ECONOMIA CIRCOLARE: NON SOLO GEOMETRIE - La valorizzazione sostenibile degli scarti della filiera vitivinicola - Valsovit
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ECONOMIA CIRCOLARE: NON SOLO GEOMETRIE La valorizzazione sostenibile degli scarti della filiera vitivinicola La valorizzazione delle materie prime secondarie è oggi per l’industria un’occasione per incrementare la propria competitività convertendo i costi di smaltimento in nuove strategie di profitto, creando nuovi prodotti e favoren- do l’occupazione di personale specializzato alla gestione dei nuovi processi produttivi. Le nuove politiche euro- pee di governo sostenibile delle produzioni potrebbero così diventare strumento propulsivo di benessere sociale e contribuire al miglioramento della salubrità ambientale e alla conservazione e difesa della biodiversità. *Gianni Sacchetti **Alessandro Massi *Alessandra Guerrini I l costante incremento dell’im- istituzioni di governo e di ricerca *Massimo Tacchini patto antropico sull’ambiente a perseguire obiettivi focalizzati in termini di inquinamento, su nuovi approcci produttivi, al- *Immacolata Maresca sfruttamento delle risorse, impo- ternativi allo sfruttamento diretto *Ilaria Burlini verimento della biodiversità, au- delle risorse prime, contribuen- *Alessandro Grandini mento della popolazione globale, do a costruire e a consolidare un **Tatiana Bernardi accompagnato da una conseguen- nuovo paradigma, ovvero quello **Carmela De Risi te crescita costante della doman- dell’economia circolare concre- da in termini di energia, materie tizzato industrialmente nel con- prime e prodotti, ha stimolato cetto di bio-raffineria. 58 t natural 1 giugno 2018
RICERCA - SOSTENIBILITà Immagine tratta dal sito https://u.osu.edu/wine/recycle-process/ dei saperi e delle competenze, da quella chimica a quella biologi- ca, da quella ambientale a quel- la dell’ingegneria impiantistica, per rendere sempre più concreta la realtà della bio-raffineria, oggi sempre più consolidata in un modello industriale bio-based. Il passaggio dell’industria verso una maggiore sostenibilità per miglio- rare l’efficacia in termini di costi, l’efficienza dei processi e le cre- denziali ecologiche rende econo- micamente valido lo sviluppo di strategie sostenibili e innovative per il riutilizzo degli sprechi. Que- sta visione produttiva, di orizzon- te globale e multidisciplinare, si accompagna necessariamente alla presa di coscienza delle istituzio- ni governative, chiamate a regola- mentare la riduzione degli sprechi e dell’impatto sull’ambiente delle produzioni non virtuose – talvolta con modalità emergenziali (per es. il problema dell’inquinamen- to da agro-farmaci) – sostenendo un nuovo sviluppo sociale e indu- striale nella promozione della cul- tura del riuso e dell’annullamento dello scarto (cradle-to-cradle po- licy). Sulla base di queste premes- se, l’Europa ha posto in essere, con progressiva scalarità virtuosa e rigidità nell’applicazione, diver- si drivers normativi che vanno dalle Landfill directives alla più recente revisione della Waste Po- licy Legislation (http://ec.europa. Mentre il concetto di economia la bio-raffineria diventa sottopro- eu/environment/waste/target_re- circolare è definibile - in termi- dotto, materia prima secondaria view.htm). ni sintetici ma certamente esau- convertita in nuovi prodotti com- I rifiuti prodotti dalle aziende di stivi - come un sistema in grado merciabili utilizzando un panel trasformazione alimentare sono di auto-alimentarsi e sostenersi di strategie produttive a basso un buon esempio di un tipo di economicamente, il termine di impatto ambientale e sostenibili rifiuti – anche pre-consumer – bio-raffineria concretizza lo stes- rispetto alla circolarità dell’eco- generati su larga scala e a livello so concetto a livello di processi nomia bio che li alimenta (Lin et globale. Questo tipo di scarti sta produttivi industriali dove vengo- al., 2013). diventando sempre più problema- no massimizzate le rese di output tico in quanto in alcuni casi può (energia, prodotti con riferimento Le materie prime rappresentare oltre il 50% del to- a ogni campo industriale) rispet- secondarie: nuove risorse tale dei rifiuti prodotti nei Paesi, to all’utilizzo delle materie pri- al servizio della sosteni- di cui almeno il 60-70% è costi- me, minimizzando o annullando bilità e dell’innovazione tuito in media da sostanze orga- la produzione di scarti. In so- industriale niche. stanza, ciò che tradizionalmente Questo nuovo paradigma di ri- Da qui, la scala e il ritmo con cui veniva considerato scarto della cerca e di produzione ha gene- le nostre filiere di trasformazione produzione, con l’approccio del- rato e consolidato l’interazione agroalimentare producono scarti giugno 2018 natural 1 t 59
organici, per loro natura fermen- Tech del Tecnopolo dell’Univer- (produzione di poliidrossialcano- tabili e putrescibili, determinano sità di Ferrara, il Centro Interdi- ati, bio-anidride maleica, etc.) si inevitabilmente un problema nor- partimentale di Ricerca Industria- veda Massi et al. (2018). In que- mativo, di smaltimento, di logisti- le Energia e Ambiente (CIRI-EA) sto contesto, invece, verranno ca e in ultima analisi di costi per dell’Università di Bologna, il Cen- descritte le strategie di approccio, l’industria stessa. tro Ricerche Produzioni Animali le attività e i risultati ottenuti re- La valorizzazione delle materie (C.R.P.A. Lab.) di Reggio Emilia, lativamente all’ottimizzazione dei prime secondarie – non più scar- il Consorzio Laboratorio Energia processi estrattivi applicati ai sot- ti – è invece oggi per l’industria Ambiente (L.E.A.P.) di Piacenza, toprodotti della lavorazione delle un’occasione per incrementare