l’acaro varroa non possa riprodursi su tali insetti, essi rappresentano un mezzo di diffusione dell’acaro nel raggio di brevi distanze, soprattutto ad opera delle api bottinatrici. Il varroa può infatti riprodursi solamente all’interno di una colonia di api e si stima che una massiccia infestazione di acari porti alla morte della colonia stessa. L’acaro varroa è pertanto il parassita con il più pronunciato impatto economico nell’industria dell’apicoltura.

Gli apicoltori, nel tentativo di combattere la proliferazione di questo acaro, utilizzano in genere delle sostanze chimiche ed in particolare acaricidi, i quali col tempo si depositano all’interno della cera dei telai, che risulterà pertanto contaminata da queste sostanze chimiche indesiderate. Risulta pertanto evidente la necessità di rimuovere questi contaminanti introdotti nell’alveare dall’attività bottinatrice delle api, dalla cera dei vecchi telai, prima di poterla riutilizzare per fabbricarne di nuovi.

Purtroppo il semplice trattamento, sopra descritto, di fusione e ri-solidificazione della cera all’interno di calderoni d’acqua, non è sufficiente a rimuovere i residui di prodotti chimici indesiderati che, data la loro natura lipofilica, sono scarsamente solubili in acqua. Questo porta ad un inevitabile progressivo accumulo delle sostanze chimiche indesiderate (contaminanti) all’interno della cera, con conseguente riduzione del benessere e dell’attività delle api e ad una possibile contaminazione del miele prodotto, con prevedibili ricadute sulla salute del consumatore.

Analogamente alla cera d’api, la lanolina è una cera di origine animale costituita da esteri e alcoli di acidi grassi a lunga catena che deriva dalla secrezione delle ghiandole sebacee degli ovini e si accumula sul loro vello lanoso. Essa viene ottenuta per estrazione e purificazione della lana. La lanolina fonde tra i 35 e i 40°C e ha una buona miscibilità con l’acqua, per questi motivi viene largamente utilizzata nella preparazione di cere protettive per legno e pellami, ma in particolare trova largo uso come emolliente nei prodotti cosmetici (e anche come additivo alimentare E913). Gli ovini, passano gran parte del loro tempo pascolando sui campi, e sul loro vello si accumulano tutti gli inquinanti presenti nell’ambiente (fitofarmaci e inquinanti atmosferici), a questi si aggiungono i farmaci veterinari utilizzati dagli allevatori per prevenire infezioni di parassiti quali zecche e pidocchi. Essendo questi inquinanti di natura lipofila, si accumulano inevitabilmente nella lanolina e non sempre le metodiche tradizionali di purificazione di questo prodotto, basate su centrifugazioni, filtrazioni e frazionamenti con solventi, sono sufficienti a garantire la rimozione di questi inquinanti dalla lanolina. A garanzia della salute pubblica la farmacopea ufficiale (edizione 9.0) richiede che i residui di inquinanti organici nella lanolina siano particolarmente bassi: ≤0,05 ppm (parti per milione) per ogni pesticida organoclorurato, ≤0,5 ppm per ogni altro pesticida, e ≤ 1 ppm come somma di tutti i pesticidi.

Risulta pertanto ovvia la necessità di trovare un metodo in grado di rimuovere dalla cera d’api, dalla lanolina e da altre cere di origine animale le suddette sostanze chimiche indesiderate.

I documenti WO200200038, CN103181504 e CN103181735 descrivono dei metodi per rimuovere pesticidi presenti sulla superficie esterna di ortaggi e frutta. Questi metodi si compongono di fasi che prevendono il lavaggio degli alimenti da trattare (ortaggi e frutta), in soluzioni acquose sotto irraggiamento ultravioletto (UV), al fine di generare radicali idrossile (·OH), i quali andranno a degradare i pesticidi presenti sulla superficie esterna degli alimenti trattati.

I suddetti metodi presentano tuttavia lo svantaggio di non essere applicabili con efficacia alle cere di origine animale. Il semplice lavaggio della cera in soluzioni acquose sotto irraggiamento UV, con generazione di radicali idrossile, non porta alla degradazione dei contaminanti presenti all’interno della cera stessa, ma solo di quelli presenti sulla sua superficie esterna. Questo principalmente a causa dell’opacità della cera alle radiazioni UV, che di fatto scherma i contaminanti più interni dalla fotodegradazione.

Uno scopo della presente invenzione è pertanto quello di provvedere una soluzione al problema di come purificare le cere di origine animale da sostanze chimiche indesiderate, che non presenti gli inconvenienti dell’arte nota.

Uno scopo ulteriore dell’invenzione è quello di provvedere una soluzione che consenta di ridurre in maniera semplice ed economica la concentrazione di contaminanti all’interno della cera d’api e della lanolina, con ovvi vantaggi per la salute di operatori e consumatori ai quali sono destinati i prodotti dell’alveare e i prodotti derivati dalla lanolina.

Non ultimo scopo dell’invenzione è quello di provvedere un metodo ed un impianto per la rimozione di sostanze chimiche indesiderate dalle cere di origine animale, che possano essere realizzati industrialmente a costi contenuti.

Questi ed altri scopi sono ottenuti con il metodo e l’impianto come rivendicati nelle annesse rivendicazioni.

Descrizione dell’invenzione

Il metodo di purificazione secondo la presente invenzione consente la rimozione di sostanze chimiche indesiderate, o contaminanti, in particolare fitofarmaci, pesticidi e inquinanti ambientali, dalla cera di origine animale, preferibilmente cera d’api o lanolina, e comprende principalmente una fase di fotodegradazione, diretta o mediata da radicali idrossile (·OH), di una miscela polifasica di cera di origine animale e acqua o altro fluido idoneo, che abbia preferibilmente temperatura di fusione inferiore a quella della cera.

