Uva, carciofi e finocchi: riciclare gli scarti per farne nutraceutici

In Italia nascono diversi progetti di economia circolare che mirano a valorizzare biomolecole attive presenti nell’ortofrutta potenzialmente preziose per la salute. Gli studi dell’Università Federico II di Napoli e i progetti targati Enea. Dal numero 189 del magazine

Dall’economia circolare arrivano principi attivi per la nutraceutica. L’agricoltura italiana si candida a fornire materia prima alle aziende che utilizzano estratti di piante con una formulazione simile a quella farmaceutica, ovvero in compresse, capsule o perle. Finocchi o carciofi sono solo due esempi di ortaggi che producono una grande quantità di materiale di scarto (circa il 60% del prodotto). Ma se quello che finora abbiamo considerato un rifiuto si rivelasse la fonte per nuove forme di economia? Se potessimo collocare gli scarti come punto di partenza per una nuova filiera produttiva, capace di generare un mercato del tutto inedito?

È un’idea che persegue da anni il gruppo di ricerca di Chimica degli Alimenti del Dipartimento di Farmacia dell’Università Federico II di Napoli, coordinato dal professore Alberto Ritieni. Ritieni collabora al progetto Fennel (FavorirE l’utilizzo degli scarti del fiNocchio ai fini della bioecoNomia utilE allo sviluppo delle imprese agricoLe), finanziato dalla Regione Campania nell’ambito del Psr Misura 16 Tipologia 16.1 – Azione 2.

Il progetto ha come obiettivo la valorizzazione dei sottoprodotti della filiera del finocchio in un modo del tutto innovativo. Fennel si occupa degli scarti. “Gli scarti sono un peso e un costo per le aziende agricole” ha spiegato Ritieni. Infatti, lo scarto del finocchio è ricco in acqua. Di conseguenza l’azienda si deve occupare del trasporto verso i punti di raccolta e dei costi di smaltimento di un grosso volume di materiale. Il costo da sostenere è elevato.

“Abbiamo sensibilizzato gli agricoltori affinché partecipino al progetto, dimostrando loro che dall’impiego dello scarto si può ottenere un margine di guadagno. Per di più facendo prodotti di qualità”. Spiega Stefania De Pascale, professoressa ordinaria al Dipartimento di Agraria della Federico II di Napoli, responsabile tecnico-scientifico del progetto Fennel, nonché componente del Crea, il Consiglio per la ricerca in agricoltura e l’analisi dell’economia agraria, in seno al Ministero delle Politiche agricole, alimentari e forestali: “Quelle del carciofo e del finocchio sono filiere importanti in Italia e i produttori sono spesso organizzati in associazioni. Questo permette di raccogliere grandi volumi di materiale di scarto. Nelle grandi organizzazioni di produttori in Abruzzo e Lazio, per esempio, si arriva a produrre fino a cento tonnellate al giorno di scarto. Una piccola organizzazione in Campania, invece, può produrre dieci tonnellate di biomassa di scarto al giorno”. Le filiere del carciofo e del finocchio hanno anche un altro vantaggio: sono produzioni agricole concentrate in areali geografici definiti. Per cui, almeno in teoria, è più facile pensare e pianificare investimenti.

Gli scarti producono valore aggiunto, sotto forma di una bevanda o di una farina che può essere indirizzata al mondo della trasformazione degli alimenti. Oppure permettono la produzione di nutraceutici, partendo da estratti di piante con una formulazione simile a quella farmaceutica. “Il commercio dello scarto o di un semi-trasformato permette all’agricoltore di ottenere un guadagno invece che un costo. Al contempo permettono di trasformare il rifiuto in una risorsa sfruttabile in tutte le sue possibilità”, commenta Ritieni.

Ma oltre agli agricoltori, bisogna convincere il mercato perché il circolo virtuoso si inneschi. “In questo la ricerca chimica e clinica hanno un ruolo fondamentale”. Sebbene il mercato dei nutraceutici abbia toccato un valore pari a 3 miliardi di euro nel nostro Paese, perfino in tempi di pandemia, “è necessaria tutta la parte di ricerca chimica, per stabilire che tipo di molecole si rintracciano negli scarti e in quali quantità. Vale per le molecole benefiche per la salute, che vanno evidenziate, ma anche per certificare l’assenza di eventuali contaminanti”.

