Upload
gruppo-sanfaustino
View
76
Download
2
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Recupero di nutraceuti dagli scarti della produzione agro-industriale
Citation preview
Maria Daglia,
Dipartimento di Scienze del Farmaco,
Università di Pavia
250 milioni di ton/anno SCARTI AGRO-INDUSTRIALI
Il settore agro-alimentare costituisce uno dei comparti produttivi a cui sono attribuite le più elevate produzioni di rifiuti speciali, in massima parte non
pericolosi, solitamente avviati ad operazioni di recupero ai sensi dell’art. 7 del D.Lgs. 22/97
RECUPERO DI NUTRACEUTICI DAGLI SCARTI DELLA PRODUZIONE AGRO-INDUSTRIALE
CEREALI: 22,1 milioni di ton (2004)
VITE: 9 milioni di ton (2004)
OLIVE: 4,7 milioni di ton (2004)
BARBABIETOLE: 9,3 milioni di ton (2004)
AREA MEDITERRANEO
solo il 25% degli scarti viene riutilizzato
Le maggiori criticità legate a questo tipo di scarti sono dovute sostanzialmente ad alcuni fattori quali: 1. piccoli impianti di lavorazione dispersi in maniera puntiforme sul territorio;
2. difficoltà nel trattamento degli scarti a causa delle loro caratteristiche chimico-fisiche come nel il caso delle acque di vegetazione dalla produzione dell’olio d’oliva;
3. stagionalità della lavorazione per cui si producono grandi quantità di scarti concentrati in 2-3 mesi dell’anno.
2,3 milioni di ton/anno scarti enologici
1,2 milioni di ton/anno scarti olivicoli
Gestione dello smaltimento di questi scarti
problema complesso da affrontare in chiave sociale, economica e ambientale
OBIETTIVO uso razionale e sostenibile delle risorse
ESEMPI:
1)Industria della plastica e degli elastomeri
2)Industria dei lubrificanti (oli e additivi per i
combustibili)
3)Industria cosmetica
4)Industria alimentare
GLI SCARTI DI CEREALI, DEL VINO E DELLE OLIVE, SONO CARATTERIZZATI DA
SPECIFICI FITOCOMPOSTI CON ATTIVITÀ ANTIOSSIDANTE (NUTRACEUTICI)
Una tecnologia a basso costo per il recupero di questi composti rappresenta quindi un
interessante target da sviluppare
Su questa base gli antiossidanti naturali rappresentano un mercato in crescita
per lo sviluppo di prodotti environmetal friendly.
L’attuale mercato è stimato a livello mondiale in circa 1,4 miliardi di dollari USA.
gli scarti agro-industriali, visti i volumi prodotti,
possono diventare interessanti fonti industriali di
biofenoli.
BIOFENOLI
Nel regno vegetale i biofenoli sono variamente distribuiti e
hanno una diversa natura e collocazione in base alle loro
caratteristiche, possono infatti essere:
• idrosolubili;
• liposolubili;
• legati covalentemente ai vari costituenti della parete
cellulare.
I composti solubili sono generalmente costituiti da gruppi
fenolici funzionalizzati con zuccheri o acidi organici.
Esempi:
acidi idrossicinnamici del glucosio, della colina, dell’acido chinico, malonico e
tartarico
esteri gallici dell’epicatechina
esteri p-cumarici degli antociani
Polifenoli solubili:
funzioni antiossidanti e antimicrobiche
I composti fenolici insolubili si originano principalmente dall’instaurarsi di legami
covalenti di tipo estere tra composti fenolici, prevalentemente idrossicinnamati e
loro derivati, e composti costituenti la parete cellulare.
I composti fenolici lipofilici sono generalmente costituiti da idrossicinnamati legati a
steroli, alcoli terpenici o triterpeni e sono comunemente associati alla membrana
cellulare
Fenoli liposolubili e legati alla parete cellulare:
funzione strutturale di cross-linking delle catene polisaccaridiche che la costituiscono
acido ferulico esterificato con g-orizanolo
BIOFENOLI
Sottoprodotti del settore vitivinicolo FONTE: “Office International de la vigne et du vin”
la produzione di vino risulta essere
•Nel mondo: 267 milioni di ettolitri
•Nell’Unione Europea: 155 milioni di ettolitri
•In Italia: 51 milioni di ettolitri
Gli scarti derivanti dalla produzione del vino, sono
principalmente costituiti da vinacce e fecce
ITALIA - 2004
Uva (vitis vinifera)
Maturazione e
stabilizzazione
Raccolta
Fermentazione alcolica
e macerazione
Decantazione
Imbottigliamento
Chiarificazione e
filtrazione
Mosto + Vinacce
Lieviti
del vino
Spremitura con o senza raspi
Lieviti
del vino
1-2 settimane
3-6 mesi
Da metà
ottobre a
inizio
novembre
Vino
Vinacce
Vinificazione
in rosso
Vinacce
Vinificazione
in bianco
Processo di vinificazione
Le sostanze polifenoliche delle uve possono essere
suddivise in due classi:
1) derivati del flavone
2) derivati dell’acido gallico
o acido protocatechico
sono poli-idrossi derivati del flavone
e si differenziano per il numero e la
posizione dei gruppi ossidrilici
presenti sul nucleo B, i più comuni
sono:
•Kaempferolo
•Quercetina
•Miricetina
sono generalmente costituiti da molecole
glucosidiche (es. glucosio) esterificate con
acido gallico o con i suoi derivati, ad esempio
acido meta-digallico. Sono composti
facilmente idrolizzabili per via chimica o
enzimatica.