Preferibilmente, secondo l’invenzione, la fotodegradazione avviene per irraggiamento mediante raggi UV di un sistema bifasico comprendente acqua e cera di origine animale. In accordo con una forma preferita di realizzazione dell’invenzione, l’irraggiamento del sistema bifasico avviene in presenza di reagenti o catalizzatori. Esempi particolari, ma non esclusivi di reagenti o catalizzatori idonei allo scopo sono H2O2 e TiO2.

Ancora secondo l’invenzione, preferibilmente, il sistema bifasico acqua – cera viene ottenuto ad una temperatura di almeno 80°C circa o superiore. Vantaggiosamente, la temperatura di almeno 80°C garantisce le condizioni di lavorabilità della cera in fase liquida.

Secondo un aspetto particolare dell’invenzione, il sistema bifasico è vantaggiosamente reso più trasparente, ossia meno opaco, alla radiazione UV. Preferibilmente, questa condizione di minore opacità alla radiazione UV del sistema bifasico viene ottenuta mediante un’efficacie miscelazione delle fasi. Secondo l’invenzione, un metodo preferito per ottenere la miscelazione desiderata delle fasi prevede di sottoporre il sistema bifasico ad una vigorosa agitazione. Sempre secondo l’invenzione, detta vigorosa agitazione viene preferibilmente ottenuta mediante insufflazione nel sistema di aria o gas o una miscela di gas in pressione per provocare il gorgogliamento dei costituenti del sistema bifasico. Altri mezzi idonei a provocare la suddetta vigorosa agitazione sono ad esempio gli ultrasuoni che potranno essere utilizzati separatamente o in combinazione con l’insufflazione sopra citata e il mescolamento meccanico.

Vantaggiosamente, grazie al metodo secondo l’invenzione, è possibile ridurre drasticamente ed ecologicamente il livello di inquinamento della cera di origine animale. Tale irraggiamento può avvenire vantaggiosamente durante la fusione della cera, prima dell’operazione di stampaggio dei fogli cerei, nel caso della cera d’api.

In una forma particolare di realizzazione dell’invenzione, il sistema sul quale viene eseguito l’irraggiamento è un sistema polifasico di acqua, cera liquida e aria o gas o una miscela di gas. La miscela polifasica è mantenuta vantaggiosamente in una condizione di fine dispersione della cera fusa, per ridurne l’opacità ai raggi UV e per promuoverne il rimescolamento. La dispersione consente infatti alla radiazione UV di raggiungere tutte le parti della miscela sottoposta al trattamento.

Vantaggiosamente, la condizione descritta di fine dispersione promuove la degradazione dei composti contaminanti che si sono rivelati più facilmente aggredibili dai raggi UV, rispetto alle catene idrocarburiche della cera.

Vantaggiosamente, in accordo con una forma particolare di realizzazione dell’invenzione, è possibile aumentare l’efficacia della fotodegradazione, inducendo nella miscela la produzione di radicali idrossile (·OH), addizionando piccole quantità di acqua ossigenata o utilizzando opportuni catalizzatori, quali ad esempio TiO2.

I prodotti che si originano dalla degradazione dei composti contaminanti vengono vantaggiosamente rimossi dalla miscela bifasica o polifasica, sia perché più volatili, sia perché più idrofili, rispetto ai composti di partenza. La prima condizione rende possibile la rimozione dei prodotti di degradazione mediante flussi d’aria e la seconda condizione determina la separazione dei prodotti di degradazione dalla cera quando quest’ultima si separa dall’acqua nella miscela cera – acqua e si solidifica.

Sostanze chimiche indesiderate che l’invenzione si propone di purificare dalla cera di origine animale sono principalmente composti organici contaminanti, quali quelli derivanti dall’uso di fitofarmaci e pesticidi. Esempi non limitativi ai fini della presente invenzione sono N-(2,4-dimetilfenil)formammide indicato come 2,4-DMF, cimiazolo, clorfenvinfos, acrinatrina, bromopropilato, cumafos, fluvalinate e flumetrina.

Il metodo secondo la presente invenzione prevede di miscelare una certa quantità di cera di origine animale con acqua ed opzionalmente con aria o gas, o una miscela di gas ottenendo una miscela bifasica o trifasica che per comodità sarà riferita nel seguito come miscela polifasica. Secondo l’invenzione, la miscela bifasica di acqua e cera, o alternativamente trifasica di acqua, cera e gas o una miscela di gas, è ottenuta in un rapporto che va da 10 a 40% p/p di cera. L’aria, il gas o la miscela di gas eventualmente introdotti nella miscela bifasica, saranno inoltre preferibilmente preriscaldati.

In una fase del metodo secondo l’invenzione, preferibilmente è previsto di riscaldare la miscela polifasica, fino a far raggiungere a detta miscela una temperatura compresa fra circa 80°C e 100°C. Ancor più preferibilmente, la miscela polifasica è portata ad una temperatura di circa 100°C, essendo questa fra l’altro la temperatura imposta per legge in presenza di parassitosi accertata, in quanto idonea alla sterilizzazione delle spore di paenibacillus presenti nella cera.

Il metodo secondo l’invenzione prevede di mantenere preferibilmente in mescolamento continuo la miscela polifasica durante il riscaldamento. Preferibilmente la miscela polifasica viene mantenuta in condizione di mescolamento continuo, mediante insufflazione di aria compressa o gas all’interno della miscela (gorgogliamento). Alternativamente, o in aggiunta al gorgogliamento, la miscela polifasica viene mantenuta in condizione di mescolamento continuo mediante trattamento della miscela con ultrasuoni o pale meccaniche. Vantaggiosamente la condizione di mescolamento continuo ed il mantenimento della temperatura della miscela da circa 80°C a circa 100°C, permettono di mantenere la miscela polifasica con la cera in fine dispersione in fase liquida e maggiormente trasparente alle radiazioni UV. Vantaggiosamente il mantenimento della condizione di fine dispersione consente alle radiazioni UV di raggiungere tutte le parti della massa della cera, permettendo così la fotodegradazione dei contaminanti presenti, non solo sulla superficie esterna, ma anche nell’intera massa di cera trattata. I contaminanti sono infatti maggiormente aggredibili dagli effetti delle radiazioni UV rispetto alle catene idrocarburiche della cera.

