PRESENTAZIONE

INFORMAZIONI GENERALI

Referente_________________	prof.ssa Vincenza Calabrò
Riferimenti________________	Tel. +39 0984 494263 Mail Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. E' necessario abilitare JavaScript per vederlo. Web http://www.unical.it
Sede_______________________	Via P. Bucci - Cubo 42A - 87036 Arcavacata di Rende (CS)
Ente di Appartenenza_____	Dipartimento di Modellistica per l’Ingegneria - Università della Calabria

GRUPPO DI RICERCA

• prof. Gabriele Iorio
• prof.ssa Vincenza Calabrò
• dott. ing. Stefano Curcio
• dott. ing. Maria Aversa
• dott.ssa Maria Gabriela De Paola
• dott. Alessandra Verardi
• ing. Catia Lopresto

AMBITI DI RICERCA

Le principali linee di ricerca riguardano:

 

• lo studio, la modellazione e la caratterizzazione di nuovi materiali/biomateriali;
• lo sviluppo di nuovi processi produttivi di interesse in ambito biotecnologico;
• l’immobilizzazione/intrappolamento di enzimi su supporti nano-strutturati;
• la produzione di biocombustibili da reflui e fonti “non-foodstuff competitive”;
• lo studio dei fenomeni di trasporto in sistemi di separazione/purificazione (tecnologie a membrana);
• la modellazione matematica e l’ingegnerizzazione di prodotti e/o di processi di trasformazione
• programmazione multiscala

SPECIALIZZAZIONI

Materiali	Specializzazioni
Naturali o derivati	Estrazione di principi attivi da specie vegetali
Polimerici	Membrane
Materiali nanostrutturati	Sistemi in microscala: proteine, enzimi immobilizzati
Idrogeno	Collaborazione con ITM –CNR (reattori catalitici a membrana)
Biogas – biocarburanti	Biofuels da biomasse residuali di origine vegetale ed animale
Altro	Prodotti di scarto, ad alto valore aggiunto. Valorizzazione di prodotti autoctoni
Tecnologie di produzione	Specializzazioni
Tecnologie di separazione	Sistemi integrati di Processi a Membrana Estrazione Supercritica Estrazione con e senza solvente
Concentrazione e arricchimento	Processi a Membrana
Processi di Trasformazione	Bioconversione Reattori enzimatici a membrana Fermentazione

PRINCIPALI SERVIZI

Servizi tecnologici, di ricerca e supporto

 

• Caratterizzazione dei materiali, nelle proprietà di trasporto (come ad esempio la diffusività) o nelle caratteristiche strutturali (essenziale per lo studio delle deformazioni cui possono essere soggetti in fase di lavorazione).
• Sviluppo di bioprocessi per utilizzo di biomateriali o per la loro produzione.
• Controllo dei processi produttivi, mediante modellazione ibrida ed ottimizzazione: il servizio si applica per processi nuovi e per sistemi esistenti al fine di garantire il controllo delle condizioni operative anche in sede di disturbi o variazioni delle condizioni operative.
• Progettazione ovvero razionalizzazione o revisione di bioreattori e di fermentatori da inserire in processi produttivo.
• Scale-up di processi innovativi da destinare ad una fase di industrializzazione.

 

Nello specifico gli ambiti e le applicazioni di interesse sono legate ai seguenti servizi offribili:

 

1. Modellazione dei fenomeni di trasporto

 

• In bioreattori, fermentatori e reattori con enzimi immobilizzati:
  • bioreattori a membrana con enzimi o cellule immobilizzati o confinati;
  • bioreattori con enzimi immobilizzati operati in continuo, in batch, a completa miscelazione o a letto fluido;
  • interazioni proteina-supporto;
  • fermentatori e di gestori anaerobici. 

• In sistemi di separazione:
  • sistemi di separazione a membrana per ultrafiltrazione/nanofiltazione;
  • adsorbimento/adesione di molecole su supporti polimerici o inorganici;
  • in processi di separazione con trasporto simultaneo di quantità di moto, energia e materia. 

• In processi di essiccazione:
  • essiccazione di vegetali con trasporto simultaneo di calore, materia e quantità di moto
  • calcolo dei parametri di trasporto diffusivi.

