attivita-svolte-e-primi-risultati - MEDFRUIT | Valorizzare la trasformazione di succhi da culture mediterranee

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Nell’ambito della Misura 1.1.5 del PO FESR 2014/2020 è in fase di svolgimento una attività di ricerca industriale e di sviluppo sperimentale su “Nuovi prodotti dalla trasformazione agroindustriale di frutti da colture mediterranee e gestione sostenibile dei sottoprodotti”- Medfruit.

Attività svolte e primi risultati

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Valutazione di specie e cultivar di ficodindia, melograno e arancia rossa

Il Dipartimento di Agricoltura, Alimentazione e Ambiente dell’Università di Catania ha svolto attività di ricerca sulla valutazione delle specie e cultivar di arancia rossa, melograno e ficodindia ai fini della trasformazione in succhi per la realizzazione di nuovi prodotti ad elevato potere nutrizionale.
Il lavoro si è incentrato sulla caratterizzazione delle tre specie definendo, per ciascuna di esse, l’inquadramento tassonomico, gli aspetti botanici, il panorama varietale, le caratteristiche qualitative dei singoli frutti e le caratteristiche qualitative della composizione chimica dei succhi. La caratterizzazione è avvenuta tramite analisi di laboratorio e sono stati valutati i principali parametri che caratterizzano i singoli frutti ed i succhi.

I dati ottenuti dalle analisi chimiche effettuate sui succhi sono stati confrontati con i dati presenti in letteratura, e dal confronto sono emersi gli elementi che caratterizzano queste tre differenti specie tipiche dell’ambiente siciliano. Gli elementi caratteristici di queste specie sono peculiari e vengono conferiti dalla zona di produzione che li rende unici nella loro composizione. Inoltre, delle tre specie di arancia rossa, melograno e ficodindia, sono state analizzate anche gli aspetti della coltivazione e della distribuzione territoriale, sia all’interno del territorio italiano che all’interno del panorama mondiale, andando così ad evidenziare quali sono le zone particolarmente vocate per la loro produzione. La caratterizzazione delle materie prime e la valutazione funzionale d’uso per la realizzazione di nuovi prodotti ad elevato potere nutrizionale sono state differenti per le tre specie. Nel caso delle arance, si è effettuata una valutazione della rispondenza d’uso, ai fini dell’ottenimento di succo, da nuove selezioni di tarocco e di ibridi mandarino-simili a polpa pigmentata, in quanto una quota di produzione non destinabile al consumo fresco potrebbe essere utilizzata ai fini dell’ottenimento di un succo commercializzabile. Inoltre è stata effettuata anche una valutazione sulla qualità d’uso delle diverse accessioni per determinare nuovi portainnesti che possano evidenziare parametri di interesse ai fini della trasformazione industriale e della commercializzazione, come la resa in succo ed il contenuto di antociani.

Nel caso del melograno sono stati definiti gli standard qualitativi ponendo maggiore attenzione alla componente chimica e al potere antiossidante, con particolare riferimento alla componente acida del frutto che potrebbe porre vincoli rispetto all’accettabilità del prodotto al consumatore. Per il ficodindia si è posta attenzione alla valutazione delle principali cultivar diffuse, distinguibili per colore dei frutti. In particolare, per quanto riguarda il succo della cultivar rossa, è stata valutata la resa e la stabilità del succo in combinazione con le altre matrici. Inoltre per il ficodindia sono state analizzate e valutate le differenze dei parametri tra i frutti della prima e della seconda fioritura.

Progettazione e realizzazione delle modifiche alle macchine agrumarie per la lavorazione del ficodindia e del melograno

L’Impresa Speciale, anche con l’apporto specialistico delle Società Citrech e Cartabianca, ha curato la progettazione e la realizzazione delle modifiche da apportare alle macchine agrumarie per adattarle alla trasformazione industriale per la produzione di succhi di ficodindia e melograno.
Nella prima fase dello studio si è proceduto con la caratterizzazione delle differenze morfologiche che presentano l’arancia, il ficodindia e il melograno. Sono state evidenziate le differenze che caratterizzano i singoli frutti per poter progettare e realizzare le modifiche da apportare alle macchine utilizzate industrialmente per la produzione di succhi di agrumi. Allo stato attuale non esistono macchine estrattrici di succo di ficodindia a livello industriale; si è quindi ritenuto opportuno studiare la possibilità dell’adattamento di macchine già esistenti nel campo agrumario, tenendo conto dell’esigenza di estrarre succo solo dall’interno del frutto per non intaccare le caratteristiche del prodotto finale.
Con tale riadattamento delle macchine possono essere creati nuovi prodotti da immettere nell’ambito delle trasformazioni agroindustriali di qualità.
L’attività è stata svolta dall’Azienda Speciale, in sinergia con le società di consulenza Cartabianca e Citrech, ed ha portato alla realizzazione delle modifiche tecniche sulle macchine agrumarie con la realizzazione di un prototipo per la produzione di succhi di ficodindia installato presso l’Azienda Citrofood.

