DOTTORATO DI RICERCA
IN INGEGNERIA CHIMICA, DEI MATERIALI E DI PROCESSO
XXII CICLO
TECNOLOGIE INNOVATIVE PER LA
VALORIZZAZIONE INDUSTRIALE DI
NUTRACEUTICI QUALI COMPONENTI DI
PRODOTTI TIPICI
DELL’AGROALIMENTARE ITALIANO
Attività svolta da Alessandro Alberto Casazza
durante il primo anno di dottorato (2007)
Obiettivi del primo anno
• Recupero di sostanze antiossidanti da scarti
dell’industria vitivinicola
• Studio di diverse metodologie estrattive (solidoliquido; SFE) e successiva ottimizzazione
• Quantificazione e qualificazione dei composti
estratti
Vinacce
• Costituite da : - vinaccioli
- bucce
- raspi
• Produzione annuale : 5-9 milioni di tonnellate
• Utilizzate come : - alimento per animali da
allevamento
- fertilizzanti per l’agricoltura
- estrazione olio (dai vinaccioli)
3
Processo di vinificazione
Uva (vitis vinifera)
Vinificazione
in bianco
Raccolta
Da metà
ottobre a inizio
novembre
Spremitura con o senza raspi
Mosto + Vinacce
Vinacce
1-2 settimane
Fermentazione alcolica e
macerazione
Vinacce
Decantazione
Vinificazione
in rosso
Maturazione e
stabilizzazione
Chiarificazione e filtrazione
Imbottigliamento
Vino
Lieviti
del vino
3-6 mesi
Lieviti
del vino
Recupero di antiossidanti (polifenoli)
dalle vinacce
Meccanismo d’azione:
Inattivazione dei radicali liberi con conseguente arresto
delle reazioni di ossidazione
Effetti sulla salute:
- prevenzione dell’invecchiamento cellulare
- prevenzione di malattie neuro-degenerative
- prevenzione di malattie cardiovascolari
- possibile prevenzione di cancerogenesi
Possibili utilizzi:
- industria alimentare (conservanti)
- industria cosmetica
- industria farmaceutica
5
Metodologie d’estrazione
• Estrazione solido-liquido
variabili indipendenti : cultivar
tempo d’estrazione
rapporto solido-liquido
• Supercritical fluid extraction (in collaborazione
con l’Università degli Studi di Trento)
variabili indipendenti : co-solvente
tempo d’estrazione
pressione
6
Schema impianto SFE
Metodologie d’analisi
Analisi dei polifenoli totali tramite il metodo colorimetrico
del Folin-Ciocalteau
Analisi degli orto-difenoli tramite il metodo colorimetrico
del molibdato
Misura del potere antiossidante tramite l’uso del radicale
.
libero DPPH
Analisi qualitative preliminari dei polifenoli mediante HPLC
Risultati preliminari
EtOH
4.03
3.45
3.44
3.26
3
1
2.27
2.03
2
Totale
0.18
0.24
Pinot grigio
Chardonnay
0.58
0
Pinot nero
180
158.89
160
140
Resa polifenoli totali
bucce;
Estrazione solido
liquido
Resa [mg/100g]
Resa [mg/100g]
4
Resa polifenoli totali
bucce;
estrazione con CO2
in fase supercritica
(SFE)
H2O
5
120
100
80
78.5
60
47.33
40
20
0
Pinot grigio
Chardonnay
Pinot nero
Scelta della cultivar
180
[mg/100g]
160
158,8
Resa in polifenoli
e orto-difenoli
bucce
Polifenoli totali
Orto-difenoli
140
120
100
78.5
80
60
44,7
40
47,3
35,1
26,2
20
0
Pinot nero
Chardonnay
Pinot grigio
4500
Polifenoli totali
4199,4
Orto-difenoli
Resa in polifenoli
e orto-difenoli
vinaccioli
[mg/100g]
4000
3796.2
3500
3000
2708,5
2500
2000
1500
1000
660,4
500
503,4
558,7
0
Pinot nero
Chardonnay
Pinot grigio
250
200
150
100
350
286.5 278.6
300
250
196.0
158.9
143.3 139.3
142.7 153.2
98.0
200
150
100
50
50
0
0
4
9
14
19
24
29
Tempo (h)
Confronto resa ed estrazione
polifenoli totali bucce Pinot nero a
diversi tempi di estrazione
Concentrazione [mg/ml]
285.3
300
306.3 317.8
Resa [mg/100g]
Concentrazione [mg/ml]
350
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
83.3
89.5
88.5
86.1
72.3
58.1
29.1
4
36.2
9
41.6
44.8
44.3
43.1
14
19
24
29
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Resa [mg/100g]
Tempo d’estrazione
Tempo (h)
Confronto resa ed estrazione ortodifenoli bucce Pinot nero a diversi
tempi di estrazione
Rapporto solido liquido
Confronto resa ed estrazione
polifenoli totali bucce Pinot nero
con rapporto solido-liquido variabile
Confronto resa ed estrazione
polifenoli totali bucce Pinot nero
con rapporto solido-liquido variabile
Polifenoli totali
Polifenoli totali
300
Orto difenoli
Orto difenoli
400
Resa [mg/100g]
Concentrazione [mg/ml]
500
300
200
200
100
100
0
0
0
0.1
0.2
Rapporto solido/liquido [g/ml]
0.3
0.4
0
0.1
0.2
Rapporto solido/liquido [g/ml]
0.3
0.4
Cinetica estrazione SFE a diverse
pressioni
10
Cinetica CO2/EtOH
200 bar
300 bar
9
400 bar
500 bar
8
Resa [mg/100g]
7
6
5
4
3
2
1
0
0
30
60
90
120
150
180
210
240
Tempo [min]
- durata totale dell’estrazione 5 ore
- prelievi effettuati ogni 30 minuti
270
300
330
Cinetica estrazione SFE a diverse
pressioni
Cinetica CO2/EtOH
10
200
300
9
400
500
8
7
Resa [mg/100g]
6
5
4
3
2
1
0
0
30
60
90
Tempo [min]
120
150
180
Cinetica estrazione SFE a diverse
pressioni
Cinetica CO2/MeOH
7
200
300
400
6
500
Resa [mg/100g]
5
4
3
2
1
0
0
30
60
90
Tempo [min]
120
150
180
Confronto resa CO2/EtOH
CO2/MeOH a diverse pressioni
25.00
CO2/EtOH
CO2/MeOH
[mg/100g]
20.00
15.00
10.00
5.00
0.00
500 bar
400 bar
300 bar
200 bar
Correlazione ARP – Polifenoli totali
Conclusioni
Estrazione solido liquido:
• Miglior cultivar
Pinot nero
• Miglior tempo d’estrazione
19 ore
• Miglior rapporto matrice/solvente
0,2 g/ml
SFE (supercritical fluid extraction):
• Pressione migliore per l’estrazione
• Tempo d’estrazione
150 minuti
500 bar
Prospettive future
Utilizzo di altre tecniche estrattive:
Microonde
Ultrasuoni
Microonde – ultrasuoni (in collaborazione con
l’Università degli Studi di Torino)
Identificazione degli estratti tramite HPLC e GC
Estrazione di nutraceutici da altre matrici
agroindustriali