  

2. Modellazione e controllo 

 

• Modellazione multiscala (macroscopica, microscopica, dinamica molecolare) di processi di interesse per l’ingegneria chimica;
• Utilizzo del metodo degli elementi finiti per la modellazione di processi e di apparecchiature per l’industria chimica (estrusione, liofilizzazione, materials-processing, etc.);
• utilizzo di reti neurali per lo studio dei problemi di fouling nei  sistemi di separazione a membrana per ultrafiltrazione;
• messa a punto di modelli ibridi con accoppiamento di reti neurali e modellazione per la soluzione di equazioni di trasporto mediante il metodo degli elementi finiti (FEM);
• implementazione di sistemi di controllo mediante utilizzo di modelli ibridi.

 

3. Applicazioni nell’ambito dei biocombustibili 

 

• Fermentazione di reflui caseari per la produzione di bioetanolo;
• Trans-esterificazione enzimatica con lipasi per la produzione di biodiesel da oli vegetali e di scarto;
•  Fermentazione anaerobica per la produzione di biogas.

 

4. Aspetti cinetici e termodinamici in reazioni biocatalizzate

 

• analisi teorica e sperimentale di specifiche bioconversioni;
• studio delle proprietà reologiche delle soluzioni di interesse;
• applicazioni in diversi ambiti di interesse:
  • Idrolisi enzimatica dell’inulina per la produzione di fruttosio;
  • Bioconversione enzimatica di polifenoli;
  • Sintesi enzimatica dei gliceridi in emulsione ed in un bioreattore a membrana;
  • Isomerizzazione enzimatica di glucosio in soluzioni zuccherine ad alto contenuto di fruttosio;
  • Idrolisi delle pectine per la chiarificazione dei succhi di frutta.

 

5. Nuovi processi produttivi per l’industria alimentare e biotecnologia

 

• modellazione del processo di produzione ed estrazione di liquirizia
• sistemi operati in “mild conditions”

 

6. Sistemi integrati a di separazione e bioconversione nel trattamento di reflui dell’industria alimentare

 

• Trattamento di reflui dell’industria lattiero-casearia, con recupero e bioconversione di lattosio e proteine;
• Trattamento di reflui dell’industria olearia con recupero e bioconversione di polifenoli e grassi.

 

7. Aspetti processistici nell'uso di sistemi integrati nell’industria di processo con un approccio di tipo energetico ed energetico-economico

 

 

 

Servizi di Laboratorio

 

Servizi di innovazione di processo

• Sviluppo di conoscenze e tecniche per innovazione di prodotti e processi.
• Estrazione di sostanze attive e componenti di interesse,
• Formulazione di prodotti d’uso farmaco-medico, con valorizzazione di risorse locali. Riutilizzo di materiali, sia di scarto sia di seconda classe, mediante una riqualificazione ed un riutilizzo.
• Messa a punto di nuovi processi produttivi o di processi per la produzione di nuovi materiali.  Controllo di processi.             
• Sviluppo di modelli di simulazione numerica per analisi di processi

 

Monitoraggio e Test di processo

• Possibilità di condurre simulazioni e test preliminari alla fase di produzione, nonché  test di verifica per la realizzazione di prodotti e impianti su scala industriale. E’ prevista la possibilità di testare i processi produttivi innovativi, sia prima che durante la fase di produzione industriale.

 

Servizi scientifici

• Caratterizzazione sistemi reagenti
• Individuazione di tecnologie innovative per miglioramento processi, implementazione di sistemi di controllo avanzati per la stabilità delle prestazioni.

 

Servizi tecnici 

• Analisi delle prestazioni della apparecchiature, test di verifica
• Controllo di processi produttivi
• Test di valutazione di prestazioni e di efficienza
• Supporto alla progettazione di bioreattori
• Implementazione di tecnologie enzimatiche
• Prove di produzione su scala pilota

 

Servizi formativi

• Supporto a stage e tesi di laurea dei tre livelli
• Corsi di formazione per tecnici
• Organizzazione di workshop e seminari tematici
• Formazione di giovani ricercatori

 

 

SETTORI DI RIFERIMENTO

Le attività di ricerca ed applicative che il laboratorio può offrire sono d’interesse di:

 

• aziende operanti settori farmaceutico, alimentare, ambientale, biologico, con riferimento all’estrazione di sostanze attive e componenti di interesse, formulazione di prodotti d’uso farmaco-medico, con valorizzazione di risorse locali;
• aziende interessate al riutilizzo di materiali, sia di scarto sia di seconda classe, mediante una riqualificazione ed un riutilizzo;
• aziende operanti nel campo della catalisi e della biocatalisi, interessate alla messa a punto di catalizzatori e biocatalizzatori per applicazioni quali: ossidazione catalitica, produzione di biofuels, conversione in prodotti ad alto valore aggiunto.