3) Antociani: i coloranti rossi dell’uva.
Si dividono in due gruppi, caratterizzati dall’avere o meno una molecola di glucosio
legata al gruppo ossidrilico dell’anello centrale: antocianine (con molecola di
glucosio) e antocianidine (senza molecola di glucosio).
Un’ utilizzazione di notevole interesse per le vinacce rosse è l’estrazione del
pigmento antocianico. Per alcune varietà che ne sono particolarmente ricche si
preferisce evitare la disalcolazione dato il prezzo remunerativo del colorante
naturale particolarmente richiesto dall’industria alimentare e da quella cosmetica,
dopo il divieto dell’impiego degli altri coloranti rossi di origine sintetica (Direttiva
94/36/EC del 30 Giugno1994).
Nella pratica s’impiegano vinacce fermentate e fresche.
ALTRI COMPOSTI…
4) I tannini sono molecole polifenoliche che hanno la tendenza a combinarsi
con proteine, enzimi ed altri polimeri e si ritrovano in particolare nei raspi, nelle
bucce (quelli ad alto peso molecolare), e nei vinaccioli (quelli a basso peso
molecolare). Sono antiossidanti, e sono raggruppati in due classi:
1) Idrolizzabili
2) condensati.
Della prima classe fanno parte i tannini che hanno carattere di estere e possono
essere idrolizzati per via acida ed enzimatica
ESEMPIO
polifenoli gallici che per idrolisi talvolta danno oltre al glucide, di solito glucosio,
acido protocatechico.
I tannini condensati invece sono costituiti da due o più unità flavaniche (catechina,
epicatechina, epigallocatechina ,gallocatechina) unite fra loro da legami C-C che
non sono idrolizzabili.
Nelle uve e nei vini sono presenti soprattutto i tannini condensati.
ALTRI COMPOSTI…
Utilizzati come:
alimento per animali da allevamento
fertilizzanti per l’agricoltura
estrazione olio (dai vinaccioli)
scarti derivanti dalla produzione del vino
Possibili utilizzi:
- industria alimentare (conservanti)
- industria cosmetica
- industria farmaceutica
Metodologie d’estrazione
Estrazione solido-liquido
(metanolo etanolo acetone)
Supercritical fluid extraction
Variabili:
•Cultivar
•Tempo d’estrazione
•Rapporto solido-liquido
Variabili:
•Co-solvente
•tempo d’estrazione
•Pressione
Sottoprodotti del settore cerealico I cereali sono tra i vegetali più largamente coltivati al mondo.
Si stima che circa i due terzi della superficie coltivabile sulla terra siano dedicati alla
produzione di cereali
Nel 2004 1956 milioni di tonnellate (FAO 2004)
In Italia la produzione è stata di oltre 21 milioni di tonnellate
(ISTAT 2004).
Tra i cereali prodotti nel nostro paese il mais risulta essere quello maggiormente
coltivato seguito dal grano (duro e tenero) e, in minori quantità, da sorgo, orzo e avena
Tra i principali cereali coltivati ritroviamo il frumento:
Il chicco è costituito da una parte amidacea e da involucri cruscali
solo in parte va a costituire la farina; in particolare, su 100 g di grano circa
l’80% vengono utilizzati per produrre farina, gli altri 20% vanno a costituire
un sottoprodotto, la crusca, dalla cui composizione si può rilevare come la
frazione metabolicamente inerte sia la frazione ligneo cellulosica.
E’ noto che l’uso di farine a basso tasso di abburattamento, con l’eliminazione
pressoché completa della crusca, porta ad un impoverimento di:
1) sali minerali (fino al 80%), oligoelementi (fino al 90%),
2) vitamine (fino al 60%)
E’ sempre più evidente che quello che tradizionalmente veniva
considerato uno scarto ha in realtà importanti proprietà
nutrizionali che possono risultare interessanti al fine di una
valorizzazione di tale prodotto
L’acido ferulico è un fenolo della classe degli acidi idrossicinnamici ed è il principale
costituente della frazione fenolica delle crusche.
E’ presente in elevate quantità nelle crusche di frumento e di mais dove può
rappresentare sino al 4 % del peso secco della matrice vegetale
BIOFENOLI NELLA CRUSCA
Permettono di ottenere l’idrolisi delle strutture vegetali, al fine di recuperare la
frazione fenolica VANTAGGI:
Economici
Ambientali
Metodologie d’estrazione
1° fase: disgregazione dei tessuti vegetali:
a) trattamenti chimici (acidi, basi, solfito etc.) PROBLEMATICHE
utilizzo di sostanze pericolose
alte concentrazioni di sali nei prodotti neutralizzati
scarti da trattare come rifiuti speciali
elevato costo di smaltimento per l’estrattore
problematiche ambientali
processo difficilmente industrializzabile
b) utilizzo di biocatalizzatori enzimatici