Secondo l’invenzione, la miscela polifasica, preferibilmente riscaldata e mantenuta in mescolamento continuo come sopra anticipato, è sottoposta ad una fase di fotodegradazione.

La fotodegradazione può avvenire o direttamente, principalmente mediante irraggiamento diretto con raggi UV della miscela polifasica, e/o indirettamente, principalmente mediante la formazione di radicali idrossile (·OH) nella miscela polifasica.

Questi radicali sono particolarmente reattivi e attaccano le molecole organiche portando ad una loro mineralizzazione, ossia ad una degradazione delle sostanze organiche fino alla trasformazione in composti inorganici semplici. A differenza delle catene lipofiliche della cera, i contaminanti sono maggiormente aggredibili da questi radicali. L’induzione nella miscela della produzione di radicali idrossile non esclude la contemporanea fotodegradazione diretta.

Secondo l’invenzione, la formazione di radicali idrossile (·OH) nella miscela polifasica è ottenuta grazie all’aggiunta di un reagente, scelto ad esempio fra H2O2 e O3, oppure grazie ad un fotocatalizzatore scelto ad esempio nel gruppo comprendente: TiO2, ZnO, CdS, Fe(CN)6, I-, preferibilmente scelto fra TiO2 e ZnO, ed irraggiando la miscela così ottenuta con radiazioni UV.

La durata dell’irraggiamento dipende dal tempo necessario per la fotodegradazione delle sostanze indesiderate, quali fitofarmaci e pesticidi.

Preferibilmente secondo l’invenzione, le radiazioni UV sono generate da almeno una lampada UV a vapori di Hg ad alta efficienza o da almeno una lampada UV a bassa pressione ad amalgama.

Nel metodo secondo l’invenzione i prodotti di degradazione dei contaminanti vengono rimossi dalla cera, sia perché sono più volatili rispetto ai composti di partenza, quindi eliminabili con l’applicazione di un flusso d’aria, sia perché sono più idrofili rispetto ai composti di partenza, quindi eliminabili per separazione di fasi: con la separazione delle fasi della miscela polifasica cera/acqua i prodotti di degradazione dei contaminanti restano all’interno della fase acquosa, separandosi così dalla cera.

Sempre secondo l’invenzione, è previsto di separare dalla miscela polifasica la cera di origine animale purificata dai contaminanti. Preferibilmente la separazione può essere effettuata interrompendo l’immissione di gas e/o l’eventuale agitazione meccanica, interrompendo così la condizione di mescolamento continuo, per consentire la naturale separazione di fasi dovuta all’immiscibilità cera/acqua. La cera separata ancora fusa o semisolida può essere direttamente inviata allo stampaggio dei fogli cerei o versata in opportuni stampi per essere raffreddata e conservata. In alternativa sarà possibile raffreddare completamente la cera prima di rimuoverla dall’acqua. Secondo una forma di realizzazione alternativa del metodo secondo l’invenzione, la cera, separata dalla sostanza liquida della miscela polifasica, viene essiccata in stufa prima di essere destinata all’utilizzo finale. La durata della fase di essiccazione sarà preferibilmente compresa fra 16 e 140 ore, ad una temperatura che va dalla temperatura ambiente fino a circa 50°C. In una variante del metodo sarà possibile effettuare la separazione di fasi mediante fusione a bagnomaria. In un’altra variante sarà possibile filtrare la miscela polifasica su opportuni filtri permeabili all’acqua, ma non alla cera di origine animale, in modo da separare la cera purificata dall’acqua di lavaggio.

La presente invenzione concerne inoltre un impianto per la purificazione della cera di origine animale da sostanze chimiche indesiderate.

In una forma preferita di realizzazione dell’invenzione, l’impianto comprende principalmente un reattore, in cui è definita una camera di reazione e mezzi per provocare la degradazione dei composti chimici indesiderati presenti in una certa quantità di cera di origine animale contenuta nella camera di reazione. Secondo l’invenzione, i mezzi per provocare la degradazione dei composti chimici indesiderati comprendono preferibilmente almeno una lampada a raggi UV, ad esempio a vapori di mercurio o a bassa pressione ad amalgama. Detta almeno una lampada è inoltre preferibilmente ospitata all’interno della camera di reazione. Secondo l’invenzione sono inoltre previste preferibilmente un numero di lampade a raggi UV proporzionale al volume dalla camera di reazione cosicché sostanzialmente tutto il volume della camera di reazione risulti coperto dal flusso di raggi UV prodotti dalle lampade. Ad esempio per un reattore cilindrico dotato di camera di reazione di circa 80 cm di diametro e 80 cm di altezza sono preferibilmente previste fra cinque e dieci lampade a raggi UV e, ancor più preferibilmente sette lampade a raggi UV.

In una forma preferita di realizzazione dell’invenzione, la camera di reazione è associata ad un dispositivo riscaldatore che ha lo scopo di mantenere la sostanza contenuta nella camera alla temperatura desiderata, preferibilmente compresa fra circa 80°C e circa 100°C. Secondo l’invenzione, il riscaldatore può consistere ad esempio in una camicia termostatica che circonda la camera di reazione ed in cui circola un fluido vettore attraverso un circuito idraulico funzionalmente collegato ad un termostato.