 

Strumentazione analitica

 

• Sistema di cromatografia liquida ad alta prestazione HPLC della JASCO completo di rivelatori RI e a serie di diodi (UV-Visibile).
• Gas-cromatografo AGILENT completo di rivelatori FID, software di gestione e controllo, interfacciato a computer, con sistema di analisi dei dati.
• Spettrofotometro UV-Visibile della SCINCO corredato da sistema di cella in flusso e fibra ottica per lettura a distanza, interfacciato a computer, con sistema di analisi dei dati.
• Bilancia Analitica di precisione (5 cifre decimali) della SARTORIUS.
• Bilancia Termogravimetrica
• HB43-S, Mettler Toledo
• Centrifuga
• Evaporatore rotante Heidolph per il recupero dei solventi e processi estrattivi di organici volatili
• Analizzatori portatili e da banco di pH, umidità, torbidità. COD, ossigeno disciolto e biogas.

 

Apparecchiature in scala da laboratorio e pilota

 

• Liofilizzatore CHRIST per freeze dryiers completo di pompa da vuoto e software di gestione dati.
• n. 2 Bagno termostatato agitato della GRANT, con sistema di agitazione a scuotimento e con agitazione orbitale, selezionali e con intervallo di temperatura da –10 a 180 °C. (Fig. 2)
• Fermentatore da laboratorio APPLIKON, utilizzabile anche come bioreattore in configurazione CSTR o STR, completo di tutte le unità di controllo. Capacità 1 litro e 2 litri. (Fig.3)
• Fermentatore da laboratorio STEROGLASS, utilizzabile anche come bioreattore in configurazione CSTR o STR, completo di tutte le unità di controllo. Capacità 500 ml. (Fig.4)
• Fermentatori in scala semi-pilota (fino a 100 litri), interscambiabili carrellati. (Fig. 5)
• Digestori anaerobico su scalada laboratorio (Fig. 6) e su scala  pilota (Fig. 7) finalizzati alla produzione di biogas.
• Modulo da Osmosi Inversa, Osmonics completo di controllo pressione e portata.
• Impianto polivalente a membrana, costituito da sistema di alimentazione mediante pompa a lobi, controllori di temperatura, portata e pressione, sostegni per alloggiare diverse tipologie di moduli a membrana, serbatoi di alimentazione e di raccolta permeato e retentato.

 

Il laboratorio è in rete con i costruendi laboratori relativi ai progetti PON infrastrutture. In particolare la Prof.ssa Calabrò è responsabile della Hall Tecnologica per l’Innovazione (HTI) del PON S.I.L.A.; nella HTI verranno allocati strumenti analitici ed impianti pilota per applicazioni in mabito ambientale ed energetico.

 

	Bagno termostatato agitato della GRANT termostatato, agitazione orbitale e a scuotimento per alloggiare bioreattori di varia capacità
Fermentatore da laboratorio APPLIKON con sistema di controllo. A sinistra la centrifuga da banco
	Fermentatore da laboratorio STEROGLASS
Fermentatore in scala semi-pilota carrellato
	Digestori in scala da laboratorio, mutuamente collegati ed agitati, con controllo di temperatura
Digestore da 250 litri, agitato, dotato di controllo di temperatura e pH

 

 

PUBBLICAZIONI SCIENTIFICHE

Per la consultazione delle pubblicazioni del gruppo di ricerca si rinvia a POLARIS, dove è possibile effettuare la ricerca per nominativo.

 

 

