Caratterizzazione NMR di biopolimeri e lipidi da sansa di canapa trattata con Thermomyces lanuginosus

Trasformare gli scarti del raccolto in tesori nascosti

Intorno al mondo, agricoltori e produttori alimentari si ritrovano con montagne di residui vegetali dopo l’estrazione di olio o semi. La produzione di olio di canapa non fa eccezione: genera un sottoprodotto fibroso chiamato sansa di canapa che di solito viene considerato un rifiuto a basso valore o un mangime per animali. Questo studio esplora come un fungo termofilo possa comportarsi come una piccola bioraffineria, rimodellando le molecole contenute nella sansa per creare ingredienti più utili per carburanti, materiali e fertilizzanti. Utilizzando una tecnica analitica potente chiamata NMR, i ricercatori hanno osservato in dettaglio come il fungo trasforma oli, fibre vegetali e composti contenenti fosforo racchiusi in questa risorsa poco valorizzata.

Un’analisi più ravvicinata della frazione dimenticata della canapa

La sansa di canapa è molto più di semplice materiale vegetale secco residuo. È ricca di fibre strutturali — cellulosa, emicellulosa e lignina — oltre a un sorprendente contenuto di oli e composti contenenti fosforo. Questi componenti sono preziosi ma strettamente legati tra loro in una matrice complessa e difficile da trattare nota come biomassa lignocellulosica. Questa complessità rende il materiale resistente alla degradazione e difficile da valorizzare in prodotti avanzati. Gli autori si sono proposti di verificare se un fungo termofilo, Thermomyces lanuginosus, coltivato su sansa umida in fermentazione in stato solido potesse riorganizzare in modo delicato ma efficace questa chimica interna, rendendo la biomassa più versatile per usi industriali.

Il fungo come processore naturale di oli

Il gruppo ha prima seguito l’evoluzione della frazione lipidica durante 4, 7 e 10 giorni di crescita fungina. Usando la NMR protonica, hanno rilevato che il fungo consumava in modo costante i grassi di deposito complessi — mono-, di- e trigliceridi — aumentando nel contempo la quantità di glicerolo libero e mantenendo una ricca riserva di acidi grassi insaturi. Dopo 10 giorni, il glicerolo è aumentato in modo marcato, raggiungendo circa un terzo della frazione lipidica, mentre alcuni acidi polinsaturi, come l’acido linoleico e linolenico, sono stati parzialmente convertiti. Gli oli nella sansa di canapa si sono rivelati insolitamente ricchi di acidi grassi monoinsaturi, apprezzati sia per l’alimentazione sia per la qualità dei carburanti. In pratica, il fungo ha agito come un impianto di trasformazione biologico, scindendo grandi molecole di grasso in frammenti più piccoli e di maggior valore che possono alimentare industrie che vanno dall’alimentare e cosmetico al biodiesel e alle materie plastiche bio-based.

Rielaborare le fibre vegetali e sbloccare il fosforo

Oltre agli oli, il fungo ha anche riorganizzato la matrice solida della pianta. La NMR in stato solido ha rivelato che la componente ligninica — il collante legnoso e resistente nelle pareti cellulari — ha guadagnato nel tempo più gruppi carbonilici e carbossilici. Questi cambiamenti possono rendere la lignina più reattiva e più adatta come blocco di costruzione per disperdenti, polimeri o anche sostituti del bitume nei materiali da costruzione. Nella cellulosa, i segnali hanno suggerito che le impurità aromatiche residue, probabilmente tracce di lignina, sono diminuite, lasciando un polisaccaride chimicamente più pulito, attraente per carta, tessuti e derivati chimici. L’emicellulosa ha mostrato uno spostamento verso segnali più simili a carboidrati e meno gruppi metossilici, indicando che l’attività fungina stava rimuovendo attacchi di tipo ligninico e arricchendo la spina dorsale zuccherina. Allo stesso tempo, l’analisi degli estratti ricchi di fosforo ha mostrato che il fungo ha convertito una parte delle forme organiche di fosforo (monoesteri) in ortofosfati inorganici più disponibili, potenzialmente aumentando il valore del residuo come fonte di nutrienti per le piante.

Una nuova via per bioraffinerie verdi

Presi nel loro insieme, questi cambiamenti dimostrano che Thermomyces lanuginosus può valorizzare la sansa di canapa in diversi modi contemporaneamente: semplificando gli oli in glicerolo e acidi grassi utili, orientando la lignina verso forme più reattive, ripulendo cellulosa ed emicellulosa e rimodellando la chimica del fosforo verso nutrienti più accessibili. Poiché la NMR ha permesso ai ricercatori di monitorare queste trasformazioni in modo non distruttivo e dettagliato, è stato possibile collegare spostamenti molecolari specifici a potenziali applicazioni industriali. Per un lettore generale, il messaggio chiave è che ciò che sembra un semplice rifiuto di processo può, con l’aiuto del fungo giusto, diventare una materia prima polivalente per carburanti, materiali e fertilizzanti. Questo tipo di raffinazione delicata e guidata dalla biologia è un tassello importante della nascente bioeconomia circolare, dove gli scarti di un processo diventano le materie prime per il successivo.

Citazione: Vuković, J.P., Jednačak, T., Novak, P. et al. NMR characterisation of biopolymers and lipids from hemp pomace treated with Thermomyces lanuginosus. Sci Rep 16, 13345 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41682-1

Parole chiave: sansa di canapa, fermentazione in stato solido, bioraffineria fungina, biomassa lignocellulosica, spettroscopia NMR