Una ricerca della Libera Università di Bolzano ha permesso di ottenere dalle bucce derivanti dalla lavorazione delle mele composti ad azione antiossidante da utilizzare in formulazioni alimentari, cosmetiche e mangimistiche.
di Giovanna Ferrentino1,2, Matteo Scampicchio1,3, Fabio Valoppi1,4, Nabil Haman1,4
1 Facoltà di Scienze e Tecnologie della Libera Università di Bolzano
2 Ricercatrice senior
3 Professore Ordinario
4Assegnista di ricerca
Un percorso di ricerca intrapreso dal gruppo del professor Matteo Scampicchio e della professoressa Giovanna Ferrentino (foto in alto) alla Facoltà di Scienze e Tecnologie della Libera Università di Bolzano ha permesso di ottenere composti ad azione antiossidante da utilizzare in formulazioni alimentari, cosmetiche e mangimistiche dalle bucce derivanti dalla lavorazione delle mele. Il lavoro è stato svolto con lo scopo di valorizzare i sottoprodotti delle industrie alimentari seguendo un approccio volto allo sviluppo di un’economia circolare.
Uno dei frutti più coltivati al mondo
La mela è il quarto frutto più coltivato e consumato al mondo. Nel 2020 l’intera produzione mondiale è stata pari a 84 milioni di tonnellate e, negli ultimi dieci anni, si è osservato un trend nell’aumento della produttività. L’Italia è stata riconosciuta come il settimo produttore mondiale per capacità ed il quinto per resa in produzione. In particolare, le Province Autonome di Bolzano e Trento contribuiscono rispettivamente a circa il 50% e il 25% della capacità produttiva nazionale.
Per quanto riguarda le proprietà nutrizionali, le mele occupano il primo posto per importanza nelle diete alimentari grazie al loro contenuto in acqua (>80% del peso della mela), zuccheri come fruttosio, glucosio e saccarosio, acidi organici (0,2-0,8%), vitamine, sali minerali e fibre. Inoltre, costituiscono un’importante fonte di polifenoli con proprietà antiossidanti.
Circa il 70% della quantità totale di mele prodotta viene consumata come frutta fresca, mentre il 20-30% della produzione è commercializzata in succhi, sidri, puree e altri prodotti. Purtroppo, della massa totale del frutto, il 20% viene buttato via come bucce e semi, che costituiscono rispettivamente il 30-35% e il 3-4,5% in peso di una mela. Negli ultimi anni sta crescendo l’interesse della comunità scientifica verso la valorizzazione delle bucce di mela riconosciute come un’importante fonte di composti nutraceutici.
Le bucce di mela sono ricche, infatti, di antiossidanti (ad esempio polifenoli) che potrebbero essere utilizzati dall’industria alimentare come bioattivi per ridurre le reazioni di ossidazione (come l’imbrunimento enzimatico o l’ossidazione dei grassi), aumentando così la durata di conservazione dei prodotti alimentari. Antiossidanti naturali sono utilizzati anche nella dieta alimentare perché sono considerati ingredienti sani, quindi sono desiderati dai consumatori grazie al loro effetto benefico sulla salute. Questo spiega il crescente interesse delle aziende alimentari verso la produzione di integratori ricchi di composti ad attività antiossidante ottenuti da fonti naturali. Le bucce di mela, inoltre, contengono pectine, acidi organici, proteine, composti aromatici, enzimi e fibre. Questi composti possono essere ulteriormente utilizzati dall’industria alimentare come additivi (aromi ed enzimi) oppure ingredienti (pectine e fibre).
Sulla base di queste evidenze scientifiche, il gruppo di ricerca della Libera Università di Bolzano si è posto come obiettivo la valorizzazione delle bucce delle mele applicando tecnologie di estrazione che non utilizzano solventi organici con lo scopo di recuperare dalle bucce composti bioattivi ad azione antiossidante. Lo studio è iniziato nel 2016 ed ha portato alla pubblicazione di articoli scientifici su importanti riviste (Biorecovery of antioxidants from apple pomace by supercritical fluid extraction, Journal of Cleaner Production, DOI: 10.1016/j.jclepro.2018.03.165; Inhibition of lipid autoxidation by vegetable waxes, Food & Function, DOI: 10.1039/d0fo01022g) nonché al deposito e concessione di un brevetto nazionale (Oleogel con capacità antiossidante) che ha permesso alla Libera Università di Bolzano di depositare il suo primo brevetto al Ministero dello Sviluppo economico.