PROGETTI DI RICERCA

Titolo	Soggetto finanziatore	Coordinatore	Periodo di svolgimento
“My Darling Clementine”: un prodotto salutistico dalle clementine e dal limone di Calabria	Regione Calabria, Accordo di Programma Quadro (APQ) in materia di Ricerca Scientifica e Innovazione Tecnologica	In partenariato con la Azienda Agricola San Mauro - Corigliano; referente per l’Università Dott.ssa Silvia Mazzuca, referente e responsabile scientifico per il Dipartimento di Modellistica per l’Ingegneria, Prof.ssa Vincenza Calabrò	2010-2013
S.I.L.A.	MIUR - PON Programma Operativo Nazionale	Responsabile PON SILA Prof. Versace; Responsabile Laboratorio HTI Prof.ssa V. Calabrò	2011-201
“Programma di Energie Rinnovabili e Micro-Cogenerazione per l’Agroindustria - microPERLA”	MIUR PON Programma Operativo Nazionale “Ricerca e Competitività 2007-2013”	Responsabile Università della Calabria, Prof. R. Barberi. Responsabile scientifico per il Dip. di modellistica Ing. S. Curcio; Responsabile Formazione Prof.ssa V. Calabrò
“Misure di sperimentali di permeabilità per processi di rimozione della CO2 mediante tecnologie a membrane polimeriche”	Accordo di Collaborazione tra ENEA e Università della Calabria, Dip.to di Modellistica per l’Ingegneria	Responsabile Università della Calabria prof.ssa Vincenza Calabrò	2010-2011
“Studi sull’utilizzo di membrane per la purificazione di biogas dalla CO2”	Accordo di Collaborazione tra ENEA e Università della Calabria, Dip.to di Modellistica per l’Ingegneria	Responsabile Università della Calabria prof.ssa Vincenza Calabrò	2011-2012
“Innovazione dei processi e dei prodotti nella filiera alimentare delle piante officinali”	MIUR - PON “Ricerca Scientifica, Sviluppo Tecnologico, Alta Formazione” 2002-2006	Responsabile Unità locale Prof. G. Iorio. Partecipanti: Ing. S. Curcio e Prof.ssa V. Calabrò	2002-200
“Progetto di un sistema energetico avanzato completo, basato sulla coltura massiva di micro-alghe in foto-bioreattori trasparenti per la produzione, in condizioni di competitività ed eco-sostenibilità, di energia da fonte rinnovabile e di altri prodotti”	MIUR PON Programma Operativo Nazionale “Ricerca e Competitività 2007-2013	Università della Calabria Prof. Natale Arcuri Responsabile Dipartimento doi Modellistica: Prof.ssa V. Calabrò
Modellazione fisico-matematica del processo di Vacuum Cooling di prodotti vegetali	Barilla G. e R. Fratelli, S.p.A	Responsabile: Ing. Stefano Curcio	2011
Riutilizzo degli scarti agro-industriali per la produzione di biocarburanti	EcoEnergy srl	Responsabile: Ing. Stefano Curcio	2009
Progetto di ricerca: “Produzione di impianti di depurazione altamente tecnologici” Programma di Sviluppo Precompetitivo: “Dispositivo di Filtrazione a membrana per Depuratori ad Alta produttività”	Progetto PIA	Convenzione ECOTEC-LABFTB, Responsabili Università della Calabria Prof. G.Iorio e V. Calabrò	2007 - 2008
Clear Wine	Regione Calabria, Accordo di Programma Quadro (APQ) in materia di Ricerca Scientifica e Innovazione Tecnologica	Azienda Petramale Acciai s.a.s., referente per l’Università Prof. B. de Cindio, responsabile scientifico per il LABFTB, Ing. Stefano Curcio	2010-2013
LIPAC	Regione Calabria, Accordo di Programma Quadro (APQ) in materia di Ricerca Scientifica e Innovazione Tecnologica	Referente per l’Università della Calabria Prof. B. de Cindio, responsabili scientifici per il LABFTB, Prof. Gabriele Iorio, Ing. Stefano Curcio	2010-2013

CONTRATTI/ACCORDI DI COLLABORAZIONE

Principali contratti con imprese ed enti

 

Soggetto beneficiario	Oggetto
FATTORIA DELLA PIANA, Rosarno (RC) (allevamento, azienda lattiero casearia) AZIENDA AGRICOLA “Coretto” e RESET s.r.l., Montalto Uffugo (CS) (azienda agricola e allevamento) Biomasse Italia s.p.a di Crotone (produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili)	Servizi tecnici, scientifici ed analitici di supporto alla gestione e controllo impianti di produzione di energia da biomasse residuali, elaborazione tesi
OLEIFICIO GABRO, (CS) (azienda olearia) SILVA SpA  (CS) (azienda operante in ambito internazionale per la produzione di pectine da agrumi) Farmanatura (Locri RC) (produzione oli essenziali di bergamotto e derivati)	Servizi tecnici e scientifici finalizzati al trattamento e recupero residui e reflui in ambito agroalimentare
SPRIN Technologies (TRIESTE)	Processi con enzimi immobilizzati

 

Collaborazioni con centri di ricerca in Italia

 

ENEA C.R. Trisaia – Policoro (MT): 

• Ing. G. di Sanzo: Tema. Estrazione supercritica di limonene e allergeni da agrumi, limoni e clementine in particolare;
• Dr.ssa De Bari I. Centro Ricerche ENEA-Trisaia, Dipartimento ENE-BIO (Policoro, MT). Temi: Produzione di Bioetanolo di Seconda Generazione da Materiali Ligno-Cellulosici, Immobilizzazione cellulasi, Sistemi integrati di fermentazione e per vaporazione.

