Finanziato nell’ambito della risposta dell’Unione alla pandemia di COVID-19
Valorizzazione degli scarti dell’Industria Agroalimentare per il recupero BIOlogico di principi attivi
Sviluppo di una tecnologia di recupero di composti benefici da scarti di origine vegetale, verifica dell’attività biologica e salutistica dei composti estratti al fine di ottenere degli ingredienti da utilizzare nei settori della nutraceutica e/o gli alimenti funzionali, per la realizzazione di prototipi nutraceutici/ funzionali.
Il Contesto
Il contesto nazionale della ricerca pubblica nel campo dell’Agrifood e nello specifico nei settori della nutraceutica è degli alimenti funzionali è caratterizzato da una ricca offerta di know-how.
Il concetto di salute, sempre più guida le scelte politiche e i comportamenti individuali sia delle imprese sia delle persone che delle strutture decisionali. In tale contesto il macro-tema della salute umana rappresenta un elemento centrale nella vita e una condizione indispensabile del benessere individuale e della prosperità delle popolazioni. Essa ha conseguenze che incidono su tutte le dimensioni della vita di un individuo nelle sue diverse manifestazioni, modificando le condizioni, i comportamenti, le relazioni sociali, le stesse opportunità e le conseguenti scelte che saranno poi fatte. Con questa declinazione del concetto di salute-benessere, l’approccio biotecnologico per molteplici ragioni costituisce uno dei punti di forza per il miglioramento della qualità della vita. Infatti, utilizzare questo approccio innovativo, offre nuove opportunità produttive a ridotto impatto ambientale, nuove opportunità terapeutiche e diagnostiche, innovative strategie per il biorisanamento ambientale e alternative opportunità energetiche da fonti rinnovabili. Analogamente un forte impatto sulla salute dell’uomo hanno le problematiche dell’agroindustria per il
miglioramento dell’alimentazione umana e per lo sviluppo di nutraceutici e cibi funzionalizzati.
Il livello medio di salute della popolazione ha conseguenze che incidono su tutte le dimensioni della vita di un singolo individuo nelle sue diverse manifestazioni, modificando le condizioni, i comportamenti, le relazioni sociali, le stesse opportunità a cui può attingere.
Alla luce di queste premesse, è evidente che esistono due livelli di intervento strategico: innanzitutto, la cura e/o prevenzione di malattie o forme di sofferenze, dall’altro la soddisfazione dell’insieme dei bisogni di benessere, inteso come stato di completo benessere fisico, psichico e sociale. In questo ambito, il presente Progetto si propone, partendo da scarti agroalimentari, la realizzazione di nuovi ingredienti bioattivi da utilizzarsi nelle produzioni nutraceutiche/funzionali, ma anche intermedi attivi da destinarsi ai suddetti mercati se non che al comparto cosmeceutico, degli agrofarmaci o farmaceutico.
Gli obiettivi da realizzare
| obiettivi realizzativi | |||
| OR | Soggetto Proponente | Tipologia (RI/SS) | Titolo OR |
| 1 | CNR-IPSP | RI | SELEZIONE E STUDIO AGRONOMICO DI MATRICI VEGETALI CANDIDABILI PER LA
PRODUZIONE DI INGREDIENTS |
| 2 | MATER SCARL | RI | REALIZZAZIONE DI UN IMPIANTO PRE-PILOTA AD ACQUA SUBCRITICA PER L’ESTRAZIONE DI BIOFENOLI DA UTILIZZARSI NEI COMPARTI NUTRACEUTICI E FUNZIONALI |
| 3 | SANTA RITA SRL | RI | CARATTERIZZAZIONE DELLE PROPRIETÀ NUTRACEUTICHE DI INGREDIENTS ESTRATTI DA SCARTI AGRO-ALIMENTARI E VALUTAZIONE DELLE LORO PROPRIETÀ NUTRIZIONALI DI ECCELLENZA |
| 4 | SANTA RITA SRL | SS | SCALE-UP INDUSTRIALE PER LA PRODUZIONE DEI NUOVI INGREDIENTI BIOATTIVI E
REALIZZAZIONE DI PROTOTIPI DI PRODOTTO NUTRACEUTICO/FUNZIONALE |
| 5 | MATER SCARL | SS | SCALE-UP INDUSTRIALE DI IMPIANTO AD ACQUA SUBCRITICA PER ESTRAZIONE DI INGREDIENTS DA SCARTI DI ORIGINE VEGETALE |
Obiettivo Finale
VIABIO mira a recuperare i componenti biologicamente attivi ricchi di biomolecole (es. polifenoli), mettendo a punto una tecnologia per il trattamento degli scarti agroindustriali.
