project - EIP-AGRI Operational Group

Exploitation of by-products of grape-wine production chain (UVA PRETIOSA)
Valorizzazione dei sottoprodotti della filiera viti-enologica (UVA PRETIOSA)

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Completed | 2019 - 2021 Italy
Completed | 2019 - 2021 Italy
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Objectives

Optimize the exploitation of raw materials produced in the vineyard, according to a circular scheme to enhance the noble components of the by-products and put the final waste back into play to produce energy, returning it to the vine in the form of nourishment. In particular:
- Increase profitability, competitiveness, diversification, thanks to the development of new products with market value (extracted from immature grapes, pomace and scum - quality wines from pomace and vinification scum, high quality grape seed oil)
- Realize prototypes and implement operational protocols for the exploitation of by-products and the reuse of waste

Objectives

Ottimizzare lo sfruttamento delle materie prime prodotte in vigna, secondo uno schema circolare per  valorizzare le componenti nobili dei sottoprodotti e rimettere in gioco gli scarti finali per produrre energia, restituendoli, infine, alla vite sotto forma di nutrimento. Nello specifico:
- Aumentare la redditività, la competitività, la diversificazione, grazie allo sviluppo di nuovi prodotti con valore di mercato (estratti da uva immatura, vinaccia e feccia - vini di qualità da vinaccia e feccia di vinificazione, olio da vinacciolo di elevata qualità)
- Realizzare prototipi e implementare protocolli operativi per la valorizzazione dei sottoprodotti e il riutilizzo degli scarti

Activities

Innovative technologies and processing techniques will be introduced.
In particular, the transfer of innovation will be addressed for the exploitation of the following by-products: Unripe grapes, Pomace, Lees, Grape seeds.
The introduction of innovations will be implemented through
- Visits in the field, in the cellar, in the company
- Prototype adaptation
- Testing tests
- Demonstration fields
- Meetings
According to a circular approach to the optimal introduction and recovery of resources, the final waste of the above processes will be reused to produce energy from biogas and, finally, the residue will be composted and used to restore organic substance to the soil.

Activities

Saranno introdotte tecnologie e tecniche di lavorazione innovative.
In particolare, sarà affrontato il trasferimento di innovazione per la valorizzazione dei seguenti sottoprodotti: uva immatura, Vinaccia, Feccia, Vinaccioli.  
L’introduzione delle innovazioni sarà attuata attraverso
- Visite in campo, in cantina, in azienda
- Adattamento prototipi
- Prove di collaudo
- Campi dimostrativi
- Riunioni
Secondo un’ottica circolare di immissione e recupero ottimale delle risorse, gli scarti finali dei suddetti processi saranno riutilizzati per produrre energia da biogas e, infine, il residuo sarà compostato e utilizzato per ridare sostanza organica al suolo.

Contexte

The Tuscan wine supply chain is based on a vineyard heritage of 54,152 hectares in production and 3.5 million quintals of grapes harvested (source Regione Toscana 2017), the companies are about 26,120 (source Istat, 2010). Tuscany contributes to the national wine production with 2.6 million hectoliters, equal to 5% of the total (more than 48 million hectoliters) (Report UniCESV 2016). The 58 PDO and IGT attest to the choice to produce quality wines, also with the attention to the image (landscape and environmental) of the territory that drives an important regional agritourism movement: there are over 4,500 businesses in Tuscany compared to the total Italy of 22.661 (CREA 2017), many of which are enotourist.
At the same time, the wine sector is known for generating a high quantity of by-products and waste (pomace, lees, and other organic residues). In general, the pomace represents 20-30% of the weight of the grapes used, while it is estimated that about 5% of the total volume of wine produced constitutes the residue, which is more than 100,000 hectoliters per year.
The current destination of by-products and waste from the supply chain (distillation, energy production, soil improvers) exposes companies to economic losses deriving from the partial exploitation of the resources produced, generates management costs and can create problems from an environmental point of view. The question invests all vine-growing companies and its possible solution is part of a broader sustainable vision.

Project details
Main funding source
Rural development 2014-2020 for Operational Groups
Rural Development Programme
2014IT06RDRP010 Italy - Rural Development Programme (Regional) - Toscana
Emplacement
Main geographical location
Firenze
Other geographical location
Grosseto

€ 352006.96

Total budget

Total contributions from EAFRD, national co-financing, additional national financing and other financing.

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6 Practice Abstracts

The application of biodigestate to the inter-row system is a valuable aid for the winegrower in trying to cope with an increasingly unpredictable climatic situation. The aim of this research was to evaluate the eco-physiological behaviour of vines subjected to four soil treatments (digestate treatment under cover, buried, mineral fertiliser and control), to check whether any physiological differences might have affected the eco-physiology of the plant and the quality of the berries.