ENEA C.R. Frascati:

• Ing. Silvano Tosti, Centro Ricerche ENEA, Casaccia, ROMA: Steam reforming dell’etanolo per la produzione di idrogeno mediante reattori a membrana.

 

Università degli Studi di Trieste - Prof.ssa L. Gardossi L, Dott.ssa A Basso, Dipartimento di Scienze Farmaceutiche, Laboratorio di Biocatalisi Applicata e Computazionale. Tema: Immobilizzazione e caratterizzazione di enzimi.

 

CNR IRMEC, Università della Calabria (Rende) - Ing. A. Basile. Tema: Reattori a membrane per la produzione di idrogeno mediante steam reforming di biofuels;

 

Università di Padova - Prof. Nicola Elvassore. Tema: studio di infezione virale mediante espressione di proteine fluorescenti. Microfluidica, modellazione in microfluidica.

 

 

Collaborazioni con centri di ricerca all’estero

 

Technical University of Denmark (DTU), Lyngby (Danimarca)

• Woodley J, Tufvesson P. Process Engineering and Technology, DTU (Danimarca). Tema: Cinetiche enzimatiche e valutazione economica di bioprocessi;
• Meyer A, Pinelo M. Bioprocess Engineering, DTU (Danimarca). Tema: Separazione e idrolisi di inulina da cicoria.

 

University of Leuven, KU Leuven, Belgio

• Prof. Van der Briggen; Tema: LCA su processi di separazione

 

University of Lund (Svezia) - Prof. Guido Zacchi. Tema : Produzione di bioetanolo da residui legno cellulosici

 

Ferchichi A. Sghairoun M. Institute of Arid Lands, Medenine (Tunisia). Tema: Inversione enzimatica di saccarosio da datteri per la produzione di sciroppi per il coating di datteri

 

Desprez B. Florimond-Desprez Cosucra (Francia). Tema: Estrazione e idrolisi di inulina da cicoria

 

University of Oulu, Finlandia. Tema: modellazione processi.

 

 

Collaborazioni con imprese/società di ricerca e sviluppo in Italia

 

• Azienda San Mauro (Corigliano) rif. Dott.ssa M. G. Minisci, Dott. E. Minisci. Tema: rimozione allergenei da agrumi e prodotti biologici, produzione di succhi di frutta ad alto valore nutrizionale;
• Consorzio del Limone di Rocca Imperiale (CS),  rif. Dott. Gaetano De Leo. Tema: produzione limoni;
• Barilla Parma: Tema: Modellazione processi;
• ECOTEC, Lamezia Terme (CZ), rif. Ing. F. Maida: Processi integrati per il trattamento di reflui ed essiccazione fanghi;
• FARMANATURA, Gerace (Locri-RC), rif. Dott.ssa G. Longo. Tema: produzione di oli essenziali di bergamotto mediante distillazione in corrente di vapore.
• COMSOL. Organizzazione e partecipazione a seminari formativi e divulgativi.
• Azienda Coretto, RESET s.r.l., Montalto-Rende (CS), rif. Dott. L. Garrafa, ottimizzazione del processo di digestione anaerobica da matrici misti per la produzione di biogas.
• SPRIN (Trieste) Dott.ssa Alessandra Basso. Tema: messa a punto di sistemi con enzimi immobilizzati

 

Collaborazioni con imprese/società di ricerca e sviluppo all’estero

 

• Società di Ricerca e Sviluppo TOP b.v. Food technology and life science (Wageningen, Olanda). Tema: essiccazione di prodotti vegetali.

BREVETTI

F. Marra, S. Curcio, V. Calabrò, G. Iorio

 

“Dispositivo di filtrazione a membrana e suo modo di conduzione per il miglioramento delle prestazioni di processi di filtrazione su membrane polimeriche”.

Brevetto per Invenzione Industriale n. 01313066, rilasciato dal Ministero delle Attività Produttive il 30/05/2002.

Richiesta (al Ministero dell’Industria del Commercio e dell’Artigianato- Ufficio Italiano brevetti e Marchi), di Brevetto Italiano presentata in data 22/12/1999 presso la Camera di Commercio di Cosenza, classifica B01D069

RICONOSCIMENTI

Prof.ssa Calabrò ed Ing. Curcio:

 

• Vincitori di Medaglia d’Argento per la Ricerca Tecnologica  conferita dalla Società Chimica Italiana

• Co-autori di lavoro vincitore del premio conferito dalla società europea delle membrane (EMS) durante la XVIII Summer Membrane School “Using Membranes to Assist in Cleaner Processes”, Polonia, 2001