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Non nutritive dietary component: così l’OMS ha definito il caffè, nonostante contenga alcuni nutrienti oltre a numerosissimi composti di vario tipo di cui il più noto è senza dubbio la caffeina. Il caffè occupa il secondo livello mondiale di scambi commerciali dopo il petrolio: questo dato, da solo, può rendere l’idea dell’importanza di questa derrata alimentare.
I fondi di caffè esausti, i residui solidi ottenuti dal trattamento delle polveri di caffè con acqua calda per preparare il caffè istantaneo, rappresentano i principali residui dell’industria del caffè con una produzione mondiale stimata di circa 6 milioni di tonnellate all’anno. Considerando l’ammonto annuale, i fondi di caffè sono già stati materia di numerosi studi sul loro possibile riutilizzo risultando una buona fonte combustibile nelle caldaie industriali grazie al loro alto potere calorifico pari a 5000 kcal/kg, oppure per la produzione di pellet di biocarburanti utilizzabili a livello domestico, o ancora fonte di materiale antiossidante o di carica grazie all’attività immunostimolatoria.
Oggigiorno, vi è una grande pressione sia a livello politico che sociale in merito all’inquinamento ambientale derivante dalle industrie alimentari che sta dirigendo l’intero settore agroalimentare verso un’ottica di economia circolare. Grazie a disposizioni emanate dal Legislatore Europeo, si sta tentando di superare il concetto “prendi, produci, usa e getta” sul quale si basa un modello di crescita lineare fondato sul presupposto che le risorse siano abbondanti, disponibili, accessibili ed eliminabili a basso costo. Di conseguenza “ciò implica un vero e proprio cambiamento sistemico e un forte impulso innovativo, non solo sul piano della tecnologia, ma anche dell'organizzazione, della società, dei metodi di finanziamento e delle politiche” (Bruxelles, 2.7.2014 COM(2014) 398 final 2014).
In quest’ottica si inserisce facilmente l’argomento di questa tesi, in cui si prendono in considerazione in particolare i fondi di caffè, con lo scopo di dare loro un nuovo valore aggiunto e quindi reinserirli nel circolo economico con nuove destinazioni commerciali, convertendoli così da rifiuto a risorsa. Dalle analisi effettuate in laboratorio è stato possibile verificare che nei fondi di caffè abitualmente gettati nei rifiuti sono ancora presenti: acqua (58,3%), lipidi (8,8%), alcuni aminoacidi (leucina, in particolare) ed aromi. Nella frazione lipidica analizzata mediante GC-MS gli acidi grassi saturi rilevati in maggiori concentrazioni sono il C16:0 ed il C18:0, mentre tra gli acidi grassi polinsaturi spicca senza dubbio l’alta concentrazione di C18:2. La componente aromatica analizzata mediante GC-MS si presenta ancora ricca delle sostanze tipiche dell’aroma del caffè. Il notevole valore compositivo rilevato nei fondi di caffè ha dato la spinta verso l’elaborazione di un sistema di recupero che permette di estrarre contemporaneamente la frazione lipidica e quella aromatica mediante l’utilizzo di solventi (esano ed etanolo) e centrifuga, separate a loro volta da un residuo solido, la cui efficienza lo rende applicabile su scala industriale utilizzando un decanter a tre fasi.
Per ogni fase ottenuta sono stati ideati nuovi utilizzi tra cui un liquore al caffè dall’estratto idroalcolico, su cui è stato messo a punto un piano sperimentale di tipo Mixture Design, che ha permesso di ottenere una miscela vicina alle aspettative del consumatore medio. Ne risulta poi, una frazione lipidica utilizzabile come ingrediente nel settore alimentare o per la produzione di biogas.
Il residuo solido sgrassato e disidratato, invece, viene inserito nella formulazione di biopolimeri per la produzione di plastica completamente biodegradabile, con una minima riduzione delle proprietà meccaniche ed un abbassamento del 10% circa del prezzo del biopolimero PLA.

The WHO defined coffee as “Non-nutritive dietary component”, although it contains several nutrients as well as a very large number of compounds of several types of which the most famous is certainly caffeine. Coffee is the most globally traded good, second only to oil: this is the reason why it is a matter of such immense importance. Coffee, together with tea, is the most widely consumed beverage in the world, after water. Spent coffee grounds (SCG), the solid residues obtained from the treatment of coffee powder with hot water to prepare instant coffee, are the main coffee industry residues with a worldwide annual generation of 6 million tons. Considering this huge amount of coffee residue produced all over the world, the re-use of this material is a relevant subject. Some attempts for re-use of SCG have been made, using it as fuel in industrial boilers of the same industry due to its high calorific power of about 5000kcal/kg (Silva, Nebra, Silva, & Sanchez, 1998), as an antioxidant material source (Yen, Wang, Chang, & Duh, 2005), or as a source of polysaccharide with immunostimulatory activity. Industrial processing of Coffee cherries, from fruit to coffee bean, generates other main by-products: the coffee husks/ peel/ pulp, which are used for various purposes including extraction of caffeine and polyphenols. In addition, they can be recycled as fertilizers as composting or to produce bioethanol. Nowadays, there is great political and social pressure to reduce the pollution arising from food industrial activities who is heading the entire food area in a perspective of circular economy. Some provisions adopted by the European legislator have invited the Member States to limit the waste by enhancing by-products for new destinations, to overcome the ‘take-make-consume and dispose’ pattern of growth, a linear model based on the assumption that resources are abundant, available, easy to source and cheap to dispose of. Therefore: “this implies full systemic change, and innovation not only in technologies, but also in organisation, society, finance methods and policies” (Brussels, 2.7.2014 COM(2014) 398 final). In this sense, conversion of SCG to value-added compounds, which is the subject of this dissertation, is of environmental and economic interest. From laboratory analysis, it was possible to verify that in SCG, usually discarded as organic waste, several compounds are still present: moisture (58.3%), lipids (8.8%), some aminoacids (Leucine, particularly) and flavours. In fat fraction analysed by GC-MS the saturated fatty acids detected in higher concentrations are C16:0 and C18:0, while between polyunsaturated fatty acids undoubtedly stands out the high content of C18:2. The SGC aroma studied by GC-MS is still rich of the coffee aroma’s main compounds. The considerable value found in SCG composition, leaded us to the development of a recovery system that allows extracting simultaneously the fat and flavouring fraction, by using an organic solvent (hexane and ethanol) and laboratory centrifuge. The two liquid phases are separated in turn from a solid residue. The efficiency of the system makes it applicable on large scale, using a three-phases decanter. New applications are designed for each phase achieved, such as a coffee liquor from hydroalcoholic extract, on which has been developed an experimental design of the type Mixture Design, that has allowed to obtain the mixture nearest to the ordinary consumer demand. In addition, the fat fraction obtained by the extraction with hexane can be used as ingredient in the food industry or for biogas production. Finally, the solid defatted and dried residue is used for biopolymers (PLA particularly) formulation so obtain a biodegradable plastic, which shows a minor reduction of mechanical proprieties and a decrease of price of the PLA biopolymer of about 10%.