It can be said that the buried digestate thesis presents optimal values of gaseous exchanges directing the plant towards a better vegetative performance, while the control shows parameters indicating water stress during the hottest months. In particular, the gaseous exchanges and the water potential were largely influenced by the different managements. At harvest, the Brix degree and berry weight values were significant. The digestate treatment reduced sugars and increased berry size. Furthermore, the composition of the anthocyanin and polyphenol composition shows that the digested grapes are more balanced overall. In addition, the control thesis differs significantly in terms of production quantity. These data suggest that the digestate, as well as improving the vegetative performance of the plant, increases production without detracting from the quality of the product.

L’applicazione all’interfilare del biodigestato risulta essere un valido ausilio per il viticoltore per cercare di fronteggiare una situazione climatica sempre più imprevedibile. L’obiettivo di questa ricerca è stato di valutare il comportamento eco-fisiologico delle viti sottoposte a quattro gestioni del suolo (trattamento con digestato in copertura, interrato, concime minerale e controllo), per verificare se le eventuali differenze fisiologiche possano aver inciso sulla ecofisiologia della pianta e sulla qualità della bacca.

Si può affermare che la tesi digestato interrato presenti valori ottimali di scambi gassosi indirizzando la pianta verso una migliore performance vegetativa, mentre il controllo evidenzia parametri che indicano stress idrico durante i mesi più caldi, in particolare, gli scambi gassosi e il potenziale idrico sono stati ampiamente influenzati dalle diverse gestioni. A vendemmia, i valori di grado Brix e peso dell’acino risultano significativi. La tesi digestato riduce gli zuccheri incrementando le dimensioni della bacca. Inoltre, dalla composizione del corredo antocianico e polifenolico si denota la presenza di uve complessivamente più equilibrate per il digestato. Inoltre la tesi controllo risulta essere diversa significativamente sotto il punto di vista della quantità di produzione. Questi dati suggeriscono che il digestato oltre a migliorare le performance vegetative della pianta incrementi la produzione non depauperando la qualità del prodotto.

The production of grape seeds oil represents an interesting opportunity for wine companies: technical evaluations and economic analysis in showing how the operation has its practicability and convenience show, however, some particular problems.

Under the economic point of view, the first problem to be faced is about the sizing of the production process, by pushing the production volume to levels that can have an adequate reduction of the unit costs of production without however going to the quantities that can be imagined to be able to place on a market that is still a niche one.  The potentialities of the market are remarkable but certainly not easy to catch: the difficulties of penetration are high and companies must act on the commercial levers of communication and distribution with a not indifferent incisiveness, having to engage in operational areas which, at least in the field of cosmetics, are completely foreign to the usual channels in which the wine industry moves.

And it is in the field of products dedicated to personal care that the greatest opportunities for the valorization of grape seed oil should be identified, not only for the greater margins that the cosmetics sector offers, but also to avoid a direct comparison that would be created with extra virgin olive oil that in the collective imagination is universally associated with the Tuscan production context.

La produzione di olio di vinaccioli rappresenta una interessante opportunità per le imprese vitivinicole: le valutazioni tecniche e le analisi economiche nell’indicare come l’operazione abbia la sua praticabilità e convenienza evidenziano, comunque, delle particolari problematiche.

Sotto il punto di vista economico, la prima problematica da affrontare è relativa al dimensionamento del processo produttivo, spingendo il volume di produzione a livelli tali da avere un adeguato abbattimento dei costi unitari di produzione senza però andare le quantità che si può immaginare di potere posizionare su di un mercato che è ancora di nicchia.  Le potenzialità del mercato sono notevoli ma non certo facili da cogliere: le difficoltà di penetrazione sono elevate e le imprese devono agire sulle leve commerciali della comunicazione e della distribuzione con una incisività non indifferente, dovendosi peraltro cimentare in ambiti operativi che, perlomeno nell’ambito della cosmesi, sono del tutto estranei ai consueti canali nei quali si muove la filiera vitivinicola.

Ed è proprio nell’ambito del comparto dei prodotti dedicati alla cura della persona che si debbono individuare le maggiori opportunità di valorizzazione dell’olio di vinaccioli, non solo per i maggiori margini che il settore della cosmesi offre, ma anche per evitare un confronto diretto che si verrebbe a create con l’olio extra vergine di oliva che nell’immaginario collettivo e universamente associato al contesto produttivo toscano.

As part of the project, a study was developed to test the technical solutions and economic viability of a series of eco-innovations capable of bringing the wine industry to operate according to circular economic models.

The production process of unripe grape extract is designed to be carried out within the winery, making maximum use of equipment and manpower already in place. It can be realized through the transfer of technical know-how and with simple adjustments.