la Caviro Distillerie (Faenza, RA; uve per ottenere estratti, frazioni propria competitività converten- http://www.caviro.com/it/), Eri- e biomolecole biologicamente at- do i propri costi di smaltimento in dania Sadam SpA (Parma; https:// tive per una valorizzazione indu- nuove strategie di profitto (nuovi www.sadam.it), CBC (Europe) Srl striale nutraceutica, cosmetica e prodotti), per favorire l’occupa- (Biogard Division; Cesena; http:// per la difesa delle piante coltivate zione assumendo personale spe- www.biogard.it/index.php/it/), veicolata a parte del partenariato cializzato alla gestione profittevo- AmbrosiaLab Srl (Ferrara, http:// aziendale specificatamente legato le dei nuovi processi produttivi, www.ambrosialab.it/it/) hanno a questi settori di mercato. Per per adeguarsi alle nuove politiche insieme costituito una partner- quanto attiene nello specifico alle europee di governo sostenibile ship che si è coagulata attorno a valutazioni di attività biologica, in delle produzioni diventando stru- un progetto di ricerca industriale questo articolo saranno riportati i mento propulsivo di benessere so- strategica, rivolto agli ambiti pri- dati preliminari che sono stati di ciale e contribuendo al migliora- oritari della Strategia di Specializ- indirizzo per i riscontri ottenuti mento della salubrità ambientale zazione Intelligente (POR-FESR da altri partner di progetto e ri- e alla conservazione e difesa della 2014-2020) della Regione Emilia portati in Caliceti et al. (2018, in biodiversità. Romagna, dal titolo Valorizzazio- stampa). ne sostenibile degli scarti della fi- Le strategie di valorizza- liera vitivinicola per l’industria zione e il progetto chimica e salutistica (acronimo: MATERIALI E METODI VALSOVIT (POR-FESR VALSOVIT). Emilia Romagna) La natura del partenariato, carat- Il materiale vegetale: le In generale, lo stato dell’arte della terizzata da soggetti industriali di materie prime secondarie valorizzazione degli scarti agroa- rilevante importanza nel panora- Gli scarti della lavorazione delle limentari consiste sostanzialmen- ma produttivo della regione Emi- uve erano costituiti da vinacce te in due tipi di approccio (Lin et lia Romagna e da istituti di ricer- (da uve bianche, VCB; e rosse, al., 2013): ca specializzati nel trasferimento VCR) e da vinaccioli isolati, for- - Approccio di prima generazio- tecnologico, si inserisce in un con- niti dal partner di progetto Caviro ne. Gli scarti vengono indirizzati testo regionale di filiera vitivinico- Distillerie (Faenza, Ravenna) che al compostaggio, alla produzione la che allo stato attuale considera provenivano dalla vendemmia del di energia (digestione anaerobia) principalmente processi di valo- 2016 e 2017. o trasferiti in discarica; rizzazione di prima generazione Le vinacce da uve rosse e bian- - Approccio di seconda genera- degli scarti (raspi freschi, bucce, che dealcolate contenevano ri- zione. Gli scarti vengono indiriz- vinaccia bianca, feccia, teste e spettivamente il 51% e il 36% di zati verso processi con un più alto code di distillazione dell’etanolo). umidità. All’uscita dei processi di livello tecnologico e con elevata Le finalità progettuali di Valsovit lavorazione aziendale, i campioni sostenibilità e un ridotto impat- invece si rivolgono in particolare di vinacce sono stati posti in stu- to ambientale (per es. tecnologie a una valorizzazione di seconda fa a 70 °C per 24 ore ed essicca- estrattive con basso o nullo im- generazione per ricercare impor- ti fino a peso costante. Una volta piego di solventi organici; strate- tanti ricadute per l’industria chi- essiccati, i campioni di vinacce gie biotecnologiche e trasforma- mica e salutistica, nonché della sono stati macinati in mulino con tive integrate; utilizzo di sistemi difesa delle piante in agricoltura rotore a velocità variabile e griglia catalitici ad alta efficienza in pro- promuovendo, con un approccio di macinazione con pori da 2 mm cessi a cascata) per ottenere (bio) operativo ispirato a un modello di (Fritsch, Germania). sostanze ad alto valore aggiunto e simbiosi industriale, uno sviluppo I campioni così polverati sono con ricadute diversificate in più tecnologico sostenibile della filie- stati conservati a -20 °C fino al settori di mercato. ra. Per gli aspetti di progetto re- momento delle analisi. I cam- Sulla base di questi paradigmi, il lativi alla valorizzazione rispetto pioni di vinaccioli invece (VLB, laboratorio in rete Terra&Acqua a ricadute nel comparto chimico vinaccioli da uve bianche; VLR, 60 t natural 1 giugno 2018
RICERCA - SOSTENIBILITà vinaccioli da uve rosse), caratte- liofilizzati e conservati a -20 ° C La caratterizzazione rizzandosi per un contenuto d’u- fino al momento delle analisi. Gli chimica midità inferiore al 5%, sono stati estratti SFE sono stati conservati La caratterizzazione chimica de- posti immediatamente a -20 °C a -20 °C tal quali in quanto privi gli estratti è stata focalizzata sulla sin dal momento della consegna della frazione solvente, mentre gli rilevazione di classi di composti e mantenuti in quella condizione estratti ottenuti per distillazio- generalmente noti per proprietà fino al momento delle estrazioni e ne in corrente di vapore d’acqua funzionalmente utili nei contesti analisi. Parte dei campioni di vi- sono stati immediatamente ana- di ricaduta della ricerca, in parti- nacce, sia bianche (VCB) sia rosse lizzati per gas cromatografia. colare: polifenoli, fenoli semplici, (VCR), non sono state invece sot- Estrazione assistita da ultrasuo- flavonoidi e derivati, acidi organi- toposte a essiccamento ma invece ni (UAE) ci, eventualmente attesi con rile- immediatamente sottoposte a di- L’estrazione assistita da ultrasuo- vante abbondanza negli estratti stillazione in corrente di vapore ni è stata eseguita utilizzando un idroalcolici (UAE, PFE-NAV); aci- per valutare la qualità e la quanti- bagno a ultrasuoni (Ultrasonik di grassi, steroli e sostanze lipofile tà della componente volatile. 