Secondo l’invenzione, la camera di reazione comprende una parete preferibilmente dotata di un setto poroso. Preferibilmente, la camera di reazione si sviluppa verticalmente e la parete dotata di setto poroso definisce la base inferiore della camera di reazione. Detta parete dotata di setto poroso separa inoltre la camera di reazione da un volume definito all’interno del reattore. Il setto poroso è previsto principalmente per l’ingresso nella camera di reazione di aria, o un gas, o una miscela di gas, in pressione, per provocare il mescolamento, tramite gorgogliamento, della miscela polifasica ospitata nella camera di reazione, in cui è dispersa la cera di origine animale che deve essere purificata. A tale scopo il volume definito all’interno del reattore è collegato ad una linea di trasporto di aria in pressione, preferibilmente dotata di valvola di intercettazione, per regolare ed eventualmente interrompere il flusso di aria o gas o miscela di gas diretto alla camera di reazione attraverso il setto poroso. Detto volume è inoltre preferibilmente dotato di fondo inclinato e comprende una valvola di scarico per l’evacuazione del liquido eventualmente penetrato attraverso il setto poroso.

Il reattore è inoltre preferibilmente dotato di un elemento condensatore per la condensazione dei vapori che fuoriescono dalla camera di reazione e la fuoriuscita di aria e gas. La camera di reazione è inoltre preferibilmente dotata di una parete o coperchio, apribile o rimovibile e di eventuali aperture per il prelievo e/o l’immissione di sostanze rispetto alla camera di reazione. Esempi di dette sostanze sono i reagenti, quali H2O2 e O3 ed i catalizzatori quali TiO2, ZnO, CdS, Fe(CN)6, I-.

In una forma preferita di realizzazione dell’invenzione, il coperchio è disposto dalla parte opposta rispetto al setto poroso nella camera di reazione ed è fissato al reattore ad esempio mediante morsetti di fissaggio oppure può essere incernierato al reattore e chiuso da almeno un morsetto. La funzione principale del coperchio è quella di consentire di introdurre nella camera di reazione la sostanza da degradare e di prelevare la cera purificata al termine del processo di purificazione. Il reattore ed il coperchio possono essere realizzati in vari materiali, ad esempio in acciaio o in altre leghe metalliche. Il coperchio potrà essere realizzato inoltre in materiale trasparente, ad esempio in pyrex trasparente per rendere visibile il contenuto della camera di reazione. Opzionalmente il reattore può essere dotato inoltre di un oblò di ispezione, per il controllo del contenuto della camera di reazione.

In una forma preferita di realizzazione dell’invenzione, la almeno una lampada a raggi UV è fissata inferiormente al coperchio, cosicché quando il coperchio viene rimosso, la lampada viene estratta simultaneamente dalla camera di reazione. Inoltre, sempre con riferimento a questa forma preferita di realizzazione dell’invenzione, il coperchio è dotato di almeno una di dette aperture per l’immissione di sostanze nella camera di reazione e comprende un raccordo per il collegamento dell’elemento condensatore. Vantaggiosamente, in questa forma di realizzazione preferita il coperchio risulta dotato di una pluralità di raccordi passanti, che possono essere utilizzati per il fissaggio di altrettante lampade UV, per il fissaggio dell’elemento condensatore e per definire detta apertura per l’immissione di sostanze.

In una forma preferita di realizzazione dell’invenzione il reattore comprende una superficie laterale sostanzialmente cilindrica comprendente, a sua volta, una prima estremità solidale a detta almeno una base porosa ed una seconda estremità chiudibile con detto elemento di chiusura o coperchio. In condizione operativa il reattore è inoltre preferibilmente disposto con il proprio asse longitudinale disposto verticalmente e con la base porosa ed il coperchio entrambi sostanzialmente orizzontali.

La camera di reazione è inoltre eventualmente dotata di almeno una valvola di scarico per lo scarico della cera fusa all’esterno della camera di reazione. Quando sono previste più di una valvola di scarico, le valvole di scarico sono preferibilmente collocate a distanze diverse dal setto poroso che definisce la base inferiore della camera di reazione, per il prelievo di porzioni della sostanza contenuta nella camera di reazione poste a distanze diverse dal suddetto setto poroso.

Secondo l’invenzione l’almeno una camera interna di reazione è suscettibile di ospitare una miscela polifasica di cera di origine animale contenente una certa quantità di sostanza chimica indesiderata ed acqua, avente un rapporto che va preferibilmente da 10 a 40% p/p di cera.

L’impianto ed il metodo secondo la presente invenzione richiedono preferibilmente che la miscela polifasica, durante le fasi di trattamento della cera di origine animale, venga costantemente e vigorosamente mescolata. Il mantenimento della miscela polifasica in una condizione di mescolamento continuo garantisce infatti che le radiazioni UV possano raggiungere tutta la massa della cera di origine animale trattata, non solo la superficie esterna, determinando in questo modo una resa maggiore nella degradazione e in particolare nella fotodegradazione, dei contaminanti presenti all’interno di detta miscela. Per promuovere ulteriormente il mescolamento, opzionalmente, la camera di reazione può essere dotata di mezzi per la movimentazione ed il mescolamento della miscela polifasica. Detti mezzi possono comprendere ad esempio mezzi meccanici quali pale mobili motorizzate.

Vantaggiosamente, inoltre, il metodo e l’impianto secondo la presente invenzione non solo permettono la purificazione della cera di origine animale da sostanze chimiche indesiderate, ma permettono inoltre, mediante la degradazione della sostanza chimica indesiderata contenuta nella cera, di determinare la decolorazione e o la deodorizzazione della cera di origine animale trattata. Ciò rappresenta un vantaggio dal momento che sono caratteristiche richieste per alcune applicazioni (quali ad esempio quelle utilizzanti la cera d’api come additivo alimentare (E901) o per la preparazione di cosmetici).