The production of the extract does not represent an important opportunity to reduce the not significant costs of a traditional sulfitation. The main goal is to obtain a wine which is closer to a demand more and more attracted by products which can boast a higher quality because they are healthier and more sustainable. The market analysis carried out for the project has shown that consumers are ready to pay for a product without added sulfites a premium price well above the higher costs involved in the production and use of natural antioxidant as an alternative to SO2.

But the most important opportunity in adopting more eco-compatible production approaches and reaching the market with products such as wines without added sulfites is related to the fact that these characteristics for some foreign markets are no longer simple features of additional value, but indispensable entry requirements.

Nell’ambito del progetto, è stato sviluppato uno studio per testare le soluzioni tecniche e la validità economica di una serie di ecoinnovazioni capaci di portare la filiera vitivinicola ad operare secondo modelli economici di tipo circolare.

Il processo di produzione dell’estratto di uva immatura è pensato per essere realizzato all’interno dell’azienda vitivinicola, sfruttando al massimo le attrezzature e manodopera già in dotazione. Ed è realizzabile attraverso il trasferimento del know how tecnico e con semplici adeguamenti.

La produzione dell’estratto non rappresenta una importante opportunità per abbattere i costi non significativi di una tradizionale solfitazione. Lo scopo principale è quello di ottenere un vino che risulti più vicino ad una domanda sempre più attratta da prodotti che possano vantare una qualità superiore in quanto più salutari e sostenibili. L’analisi di mercato effettuata per il progetto ha evidenziato che i consumatori sono pronti a pagare per un prodotto senza solfiti aggiunti un premium price ben superiore ai maggiori costi che comporta la produzione e l’impiego dell’antiossidante naturale in alternativa alla SO2.

Ma le opportunità più importanti nell’adottare approcci produttivi più ecocompatibili e giungere sul mercato con prodotti come dei vini senza solfiti aggiunti è relativa al fatto che tali caratteristiche per taluni mercati esteri non sono più semplici caratteristiche di pregio aggiuntivo, ma requisiti indispensabili in ingresso.

Chemical, microbiological and sensorial characteristics of a Sangiovese wine to which was added an experimental extract of unripe grapes, produced within the project, as an alternative to sulfur dioxide during the aging in wood were evaluated.

Chemical analysis done during six months of aging showed a substantial uniformity of most of the parameters. However, starting from the third month, wines containing the extract showed a significant difference in the content of polymeric pigments, more concentrated in samples containing the extract, and free anthocyanins which was maintained until six months of aging. In the wines in which the extract was added, lactic acid bacteria populations decreased, after three months, under the detection limit similarly to the control wine. Vice versa, independently from the treatment, yeasts increased and, from the third month, in the wine with extract without chitosan, Brettanomyces bruxellensis was detected, even though at cell densities lower than 103 CFU/mL. Sensory evaluations did not reveal significant differences between wines.

The results suggest that the extract of unripe grapes both alone and with chitosan is able to maintain the color characteristics of Sangiovese wine and its sensorial quality and could contribute to an earlier color stabilization and microbiological stability in relation to bacterial populations.

Sono state valutate le caratteristiche chimiche, microbiologiche e sensoriali di un vino Sangiovese al quale è stato aggiunto un estratto sperimentale di uva immatura, prodotto in seno al progetto, in alternativa alla solforosa nel corso della maturazione in legno

Le analisi chimiche effettuate durante sei mesi di affinamento hanno mostrato una sostanziale uniformità della maggior parte dei parametri. Tuttavia, a partire dal terzo mese, i vini contenenti l’estratto hanno mostrato una differenza significativa nel contenuto in pigmenti polimerici, più concentrati nei campioni contenenti l’estratto, e antociani liberi che si manteneva fino a sei mesi di maturazione. Nei vini in cui è stato aggiunto l’estratto le popolazioni di batteri lattici sono scese, dopo tre mesi, sotto il limite di rilevabilità analogamente al vino di controllo. Viceversa, indipendentemente dal trattamento, i lieviti sono aumentati e, dal terzo mese, nel vino con estratto senza chitosano, è stato riscontrato Brettanomyces bruxellensis, seppure a densità cellulari inferiori a 103 UFC/mL. Le valutazioni sensoriali non hanno messo in evidenza differenze significative fra i vini.

I risultati suggeriscono che l’estratto di uva immatura sia da solo che con il chitosano è in grado di mantenere le caratteristiche cromatiche del vino Sangiovese e la sua qualità sensoriale e potrebbe contribuire ad una più precoce stabilizzazione del colore e alla stabilità microbiologica relativamente alle popolazioni batteriche.