Dagli scarti del finocchio a molecole per la salute

E infatti negli scarti del finocchio il team del professor Ritieni ha riscontrato importanti molecole attive. Lo dimostra lo studio pubblicato nel 2021 su Molecules. La ricerca ha identificato numerose molecole della famiglia dei polifenoli, fra i quali quercetina, luteolina o epicatechina: molecole con comprovata azione antiossidante, anti-infiammatoria e anti-tumorale.

Uno studio precedente condotto sul carciofo (Food Chemistry, 2017) aveva dimostrato che anche questo ortaggio è ricco di fenoli, flavoni e flavononi. “I fitocomplessi sono costituiti da un insieme di molecole che agiscono in modo sinergico nell’organismo. Quando presenti nella frutta o nella verdura che mangiamo, sfruttano le altre molecole presenti nel cibo per entrare nell’organismo”. Alcune molecole però non sono così accessibili per il nostro corpo, soprattutto quando assunte sotto forma di compressa. “Il prodotto nutraceutico, che offre molecole bioattive ad azione sinergica e ad alta concentrazione può essere efficace nell’integrare eventuali carenze”. Ma occorre studiare la dinamica di ingresso nel corpo delle sostanze mentre attraversano l’apparato gastro-intestinale.

La ricerca per comprendere le proprietà di un prodotto

Le formulazioni tipiche dei prodotti nutraceutici potrebbero assicurare una migliore accessibilità dei polifenoli, proteggendo le loro caratteristiche chimiche anche durante la digestione gastrointestinale.

La valorizzazione delle proprietà salutistiche degli scarti del finocchio si è basata su un modello che simula le diverse fasi della digestione. Ha misurato l’assorbimento e le capacità antiossidanti di diverse formulazioni ottenute dall’estratto a base acquosa di finocchio. La formulazione più efficace si è rivelata quella gastro-resistente, che permette ai polifenoli di arrivare integri nel duodeno o nel colon, dove avviene l’assorbimento. A seguire c’è la ricerca clinica che serve a dimostrare la sicurezza e l’efficacia di questi prodotti. “I prodotti nutraceutici sono integratori di eventuali carenze. Li possiamo considerare una forma di prevenzione che riduce l’esposizione al rischio. Vale a dire che aiutano a mantenere un certo tipo di rischio più basso. Ma non impediscono a una malattia di insorgere”, aggiunge Ritieni.

Il professore chiarisce che la fase di sperimentazione clinica è necessaria per dichiarare il valore di un fito-complesso ovvero trasformarlo in un claim salutistico da apporre sulla confezione, in modo che sia rispettata la normativa europea del 2006. “In questo Regolamento si impone un supporto scientifico che consente di fare precise dichiarazioni sull’etichetta. A tale scopo sono richiesti tre studi clinici indipendenti e una valutazione dell’Efsa (European food safety authority) con relativa documentazione su sicurezza e contenuto. “Solo quando si registrano risultati univoci e chiari si ottiene un claim e ciò spiega perché sono relativamente pochi i prodotti ad avere questa caratteristica”.

L’iter approvativo europeo

Per completare il percorso i tempi sono un po’ più lunghi, ma non eguagliano mai quelli che occorrono per l’approvazione di un farmaco. I tempi si abbreviano ulteriormente se occorre solo verificare che sia rispettato un claim già depositato. Se il produttore del nutraceutico è indifferente alla dichiarazione in etichetta, allora l’autorizzazione arriva in meno di un anno, direttamente dal ministero. La dichiarazione sui prodotti, in questo caso si limiterà ad annunciare l’ottimizzazione di funzioni fisiologiche. Non potrà invece attestare proprietà preventive o curative. Prosegue Ritieni: “Il Covid19 ha messo in difficoltà il meccanismo dei trial clinici perché vi erano difficoltà oggettive a frequentare gli ospedali per chi era arruolato”. Mentre non ha avuto alcun impatto sul settore. “Siamo un Paese con una popolazione che invecchia ma che desidera rimanere attiva. Le persone non hanno rinunciato alla prevenzione malgrado le difficoltà del lockdown”.