La progettazione del riadattamento, nel caso del ficodindia, è stata effettuata prendendo in considerazione gli aspetti morfologici del frutto quali lunghezza e larghezza, peso, resa del succo, spessore della buccia esterna, consistenza e numero di semi. Le modifiche per il riadattamento sono state progettate a partire dall’estrattore di succo e di scorze degli agrumi “Spellalbedo” mod. RS-D, prevedendo adeguamenti in relazione alla forma e allo spazio fra i rulli (considerata la forma allungata del frutto). Inoltre è stata progettata la modifica della presa dell’estrattore, in relazione alla differenza di spessore e consistenza della buccia tra i due frutti. Altra modifica effettuata sull’estrattore è stata quella sulla forata interna per adattarla alle caratteristiche del frutto. La forata inoltre è stata modificata prevedendo fori con dimensioni tali da lasciar passare i semi del ficodindia. Infine la separazione dei semi dal succo è stata realizzata attraverso un Finisher, anch’esso riadattato alle caratteristiche del succo di ficodindia, che utilizza una pressione minore rispetto a quella impiegata per gli agrumi.

Nel caso del riadattamento delle macchine al melograno, la problematica si è rilevata complessa in relazione alle caratteristiche intrinseche del frutto stesso.Le modifiche da realizzare su macchine esistenti sono state proposte a partire dagli arilli invece del frutto intero, per l’impossibilità e la non convenienza economica ad adattare le macchine agrumarie alla lavorazione del frutto fresco.
L’estrazione del succo è stata realizzata con un Finisher mod. FF di derivazione agrumaria, modificato nel sistema di pressione interno (più limitato) per garantire l’ottenimento del succo senza rompere i semi degli arilli. Altra modifica effettuata riguarda la dimensione dei fori della foratura, proporzionata alle dimensioni dei semi contenuti negli arilli.

In riferimento alle proposte tecniche formulate e prima citate ed assieme al personale della “Speciale F. & C. s.r.l.” , la Citrofood ha effettuato numerose prove di rotolamento del ficodindia sul canale di alimentazione, per valutare la posizione del frutto nel momento dell’introduzione all’interno della macchina, e creare così un sistema standard di alimentazione del frutto. Inoltre è stato anche rivisto il posizionamento del coltello presente all’interno dell’estrattore, vista la differenza di forma rispetto all’agrume, ed è stata modificata la distanza tra il rullo rivestito con punte sagomate e la forata sottostante al fine di ottenere una maggiore resa . Il succo ottenuto durante le prove è stato poi sottoposto ad una raffinatrice con lo scopo di allontanare i semi presenti . La raffinatrice scelta è stata il “Finitore per emulsione acqua-olio essenziale di agrumi mod. FF50E”. L’azienda Citrofood, in concomitanza alle verifiche effettuate sul succo di ficodindia, ha eseguito anche le prove delle modifiche alle macchine agrumarie per l’adattamento alla trasformazione del melograno. Per l’ottenimento del succo dagli arilli del melograno è stato utilizzato il Finitore per emulsione acqua-olio essenziale di agrumi mod. FF50E, lo stesso separatore che è stato preso in considerazione per la lavorazione del ficodindia.

Valutazione dell’attività antiossidante dei succhi

Nel laboratorio di Tecnologie Alimentari del Dipartimento di Agricoltura, Alimentazione ed Ambiente dell’Università di Catania sono state svolte prove per la determinazione del contenuto in composti antiossidanti di puree e concentrati da melagrana e ficodindia e per la caratterizzazione dei succhi concentrati e sciroppi da melagrana, arancia e ficodindia per la formulazione di una bibita funzionale. La determinazione del contenuto antiossidante è stata effettuata su puree e succhi prodotti utilizzando circa 20 tonnellate di frutta. La valutazione dell’attività antiossidante è stata determinata attraverso il metodo DPPH (2,2-dipheneyl-1-picrylhydrazyl) che prevede la misurazione spettrofotometrica della variazione di assorbanza della soluzione di DPPH dopo la reazione con un composto antiossidante. Le analisi hanno dimostrato che i concentrati limpidi presentano un valore antiossidante più basso di 0,60 mg trolox/L, mentre quello più alto è di 1,23 mg trolox/L.