During the first year of the project's activities, the various by-products of the winemaking process (immature grapes, lees, marc, grape seeds) were sampled and analyzed to assess their valorisation. From the immature grapes an extract rich in antioxidants was obtained, from the grape seeds an oil was obtained by cold pressing. The lees were filtered with a special ceramic disc filter machine to obtain red wine with good chemical-physical characteristics and concentrated lees. These were subjected to microbiological and chemical analyzes that highlighted their usability in the biodigestor for the production of biogas and digestate. During 2020, tests will be carried out on the use of compost in experimental fields in the vineyard of the partner company of the Castello di Gabbiano project. The assessment of the economic impact of the by-product enhancement activities began with the analysis of the structure of the processes, the flow of semi-finished and by-products and process waste. The processing flows of the unripe Vinaccioli - Scum - Grape by-products and of the elementary matrices of the production processes have been defined for the quantification of the process inputs / outputs. The analysis of consumer behavior with regard to grapeseed oil has been launched.

Nel corso del primo anno di attività del progetto sono stati campionati ed analizzati i diversi sottoprodotti del processo di vinificazione (uve immature, fecce, vinacce, vinaccioli) pe valutarne la loro valorizzazione. Dalle uve immature è stato ottenuto un estratto ricco in antiossidanti, dai vinaccioli è stato ottenuto per spremitura a freddo un olio. La feccia è stata filtrata con un’apposita macchina filtro a dischi di ceramica ottenendo del vino rosso con buone caratteristiche chimico-fisiche e fecce concentrate. Queste sono state sottoposte ad analisi microbiologiche e chimiche che ne hanno evidenziato l’utilizzabilità nel biodigestore per la produzione di biogas e digestato. Nel corso del 2020 saranno svolte prove di uso del compost in campi sperimentali nel vigneto dell’azienda partner del progetto Castello di Gabbiano. La valutazione dell’impatto economico delle attività di valorizzazione dei sottoprodotti ha preso avvio con l’analisi la struttura dei processi, il flusso dei semilavorati e i sottoprodotti e gli scarti di processo. Sono stati definiti i flussi di lavorazione dei sottoprodotti Vinaccioli – Feccia - Uva immature ed elaborate delle matrici elementari dei processi di lavorazione per la quantificazione degli input/output di processo. E’ stata avviata l’analisi del comportamento del consumatore relativamente all’olio di vinaccioli.

The project UVA PRETIOSA aims to find new grape-wine production by-products reuses technics using a circular scheme in order to valorize their noble components and to reuse wastes to produce energy in order to increase the economic and environmental sustainability of the process.

The preliminary results of analysis done on lees shown that these are interesting due to their potential to produce energy (about 390 m3 of methane per ton of dry organic substance) and do not have any bacteriostatic or bactericide effect on microorganisms, therefore they can be used to produce biogas.

Next steps will allow to investigate on logistical and economical aspects linked to production, collection and transportation of the lees to the biogas production facility, checking the quantity of lees compatible with the facility conditions of operation and the water content suitable for the lees transportation using a tank.

Moreover, trials to produce oil from grape seeds have been performed. The machine can treat 300 kg of pomace quickly. Then, the grape seeds drying have to be quickly performed until the seeds reach 10-12% humidity to allow the oil extraction. In the next months, we will work to reduce the time needed for this operation.   

Il progetto UVA PRETIOSA intende affrontare le tematiche di riutilizzo dei sottoprodotti della filiera viti-enologica secondo uno schema circolare che consente di valorizzare le componenti nobili dei sottoprodotti e di rimettere in circolo gli scarti finali per produrre energia per elevare la sostenibilità economica ed ambientale del processo.

I risultati preliminari delle analisi effettuate sulle fecce hanno permesso di attestare che esse sono interessanti da un punto di vista energetico (circa 390 mc di metano per ton di sostanza secca organica), non esercitano effetto batteriostatico o battericida sui microorganismi e di conseguenza possono essere utilizzate per la produzione del biogas.

I prossimi passi consentiranno di indagare sugli aspetti logistici ed economici legati alla produzione, raccolta e conferimento delle fecce all’impianto di produzione di biogas, verificando nel dettaglio la quantità di fecce compatibile con il buon funzionamento dell’impianto e il contenuto in acqua idoneo per il trasferimento dalla cantina all’impianto utilizzando una cisterna.

Inoltre, sono state realizzate delle prove per la produzione di olio da vinaccioli. Il macchinario è in grado di trattare circa kg 300 di vinaccia in tempi rapidi. L’essiccamento del vinacciolo deve poi essere effettuato rapidamente, portando il seme al 10 - 12 % di umidità per consentire l’estrazione dell’olio. Nei prossimi mesi si lavorerà al perfezionamento di tale operazione che risulta ancora lunga.

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Contacts

Project coordinator

  • Cerelli Federico

    Project coordinator

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