Diseño de una planta que combina extracción sólido-líquido con tecnologías de membranas para la recuperación de polifenoles a partir 10 toneladas/día de hollejo procedente de la industria vitivinícola

Abstract

[ES] El hollejo, que es un subproducto semisólido obtenido durante la producción de vino, contiene una alta concentración de compuestos fenólicos. Estos compuestos fenólicos son altamente valiosos debido a su papel importante en la nutrición y salud humana, ya que se ha demostrado que ayudan a prevenir ciertas enfermedades, como el cáncer. Debido a esto, las industrias alimentaria, farmacéutica y cosmética han mostrado un creciente interés en estos compuestos. Sin embargo, los compuestos fenólicos presentan un desafío en el tratamiento de residuos en las plantas de tratamiento convencionales, ya que su naturaleza fitotóxica puede ser perjudicial. Por lo tanto, es interesante buscar formas de recuperar y aprovechar estos compuestos. El objetivo principal de este Trabajo de Fin de Grado es diseñar una instalación para recuperar polifenoles a partir de 10 toneladas diarias de hollejo de la industria vitivinícola. El proceso que se ha propuesto comienza con una extracción sólido-líquido a presión utilizando un autoclave. El extracto obtenido se somete después a un proceso de purificación por medio de microfiltración (MF) y, finalmente, el permeado se lleva a una nanofiltración (NF) para concentrar los polifenoles, los cuales pueden ser utilizados posteriormente en la industria alimentaria y/o cosmética. La instalación se localizará en la empresa Cherubino Valsangiacomo S.A, y operará durante las 24h del día, 5 días a la semana durante dos meses al año, ya que es la duración aproximada de la vendimia, que es el periodo en el que se procesa la uva. En la primera etapa, extracción con líquidos presurizados, se ha considerado un reactor de la casa comercial NANOMAGTECH de 40 000 L de capacidad. Se realizan 12 extracciones diarias con una duración de 40 minutos cada una. Las condiciones de las extracciones son de 10 MPa y 40ºC, con una mezcla de etanol/agua al 50% p/p como disolvente. El extracto resultante se somete a centrifugación y filtración mediante un filtro prensa. El líquido resultante se somete a la etapa de purificación y concentración con membranas, para lo que se utiliza la membrana de polivinilideno fluorado MV020 de la casa comercial TRISEP. La MF se lleva a cabo a una presión transmembranal de 0.5 MPa y con una velocidad tangencial promedio de 0.5 m/s y se requiere un único módulo de configuración espiral de 25 m2 de superficie activa. El permeado obtenido se dirige a la etapa de NF, donde se utilizan las membranas espirales de polietersulfona NP010 de la casa comercial TRISEP en dos tubos de presión en paralelo. Se emplean en total 12 membranas con una superficie de 32 m2 cada una. La NF se realiza a una presión transmembranal de 4 MPa y con una velocidad tangencial en a la entrada de cada tubo de presión de 0.22 m/s. Del proceso resulta en una corriente (rechazo de la NF) con una concentración de compuestos fenólicos de 428.28 mg/L y un caudal de 196.36 kg/día de. El uso del hollejo como materia prima para la obtención de un producto de elevado valor añadido contribuye a la economía circular y a los Objetivos de Desarrollo Sostenible establecidos en la Agenda 2030.

[EN] Grape pomace, which are a semi-solid by-product obtained during wine production, contain a high concentration of phenolic compounds. These phenolic compounds are highly valuable due to their important role in human nutrition and health, as they have been shown to help prevent certain diseases, such as cancer. Because of this, the food, pharmaceutical and cosmetic industries have shown an increasing interest in these compounds. However, phenolic compounds present a challenge in waste treatment in conventional treatment plants, as their phytotoxic nature can be harmful. Therefore, it is interesting to look for ways to recover and take advantage of these compounds. The main objective of this Final Degree Project is to design a facility to recover polyphenols from 10 tons per day of grape skins from the wine industry. The proposed process starts with a pressurized solid-liquid extraction using an autoclave. The extract obtained is then subjected to a purification process by microfiltration (MF) and, finally, the permeate is taken to nanofiltration (NF) to concentrate the polyphenols, which can then be used in the food and/or cosmetic industry. The plant will be located at Cherubino Valsangiacomo S.A., and will operate 24 hours a day, 5 days a week for two months a year, as this is the approximate duration of the grape harvest, which is the period during which the grapes are processed. In the first stage, extraction with pressurized liquids, a NANOMAGTECH reactor with a capacity of 40,000 L has been considered. Twelve extractions are carried out daily, each lasting 40 minutes. The conditions of the extractions are 10 MPa and 40°C, with a 50% w/w ethanol/water mixture as solvent. The resulting extract is subjected to centrifugation and filtration through a filter press. The resulting liquid is subjected to the membrane purification and concentration step, using the fluorinated polyvinylidene membrane MV020 from TRISEP. The MF is carried out at a transmembrane pressure of 0.5 MPa and with an average tangential velocity of 0.5 m/s and requires a single spiral configuration module with an active surface area of 25 m². The permeate obtained is directed to the NF stage, where NP010 polyethersulfone spiral membranes from TRISEP are used in two parallel pressure tubes. A total of 12 membranes with a surface area of 32 m² each are used. The NF is carried out at a transmembrane pressure of 4 MPa and a tangential velocity at the inlet of each pressure tube of 0.22 m/s. The process results in a stream (NF rejection) with a phenolic compound concentration of 428.28 mg/L and a flow rate of 196.36 kg/day per day of. The use of the marc as a raw material for obtaining a high value-added product contributes to the circular economy and the Sustainable Development Goals set out in the 2030 Agenda.