Processo di estrazione con fluidi supercritici
L’estrazione condotta con fluidi in condizioni supercritiche costituisce un’alternativa rispetto ai sistemi classici di separazione, quali la distillazione frazionata, l’estrazione in corrente di vapore oppure l’estrazione con solventi. Può sostituire molti processi tradizionali di estrazione da matrici vegetali per l’ottenimento di estratti secchi o di oli essenziali con determinate caratteristiche. L’estrazione di sostanze da miscele complesse, in particolare, può essere resa altamente selettiva modificando adeguatamente le condizioni di pressione e temperatura a cui si opera, per adattarle alla solubilità dei diversi componenti di specifico interesse. Benché in teoria siano molti i fluidi supercritici impiegabili a questo scopo, l’anidride carbonica (CO2) è la più idonea. La CO2 è infatti, priva di tossicità, inerte, non infiammabile, poco costosa, riciclabile e quindi priva di impatto sull’ambiente. L’estrazione, inoltre, non rilascia residui di solventi. Dopo l’estrazione la pressione di esercizio viene abbassata e la CO2 perde così la sua forza solvente rilasciando le sostanze solute, che risultano disponibili allo stato puro e in forma concentrata. Per questi motivi anche la FDA ha conferito al procedimento l’attributo GRAS (generally recognized as safe/ generalmente riconosciuto come innocuo).
Per estrarre composti ad azione antiossidante applicando l’estrazione con CO2 supercritica, le bucce delle mele sono state essiccate fino a raggiungere un’umidità finale pari al 10% e successivamente macinate ottenendo, quindi, una farina molto fine. Sono poi state caricate nel reattore in acciaio e sottoposte ad estrazione con anidride carbonica supercritica usando etanolo come co-solvente. Alla fine del processo è stato possibile ottenere un estratto che è stato successivamente purificato fornendo due frazioni: una frazione cerosa molto densa ed una frazione meno densa in cui sono stati ritrovati alcuni composti ad azione antiossidante quali la catechina, la florizina e la quercetina.
Produzione di oleogel
Gli oleogel o gel idrofobici sono delle sospensioni colloidali costituite da un olio disperso in un soluto (fase solida continua), che, per raffreddamento o evaporazione, formano una fase semisolida, detta gelatinosa. La fase liquida è costituita da miscele di oli. La fase solida continua è costituita da molecole chiamate organogelatori, quali cere, fitosteroli, ceramidi, mono-acil-gliceridi e altri surfattanti, aventi la capacità di autoassemblarsi in strutture cristalline a loro volta in grado di intrappolare gli oli.
In questo studio, le cere delle mele estratte con la CO2 supercritica sono state testate quali organogelatori naturali ed aggiunte, quindi, all´olio di lino. Questo olio è stato scelto per la sua alta concentrazione di acidi grassi insaturi (circa pari al 90% come riportato dal suo profilo di acid grassi: acido palmitico (16:0) = 4.8 ± 0.8 %, acido stearico (18:0) = 4.2 ± 0.5 %, acido oleico (18:1) = 19.5 ± 0.9 %, acido linoleico (18:2) = 18.1 ± 0.2 %, acido linolenico (18:3) = 51.3 ± 0.7 %, altri = 2.1 ± 0.4 %) che lo rende particolarmente interessante considerando la sua instabilità a reazioni di ossidazione ed irrancidimento. A seconda della concentrazione in peso delle cere di mela aggiunte all’olio di lino è stato quindi possibile creare una struttura gelatinosa con visibili strutture cristalline oppure una struttura liquida in cui è evidente la minore densità di strutture cristalline che la cera è in grado di formare.
Inoltre, è stato osservato che gli oleogel ottenuti da cere di mela, prodotti con il metodo messo a punto dal gruppo di ricerca della Libera Università di Bolzano, acquisiscono proprietà simili a quelle di sostanze antiossidanti comunemente utilizzate come ingredienti alimentari, farmaceutici o cosmetici, essendo in grado di rallentare la cinetica di ossidazione dell´olio di lino. I risultati, quindi, hanno permesso di definire un procedimento che permette la preparazione di oleogel di origine vegetale con attività antiossidanti paragonabili a quelle di altri antiossidanti di sintesi comunemente utilizzati come additivi quali il butilidrossianisolo (noto anche come BHA o E320), il butilidrossitoluene (noto anche come BHT o E321), oppure l´etossichina (nota come E324). Gli oleogel così prodotti potrebbero, quindi, essere utilizzati per ritardare l’insorgenza di reazioni di ossidazione lipidica in preparati cosmetici, farmaceutici, alimentari e mangimistici.