Un nuovo approccio alle coltivazioni

Un’altra parte della ricerca è quella in ambito agronomico. Aiuta a stabilire quale varietà sia più produttiva o come impostare le coltivazioni per ottenere le migliori rendite. Inoltre, definisce come usare lo scarto. Come ha dimostrato lo studio sui carciofi, il tipo di cultivar o fattori agronomici sono in grado di influenzare la concentrazione di minerali e vitamine o il profilo fenolico e la capacità antiossidante. E periodi diversi di coltivazione offrono concentrazioni differenti delle sostanze di interesse. L’uso degli scarti per ottenere alimenti funzionali e prodotti nutraceutici permette di rivedere l’approccio all’agricoltura.

Gli agricoltori si trasformano da produttori primari e raccoglitori a trasformatori. “In tale ambito c’è la possibilità di miglioramenti rendendo tutta la fase di preparazione più facile e meno impattante sia per il territorio e l’ambiente che per l’operatore”, ha commentato Ritieni.

Lo studio su diverse varietà di mela (Antioxidants, 2021), sempre condotto da Ritieni e collaboratori, ha dimostrato come la più alta capacità antiossidante sia propria di cultivar di mele commercialmente meno ricercate, anche se legate alla tradizione di alcuni territori. “Aumentare le conoscenze sulle caratteristiche di alcuni sottoprodotti dell’industria agro-alimentare e sul loro contenuto in molecole bioattive può contribuire a sviluppare nuovi canali commerciali. Può creare valore aggiunto trasformando gli scarti da costo per le aziende in risorse economiche. Inoltre, questi studi possono contribuire ad aumentare la consapevolezza del potenziale nutraceutico di alcune varietà ‘antiche’ e quindi ad accrescere il consumo di prodotti vegetali che sarebbero altrimenti dimenticati”, ha aggiunto Stefania De Pascale.

“La biodiversità di cui spesso si parla è in realtà agrobiodiversità, ovvero una biodiversità creata dalla selezione operata dall’uomo in oltre diecimila anni di storia dell’agricoltura. Per mantenerla è necessario incentivare il consumo di questi prodotti vegetali. Lo studio delle caratteristiche nutraceutiche, può contribuire al risultato. Negli ultimi anni, la ricerca ha aggiunto un tassello importante alla definizione di qualità di un alimento vegetale: lo mangio non più solo perché è bello e buono, ma anche perché fa bene”.

La voce dell’industria

Oggi i tempi sembrano maturi perché decolli un tipo di mercato che vede gli agricoltori in veste di trasformatori. La legge del 2019 sulla coltivazione e trasformazione delle piante officinali presenta le direttive per la coltivazione, la raccolta e la prima trasformazione. In più assicura la tracciabilità del prodotto.

“La gran parte delle materie prime provengono dall’estero. Quelle prodotte in Italia fanno parte di alcune filiere attive nel nostro paese per la produzione degli alimenti. Ad esempio, quella dell’olivo, del bergamotto o del carciofo. Usiamo parte dei prodotti o dei sottoprodotti per la nutraceutica”. Questo dice Renato Iguera, che si occupa degli acquisti delle piante medicinali per Indena, la maggiore produttrice italiana e leader mondiale nell’estrazione di sostanze attive da piante officinali, con più di 12 mila tonnellate di materie prime trasformate annue. Sebbene sia cresciuta l’attenzione nei confronti delle piante officinali anche in Italia negli ultimi dieci anni, è ancora una produzione di nicchia. L’approvvigionamento delle materie prime avviene soprattutto in Francia, Germania e Est Europa. “Con lo svantaggio di costi aumentati per i trasporti e maggiore difficoltà nei controlli” aggiunge Iguera.

Il vero problema dell’Italia resta la grande frammentazione. “All’estero ci sono modelli diversi ormai collaudati”, spiega Iguera. “La coltivazione di piante officinali comporta dei rischi maggiori rispetto alle colture tradizionali per la produzioni di alimenti. “In certi Paesi più che in altri, le associazioni tra agricoltori concorrono a creare una struttura centralizzata che oltre a processare la biomassa fresca, fornisce consulenza tecnica, stabilisce la qualità, negozia il prezzo con le aziende clienti e partecipa a fiere ed eventi B2B. L’unico onere dell’agricoltore è mettere a disposizione una parte dei suoi terreni e eventualmente operare in campo. Le maggiori produzioni di piante officinali in Europa Centrale, ormai da più di vent’anni, seguono un modello di produzione di questo tipo”. Ma in futuro avranno sempre più un ruolo centrale i sottoprodotti dell’industria alimentare, che saranno utili per altri scopi, ad esempio nell’industria farmaceutica o cosmetica.