104X, Ney Dental International, come stereoisomeri della vitami- MEDWOW, Cipro) impostato a na E, eventualmente attesi con ri- I reagenti chimici una frequenza operativa di 48 levante abbondanza negli estratti impiegati kHz. Le condizioni estrattive non con CO2 supercritica (SFE); com- Tutti i solventi e i reagenti impie- sono riportate per ragioni di riser- posti terpenici e derivati (mono-, gati per le analisi chimiche erano vatezza vincolate da un accordo sesqui-, di-terpeni) eventualmen- di qualità cromatografica, mentre di partenariato. te attesi con rilevante abbondan- tutti i reagenti impiegati per le Estrazione con fluidi pressuriz- za negli estratti ottenuti con la valutazioni biologiche erano co- zati (PFE; Naviglio®) distillazione in corrente di vapore erenti per qualità e purezza con L’estrattore Naviglio® (mod. 500 d’acqua (DIS). quanto riportato in letteratura. cc; Atlas Filtri, Italia) è stato uti- Analisi (HP)TLC: cromatografia Lo standard malvidina-3-O-glu- lizzato per estrarre materiale so- su strato sottile ad alta risolu- coside è stato acquistato da Ex- lido con un metodo di estrazione zione trasynthese (Genay, Francia). con solvente pressurizzato (Navi- Le analisi sono state eseguite su Trolox, DPPH (1,1-difenil-2-pi- glio, 2003). una lastra di gel di silice HPTLC crylhydrazil), metanolo deuterato Le condizioni estrattive non sono 60F254 (10 cm 20 cm; Camag, (CD3OD), cloroformio deuterato riportate per ragioni di riserva- Swizerland). 8 μl di una soluzio- (CDCl3), metanolo, etilacetato, tezza vincolate da un accordo di ne etanolica al 50% degli estratti etanolo, acido formico, acido ace- partenariato. (20 mg/mL) sono stati depositati tico, NP / PEG e acido gallico sono Estrazione di fluidi supercritici sulla lastra in bande di 6 mm di stati acquistati da Sigma-Aldrich (SFE) ampiezza utilizzando un micro- Italia (Milano, Italia). Toluene I campioni sono stati sottoposti depositore Linomat V (Camag, è stato acquistato da Carlo Erba a estrazione con fluidi supercri- Swizerland) in flusso di azoto. Le Reagents (Milano, Italia). tici (CO2; SFE) utilizzando un bande depositate sono state eluite estrattore Speed SFE modello Ap- in due step e successivamente de- Le strategie estrattive plied Separations (Allentown, PA, rivatizzate con soluzione NP-PEG Sono state effettuate estrazioni su USA). (Wagner e Bladt, 2009). campioni essiccati e polverizzati Le condizioni estrattive non sono Contenuto in polifenoli e proan- di vinacce bianche (VCB) e ros- riportate per ragioni di riserva- tocianidine totali se (VCR), utilizzando le seguenti tezza vincolate da un accordo di La determinazione del contenuto tecniche di estrazione: estrazio- partenariato. polifenolico totale negli estratti ne di fluidi supercritici (SFE), Estrazione per distillazione in è stata eseguita utilizzando uno estrazione assistita da ultrasuoni corrente di vapore d’acqua spettrofotometro Helios-Gamma, (UAE) e estrazione di fluido pres- Campioni non essiccati di vinacce ThermoSpectronic seguendo le surizzato tramite estrattore Navi- bianche (VCB) e rosse (VCR), e di metodiche precedentemente de- glio® (PFE-NAV). vinaccioli da uve bianche (VLB) e scritte in Tacchini et al. (2015). I Campioni non essiccati di vinacce rosse (VLR) sono stati sottoposti risultati sono stati espressi come bianche (VCB) e rosse (VCR) sono a distillazione in corrente di va- mg di acido gallico/g di estratto stati sottoposti a distillazione in pore. secco per la quantificazione dei corrente di vapore d’acqua (DIS). Le distillazioni sono state effet- polifenoli totali e mg di cianidin Ogni estrazione è stata effettuata tuate seguendo le metodiche ri- cloruro/g di estratto secco per la in triplicato. Gli estratti ottenuti portate in Scalvenzi et al. (2017) quantificazione delle proantocia- con UAE e PFE-NAV sono stati opportunamente modificate. nidine totali. giugno 2018 natural 1 t 61
62 t natural 1 giugno 2018 Immagine tratta dal sito http://nordestboulevard.it/2013/10/grappa-e-design/
RICERCA - SOSTENIBILITà Analisi HPLC: Cromatografia li- quida ad alta prestazione La caratterizzazione dei cam- pioni finalizzata alla rilevazione dei principali flavonoidi è stata eseguita sui campioni di estra- zione idroalcolica utilizzando un sistema HPLC modulare JASCO (Tokyo, Giappone, modello PU 2089) accoppiato a un detector a fotodiodi (MD 2010 Plus). Per l’analisi si è fatto riferimento a quanto riportato in Kammerer et al. (2004). Analisi GC-MS: gas cromatogra- fia accoppiata a spettrometria di massa Le analisi gas cromatografiche sono state sviluppate sui campio- ni ottenuti dalla distillazione di matrici (VCA, VCB, VLB, VLR) fresche e non essiccate. Le analisi sono state sviluppate seguendo le indicazioni riportate in Tardugno et al. (2018). L’attività biologica Proprietà antiossidanti Pulitura dello strizzo idraulico Le proprietà antiossidanti sono Le vinacce dopo la strizzatura state valutate per poter verifica- re in via preliminare gli estratti potenzialmente utili a una proie- zione salutistica nutraceutica e/o cosmetica. L’attività antiossidante degli estratti è stata valutata sia me- diante analisi bioautografica (DPPH-(HP)TLC-bioautographic assay) sia mediante saggio spet- trofotometrico (Spettrofotometro UV-Vis Helios) impiegando per entrambi i test il radicale DPPH (1,1-diphenyl-2-picrylhydrazil). I saggi sono stati sviluppati come riportato in Nostro et al. (2016). Tutti gli esperimenti sono stati effettuati in triplicato e i risultati ottenuti sono stati riportati come media ± deviazione standard. L’attività antimicrobica L’attività antimicrobica è stata va- lutata sia verso batteri sia verso funghi fitopatogeni per verificare in via preliminare quegli estratti potenzialmente utilizzabili per proprietà fitoiatriche. Per valutare l’attività antibatte- giugno 2018 natural 1 t 63