Descrizione Sintetica delle Figure

Una forma preferita di realizzazione dell’invenzione è data a titolo esemplificativo e non limitativo con riferimento alle figure annesse in cui:

- la Fig. 1 illustra una vista in sezione frontale di un impianto secondo la presente invenzione;

- la Fig. 2 illustra una vista in sezione frontale di una componente dell’elemento di chiusura dell’impianto di Fig.1.

Descrizione di una forma preferita di realizzazione

Con riferimento alle figure annesse l’impianto per la purificazione della cera d’api da sostanze chimiche indesiderate secondo l’invenzione è stato complessivamente indicato con il riferimento 11.

L’impianto 11 comprende un reattore 13 dotato di base porosa 15 permeabile all’aria o ai gas, funzionalmente connessa ad un dispositivo regolatore 17 del flusso di una linea di aria compressa 17a. Il reattore 13 comprende inoltre una superficie laterale 19 cilindrica comprendente, a sua volta, una prima estremità 21 solidale alla base porosa 15 ed una seconda estremità 23 chiudibile mediante un coperchio 25. Il coperchio 25 e la seconda estremità 23, o estremità superiore del reattore 13, sono stabilmente collegati mediante morsetti 51 aggraffati su corrispondenti flange periferiche.

La base porosa 15, la superficie laterale 19 ed il coperchio 25 definiscono fra loro una camera interna di reazione 27 in collegamento di flusso con un condensatore o colonna refrigerante 30, per la fuoriuscita di aria/gas dalla camera 27 ed il recupero, mediante condensazione, di acqua. Nella forma di realizzazione illustrata, la colonna 30 è fissata esternamente sul coperchio 25 mediante un corrispondente raccordo filettato, che attraversa il coperchio 25.

Il reattore 13 comprende inoltre una camicia termostatica 29 che circonda esternamente la superficie laterale 19 e sette lampade 31 a luce ultravioletta UV alimentate tramite un circuito elettrico dotato di cavi elettrici 45. Nell’esempio di realizzazione illustrato, le lampade 31 sono lampade a bassa pressione ad amalgama montate internamente su una componente interna o inserto 26 del coperchio 25 tramite appositi raccordi filettati e protette da apposite guaine trasparenti alle radiazioni UV.

Quando il coperchio 25 viene chiuso contro l’estremità superiore 23 della superficie laterale 19 del reattore 13, le lampade 31 risultano pertanto alloggiate all’interno della camera interna di reazione 27.

Il reattore 13 comprende inoltre una prima valvola 33a in collegamento di flusso con un volume o camera di raccolta 44 posto inferiormente nel reattore 13, al di sotto della base porosa 15 ed una seconda valvola 33b in collegamento di flusso con la camera di reazione 27. Entrambe le valvole 33a e 33b sono poste lateralmente attraverso la superficie laterale 19 del reattore 13.

La prima valvola di scarico 33a è posta adiacente ad un setto trasversale 43 che chiude inferiormente la camera di raccolta 44. Il setto 43 è inclinato di circa 2-5° rispetto ad un piano perpendicolare all’asse longitudinale del reattore e al piano orizzontale definito dalla base porosa 15. Fra la base porosa 15 e il setto trasversale 43 è conseguentemente definito un volume 44 con funzione inoltre di vasca di raccolta a fondo inclinato, in cui si raccoglie l’eventuale liquido che ha attraversato per gravità la base porosa 15.

Detta prima valvola di scarico 33a è posta in corrispondenza della porzione del setto inclinato 43 distale rispetto alla base porosa 15 e diametralmente opposta rispetto al dispositivo regolatore 17 della linea di aria compressa o gas 17a attraverso cui l’aria compressa o il gas è fatto entrare nel volume o vasca di raccolta 44. La seconda valvola di scarico 33b è invece posta dalla parte opposta della base porosa 15, rispetto alla valvola di scarico 33a ad una certa distanza dalla base porosa 15. Detta valvola di scarico 33b è posta sulla superficie laterale 19 fra la base porosa 15 e la seconda estremità superiore 23 della superficie laterale 19 e consente lo scarico della cera fusa dalla camera di reazione 27.

Come meglio illustrato in Fig.2, la componente interna 26 del coperchio 25 ha una forma convessa rivolta verso l’esterno quando il coperchio è chiuso e comprende una serie di raccordi 35 per consentire il collegamento delle lampade UV 31 all’interno. Il coperchio 25 comprende inoltre un primo raccordo 36a per consentire il collegamento del condensatore 30 posto all’esterno del coperchio 25. Inoltre, il coperchio 25 è dotato di un secondo raccordo 36b il quale può essere chiuso da un tappo a vite o dotato di rubinetto ed utilizzato come canale di passaggio per l’introduzione di sostanze nella camera 27, preferibilmente con l’ausilio di un imbuto 41.

Nella forma di realizzazione illustrata, il reattore 13 comprende un oblò di controllo 49 per controllare dall’esterno la camera interna di reazione 27. Detto oblò 49 attraversa infatti in direzione radiale sia la camicia termostatica 29, sia la superficie laterale 19, permettendo così di controllare dall’esterno il contenuto della camera di reazione 27.