I composti biologicamente attivi recuperati possono essere utilizzati come ingredienti per produzioni nutraceutiche e/o di alimenti funzionali ma anche nella produzione di fitofarmaci e produzioni cosmeceutiche. I composti sono selezionati per la loro capacità di contrastare efficacemente l’azione dei radicali liberi preservando i tessuti dell’organismo dalla loro azione degenerativa, nonché di avere proprietà anticarcinogenica e antimutagenica
Il progetto VIABIO si pone come obiettivo quello di sviluppare una tecnologia di recupero di composti benefici da scarti di origine vegetale, successivamente verificare l’attività biologica e salutistica dei composti estratti al fine di ottenere degli ingredienti da utilizzare in diversi settori come la nutraceutica e/o gli alimenti funzionali, ovvero realizzare prototipi nutraceutici/ funzionali.
Impatto del progetto
I big del food & beverage stanno puntando al settore per aggiudicarsi il successo di mercato.
La compagine attraverso l’implementazione del progetto di ricerca in esame, si è prefissata tra gli obiettivi la differenziazione del suo mercato target grazie alle nuove produzioni ottenute da estratti di prodotti vegetali. Nello specifico, la Nutraceutica è un tipo di scienza alimentare che “arricchisce” un prodotto alimentare con un concentrato di sostanze biologicamente attive ottenute da alimenti, erbe e piante, preparate in una concentrazione più elevata rendendolo più benefico per la salute umana.
Negli anni più bui della crisi economica il mercato dei nutraceuticals è stato fra i pochi a reggere, e in controtendenza ad incrementare. Malgrado il contesto di crisi economica diffusa, i consumi hanno avuto un’evoluzione decisamente positiva. Il mercato ha raddoppiato il suo valore negli ultimi otto anni, passando da 1,5 miliardi circa nel 2009 ai 3 miliardi del 2016.
La popolazione ha compreso l’utilità in un progetto di benessere e di miglioramento dello stato di salute, soprattutto nella prevenzione delle patologie cronico degenerative che per una popolazione come quella italiana incidono sempre più frequentemente.
Secondo quanto riportato da QuintilesIms Italia – società di informazione che si occupa dei temi legati alla salute – il nostro paese si colloca al primo posto in Europa per spesa pro capite di prodotti nutraceutici: ogni italiano spenderebbe in media circa 41 euro all’anno con un incremento di circa il 7,4% dei consumi per un valore complessivo di 2,7 miliardi di euro.
È evidente che la nutraceutica italiana sia riuscita ad attraversare la crisi economica in modo virtuoso, con la nascita di un buon numero di imprese vincenti per mezzo di importanti investimenti in innovazione, oltre alla presenza sempre più rilevante sui mercati internazionali.
Alla luce di questi dati, i big del food & beverage stanno puntando al settore per aggiudicarsi il successo di mercato. Sulla base di tale assunto e grazie ai risultati delle precedenti esperienze di ricerca, la compagine ha deciso di intraprendere un nuovo programma di ricerca e sviluppo volto al reperimento di nuove molecole estratte da prodotti
vegetali da dedicare ai comparti nutraceutico/funzionale, nonché al possibile utilizzo degli ingredients intermedi ai mercati della cosmeceutica e della farmaceutica.
Tale scelta è stata supportata dai dati che ci raccontano di come in questi anni, le imprese italiane operanti nel mondo dei nutraceuticals, da sempre consapevoli di non poter competere sul fronte dei prezzi, hanno operato scelte strategiche finalizzate all’adozione di politiche aziendali incentrate sulla qualità e sull’innovazione
Principi Scientifici
Il termine “acqua subcritica” o “acqua calda pressurizzata” viene utilizzato per designare l’estensione della fase condensata tra il punto di ebollizione e la temperatura del punto critico dell’acqua (100-374 ° C). L’acqua si comporta in modo molto diverso dagli altri solventi, per cui è più leggera allo stato gassoso, più leggera come un solido ma molto più densa di quello che si possa aspettare allo stato liquido. Molte delle proprietà insolite sono dovute a due legami idrogeno molto forti che esistono in ciascuna molecola d’acqua. Nell’intervallo di temperatura dell’acqua surriscaldata, i legami idrogeno si rompono, modificando le sue proprietà modificando sia la temperatura che la pressione.