rica degli estratti vegetali è stato Per le estrazioni, si è scelto di se- interazioni matrice-solvente in utilizzato un batterio, Pseudo- lezionare quelle metodiche che ciascuna delle metodiche estratti- monas syringae pv. syringae van meglio potessero coagulare, come ve adottate. Per le distillazioni in Hall ATCC 19310. Gli esperimen- finalità di principio, criteri di ef- corrente di vapore d’acqua, inve- ti di attività antibatterica (MIC, ficienza (alta resa quali-quantita- ce, tutti i campioni sono stati uti- Minima Concentrazione Iniben- tiva di biomolecole attive), soste- lizzati allo stato fresco minimiz- te; MCB, Minima Concentrazio- nibilità (basso o nullo impiego di zando in questo modo la perdita ne Battericida) sono stati allestiti solventi organici) e opportunità dei composti più volatili. Le mo- seguendo le indicazioni riportate di trasferimento tecnologico (sca- lecole target per l’ottimizzazione dal National Committee for Cli- le up laboratorio vs. industria). delle estrazioni erano rappresen- nical Laboratory Standards (NC- In relazione a questi aspetti, pe- tate da polifenoli, fenoli semplici, CLS, standard M7-A6). raltro caratterizzanti la finalità flavonoidi e derivati, acidi organi- Per la valutazione dell’attività di valorizzazione sostenibile del ci, eventualmente attesi con rile- antifungina sono stati invece uti- progetto Valsovit, si è quindi op- vante abbondanza negli estratti lizzati due funghi fitopatogeni, tato per individuare nell’ampio idroalcolici (UAE, PFE-NAV); aci- Sclerotinia minor e Sclerotinia e moderno contesto della green di grassi, steroli e sostanze lipofile sclerotiorum; l’allestimento delle chemistry l’estrazione con ultra- come stereoisomeri della vitami- colture dei funghi filamentosi e gli suoni (UAE), l’estrazione con flu- na E, eventualmente attesi con ri- esperimenti di attività antifungi- idi sotto pressione con strumen- levante abbondanza negli estratti na sono stati condotti seguendo le tazione Naviglio®, l’estrazione con CO2 supercritica (SFE); com- indicazioni riportate in Guerrini con CO2 supercritica (SFE) e la posti terpenici e derivati (mono-, et al. (2009). La Minima Concen- distillazione in corrente di vapo- sesqui-, di-terpeni) eventualmen- trazione Inibente la crescita fun- re d’acqua (DIS) (Baiano, 2014). te attesi con rilevante abbondan- gina (MIC) e la Minima Concen- Ciascuna matrice di scarto è stata za negli estratti ottenuti con la trazione Fungicida (MCF) sono dunque sottoposta ad ogni me- distillazione in corrente di vapo- state determinate seguendole in- todica estrattiva individuata per re d’acqua (DIS). Per le metodi- dicazioni riportate in Cavalerio verificare quale risultasse la più che UAE e PFE-NAV si è scelto di et al. (2005). Infine, è stata cal- performante rispetto alle finalità operare con solvente idroalcoli- colata la concentrazione efficace di principio sopra descritte (Ta- co (etanolo-acqua) individuando in grado di dare il 50% di effetto bella 1). sperimentalmente nel rapporto massimale (EC50). Prima di procedere alle estrazioni 50:50 la combinazione più effica- UAE, PFE-NAV, SFE, le matrici da ce rispetto alle categorie chimi- vinacce rosse (VCR) e da vinacce che estratte, valutate per numero RISULTATI bianche (VCB) sono state sotto- e ampiezza delle bande su lastre E DISCUSSIONE poste a essiccazione in stufa a 70 per cromatografia su strato sotti- °C per 24 ore fino a ridurre il con- le ad alte prestazioni (HP-TLC), Le strategie estrattive tenuto di acqua a valori inferiori confermando così anche le indi- bioguidate da fingerprin- al 5%, seguendo un protocollo di cazioni di letteratura (Da Porto ting HP-TLC trattamento degli scarti normal- et al., 2013). Analogamente, si è Le matrici di scarto della lavora- mente adottato in azienda. I vi- operato con SFE individuando le zione delle uve sono state fornite naccioli da uve rosse (VLR) e da condizioni di set up strumentale dall’azienda Caviro Distillerie (Fa- uve bianche (VLB) presentavano e tempistiche di estrazione stati- enza, RA; http://www.caviro.com/ già un tenore di umidità coerente ca e dinamica più adeguate. Per it/), partner aziendale di progetto, con le esigenze di conservazione DIS, si è fatto invece riferimento ed erano caratterizzate da vinac- ed estrazione (
RICERCA - SOSTENIBILITà te al contenuto totale in polifenoli non si è dimostrata altrettanto ef- ficace. Infatti, per tutte le matrici, tranne che per i campioni VCR dove peraltro lo scarto è risultato ridotto al 15%, la metodica PFE- NAV è risultata più performante nell’estrazione dei polifenoli tota- li. In particolare, i campioni che Figura 2. Cromatografia su strato sottile ad alta risoluzione (HP-TLC) degli estratti idroalcolici (a titolo si sono rilevati più ricchi in poli- d’esempio) per l’individuazione delle condizioni ottimali per ottenere un profilo fitochimico di com- fenoli totali sono risultati sempre promesso qualitativamente e quantitativamente ottimale rispetto alle categorie chimiche di interesse. Bande bu-azzurre: polifenoli; bande giallo-verdi: flavonoidi; bande rosse: clorofille. A, campioni VCR; gli estratti da vinaccioli. In parti- B, campioni VCB; C, campioni VLB. La regione circoscritta in ciascuna lastra corrisponde all’eluizione colare, i vinaccioli da uve bianche di un estratto idroalcolico al 50%. (VLB) hanno dato in assoluto i risultati