I concentrati limpidi hanno evidenziato comunque una maggiore capacità antiossidante rispetto alle puree le quali, rispetto al contenuto di polifenoli, presentano valori molto più bassi rispetto ai concentrati limpidi in relazione alla presenza di un maggior contenuto in fibre ed altri composti. I succhi di melograno presentano valori di attività antiossidante nettamente superiori in confronto a quelli di ficodindia. Il valore di attività antiossidante più basso dei succhi di melograno è stato di 5,1 mg trolox/L, mentre quello più alto è stato di 27,1 mg trolox/L. Per i succhi di ficodindia il valore di attività antiossidante più basso è stato di 0,22 mg trolox/L ed il valore più alto di 0,52 mg trolox/L.
Su un significativo numero di campioni è stato eseguito il test ORAC, che misura l’inibizione delle ossidazioni indotte dai radicali perossilici e riflette la misura di attività antiossidante. Dai risultati emerge che nei succhi di ficodindia, i ritentati, ottenuti mediante processi a membrane di laboratorio, hanno valori più elevati rispetto al permeato e al feed. I succhi di melagrana invece mostrano valori più elevati nella frazione feed e nel ritentato.

Inoltre sono state effettuate prove per la determinazione del contenuto in composti bioattivi, attività antiossidante e vitamina C dei succhi di concentrati di arancia rossa, melagrana e ficodindia. E’ stato evidenziato che il succo concentrato di melograno, in confronto ai succhi concentrati di ficodindia ed arancia rossa, presenta un maggior contenuto di polifenoli. La tecnologia di concentrazione a membrana semipermeabile di nano filtrazione ha permesso di ottenere succhi con contenuto in polifenoli totali superiore rispetto ai succhi non concentrati di partenza.

Per l’attività antiossidante i succhi concentrati sono stati analizzati e presentano valori molto variabili tra loro. Il succo concentrato di melograno ha evidenziato la più alta attività antiossidante con un valore pari a 6.22±0.09 (mg trolox/L), il succo di arancia rossa ha presentato un valore pari a 3.40±0.17 (mg trolox/L), mentre il succo concentrato di ficodindia ha presentato la più bassa attività antiossidante con un valore pari a 0.59±0.27 (mg trolox/L).
Il succo concentrato di arancia rossa è quello che contiene il più alto contenuto di vitamina C, pari al 0.69±0.02%, mentre i succhi concentrati di ficodindia e di melograno presentano un contenuto in vitamina C simile tra loro e pari a 0.11±0.00% e 0.12±0.01%, rispettivamente per il ficodindia ed il melograno.

Prove di concentrazione dei succhi su membrane e impianti pilota

Il Dipartimento di Agricoltura Alimentazione e Ambiente dell’Università di Catania, con la consulenza della Società Citrech, ha effettuato prove di laboratorio per la creazione di “nuovi succhi Superfood”, ottenuti incrementando la naturale concentrazione vitaminica e di antiossidanti. L’attività ha l’obiettivo di realizzare un nuovo prodotto “Superfood” nell’ambito della trasformazione agroindustriale di qualità di arancia rossa, ficodindia e melograno ottenuto incrementando la concentrazione naturale di sostanze ad elevata valenza salutistica, vitaminica ed antiossidante mediante tecniche innovative su membrane semipermeabili realizzate rigidamente a freddo.
Nel corso di svolgimento dell’attività, i tre succhi di frutta sono stati trattati a freddo su diverse tipologie di membrane.
Si è proceduto a chiarificare i succhi con tecniche a membrana e di concentrare, senza applicazione di calore, i permeati limpidi, esenti da colloidi, dapprima con membrane da nanofiltrazione o osmosi inversa e, successivamente, mediante tecniche di distillazione su membrana o distillazione osmotica.
Le prove sono state eseguite con un impianto a membrana da laboratorio di costruzione della Koch Separation Solution denominato Labcell. Questa unità utilizza membrane piane e permette di valutare, su scala di laboratorio, il comportamento di specifici alimenti rispetto a membrane differenti per materiale di costruzione e capacità filtrante.
Con questo strumento è stato possibile valutare non solo la permeabilità di membrane differenti rispetto a succhi differenti ma anche la maggiore o minore facilità di concentrare le sostanze colloidali contenute nei succhi di partenza; inoltre, è stato possibile valutare la reiezione di membrane differenti rispetto a sostanze specifiche contenute nei succhi. Relativamente al succo di arancia rossa è stato rilevato che le membrane da microfiltrazione sono decisamente troppo “larghe”; il permeato che si ottiene è, inizialmente, torbido e solo dopo prolungati ricicli è possibile ottenere permeati limpidi.
Per il ficodindia, si è evidenziata una permeabilità estremamente bassa del succo naturale polposo ; per ottenere flussi apprezzabili è stato necessario eliminare i solidi sospesi riducendo la viscosità mediante un idoneo enzima.