La realtà della vite e della vinificazione

La circolarità è un concetto proprio dell’agricoltura per definizione. L’agricoltura è un settore che produce molti scarti e il loro riutilizzo non è un approccio nuovo.

Alcuni restano nei campi dopo la raccolta. Sono i residui agricoli primari e, lasciati in una certa percentuale, sono fondamentali per mantenere la qualità del suolo. Ma ci sono poi anche residui secondari, generati dalla lavorazione delle colture primarie.

I residui agricoli, infatti, sono una miniera d’oro. Possono contribuire alla produzione di bioenergia, di combustibili, di elettricità e di calore ma anche di sostanze biochimiche. Una stima fa ammontare i residui colturali usati per scopi diversi dalla produzione di energia e dal mantenimento della qualità del suolo a 28Mtdm (dm=materia secca) in Europa.

Le applicazioni complementari degli scarti sono una pratica ben radicata nell’ambito della coltivazione delle viti. Gli agricoltori li usano per fare compost e per ammendare il terreno. Poi ci sono gli scarti della vinificazione: la cosiddetta vinaccia. L’Europa produce ogni anno circa 14,5 milioni di tonnellate di prodotti della vite, come la vinaccia, le foglie, le acque reflue, i gas serra e i rifiuti inorganici.

“Dalle vinacce si ottengono scarti di lavorazione che hanno ormai un impiego storico”, spiega Luigi Moio, ordinario di Enologia presso l’Università Federico II di Napoli, vice presidente e membro del Comitato scientifico e tecnico dell’Organizzazione Internazionale della Vigna e del Vino (Oiv). “Dalla vinaccia fermentata si ottiene grappa per distillazione o si estrae alcol etilico da usare come disinfettante. Inoltre dalla vinaccia si estrae anche acido tartarico. Infine, dai vinaccioli che contengono il 15-20% di materia grassa, si ottiene anche un olio adatto alla frittura”.

Spiega Moio che oltre agli scarti tradizionali ci sono anche scarti “invisibili”: sono quelli molecolari che hanno funzioni bioattive e sono presenti anche nella vite. “Alcune sostanze sono note da 30-40 anni, come il resveratrolo. È uno stilbene con una potente azione antiossidante. È possibile recuperarlo dalla vinaccia attraverso processi di estrazione complessi”.

L’uva è una miniera

In uno studio recente (Fitoterapia, 2019), il gruppo guidato da Moio ha svolto un’analisi quantitativa e qualitativa sul vino per identificare sostanze fitochimiche capaci di promuovere la salute. Così sono stati scoperti nuovi composti attivi presenti nel vino rosso. Si tratta dell’acido xanturenico e dell’acido oleanico.

L’acido xanturenico riesce a interagire con i recettori metabotropici del glutammato e quindi ha un’azione sul sistema nervoso. L’acido oleanico ha interessanti proprietà anti-batteriche e anti-virali. “Durante la vinificazione in rosso, molte delle sostanze presenti nell’uva passano nel vino dalla buccia che viene lasciata fermentare. E quindi il vino rosso ha un’azione funzionale con i suoi polifenoli: ha elevate attività antiossidanti e anti-infiammatorie”. I flavonoidi costituiscono fino all’85% dei polifenoli del vino rosso. Includono i flavoni, gli antociani e i flavonoli, tra cui la quercetina è il più abbondante. I polifenoli comprendono anche un secondo gruppo di sostanze. La famiglia dei non flavonoidi comprende acidi idrossicinnamici, acidi idrossibenzoici e stilbeni, come il resveratrolo”.

Ma la vite nasconde altre interessanti sorprese. In un secondo studio pubblicato su Food Chemistry, lo stesso gruppo della Federico II ha dimostrato la presenza di sostanze attive anche nelle foglie di vite Falanghina, una varietà antica dell’Italia meridionale. Le foglie contengono biflavonoidi che in laboratorio hanno evidenziato un’attività anti-proliferativa nei confronti delle cellule del melanoma metastatico umano.