In una forma preferita del metodo secondo l’invenzione la cera da purificare è collocata nella camera interna di reazione 27. Più precisamente, la cera è collocata in detta camera 27, sulla base porosa 15 del reattore 13. All’interno della camera di reazione 27, la cera è miscelata con 120 ml di acqua deionizzata, ottenendo in questo modo una miscela bifasica di acqua e cera d’api. Il dispositivo regolatore 17 di flusso della linea di aria compressa 17a funzionalmente connessa alla base porosa 15 viene aperto per provocare l’insufflazione di aria compressa all’interno della miscela polifasica attraverso la base porosa 15 e ottenendo in tal modo il gorgogliamento della miscela. La miscela polifasica è mantenuta in condizione di mescolamento continuo grazie all’insufflazione di aria. Durante questa fase di mescolamento continuo, la camicia termostatica 29 che circonda esternamente la superficie laterale 19 del reattore 13 è portata ad una temperatura di 100°C, mantenendo così la camera interna di reazione 27 e quindi la miscela polifasica in essa contenuta, ad una temperatura di circa 100°C. La condizione di mescolamento continuo ed il mantenimento della temperatura a 100°C, permettono di mantenere detta miscela polifasica con la cera in fine dispersione.

L’elemento di chiusura 25 dotato di sette lampade UV 31 a bassa pressione ad amalgama è stato collegato alla seconda estremità 23 della superficie laterale 19 del reattore 13, in modo da alloggiare le sette lampade UV 31 nella camera interna di reazione 27 del reattore 13 e chiudere così la camera interna di reazione 27.

Il reattore 13 è dotato di una colonna refrigerante 30, nella quale è fatto circolare un fluido refrigerante. La colonna refrigerante 30 permette, durante la purificazione, la fuoriuscita dell’aria compressa dalla camera interna di reazione 27 ed il recupero, mediante condensazione, delle molecole di acqua eventualmente evaporate a causa del mantenimento della temperatura a 100°C all’interno della camera 27.

Le sette lampade UV 31 a bassa pressione ad amalgama sono attivate irraggiando così direttamente la miscela polifasica con radiazioni ultraviolette per il periodo di tempo necessario (indicativamente almeno un’ora, preferibilmente per un periodo di tempo compreso tra una e sedici ore, ancora più preferibilmente per un periodo di tempo compreso tra una e quattro ore) a fotodegradare i contaminanti organici presenti rendendoli più volatili o più idrosolubili. La durata dell’irraggiamento dipende dal grado di contaminazione della cera d’api, dalla natura dei contaminanti, dalla potenza delle lampade UV, dalla geometria del reattore e dal grado di miscelamento.

Il dispositivo regolatore 17 del flusso della linea di aria compressa 17a, è mantenuto aperto per insufflare aria compressa all’interno della miscela polifasica, in modo da rimuovere dalla miscela polifasica i contaminanti fotodegradati. Quelli resi più volatili dalla fotodegradazione, saranno rimossi dalla miscela polifasica mediante il flusso di aria compressa che è fatto scorre all’interno della miscela polifasica stessa, mentre quelli resi più idrosolubili rimarranno in acqua alla fine del trattamento. Il flusso di aria compressa, addizionato di contaminanti fotodegradati, fuoriesce dalla camera interna di reazione 27 attraverso la colonna refrigerante 30, mentre il vapore acqueo viene recuperato mediante condensazione all’interno della colonna refrigerante 30.

Trascorso il tempo necessario (ad esempio circa quattro ore) in cui la miscela polifasica è sottoposta ad irraggiamento con radiazioni ultraviolette, il dispositivo regolatore 17 del flusso della linea di aria compressa 17a è chiuso. La valvola di scarico 33b viene aperta per mettere in collegamento di flusso la camera di reazione 27 con l’ambiente esterno e consentire l’evacuazione della miscela polifasica purificata. La separazione dalla miscela polifasica della cera d’api purificata avviene per naturale separazione di fasi dovuta all’immiscibilità cera/acqua.

In accordo con un’altra forma di realizzazione dell’invenzione, la rimozione dei contaminanti dalla cera d’api avviene mediante fasi equivalenti a quelle descritte con riferimento alla prima forma di realizzazione, ad eccezione del fatto che è inoltre prevista la seguente fase: attraverso il raccordo 35 presente sull’elemento di chiusura 25 del reattore 13, prima di attivare le sette lampade UV 31 a bassa pressione ad amalgama, viene aggiunto TiO2, oppure acqua ossigenata o ozono, alla miscela polifasica di reazione contenuta nella camera 27. L’irraggiamento con raggi UV di TiO2 in acqua, essendo TiO2 un fotocatalizzatore, catalizza la generazione di radicali idrossile (·OH), i quali essendo particolarmente reattivi attaccano le molecole dei contaminanti organici, degradandoli.

L’acqua ossigenata o l’ozono sono invece reagenti chimici (consumabili) che reagendo con le radiazioni UV generano radicali idrossile, o ossigeno radicale, che propagandosi nella miscela polifasica degradano gli inquinanti organici.

Al termine dell’irraggiamento con raggi UV, una volta chiuso il dispositivo regolatore 17 del flusso della linea di aria compressa 17a, il reattore viene raffreddato portando la miscela polifasica fino a raggiungere circa la temperatura ambiente, in modo da indurre una separazione di fasi fra l’acqua e la cera d’api purificata dai contaminanti. Il TiO2 precipita sul fondo della fase acquosa, separandosi così dalla cera. Terminata la separazione di fasi, la fase acquosa viene evacuata dal reattore mediante la valvola 33b e la cera d’api purificata può essere estratta dalla camera interna di reazione in uno stato semisolido, con l’ausilio di un raschietto.

Nel seguito sono riportati i risultati gli esperimenti effettuati in laboratorio e ottenuti in seguito all’applicazione, su campioni reali di cera d’api contenente fitofarmaci, del metodo secondo la presente invenzione. Gli esperimenti sono stati condotti in un reattore da laboratorio di circa 250 ml di volume, dotato di base porosa per l’insufflazione di aria, e di camicia riscaldante in quarzo e comprendente una lampada UV a vapori di mercurio da 125 Watt.