Riguardo alla concentrazione, i risultati migliori sono stati ottenuti con le membrane da nanofiltrazione in composito. La permeabilità delle membrane da ultrafiltrazione è risultata bassa nel caso del succo di melograno. Le membrane da ultrafiltrazione utilizzate sul succo di arancia rossa sembrano, fondamentalmente trattenere i colloidi (pectine, soprattutto) e lasciano passare zuccheri, acidi organici e antociani. Le membrane da microfiltrazione utilizzate sul succo di ficodindia sembrano trattenere i colloidi e lasciano passare zuccheri, acidi organici e antociani. Anche il trasporto attraverso una membrana da ultrafiltrazione in PES del permeato della microfiltrazione sembra essere congruo e non dare problemi, così come la concentrazione che sembra essere più semplice in nanofiltrazione che in osmosi inversa.

Il succo di melograno trattato su membrane si comporta in modo parecchio differente rispetto al succo di arancia rossa. Il materiale con cui la membrana è costruita sembra essere il fattore principale che influenza i risultati analitici; tale influenza riguarda sia i solidi solubili che gli acidi e gli antociani.
La modalità trovata per chiarificare il succo lasciando passare gli antociani e le altre sostanze importanti sul permeato è stata quella di usare una membrana da microfiltrazione su succo decantato e centrifugato e aggiungendo un basso dosaggio di enzima al succo preriscaldato.

Prove preliminari per la formulazione di nuove bevande con succhi di arancia rossa, melograno e ficodindia

L’azienda Polara si è occupata della produzione di nuove bevande ad alto potere antiossidante con i succhi di arance rosse, melograno e ficodindia. L’obiettivo della Società Polara è quello di realizzare una linea specifica costruendo il brand che contraddistingue queste bevande ad alto potere antiossidante.
L’Azienda Polara ha realizzato campioni in modo tale che uno dei tre succhi predominasse sugli altri e, in base poi ai risultati ottenuti, operare modificando la formulazione, di volta in volta, variando il rapporto tra i succhi e la concentrazione di zucchero totale. Il lavoro è stato lungo e particolarmente impegnativo; sono state effettuate numerose prove per mettere a punto un prodotto in grado di soddisfare le esigenze dei consumatori.

Prove preliminari per la formulazione di gel e confetture a base di succhi di arancia rossa, melograno e ficodindia

L’azienda Giuseppe Rosso (Conserve di Sicilia), con la consulenza della Citrech, ha avviato l’attività per la formulazione di nuovi prodotti, confetture e gel, a base di succhi di arancia rossa, melagrana e ficodindia.
L’Azienda ha studiato e realizzato un primo prototipo di prodotto finale in forma di confettura e/o in gelatina, un prodotto da consumare “a cucchiaio”. Questo tipo di formulazione, proveniente dalle matrici in studio, costituisce una novità in quanto non esistono ancora prodotti e/o formulazioni da succhi liquidi agrumari caratterizzati da tali viscosità. Sono stati utilizzati succhi concentrati e l’azienda ha effettuato le prove necessarie all’individuazione delle caratteristiche chimico-fisiche dei differenti succhi concentrati e dei dosaggi di vari tipi di addensanti che saranno poi utilizzati nei prodotti finiti ad alto contenuto in antiossidanti.
L’Azienda Rosso ha curato lo studio dei rapporti di miscelazione fra i succhi concentrati di arancia rossa, melograno e ficodindia, sia dal punto di vista organolettico, che di un futuro utilizzo nelle proprie linee di produzione, valutando le eventuali modifiche da attuare alla linea di processo per mantenere il più possibile le caratteristiche nutritive e salutari dei succhi.

