Il frutti di melograno melagrano (Punica granatum L.) è ricco di nutraceutici ovvero composti bioattivi come polifenoli, flavonoidi, antocianine e acido ellagico, che gli conferiscono proprietà antiossidanti, antinfiammatorie e antimicrobiche. Tuttavia, gran parte del suo valore nutraceutico è racchiuso nei sottoprodotti, come bucce (esocarpo), semi e membrane interne, comunemente scartati come rifiuti durante la lavorazione industriale. Questo non solo rappresenta uno spreco di risorse pregiate, ma contribuisce anche all’aumento dei rifiuti agroindustriali.
Tra i principali scarti della trasformazione industriale del frutto di melograno, l’esocarpo rappresenta una delle fonti più ricche di nutraceutici (polifenoli e tannini in particolare). Questi composti trovano applicazione sia come integratori alimentari, utili per la prevenzione di malattie cardiovascolari e neurodegenerative, sia in cosmetica, per la formulazione di prodotti anti-invecchiamento. I semi, d’altra parte, sono ricchi di acidi grassi insaturi dalle note proprietà cardioprotettive e antinfiammatorie. Anche le membrane interne del frutto contengono importanti flavonoidi e fibre che possono essere valorizzati per prodotti finalizzati al miglioramento della salute intestinale.
«La crescente consapevolezza della necessità di pratiche ecosostenibili – spiega Gabriele Ballistreri, ricercatore del Centro di ricerca olivicoltura, frutticoltura e agrumicoltura (Crea-Ofa) di Acireale (Catania) – ha spinto la ricerca verso lo sviluppo di tecnologie in grado di recuperare i composti bioattivi da questi sottoprodotti, trasformandoli in nuove opportunità per l’industria alimentare, cosmetica e farmaceutica».
Le attività sono state condotte nell'ambito del Progetto Pon R&I 2014-2020 denominato "Progetto Pofacs - Conservabilità, qualità e sicurezza dei prodotti ortofrutticoli ad alto contenuto di servizio" che ha avuto come obiettivo principale il miglioramento della conservabilità, della qualità, della sicurezza e della sostenibilità dei prodotti ortofrutticoli ad alto contenuto di servizio, ossia prodotti ortofrutticoli di facile e pronto utilizzo che, dopo la raccolta e prima della vendita, subiscono processi minimi di trasformazione integrando metodologie avanzate per l’estrazione di composti bioattivi con tecniche ecocompatibili, promuovendo al contempo il concetto di economia circolare.
Valorizzare gli scarti con tecnologie ecosostenibili
«La scarsa valorizzazione dei residui della trasformazione del frutto di melograno – continua Ballistreri – è dovuta alla mancanza di metodi di estrazione efficaci e sicuri per ottenere composti bioattivi con elevata purezza. I solventi tradizionali utilizzati sono spesso tossici, rendendo necessaria l'adozione di metodi “green” per garantire estrazioni più efficienti e sostenibili. Le tecniche avanzate, come l'uso di solventi eco-compatibili come l'acqua, consentono di massimizzare il recupero dei composti benefici per la salute, riducendo al contempo l'impatto ambientale.
Una delle metodologie più promettenti è la cavitazione idrodinamica, un processo che utilizza come solvente solo acqua a bassa temperatura per ottenere composti ad elevato grado di purezza senza l’impiego di solventi chimici tossici. «Questo approccio – spiega Ballistreri – garantisce non solo un prodotto di alta qualità, ma anche un basso impatto ambientale. Altre tecniche moderne includono l’estrazione assistita da ultrasuoni, che sfrutta vibrazioni sonore per rompere le pareti cellulari e rilasciare composti bioattivi in modo rapido ed efficiente e l’estrazione assistita da microonde che sfrutta l’energia delle microonde per riscaldare rapidamente sia il campione che il solvente, accelerando il processo di estrazione dei composti desiderati».
Estrazione assistita da ultrasuoni
L'estrazione assistita da ultrasuoni si è dimostrata altamente efficace nel recupero dei composti bioattivi dal melograno. Questa tecnica sfrutta onde sonore ad alta frequenza per generare cavitazione nel liquido, producendo intense condizioni di temperatura e pressione che facilitano il rilascio dei composti bioattivi dalla matrice nel solvente. La scelta tra bagni ad ultrasuoni e sonde ad ultrasuoni influisce sulla riproducibilità e il controllo del processo. Le sonde ultrasuoni offrono un controllo più preciso sui parametri, promuovendo un estratto più riproducibile, mentre i bagni ad ultrasuoni sono più comuni ma possono presentare limitazioni come la diminuzione della potenza nel tempo. Un vantaggio significativo di questa tecnica è la capacità di rompere le pareti cellulari, accelerando il trasferimento dei composti bioattivi e consentendo estrazioni più efficienti e rapide rispetto ai metodi tradizionali, con estratti più concentrati e tempi ridotti.