Gli esperimenti da 1 a 6 si riferiscono a campioni di cera d’api commerciale (contaminata a causa dei trattamenti acaricidi fatti dagli apicoltori)

Esperimento 1: 5 g di cera d’api, 120 ml di acqua deionizzata, 4 ore di irraggiamento. Esperimento 2: 5 g di cera d’api, 120 ml di acqua deionizzata, 100 mg di TiO2 in micro perle, 4 ore di irraggiamento.

Esperimento 3: 5 g di cera d’api, 120 ml di acqua deionizzata, 2 ore di irraggiamento. Esperimento 4: 5 g di cera d’api, 120 ml di acqua deionizzata, 1 ora di irraggiamento. Esperimento 5: 5 g di cera d’api, 120 ml di acqua deionizzata, 100 mg di TiO2 in micro perle, 2 ore di irraggiamento.

Esperimento 6: 5 g di cera d’api, 120 ml di acqua deionizzata, 100 mg di TiO2 in micro perle, 1 ora di irraggiamento.

La Tabella 1 riassume i risultati ottenuti per gli Esperimenti da 1 a 6.

Gli esperimenti da 7 a 12 si riferiscono a campioni di cera d’api contaminata con 5 mg/kg dei principali acaricidi utilizzati in apicoltura

Esperimento 7: 5 g di cera d’api, 120 ml di acqua deionizzata, 2 ore di irraggiamento. Esperimento 8: 10 g di cera d’api, 120 ml di acqua deionizzata, 2 ore di irraggiamento. Esperimento 9: 18,2 g di cera d’api, 150 ml di acqua deionizzata, 2 ore di irraggiamento.

Esperimento 10: 18,2 g di cera d’api, 200 mg di TiO2, 150 ml di acqua deionizzata, 2 ore di irraggiamento.

Esperimento 11 (bianco): 18,13 g di cera d’api, 150 ml di acqua deionizzata scaldata a 85°C per 3 ore in assenza d’irraggiamento UV. (La cera recuperate è stata ridisciolta in 50 ml d’acqua deionizzata e recuperata dopo una notte di raffreddamento per consentire un’ottimale separazione delle fasi).

Esperimento 12: 18,20 g di cera d’api, 4 x 3,75 mg di H2O2, 150 ml di acqua deionizzata, 2 ore di irraggiamento (100 µl di H2O2 al 30% in peso sono stati sciolti con 900 µl di acqua. Al tempo t=0, t=30, t=60, t=90 minuti sono stati aggiunti 125 µl della soluzione al 3% H2O2 diluiti in 2-3 ml di acqua deionizzata. Al termine dell’irraggiamento la miscela polifasica è stata versato in un becher per la solidificazione della cera e la separazione della fase acquosa).

La Tabella 2 riassume i risultati ottenuti per gli Esperimenti da 7 a 12.

Nel seguito sono, invece, riportati degli esperimenti effettuati in laboratorio e ottenuti in seguito all’applicazione su campioni di lanolina, contenente fitofarmaci, del metodo secondo la presente invenzione. I campioni di lanolina analizzati sono campioni di lanolina anidra commerciale addizionata di fitofarmaci alla concentrazione di 5 ppm (mg/Kg). Gli esperimenti sono stati condotti in un reattore da laboratorio avente le caratteristiche dell’impianto descritto con riferimento alle Figg.1 e 2, di circa 250 ml di volume, dotato di base porosa per l’insufflazione di aria, e di camicia riscaldante in quarzo e comprendente una lampada UV a vapori di mercurio da 125 Watt.

Esperimento L0: campione di lanolina non addizionato di fitofarmaci.

Esperimento L1: campione di lanolina addizionato di fitofarmaci alla concentrazione di 5 ppm.

Esperimento L2: 20 g di lanolina (addizionata di fitofarmaci alla concentrazione di 5 ppm) in 150 ml di acqua milli-Q sono stati irraggiati per 3 ore nel reattore sopra descritto alla temperatura di 50°C in presenza di insufflazione d’aria. A fine irraggiamento la miscela aria acqua è stata separata ancora calda e lasciata raffreddare lentamente in un becher. L’acqua (fase inferiore) è stata rimossa per semplice sversamento (la lanolina rimane adesa al becher). La lanolina recuperata è stata essiccata in stufa a 50°C per 16 ore. Recupero lanolina 20,25 g.

Esperimento L3: 40 g di lanolina (addizionata di fitofarmaci alla concentrazione di 5 ppm) in 130 ml di acqua milli-Q, sono stati irraggiati per 3 ore nel reattore sopra descritto alla temperatura di 50°C in presenza di insufflazione d’aria. A fine irraggiamento la miscela aria acqua è stata separata ancora calda (40-45°C) e lasciata raffreddare a temperatura ambiente in un becher. L’acqua (fase inferiore) è stata rimossa per semplice sversamento (la lanolina rimane adesa al becher). La lanolina recuperata (45 g) è stata essiccata in stufa a 50°C per 16 ore.

Esperimento L4: 20 g di lanolina (addizionata di fitofarmaci alla concentrazione di 5 ppm) in 150 ml di acqua milli-Q, sono stati scaldati per 3 ore nel reattore sopra descritto alla temperatura di 60°C in presenza di insufflazione d’aria. In questo esperimento la fase di irraggiamento non è avvenuta. A fine riscaldamento la miscela aria acqua è stata separata ancora calda e lasciata raffreddare lentamente in un becher. L’acqua (fase inferiore) è stata rimossa per semplice sversamento (la lanolina rimane adesa al becher). La lanolina recuperata (23,76 g) è stata essiccata in stufa a 50°C per 16 ore.

La Tabella 3 riassume i risultati ottenuti per gli Esperimenti da L0 a L4.

Tabella 3

nt = non trovato

ppm = mg/Kg

(�%) = variazione percentuale rispetto al campione L1

* la presenza di questo pesticida, vietato nei paesi europei, esemplifica il grado d’inquinamento presente nella lanolina commerciale, seppure ad uso non farmaceutico.