migliori con entrambi i corrente di vapore d’acqua (DIS, La caratterizzazione metodi estrattivi ed evidenziando Tabella 1), rendendo sostanzial- chimica uno scarto di circa il 48% rispetto mente impraticabile l’ipotesi di I campioni di vinacce di uve rosse ai campioni VLR a parità di me- scale-up industriale di processo (VCR) e bianche (VCB) e di vi- todo estrattivo più performante per uno sfruttamento razionale naccioli da uve rosse (VLR) e da (PFE-NAV). Il contenuto negli dei distillati. Il dato quantitativo uve bianche (VLB) ottenuti con le estratti VLB con PFE-NAV è ri- riflette quanto riportato in lette- estrazioni con solvente idroalco- sultato sensibilmente superiore a ratura per quanto attiene alle rese lico mediante ultrasuoni (UAE) e quello con UAE (12% circa). Mag- totali di estrazioni idroalcoliche e con fluidi pressurizzati con stru- giore lo scarto quantitativo (25% SFE, mentre sostanzialmente ine- mentazione Naviglio® ottimizza- circa) tra gli estratti PFE-NAV e dito è il dato relativo agli estratti te per la migliore resa quantitati- UAE per i campioni VLR. Decisa- DIS. va in polifenoli, sono stati valutati mente più ridotti i risultati relati- con metodo spettrofotometrico vi alle vinacce, benché gli estratti per la quantificazione dei polife- da vinacce rosse (VCR) siano ri- Campioni Metodo estrattivo Resa % Dev. St. noli totali (Figura 3). sultati con il maggior contenuto VCR UAE 25,13 3,71 PFE-NAV 10,42 2,38 SFE 4,99 0,06 DIS 0,05 0,002 VCB UAE 27,59 1,68 NAV 13,41 6,25 SFE 1,67 0,03 DIS 0,05 0,002 VLR UAE 12,40 1,04 NAV 13,38 0,56 SFE 8,36 0,19 DIS 0,008 0,002 VLB UAE 11,61 4,39 NAV 9,52 0,76 SFE 6,63 0,50 Figura 3. Nel grafico sono riportati i valori dei polifenoli totali (mg acido gallico/g estratto secco) degli estratti DIS 0,008 0,002 (VCR, vinacce rosse; VCB, vinacce bianche; VLR, vinaccioli da uve rosse; VLB, vinaccioli da uve bianche) ottenuti con le metodiche UAE (estrazione con ultrasuoni) e PFE-NAV (estrazione con fluidi sotto pressione con strumen- Tabella 1. Rese di estrazione (riportate come tazione Naviglio ®) ottimizzate per la migliore rilevazione qualitativa e quantitativa. I dati sono relativi a quanto valori percentuali medi), relativamente ad estra- ottenuto con solvente idroalcolico al 50%. zione assistita con ultrasuoni (UAE), estrazione con fluidi sotto pressione con metodo Naviglio® (PFE-NAV), estrazione con fluidi supercritici (SFE) e distillazione in corrente di vapore (DIS; Benché l’estrazione UAE sia ri- in polifenoli totali rispetto ai cam- su matrici non essiccate). VCR, vinacce rosse sultata più performante rispetto pioni VCB, con uno scarto medio essiccate; VCB, vinacce bianche essiccate; VLB, vinaccioli da uve bianche; VLR, vinaccioli da uve alla variabile della resa totale di del 39% rispetto al dato riferito al rosse. Dev. St., deviazione standard. estratto (Tabella 1), relativamen- metodo estrattivo più performan- giugno 2018 natural 1 t 65
te. Benché in letteratura siano nu- nidine sono risultati comunque i anche per il contenuto di flavo- merosi gli esempi relativi al con- vinaccioli, sia da uve rosse (VLR) noidi (Figura 5). tenuto polifenolico di scarti della sia da uve bianche (VLB). Come In generale, derivati glicosilati lavorazione delle uve compatibili per i polifenoli totali, però, anche della quercetina e del kaempfe- con quelli da noi usati per quanto per il contenuto totale in proan- rolo con relativi agliconi, e ruti- attiene alla loro tipizzazione, non tocianidine i campioni VLB sono na sono risultati sempre presenti è invece possibile effettuare un risultati i più ricchi con uno scar- in tutti i campioni, sebbene con confronto costruttivo in quanto to rispetto agli stessi campioni da sensibili variazioni quantitative di non ne viene mai indicata la pro- uve rosse di circa il 29% a parità profilo cromatografico. venienza rispetto ai diversi step di di processo estrattivo più perfor- In figura viene riportato, a titolo lavorazione in filiera. Infatti, dalla mante (UAE). di esempio, il profilo cromatogra- nostra esperienza, condivisa con la partnership di progetto, il con- tenuto in composti polifenolici può ragionevolmente e significa- tivamente cambiare in relazione al momento di processo in cui le matrici vegetali vengono conside- rate scarti e quindi indirizzabili ad altri processi di lavorazione. Pertanto, per ragionevoli motiva- zioni di accordo di partenariato e di potenziale ricaduta applicativa, i risultati prodotti e qui riportati sono da ritenersi puramente indi- cativi e non sostanziali per quan- to attiene al dato fitochimico, ma Figura 4. Nel grafico sono riportati i valori delle proantocianidine totali (mg di cianidin cloruro/g di utili sul piano del riscontro della estratto secco) relativi agli estratti (VCR, vinacce rosse; VCB, vinacce bianche; VLR, vinaccioli da strategia operativa ed estrattiva uve rosse; VLB, vinaccioli da uve bianche) ottenuti con le metodiche UAE (estrazione con ultrasuoni) e PFE-NAV (estrazione con fluidi sotto pressione con strumentazione Naviglio ®) ottimizzate per più adeguata all’individuazione la migliore rilevazione qualitativa e quantitativa. I dati sono relativi a quanto ottenuto con solvente del momento più adatto al pre- idroalcolico al 50%. lievo dei sottoprodotti in filiera come adeguate fonti di polifenoli. Gli estratti idroalcolici UAE e fico relativo ai campioni di vinac- PFE-NAV dei campioni VCR, ce bianche (VCB) ottenuti con Analoghe premesse e considera- VCB, VLR e VLB sono stati ana- metodo estrattivo con ultrasuoni zioni sono alla base dei risultati lizzati qualitativamente via HPLC (UAE). spettrofotometrici ottenuti per le proantocianidine totali (Figura 4). In particolare, va sottolineato che a differenza del dato relati- vo ai polifenoli totali, per tutti i campioni la metodica estrattiva più performante rispetto al con- tenuto totale di proantocianidine è risultata quella con ultrasuoni UAE (Figura 4). In particolare, la differenza a parità di qualità di campione tra i metodi estrat- tivi (PFE-NAV, UAE) rispetto alla quantità totale di proantocianidi- ne era estremamente diversificata ma sempre piuttosto rilevante, ovvero: del 42% per VCR, del 64% per VCB, dell’89% per VLR e Figura 5. Profilo cromatografico di un estratto da vinacce bianche (a titolo di esempio) ottenuto con del 93% per VLB. I campioni più analisi HPLC in fase inversa e con detector a fotodiodi (RP-HPLC-DAD) da cui è possibile evincere i ricchi in assoluto di proantocia- composti flavonoidici rilevati glicosilati e non glicosilati più abbondanti. 