Estrazione assistita da microonde
L'impiego delle microonde per l'estrazione dei composti bioattivi dal melograno è un metodo moderno ed efficiente. Questa tecnica sfrutta l'energia delle microonde per riscaldare rapidamente sia il campione che il solvente, accelerando il processo di estrazione dei composti desiderati. Le microonde generano un riscaldamento selettivo, concentrando l'energia sulla zona di interesse senza surriscaldare il resto del campione. Questo permette di ottenere estrazioni più veloci rispetto ai metodi tradizionali, con minor rischio di degradazione dei composti bioattivi. Tuttavia, è importante considerare che l'irradiazione delle microonde può influenzare alcune reazioni chimiche e la struttura di alcuni composti. La regolazione accurata dei parametri come il tempo di esposizione, la potenza delle microonde e la scelta del solvente è essenziale per garantire un'efficace estrazione.
Cavitazione idrodinamica
La cavitazione idrodinamica rappresenta un’alternativa promettente grazie alla sua efficienza energetica e alla maggiore capacità di scalabilità, essendo un processo continuo. La cavitazione idrodinamica si basa sulla generazione di bolle di cavitazione all’interno di un liquido mediante una rapida riduzione di pressione, generalmente ottenuta facendo passare il liquido attraverso una strozzatura o un ugello. Quando le bolle di cavitazione collassano, rilasciano energia sotto forma di onde d’urto, turbolenze intense e temperature elevate. Questo fenomeno è in grado di rompere le strutture cellulari, facilitando così l’estrazione di composti bioattivi da materiali organici.
Uno dei principali vantaggi della cavitazione idrodinamica rispetto alle altre due tecniche risiede nella sua maggiore efficienza energetica, poiché il processo di generazione delle bolle di cavitazione richiede un input di energia inferiore. Inoltre, i sistemi di cavitazione idrodinamica si prestano più facilmente a essere scalati per applicazioni industriali, rendendoli ideali per il trattamento su larga scala. La cavitazione idrodinamica trova applicazione anche in processi come l’emulsificazione e il trattamento delle acque reflue, provando una versatilità notevole e un grande potenziale per implementazioni sostenibili in ambito agroalimentare e ambientale.
I risultati dei diversi metodi di estrazione dei nutraceutici
La sperimentazione ha permesso di mettere a punto dei protocolli standardizzati di estrazione green utilizzando tecniche di cavitazione idrodinamica, ultrasuoni e microonde. La cavitazione idrodinamica si è rivelata particolarmente efficace, garantendo elevate rese estrattive con tempi di contatto ridotti, minimizzando l’impiego di solventi e preservando la qualità dei composti. Rispetto ai metodi convenzionali, le tecniche green hanno significativamente ridotto i tempi di estrazione. Questo vantaggio operativo permette una lavorazione più rapida su larga scala, aumentando la qualità e la stabilità dei composti bioattivi grazie alla minore esposizione a condizioni potenzialmente degradanti. I protocolli ecosostenibili sviluppati hanno dimostrato un alto potenziale di applicazione industriale.
I risultati complessivi ottenuti evidenziano come le tecniche ecosostenibili e l’utilizzo di scarti agroalimentari rappresentino un approccio efficace per promuovere l’economia circolare, migliorare la sostenibilità dei processi produttivi e fornire nuove fonti di composti bioattivi di alta qualità. La capacità di sostituire i metodi tradizionali con tecniche green non solo riduce i costi operativi e l’impatto ambientale, ma crea anche nuove opportunità di mercato per prodotti innovativi e ad elevato valore aggiunto. Questi risultati supportano il potenziale dell’approccio ecosostenibile per valorizzare scarti vegetali, contribuendo all’innovazione biotecnologica e alla sostenibilità.
Alcuni limiti da superare
L’impiego di tecnologie ecosostenibili per il recupero dei sottoprodotti del melograno offre benefici per la salute e importanti vantaggi ambientali. La riduzione dei rifiuti agroindustriali contribuisce a minimizzare l’impatto ambientale delle filiere produttive, mentre l’impiego di metodi di estrazione green riduce significativamente il consumo di risorse naturali e le emissioni di sostanze chimiche nocive. Questo approccio non solo promuove una gestione più responsabile delle risorse, ma si allinea anche con gli obiettivi globali di sostenibilità e lotta al cambiamento climatico.
«Tuttavia – conclude Ballistreri – nonostante i numerosi vantaggi, i costi elevati associati a questi processi innovativi rappresentano una barriera all’adozione su larga scala, mentre la mancanza di standard normativi uniformi per il recupero e l’utilizzo dei sottoprodotti limita l’espansione di queste pratiche. Inoltre, è necessario un maggiore impegno nella sensibilizzazione dei consumatori, affinché riconoscano il valore e i benefici dei prodotti ottenuti attraverso pratiche sostenibili. Guardando al futuro, le prospettive per il settore sono comunque promettenti. L’innovazione tecnologica e la crescente domanda di prodotti naturali ed ecosostenibili stanno creando un terreno fertile per lo sviluppo di nuove soluzioni. La collaborazione tra industrie, istituzioni accademiche e organismi regolatori sarà cruciale per superare le attuali limitazioni e rendere queste tecnologie più accessibili e ampiamente adottate. Investire in un’economia circolare che valorizzi ogni parte del melograno non è solo una scelta responsabile, ma anche un’opportunità per creare valore aggiunto, migliorare la salute umana e proteggere il nostro pianeta».