Progettazione e realizzazione del sistema di estrazione e recupero dei polifenoli dal residuo dei depolpatori e prove sperimentali di supplementazione a dieta animale

L’Azienda Citrofood ha svolto, con la consulenza di Citrech e di In4Tech, attività di ricerca e sviluppo sperimentale per la progettazione e la realizzazione di un sistema di estrazione e recupero dei polifenoli dal residuo solido dei depolpati. Sulla base dei risultati ottenuti dalle prove di laboratorio svolte, l’azienda ha realizzato schemi di lavorazione e ha definito le caratteristiche dell’impianto pilota per l’estrazione dei polifenoli, necessari per la produzione di mangimi avicoli.
La matrice vegetale a base di buccia di agrume prodotta da Citofono ha dato ottimi risultati all’estrazione, ma ha presentato caratteristiche reologiche che hanno reso necessarie scelte impiantistiche specifiche. La matrice è stata omogenizzata con un mulinello a martelli, in acqua calda con enzimi e separata con un decanter industriale, formando così un residuo “solido” che si presenta come una mousse, estremamente cremosa e difficile da pompare.

Le fasi di lavorazione hanno previsto che la purea subisse una prima fase di anidrificazione dove è stata destrutturata, grazie all’uso del metanolo, e successivamente filtrata per allontanare le fibre che si sono liberate dal processo.

Lo studio della progettazione dell’impianto pilota è stato utile al fine di evidenziare le criticità di realizzazione che riguardano la separazione delle fibre e la qualità del concentrato. L’attività svolta dall’azienda In4Tech Bioprocess per la produzione del mangime modello arricchito di polifenoli estratti dal residuo solido dei depolpatori è proseguita con la scelta dell’allevamento idoneo per l’esecuzione delle prove sperimentali del mangime. L’azienda ha scelto di collaborare con la “Fattoria Sociale Sirio Lupo Celeste” di Fratta Polesine (RO. Le prove sperimentali sono state basate sulla verifica del tasso di crescita di un gruppo di conigli sul controllo. Per l’esecuzione dei test è stato utilizzato un protocollo fornito dalla Facoltà di Veterinaria dell’Università di Bologna, ed ai due gruppi di conigli è stato somministrato allo stesso modo una miscela di erba medica secca, cruschello e farina di soia. L’unica differenza nell’alimentazione dei due gruppi è stato l’utilizzo del prodotto in esame.
Il prodotto oggetto della sperimentazione è risultato essere di ottima qualità anche per confronto con i più pregiati prodotti commerciali, in quanto migliora il benessere animale grazie al potere antiossidante dei polifenoli di agrume contenute nell’estratto.

Prove del sistema di trattamento degli oli essenziali in laboratorio

Il Dipartimento di Agricoltura Alimentazione e Ambiente dell’Università di Catania, con la consulenza della Società Citrech, ha svolto una attività finalizzata alla determinazione del carico inquinante presente negli oli essenziali estratti dagli agrumi. Nel corso dell’attività sono state prelevate, presso lo stabilimento della Citrofood,i campioni di olio essenziale (3 campioni a settimana per 4 mesi). Su tali campioni è stata effettuata una analisi chimico analitica completa allo scopo di fornire indicazioni sulla eventuale presenza di inquinanti. L’obiettivo è stato anche quello di costituire un “campione modello“ sul quale sperimentare sistemi possibili di disinquinamento.
Successivamente sono state effettuate da Citrofood, con la consulenza di Citrech, prove di trattamento per eliminare le tracce di pesticidi presenti negli oli essenziali. A tale scopo sono state selezionate 12 tipologie di resine, scelte fra le più diffuse a livello commerciale in funzione delle loro caratteristiche intrinseche; tutti i tipi di scambio sopra indicati sono stati provati e per ognuna di queste sono state eseguite prove variando la velocità di flusso.

I risultati delle prove hanno evidenziato che le resine funzionali di tipo cationico forte agiscono sulla totale ritenzione di tre principi attivi, mentre le resine funzionalizzate di tipo anionico forte ne eliminano totalmente altri cinque (di cui due comuni); risultati invece assolutamente negativi sulle resine di tipo debole, sia cationiche che anioniche.
In una fase successiva sono state realizzate prove con un doppio passaggio degli oli essenziali su entrambi i tipi di resina (sia cationiche che anioniche ) in modo da compendiare e mediare le due attività per arrivare al quasi totale eliminazione degli inquinanti.
I risultati ottenuti evidenziano come il trattamento combinato a resine funzionalizzate è sicuramente un sistema pratico ed utilizzabile per la risoluzione del problema del residuo dei pesticidi negli oli essenziali.

Relazione Finale Citrech

Relazione Finale Citrofood

Relazione Finale Rosso

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