66 t natural 1 giugno 2018
RICERCA - SOSTENIBILITà Sono state poi effettuate analisi punto di vista di quantità relative gia di composti né per la quantità. gas cromatografiche degli estratti sono emerse differenze interes- Il dato atteso era piuttosto quello con CO2 supercritica per valuta- santi. In particolare nei campioni di un fitocomplesso prevalente- re la qualità degli estratti lipo- di vinacce rosse (VCR) i composti mente terpenico, mentre invece fili con specifico riferimento al più abbondanti espressi per area i composti rilevati erano presenti contenuto di acidi grassi e alla % sono risultati l’acido palmitico sostanzialmente con una abbon- composizione della frazione insa- (53,7%), acido miristico (7,6%), danza inferiore all’1%. Questo ponificabile (Figura 6). In parti- acido dodecanoico (6,1%), acido aspetto è probabilmente spiegabi- colare, particolarmente interes- oleico (5,2%). Nei campioni di vi- le con il fatto che le vinacce fre- sante sono risultati i campioni nacce bianche (VCB) erano pre- sche, prima di essere fornite per le di vinaccioli, già peraltro noti senti l’acido palmitico (41,3%), analisi, avevano subito condizioni per essere fonte di un olio dalle acido palmitoleico (6,7%), acido per cui la maggior parte dei com- pregiate qualità nutrizionali e per oleico (5,49%), acido miristico ponenti volatili era scomparsa. cui emerge la prevalenza dell’aci- (4,8%). I campioni di distillato di Ha sorpreso invece la composizio- do linoleico confermando peral- vinaccioli invece sia da uve bian- ne in acidi grassi che per i nostri tro i dati di letteratura relativi a che e sia da uve rosse sono risul- campioni è risultata sia qualita- estratti ottenuti con la medesima tati con un profilo quali-quanti- tivamente sia quantitativamente tecnica (Passos et al., 2010). tativo sostanzialmente analogo più ricca rispetto ai campioni ot- Per quanto riguarda gli estratti caratterizzato da acido palmitico tenuti con SFE. Dal momento che Figura 6. Estratti SFE. Profili gas cromatografici di un estratto SFE di vinaccioli da uve bianche (VLB). A, profilo gas cromatografico dove vengono eviden- ziati i principali acidi grassi. B, profilo gas cromatografico della frazione insaponificabile. ottenuti per distillazione in cor- (29,6%), acido linoleico (19,4%), i campioni estratti con SFE erano rente di vapore (DIS), l’analisi etilestere dell’acido palmitico stati essiccati mentre gli stes- gas cromatografica ha rivelato (11,1%), acido alfa linolenico si campioni distillati erano stati una composizione di tutti i cam- (10,5%), acido oleico (6,9%). Non estratti freschi (con la speranza pioni prevalentemente caratte- ci sono dati di letteratura che ci fossero ricchi nella componen- rizzata da acidi grassi (Tabella permettono di confrontare questi te volatile terpenica) è possibile 2) con tracce di composti sesqui- risultati relativamente a distillati ipotizzare che il pre-trattamento terpenici (dati non presentati). I di scarti, tuttavia è possibile fare in stufa a 70 °C abbia degradato campioni hanno presentato tut- alcune considerazioni rispetto al la gran parte della componente di ti un profilo qualitativo sostan- dato oggettivo. Innanzitutto, il acidi grassi, rimasta invece nelle zialmente simile, mentre da un dato non era atteso né per tipolo- matrici fresche. giugno 2018 natural 1 t 67
Figura 7. Attività antiossidante con metodo spettrofotometico del DPPH. Nel grafico sono riportati gli estratti che hanno evidenziato le attività più rilevanti. I valori sono riportati come mmol equivalenti di Trolox / g di estratto secco. derazione gli estratti idroalcolici dine totali rapportato al metodo ottenuti con metodo PFE-NAV e estrattivo, in quanto i campioni UAE in quanto caratterizzati dalla maggiormente ricchi di polifenoli componente polifenolica più ab- erano quelli ottenuti con il metodo bondante e normalmente presa a PFE-NAV. Questo aspetto è evinci- riferimento per esprimere attività bile anche per gli altri estratti, per antiossidante (Figura 7). Non si è esempio VCR UAE e VLR UAE. In osservata una corrispondenza di- ogni caso e come premesso, il dato Tabella 2. Estratti ottenuti per distillazione retta tra il contenuto di polifenoli, è del tutto preliminare e neces- in corrente di vapore d’acqua (DIS). A titolo proantocianidine e flavonoidi con sita di ulteriori approfondimenti di esempio viene riportata la composizione l’attività antiossidante espressa nel non solo dal punto di vista della dell’estratto ottenuto dalla distillazione di vi- nacce bianche (VCB) dal momento che, benché saggio spettrofotometrico, se non bioattività, ma anche dal punto di estremamente bassa, hanno rivelato una resa che i campioni vinaccioli da uve vista fitochimico per poter meglio complessivamente più elevata (0,05%). bianche (VCB) hanno espresso i correlare i dati di caratterizzazio- risultati di maggior rilievo. In que- ne