L’acqua subcritica ha una viscosità ridotta e una maggiore diffusività consentendo una migliore penetrazione attraverso le particelle della matrice. Gli equilibri di superficie sono disturbati da pressione e temperatura elevate, conseguenza dell’indebolimento del legame idrogeno e delle forze di van der Waals tra l’analita e la matrice, l’ammorbidimento dell’attrazione del dipolo dei siti attivi della matrice e delle molecole dell’analita. Il flusso continuo di fluido attraverso la cella di estrazione evita l’equilibrio solido-fluido, consentendo una migliora velocità di estrazione.
Confronto tra estrazione ad acqua subcritica e CO2 Supercritica
| Estrazione con acqua subcritica | Estrazione con CO2 Supercritica |
| Il fluido di estrazione è l’acqua che costa poco
e sempre disponibile |
Il fluido di estrazione è la CO2 |
| Potrebbe essere corrosivo e più reattivo | Chimicamente inerte; le reazioni di ossidazione non si verificano perché le alte pressioni impediscono l’ingresso di ossigeno |
| La rimozione del fluido di estrazione (acqua) dal prodotto non è facilmente ottenibile e può richiedere altri processi come l’evaporazione, la disidratazione o la precipitazione | Il fluido di estrazione può essere rimosso dal prodotto semplicemente rilasciando la pressione. Inoltre, il fluido può essere facilmente riciclato |
| È possibile ottenere l’estrazione di sostanze organiche polari, moderatamente polari e non polari | Ottimo per l’estrazione di soluti non polari e leggermente polari |
| A temperature elevate si verifica degradazione termica delle molecole | Utilizzo di temperature più basse che comporta meno danni ai composti termolabili e maggiore efficienza energetica |
| Strumentazione non molto costosa | Apparati più complessi e più costosi |
Applicazioni industriali dell’acqua subcritica
L’acqua subcritica sta diventando sempre più un argomento di interesse scientifico con SWE che sembra essere la terminologia più frequentemente utilizzata nelle pubblicazioni scientifiche. La sua applicazione non ha quasi confini tra i campi scientifici e si confronta favorevolmente con i metodi di estrazione convenzionali in termini di tassi di recupero degli analiti. L’utilizzo di impianti a SWE si è ampiamente consolidato nelle industrie farmaceutiche, biotecnologiche, ambientali, alimentari e chimiche.
Biotecnologia / Biochimica e aree correlate
La tecnologia SWE è stata ampiamente utilizzata con successo in settori quali le biotecnologie, biochimica e in alcuni campi correlati all’estrazione di composti organici, in particolare da fonti vegetali. Alcuni autori, utilizzando SWE, hanno estratto composti organici come l’acido ellagico (EA), l’acido gallico (GA) e la corilagina (CG). Si tratta di potenti antiossidanti e sostanze con attività antiproliferativa, impiegabili in diversi settori della nutraceutica e cosmeceutica.
Scienza e tecnologia alimentare
L’applicazione di fluidi supercritici e fluidi compressi simili (incluso SWE) risulta essere molto produttiva nel campo agroalimentare. Evidenze scientifiche, dimostrano che il trattamento della biomassa agricola con SWE a basse temperature catalizza contemporaneamente reazioni chimiche come la degradazione progressiva dei polisaccaridi in xilooligomeri, monomeri di xilosio e altri composti di degradazione. Essendo una delle tecnologie in evoluzione nella lavorazione e analisi degli alimenti, la tecnologia SWE offre un basso fabbisogno energetico, che si traduce in alimenti più sicuri ed è sostenibile dal punto di vista ambientale. Altre applicazioni includono inoltre il recupero di oli essenziali, molecole polari, come ad esempio composti fenolici.
Industria Farmaceutica
L’industria farmaceutica è senza dubbio un comparto centrale e sensibile all’esistenza umana. Tale settore si basa un gran numero di processi chimico-fisici come estrazioni, separazioni, purificazioni e analisi di composti organici. L’analisi dei prodotti gioca un ruolo essenziale in questo settore, questo è dovuto prevalentemente ai controlli di routine nei punti critici della produzione, durante lo screening di qualità e identità e i test di stabilità. L’estrazione è dunque una fase principale nello sviluppo e nell’analisi di nuovi farmaci. Circa il 30-40% dei medicinali sono estratti organici principalmente da fonti vegetali. Alcuni autori hanno estratto numerosi principi attivi utilizzati poi nelle formulazioni farmaceutiche, come il mannitolo dalle foglie di ulivo (108), gli alcaloidi da Sophora flavescens Ait., antibiotici come ossitetraciclina, tetraciclina e cloramfenicolo da alimenti per animali. Pertanto, l’utilizzo di tecnologie basate sull’ SWE in questo campo, si prospetta estremamente promettente.
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