Guardando al futuro

Proseguire sulla strada dell’economia circolare è dunque d’obbligo anche per non gettare via molecole bioattive interessanti. Tuttavia, sarebbe necessaria una normativa più robusta riguardo all’estrazione e alla produzione di nutraceutici.

“È un mercato poco regolato perché i nutraceutici e gli integratori sono considerati prodotti alimentari, mentre invece hanno una valenza salutistica”, ha detto Ritieni. Il rischio arriva dai mercati esterni al nostro o dalla rete, da chi si approfitta degli scarsi controlli di tutta la filiera e della mancanza di prescrizione da parte di un medico. “La legislazione alimentare a cui fanno riferimento questi prodotti è rigida sui contaminanti”, ha aggiunto Iguera. “Tuttavia, può essere carente sulla qualità. L’Aifa ispeziona le aziende che vendono prodotti farmaceutici di origine vegetale e erboristici ma non fa lo stesso per le ditte di nutraceutica. Nella produzione dei nutraceutici, la valutazione della qualità della produzione, della tracciabilità e i controlli da parte delle autorità sono di livello inferiore rispetto a quelli del farmaco”.

I residui agricoli aumentano nel mondo

I residui agricoli cresceranno sempre di più nei prossimi anni. Come documentato da Niclas Scott Bentsen e collaboratori della Università di Copenhagen in un lavoro del 2014 (“Progress in Energy and Combustion Science”), l’aumento della produzione riguarda soprattutto l’Africa (93% dell’attuale disponibilità residua teorica), l’Oceania (155%) e l’Europa orientale (61%). Per l’Europa Nord-Occidentale e Meridionale ci sarà scarsa intensificazione agricola e quindi meno crescita in residui dalle colture (12%). I Paesi con un’elevata disponibilità di residui colturali sono Francia, Germania, Romania, Spagna, Italia, Ungheria e Polonia.

La trasformazione dell’agricoltura verso una pratica più sostenibile e redditizia è appoggiata dall’Unione Europea. Il piano “Farm to fork” è il cuore del Green Deal europeo. Nel piano “Farm to fork” c’è l’invito a triplicare l’attuale percentuale di produzione del biologico e c’è la volontà di incoraggiare pratiche agro-ecologiche.

Ma cosa manca a questa filiera? “L’agricoltura intensiva ha generato lunghe filiere lineari che hanno allontanato la produzione dal consumo e che generano scarti. Occorre restituire “circolarità” all’agricoltura”, spiega Stefania De Pascale. Per ogni filiera occorre individuare una direzione precisa e poi mettere in rete i vari attori: la ricerca di base, la ricerca applicata, l’industria che produce gli impianti e gli agricoltori. “Anche il consumatore deve acquisire consapevolezza: la transizione ecologica comporta innegabili vantaggi in termini di sostenibilità ambientale, ma prevede rinunce in termini di comodità e servizi che generano criticità in termini di ecosostenibilità. Pensiamo, per esempio, agli imballaggi di plastica, alle verdure pronte all’uso, ai prodotti esotici o destagionalizzati”, ha sottolineato De Pascale.

Un secondo problema di queste filiere deriva dalle ridotte dimensioni delle imprese coinvolte. “Estrarre sostanze bioattive, produrre energia, compost o altro richiede tecnologie, impianti, know-how. Le produzioni polverizzate e disperse sul territorio difficilmente riescono a creare sistema per produrre questo valore aggiunto”.

Le piccole aziende sono anche incapaci di assicurare produzioni di scarti costanti nell’arco dell’anno e in anni diversi, perché la disponibilità di residui colturali può variare notevolmente.

Inoltre, ha aggiunto De Pascale, “ci sono costi connessi all’avviare alcuni processi propri dell’economia circolare. Il mondo agricolo non può farsi carico da solo di sostenere le spese. I costi, così come i benefici connessi, vanno distribuiti lungo tutta la filiera fino al consumatore. E devono intervenire i policy maker con investimenti in ricerca sulle potenzialità delle diverse filiere, infrastrutture e logistica. Servono centri di stoccaggio, in cui gli scarti possano essere distinti per tipologia e per usi potenziali e impianti pilota per dimostrare i processi di utilizzazione”.

