Articolo a cura di Emma Piacentini, Prima ricercatrice presso l’Istituto per la Tecnologia delle Membrane (ITM)
I processi di lavorazione del cibo generano una quantità significativa di scarti sotto forma di sottoprodotti (quali bucce, semi, scarti vegetali, ossa, pelle, grasso) e reflui, spesso ricchi di composti nutrizionali e bioattivi. Questo fenomeno non solo rappresenta una perdita economica, ma solleva anche preoccupazioni ambientali, considerando la quantità di rifiuti organici che finiscono nei dispositivi di smaltimento e i relativi impatti ecologici.
Di contro, tali sottoprodotti, opportunamente trattati, possono essere reintrodotti nella filiera produttiva come ingredienti funzionali, additivi naturali o basi per lo sviluppo di alimenti arricchiti, integratori nutrizionali e prodotti nutraceutici. Inoltre, l’uso efficiente delle materie prime consente di limitare lo sfruttamento delle risorse naturali, riducendo l’impronta ecologica complessiva dell’industria alimentare. In questo contesto è possibile trasformare gli scarti alimentari in una risorsa strategica.
Incapsulamento di composti nutrizionali e bioattivi: come ottenere un prodotto ad alto valore aggiunto
Mediante l’incapsulamento, una molecola “attiva” viene racchiusa all’interno di una struttura protettiva, chiamata capsula o matrice, di dimensioni micro o nanometriche, che agisce da barriera fisica tra la molecola e l’ambiente esterno. I composti nutrizionali e bioattivi recuperati da scarti alimentari trovano uso in: alimenti funzionali (yogurt, bevande, snack), nutraceutici e integratori, cosmetici (anti-age, antiossidanti, antimicrobici), packaging attivo (film antimicrobici o antiossidanti) e farmaceutica (come coadiuvanti).
Il loro incapsulamento serve a proteggerle, valorizzarle e renderle davvero utilizzabili in vari settori permettendone la trasformazione da scarto e ingrediente ad alto valore. Molti di questi composti (polifenoli, carotenoidi, antiossidanti, vitamine, oli essenziali) sono sensibili a luce, ossigeno, calore e pH o si degradano facilmente durante lavorazione e stoccaggio. L’incapsulamento le protegge e ne allunga la shelf life.
É possibile realizzare mediante l’incapsulamento un loro rilascio controllato (tramite un sito specifico per esempio) e aumentarne la biodisponibilità. Molti estratti da scarti hanno sapori amari o odori sgradevoli e, mediante l’incapsulamento, è possibile renderli sensorialmente accettabili, soprattutto negli alimenti. Trasformare estratti instabili o liquidi in formulati solidi (per esempio polveri) ne favorisce l’utilizzo industriale rendendone facile il dosaggio, il trasporto e l’introduzione nei prodotti finali.
Il ruolo delle membrane nell’incapsulamento di composti nutrizionali e bioattivi recuperati da scarti alimentari
Una delle linee di attività portate avanti nell’ambito del progetto NUTRAGE riguarda la combinazione di tecnologie avanzate con una gestione più sostenibile dei sottoprodotti alimentari. Questo approccio può contribuire a creare un sistema alimentare più efficiente ed ecologicamente responsabile, in grado di rispondere alle sfide alimentari globali in modo innovativo e sostenibile.
L’incapsulamento mediante emulsificazione e nanoprecipitazione a membrana
L’incapsulamento a membrana rappresenta una delle tecnologie più promettenti per ridurre gli scarti e recuperare i nutrienti nei processi di lavorazione del cibo, rispondendo alle crescenti esigenze di sostenibilità ambientale, efficienza produttiva e valorizzazione delle risorse. Questa pratica utilizza membrane porose per controllare la formazione delle particelle, che fungeranno da capsule per le molecole bioattive. I grandi vantaggi rispetto ai metodi convenzionali (omogeneizzatori ad alta pressione, ultrasuoni) sono il controllo dimensionale, l’elevata uniformità delle particelle prodotte, la bassa energia richiesta e la maggiore preservazione delle molecole sensibili. Le membrane agiscono come elemento di controllo del processo di formazione delle particelle, migliorando riproducibilità e qualità del prodotto finale. Sono state sviluppate due tecnologie a membrana per la produzione di particelle: l’emulsificazione a membrana e la nanoprecipitazione a membrana.
Nell’emulsificazione a membrana, una fase liquida contenente la molecola da incapsulare viene forzata attraverso i pori della membrana e dispersa in un secondo liquido immiscibile. Quando il liquido attraversa la membrana si formano gocce microscopiche, per via dell’elevata tensione superficiale tra la fase che attraversa i pori della membrana e la superficie della membrana a contatto con l’altra fase nella quale le gocce si disperdono. Il processo permette di produrre emulsioni e particelle solide tra i 300 nanometri e i 300 micron.
La nanoprecipitazione a membrana è una tecnica utilizzata per ottenere nanoparticelle solide (minimo 100 e massimo 300 nanometri). In questo caso, la molecola bioattiva è disciolta insieme a un materiale incapsulante (come un polimero) in un solvente. La soluzione attraversa i pori della membrana ed entra in contatto con un liquido nel quale il polimero è insolubile, inducendone così la precipitazione. Questo passaggio favorisce la rapida miscelazione dei due liquidi a livello microscopico e promuove la formazione di nuclei uniformi e la generazione di nanoparticelle stabili contenenti il composto bioattivo.
I vantaggi delle tecnologie a membrana
Le due tecnologie a membrana risultano essere particolarmente interessanti nell’ambito della produzione di sistemi incapsulati su scala industriale per varie ragioni:
- Elevata qualità del prodotto in termini di dimensioni e distribuzione delle dimensioni controllata per produrre formulati “ad-hoc” per specifiche applicazioni;
- Elevato incapsulamento delle sostanze di interesse che, massimizzando l’impiego delle materie prime, permette di ridurre gli scarti del processo di produzione stesso;
- Un minor consumo energetico che si traduce in una accresciuta sostenibilità del processo sia ambientale che economica, anche in condizioni operative blande tali da preservare l’integrità strutturale e funzionale degli ingredienti impiegati;
- La flessibilità applicativa permette l’incapsulamento di matrici alimentari diverse (idrofile e lipofile) in formulati liquidi o solidi per la progettazione razionale di matrici alimentari in grado di ottimizzare stabilità, proprietà sensoriali e funzionalità nutrizionale.
In conclusione, l’incapsulamento a membrana costituisce una soluzione tecnologica avanzata per affrontare le sfide legate alla riduzione degli scarti e al recupero di nutrienti nei processi di lavorazione del cibo. Integrando innovazione tecnologica, sostenibilità ambientale ed efficienza economica, questa strategia contribuisce allo sviluppo di un sistema agroalimentare più resiliente, responsabile e orientato al futuro, capace di valorizzare appieno le risorse disponibili e ridurre in modo significativo le perdite alimentari lungo l’intera filiera.
Iscriviti alla newsletter di Bees Sanità Magazine e aggiungi beesanitamagazine.it tra le tue fonti preferite di Google