chimica e di attività biologica, I risultati preliminari sto caso, l’attività rilevante degli ponendo in luce eventuali aspetti sull’attività biologica estratti VCB UAE era certamente sinergici che al momento sembra- e le possibili proiezioni attesa ma non risulta direttamente no essere alla base delle apparenti applicative correlabile per esempio con il dato discrepanze. Gli estratti di vinacce rosse e bian- dei polifenoli delle proantociani- Per quanto riguarda invece l’attivi- che (VCR, VCB) e da vinaccioli da uve rosse e bianche (VLR, VLB) Antibatterica (MIC µg/ml) Antifungina (EC50 µg/ml) sono stati valutati preliminar- Pseudomonas syringae pv. syringae Sclerotinia minor Sclerotinia sclerotiorum mente per le proprietà antiossi- VCR UAE > 1000 n. d. n. d. danti con metodo spettrofotome- VCB UAE > 1000 n. d. n. d. VCR PFE-NAV > 1000 n. d. n. d. trico del DPPH, e antimicrobiche VCB PFE-NAV > 1000 n. d. n. d. in vitro. La scelta rispetto a que- VLR UAE > 1000 > 15 > 15 sta tipologia di saggi è stata gui- VLB UAE > 1000 > 15 > 15 data dal fatto che da un punto di VLR PFE-NAV > 1000 > 15 > 15 VLB PFE-NAV > 1000 > 15 > 15 vista preliminare l’attività antios- Controllo positivo 125 < 0.5 < 0.5 sidante è senz’altro una proprietà di sicuro interesse per le possibili Tabella 3. Attività antimicrobica di estratti idroalcolici di vinacce da uve rosse e bianche (VCR, VCB) e da vinaccioli da uve rosse e bianche (VLR, VLB). I risultati sono espressi come Minima concentrazione proiezioni nutraceutiche e cosme- Inibente la crescita (MIC µg/ml) per l’attività antibatterica e come concentrazione efficace in grado di tiche del progetto Valsovit. Per le dare il 50% di effetto massimale (EC50) per quanto riguarda l’attività antifungina. n.d.: non definite. In questi casi il ceppo ha evidenziato invece un forte incremento di crescita anzi- proprietà antiossidanti con test ché un’inibizione, probabilmente dovuta alla componente zuccherina degli estratti. Controlli positivi: DPPH sono stati presi in consi- Delan 70 WG, per Pseudomonas syringae pv. syringae); Heliocuivre S, per Sclerotinia sp.) 68 t natural 1 giugno 2018
RICERCA - SOSTENIBILITà tà antimicrobica, sono stati allesti- so estrattivo un fattore chiave e possono risultare un’ottima fonte ti saggi preliminari in vitro con il determinante nel miglioramento di biomolecole utili a contesti ap- preciso scopo di individuare estrat- sostenibile dei processi e nella loro plicativi, ma hanno altresì messo ti eventualmente promettenti per conversione rispetto a un profilo in evidenza l’importanza della co- ulteriori approfondimenti rispetto industriale bio-based e di econo- noscenza del grado di sfruttamen- all’attività fitoiatrica, ovvero per la mia circolare. La scelta del metodo to delle risorse primarie, ovvero difesa sostenibile delle coltivazioni estrattivo dipende innanzitutto dal del grado di lavorazione che han- come ulteriore ricaduta applicativa tipo di matrice vegetale (coriacea o no subito le uve prima di essere prevista dal progetto (Tabella 3). meno), dalla sua condizione (umi- considerate come materie prime Sono stati saggiati, anche in questo da o secca), dalla sua pezzatura secondarie. Questo aspetto è sot- caso in via del tutto preliminare, (frantumata, triturata, polverata), tovalutato dalla letteratura scienti- gli estratti idroalcolici da matrici e dal tipo di biomolecole target fica specializzata e riduce l’impatto VCR, VCB, VLR, VLB. Come evin- che si intendono ottenere per nuo- applicativo delle evidenze ripor- cibile, non sono state registrate vi prodotti finiti. Nell’ambito del tate. In questo contesto, il merito attività degne di nota. Anzi, con progetto Valsovit, trattandosi di un del progetto Valsovit e dell’attività particolare riferimento all’attività contesto di valorizzazione legato di ricerca applicata che lo caratte- antifungina, si è osservato un in- anche alla sostenibilità ambienta- rizza è senz’altro quello di porre cremento di crescita dovuto con le, è stato necessario selezionare, in evidenza questo parametro per ogni probabilità alla componente tra i processi individuati in relazio- poter concretizzare realisticamen- zuccherina presente negli estratti. ne alle già elencate variabili, quelle te lo sfruttamento delle risorse in In relazione a queste evidenze, le strategie estrattive ispirate alla gre- un’ottica di economia circolare. prospettive di progetto riguarde- en chemistry che perseguono l’ot- In aggiunta a queste considera- ranno la valutazione degli stessi tenimento di estratti minimizzan- zioni, le valutazioni di bioattività estratti privati della frazione zuc- do l’impiego di solventi organici, il preliminari correlate alle evidenze cherina, nonché delle frazioni o cui smaltimento rappresenterebbe chimiche, impongono la necessità eventuali molecole isolate putative a livello industriale un costo sia di approfondire la caratterizzazio- di un’attività degna di una proiezio- economico sia ambientale ingente, ne chimica degli estratti, per po- ne applicativa su scala industriale. per di più vincolato da strette rego- ter meglio individuare eventuali lamentazioni normative (Baiano, molecole o frazioni chimiche degli Conclusioni 2014). estratti stessi responsabili delle La valorizzazione delle materie pri- Gli estratti ottenuti, caratterizzati bioattività, benché deboli, con pro- me secondarie delle filiere agro-a- da un punto di vista chimico in via iezioni nutraceutiche, cosmetiche limentari vede innanzitutto nella preliminare, hanno dimostrato che e/o fitoiatriche. Questo portereb- scelta e ottimizzazione del proces- gli scarti della filiera vitivinicola be, in un’ottica di processo bio- La valorizza- zione delle Foto di R. Longo materie prime secondarie – non più scarti – è invece oggi per l’industria un’occasione per incremen- tare la propria competitività giugno 2018 natural 1 t 69