Gli esperimenti effettuati e le analisi dei risultati ottenuti dimostrano che è possibile rimuovere efficacemente i residui di sostanze chimiche indesiderate, in particolare derivanti dall’uso di fitofarmaci e pesticidi in agricoltura, utilizzando il metodo secondo l’invenzione. La rimozione dei detti residui si è dimostrata efficace nel caso di degradazione diretta della miscela bifasica o polifasica contenente cere animali, inquinate, ma può essere resa più veloce tramite la generazione di radicali idrossili mediante l’aggiunta di un catalizzatore.

L’impianto ed il metodo secondo l’invenzione così come descritti ed illustrati sono suscettibili di numerose varianti e modificazioni, rientranti nello stesso principio inventivo.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Metodo per la purificazione della cera di origine animale da sostanze chimiche indesiderate, comprendente le fasi di: - predisporre una certa quantità di cera di origine animale da purificare; - miscelare la cera di origine animale con acqua od altro fluido idoneo ed opzionalmente aria o gas o una miscela di gas, ottenendo una miscela polifasica di acqua, cera di origine animale ed opzionalmente aria o gas; - riscaldare detta miscela polifasica e mantenere la suddetta miscela in condizione di mescolamento continuo; - provocare la degradazione della sostanza chimica indesiderata contenuta nella cera; - rimuovere dalla miscela polifasica la sostanza chimica indesiderata degradata, mediante applicazione di un flusso di aria compressa o di gas, oppure mediante separazione di fasi della miscela polifasica; - separare dalla miscela polifasica la cera di origine animale purificata.
2. Metodo secondo la riv.1, in cui detta cera di origine animale è cera d’api o lanolina.
3. Metodo secondo la riv.1 o 2, in cui detta miscela polifasica comprende cera di origine animale in un rapporto che va da 10 a 40% p/p di cera.
4. Metodo secondo una qualsiasi delle riv. precedenti, in cui il riscaldamento della miscela polifasica avviene fino al raggiungimento di una temperatura compresa fra circa 80°C e 100°C.
5. Metodo secondo una qualsiasi delle riv. da 1 a 4, in cui la fase di mantenere la miscela polifasica in condizione di mescolamento continuo comprende la fase di insufflare aria compressa o gas all’interno della miscela (gorgogliamento), oppure trattare la miscela con ultrasuoni, oppure la combinazione delle due (gorgogliamento ed ultrasuoni), al fine di mantenere la miscela polifasica in condizione di mescolamento continuo.
6. Metodo secondo una qualsiasi delle riv.i precedenti, in cui la fase di provocare la degradazione della sostanza chimica indesiderata comprende la fase di irraggiare detta miscela polifasica con radiazioni ultraviolette (UV) per provocare la fotodegradazione di detta sostanza chimica indesiderata.
7. Metodo secondo la riv.6, in cui la fase di irraggiamento ha una durata di almeno un’ora.
8. Metodo secondo la riv.7, in cui la fase di irraggiamento ha una durata compresa tra una e sedici ore.
9. Metodo secondo una qualsiasi delle riv.i precedenti, in cui la fase di provocare la degradazione comprende la fase di addizionare alla miscela polifasica un reagente scelto fra H2O2 e O3, oppure un catalizzatore scelto fra TiO2 e ZnO ed irraggiare la miscela così ottenuta con radiazioni UV, generando in questo modo radicali idrossile (·OH).
10. Metodo secondo una qualsiasi delle riv.i precedenti, in cui la fase di separare dalla miscela polifasica la cera di origine animale purificata, comprende la fase di interrompere la fase di mantenere la miscela polifasica in condizione di mescolamento continuo per consentire la naturale separazione di fasi dovuta all’immiscibilità cera/acqua.
11. Metodo secondo una qualsiasi delle riv.i precedenti, in cui la fase di provocare la degradazione della sostanza chimica indesiderata contenuta nella cera è suscettibile di determinare la decolorazione e o la deodorizzazione della cera di origine animale.
12. Impianto per la purificazione di cera di origine animale, comprendente un reattore (13), in cui è definita una camera di reazione (27) suscettibile di ospitare una miscela polifasica di cera di origine animale contenente una certa quantità di sostanza chimica indesiderata ed acqua e mezzi (31) per provocare la degradazione delle sostanze chimiche indesiderate presenti in una certa quantità di cera di origine animale contenuta nella camera di reazione (27).
13. Impianto secondo la riv.12, in cui i mezzi (31) per provocare la degradazione delle sostanze chimiche indesiderate comprendono almeno una lampada a raggi UV ospitata all’interno della camera di reazione (27).
14. Impianto secondo la riv.12 o 13, in cui il reattore (13) comprende inoltre una superficie laterale (19) in cui è definita una prima estremità (21) inferiore chiusa da una base porosa (15) permeabile all’aria e/o ai gas, funzionalmente connessa ad una linea di aria compressa o gas (17a) ed una seconda estremità (23) superiore chiudibile mediante un elemento di chiusura (25); la base porosa (15), la superficie laterale (19) e l’elemento di chiusura (25) definendo fra loro detta camera di reazione (27); almeno una lampada ultravioletta UV (31) solidale all’elemento di chiusura (25) alloggiata all’interno della camera di reazione (27) quando detto elemento di chiusura (25) chiude detta estremità superiore (23).
15. Impianto secondo una qualsiasi delle riv.i da 12 a 14, in cui il reattore (13) comprende inoltre una camicia termostatica (29) che circonda esternamente la superficie laterale (19), in cui la camicia termostatica (29) permette di mantenere la camera di reazione (27) e quindi la miscela polifasica in essa contenuta, ad una temperatura che va da circa 80°C a 100°C.