Infine, volendo introdurre efficacemente i principi dell’economia circolare in agricoltura, occorrerebbe anche rivedere alcuni riferimenti normativi. Ha concluso De Pascale: “Infatti, i prodotti agricoli in Italia sono ottenuti nel rispetto delle normative vigenti e sottoposti a controlli rigidi. Tuttavia, se pensiamo a utilizzare gli scarti a fini alimentari, è necessario verificare i contenuti di sostanze potenzialmente nocive nei loro derivati a valle del processo di trasformazione. Nel momento in cui, per esempio, la biomassa di scarto viene sottoposta a disidratazione la concentrazione di sostanze potenzialmente nocive potrebbe aumentare. Ecco perché la normativa deve iniziare a prepararsi al cambiamento introdotto dall’applicazione di alcuni processi di economia circolare”.

Processi innovativi per nuove molecole

In Italia esistono centri di ricerca sui nutraceutici e si sfornano paper e brevetti. I macchinari come gli estrattori e gli essiccatori non mancano. Ci sono industrie di trasformazione e imprese che sanno confezionare formulazioni farmaceutiche. E infatti l’ente nazionale per le nuove tecnologie, l’energia e l’ambiente (Enea) in questo contesto supporta l’industria soprattutto con l’invenzione di nuove procedure.

I protocolli identificati sono così efficienti che sono stati brevettati dalla Navhetec, una startup siciliana che ha individuato negli scarti del succo di limone piccolissime sfere (vescicole) ricche di composti bioattivi come acidi nucleici, polifenoli, lipidi e proteine. Le vescicole potrebbero avere un ruolo chiave nella prevenzione di obesità, diabete, ipercolesterolemia e disturbi cardio-vascolari.

Per dimostrarlo servono trial clinici e quindi c’è bisogno di grandi quantità di estratti e di macchine per andare su una produzione su larga scala. “Ma le tecnologie per separare le vescicole extracellulari sono costosissime e complesse. A ciò si aggiunge che i tempi di lavoro sono molto lunghi” ha spiegato Paola Sangiorgio ricercatrice del Laboratorio Bioprodotti e Bioprocessi, della sede di Trisaia di Enea.

Nel laboratorio dell’Enea hanno applicato la separazione su membrana. “Le nano-vescicole sono state separate, concentrate e soprattutto le abbiamo portate in una forma bio-omogenea dal punto di vista dimensionale”, ha spiegato Sangiorgio. “Non abbiamo inventato un sistema che non esisteva per estrarre le vescicole. L’innovazione è data dal susseguirsi di alcuni step fondamentali, che sono anche abbastanza classici, ma che noi abbiamo modificato nell’esecuzione e nell’uso di alcune sostanze”.

Usando gli strumenti a disposizione presso i laboratori di Enea hanno processato fino a 600 litri di scarto di chiarificazione, ottenendo un permeato di 400 litri. Poi lo spray-dryer ha essiccato e al contempo incapsulato tutto fino a ottenere una polvere stabile, pura e molto facilmente dosabile. “Con Nmr, Sem e Tem abbiamo riscontrato nella polvere altre sostanze oltre alle vescicole, ad effetto sinergico”.

Così sono iniziati i trials clinici presso l’Università di Palermo, dove i volontari sani trattati con le nanovescicole hanno registrato una riduzione della circonferenza vita e del colesterolo nel sangue.

Ma quanto è applicabile questa tecnica al di fuori dei laboratori Enea?

“La parte della separazione su membrana è semplicissima e non c’è un gran dispendio di costi e tempi. Tuttavia è complicato usare matrici così complesse come il chiarificato di limone, perché si possono sporcare le membrane e avere rese troppo basse. Ecco perché abbiamo dovuto aggiungere step non previsti”.

La tecnica è dunque facile, ma dietro c’è una conoscenza molto ampia. Diverso è il discorso per lo spray dryer, una macchina che richiede ampi spazi e grossi investimenti, ma che lavora con un’alta efficienza e in continuo. Il brevetto è applicabile anche ad altre matrici vegetali e consente di ottenere un prodotto di facile dosaggio e utilizzo. “Per poter realizzare questa trasformazione però occorre organizzare la filiera, altrimenti non possiamo assicurare la quantità di produzione e la standardizzazione del prodotto”.