guidato, a modificare le condizioni Journal of Applied Microbiology (2006), tin, L., Mazzoni, R., Viganò, F., Righi, S., estrattive individuando quei para- Vol. 100 pp 1333-38 Passarini, F., Soldano, M., Labartino, N. metri che determinano l’otteni- Da Porto, C., Porretto, E., Decorti D. 2018. Dagli scarti delle uve una risor- mento di estratti arricchiti in prin- 2013. Comparison of ultrasound-as- sa per l’industria chimica: il progetto cipi attivi con le attività biologiche sisted extraction with conventional ex- Valsovit. La Chimica e l’Industria - News- traction methods of oil and polyphenols letter, 5(4), 16-24. desiderate rendendo il processo di from grape (Vitis vinifera L.) seeds. Naviglio, D. 2003. Naviglio’s Principle and sfruttamento delle materie prime Ultrasonics Sonochemistry, 20 (2013) Presentation of an Innovative Solid–Liq- secondarie realisticamente e con- 1076–1080. uid Extraction Technology: Extractor cretamente operativo anche per Favretto, D., Flamini, R. 2000. Application Naviglio®. Analytical Letters, 36(8), uno scale up industriale. 1647–1659. of Electrospray Ionization Mass Spec- trometry to the Study of Grape Anthocy- Nostro, A., Guerrini, A., Marino, A., Tac- anins. American Journal of Enology and chini, M., Di Giulio, M., Grandini, A., … UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI FERRARA Saraçoğlu, H. T. 2016. In vitro activity Viticulture, 51, 55-64. * Dipartimento di Scienze della Vita e of plant extracts against biofilm-produc- Guerrini, A., Sacchetti, G., Rossi, D., Pa- Biotecnologie ing food-related bacteria. Internation- ganetto, G., Muzzoli, M., Andreotti, E., ** Dipartimento di Scienze Chimiche e Tognolini, M., Maldonado, M.E., Bruni, al Journal of Food Microbiology, 238, Farmaceutiche R. 2009. Bioactivities of Piper aduncum 33–39. L. and Piper obliquum Ruiz & Pavon Passos, C.P., Silva, R.M., Da Silva, F.A., Co- Valorizzazione sostenibile degli scarti della (Piperaceae) essential oils from Eastern imbra, M.A., Silva, C.M. 2010. Supercrit- filiera vitivinicola per l’industria chimica e ical fluid extraction of grape seed (Vitis Ecuador. Environmental Toxicology salutistica (VALSOVIT): il progetto Valsovit vinifera L.) oil. Effect of the operating è finanziato dalla Regione Emilia Romagna and Pharmacology, 27, 39–48. conditions upon oil composition and an- (POR-FESR) ed ha come finalità lo sfrut- Kammerer, D., Claus, A., Carle, R., Schie- tioxidant capacity. Chemical Engineer- tamento di seconda generazione dei sotto- ber, A. 2004. Polyphenol Screening of ing Journal, 160, 634–640. prodotti della filiera vitivinicola attraverso Pomace from Red and White Grape Va- processi sostenibili per ottenere biomoleco- Rossi, D., Guerrini, A., Bruni, R., Brognara, rieties (Vitis vinifera L.) by HPLC-DAD- le ad alto valore aggiunto. E., Borgatti, M., Gambari, R., Sacchetti, MS/MS. Journal of Agricultural and G. 2012. Trans-resveratrol in nutraceuti- Food Chemistry, 52, 4360−4367. Bibliografia Lin, C.S.K., Pfaltzgraff, L.A., Herrero-Da- cals: Issues in retail quality and effective- Baiano, A. 2014. Recovery of Biomolecules ness. Molecules, 17(10), 12393–12405. vila, L., Mubofu, E.B., Abderrahim, from Food Wastes — A Review. Mole- Scalvenzi, L., Grandini, A., Spagnoletti, A., S., Clark, J.H., Koutinas, A.A., Kopsa- cules, 19, 14821-14842. Tacchini,M., Neill, D., Ballesteros Lara, helis, N., Stamatelatou, K., Dickson, F., Caliceti, C., Calabria, D., Porru, E., Fran- J.L., Sacchetti, G., Guerrini, A. 2017. Thankappan, S., Mohamed, Z., Brockles- co, P., Fiori, J., Zangheri, M., Guardigli, Myrcia fallax (Rich.) DC. (Myrtaceae) byc, R., Luque, R. 2013. Food waste as a M., Mirasoli, M. 2018. Valorizzazione essential oil from Amazonian Ecuador: valuable resource for the production of sostenibile degli scarti della filiera viti- a chemical characterization and bioac- chemicals, materials and fuels. Current tivity profile. Molecules, 22(7), art. no. vinicola come fonte di nutraceutici per situation and global perspective. Energy 1163. l’industria salutistica - focus sulla dis- & Environmental Science, 6, 426–464. Tacchini, M., Spagnoletti, A., Marieschi, funzione endoteliale (Sustainable recov- Maietti, S., Rossi, D., Guerrini, A., Useli, M., Caligiani, A., Bruni, R., Efferth, T., … ery of wine by-products as a source of C., Romagnoli, C., Poli, F., Bruni R., Sac- Guerrini, A. 2015. Phytochemical profile nutraceuticals for the healthcare indus- chetti, G. 2013. A multivariate analysis and bioactivity of traditional ayurvedic try - focus on endothelial dysfunction). approach to the study of chemical and decoctions and hydro-alcoholic mac- Pharmanutrition & Functional Foods, functional properties of chemodiverse erations of Boerhaavia diffusa L. and (in stampa). plant derivatives: lavender essential oils. Curculigo orchioides Gaertn. Natural Cavaleiro, C; Pinto, E; Gonc¸alves, M J; Flavour and Fragrance Journal, 28(3), Product Research, 29(22), 2071–2079. and Salgueiro, L. Antifungal activity of 144-154 Tardugno, R., Spagnoletti, A., Grandini, Juniperus essential oils against dermato- Massi, A., Sacchetti, G., Galletti, P., Ber- A., Maresca, I., Sacchetti, G., Pellati, F., phyte, Aspergillus and Candida strains. Benvenuti, S. 2018. Chemical profile and biological activities of Cedrelopsis grevei H. Baillon bark essential oil. Plant Bio- systems, 152(1, 2), 120-129. Wagner, H., Bladt S., 2009. Plant drug analysis. A Thin Layer Chromatography Atlas, second Edition, Springer Verlag, Berlin. 70 t natural 1 giugno 2018
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