tomate (alimentaria)

BIOACTIVE-NET MANUALManuale tascabile sui COMPOSTI BIOACTTIVITI OTTENIBILI dai SOTTOPRODOTTI DELLA

TRANSFORMAZIONE DEL POMODORO

“Guida pratica sui COMPOSTI BIOATTIVIottenibili dai SOTTOPRODOTTI della

TRASFORMAZIONE DEL POMODORO”

Valutazione e diffusione delle tecniche possibili di estrazione di componentinutraceutici dai sottoprodotti della trasformazione di pomodoro, olive e uva.

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Guida pratica sui COMPOSTI BIOATTIVIottenibili dai SOTTOPRODOTTI della

TRASFORMAZIONE DEL POMODORO

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Guida pratica sui COMPOSTI BIOATTIVIottenibili dai SOTTOPRODOTTI della TRASFORMAZIONE

del POMODORO

Lo scopo di questa guida è di fornire una rassegna dei componenti bioattiviche possono essere recuperati dai sottoprodotti della trasformazioneindustriale del pomodoro, le tecniche di estrazione teoricamente disponibilie le loro possibili utilizzazioni nell’industria alimentare e in quella cosmetica.

Il manuale Bioactive-net è una raccolta di tre guide pratiche dedicate adaltrettanti tipi di sottoprodotti dell’industria agro-alimentare oggetto delprogetto BIOACTIVE-NET. Lo scopo del progetto è di raccogliere ilmaggior numero di notizie relative al contenuto di componenti bioattiviin sottoprodotti ottenibili dalla trasformazione industriale di pomodoro,uva e olive e alle tecnologie disponibili per il loro recupero (tecniche diestrazione, possibili utilizzi, fattibilità economica dell’estrazione) e renderequeste notizie disponibili per il pubblico.

Questa pubblicazione è stata realizzata con il contributo della CommissioneEuropea, priorità 5 (qualità e sicurezza alimentare): contratto n° FOOD-CT-2006-43035, Specific Support Action (SSA) “Valutazione e diffusionedelle tecniche possibili di estrazione di componenti nutraceutici dasottoprodotti della trasformazione di pomodoro, olive e uva”. Nonrappresenta necessariamente l’opinione della Commissione e in nessunmodo vuole anticipare eventuali decisioni politiche della stessa nel campoin questione.

BIOACTIVE-NET prevede parallelamente alcuni seminari indirizzati alleaziende dell’area meridionale Europea operanti nella trasformazione deitre prodotti prima ricordati per diffondere capillarmente queste notizie.Il manuale Bioactive-net costituisce una parte fondamentale dell’azione didivulgazione e sarà disponibile anche sul website del progetto.

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BIOACTIVE-NET: Unità operative coinvolte

Questa guida è stata sviluppata da Elvira Casas (ainia), Marianna Faraldi (Tecnoalimenti)e Marie Bildstein (ttz Bremerhaven) per essere inclusa nel manuale Bioactive-net.

e-mail: [email protected]© BIOACTIVE-NET

Coordinatore del progetto: ttz Bremerhaven (Germania)

ainia centro tecnológico (Spagna).

CCAE - Confederación de CooperativasAgrarias de España (Spagna).

AMITOM - Mediterranean International Associationof the Processing Tomato (Francia).

Vignaioli Piemontesi S.C.A (Italia)

Union of Agricultural Cooperatives in Peza (Grecia)

Tecnoalimenti S.C.p.A. (Italia)

ANFOVI - L’organisme de formation des VigneronsIndépendants (Francia)

BIOACTIVE-NET

Il progetto BIOACTIVE-NET è una Specific Support Action (SSA) sostenutadalla Commissione Europea nell’ambito del 6° Programma Quadro.

L’obiettivo primario del progetto Bioactive-net è di valutare e,conseguentemente, rendere accessibili alle PMI operanti nel settore le distrategie per l’estrazione di componenti bioattivi dai sottoprodotti derivantidalla trasformazione di pomodoro, olive e uva così da:

Creare una base conoscitiva abbastanza vasta relativa all’estrazione dicomponenti bioattivi dai sottoprodotti derivanti dalla trasformazionedi pomodoro, olive e uva nonché le loro possibilità di impiego nell’industriaalimentare e in quella della cosmesi.

Attivare specifici workshops nei paesi dell’Europa meridionale (Spagna,Italia, Grecia e Francia) utili per la diffusione del suddetto know-howe per valutare la fattibilità economica dell’estrazione dei componentinutraceutici alle PMI, ai tecnologi, ai produttori di estratti vegetali ealle industrie potenzialmente utilizzatrici di ingredienti naturali.

Contribuire a consolidare il commercio Europeo di ingredienti naturali,che hanno un forte potenziale economico a causa deell’elevata disponibilitàdi materia prima.

Accrescere la competitività dell’industria alimentare dell’Europameridionale mediante l’acquisizione di una posizione di privilegionell’utilizzo di componenti nutraceutici ottenuti da fonti naturali,rinnovabili e a basso costo (sottoprodotti della trasformazione industriale).

Incrementare l’impiego di composti nutraceutici nella dieta Europea.

Riferimenti del progetto:Tipo: Specific Support Action (SSA)Priorità 5: Food Quality and SafetyN. del progetto: 043035Durata del progetto: 2 anni (01.11.2006 – 31.10.2008)

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INDICE

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Possibili applicazioni dei componenti naturali estraibili dalpomodoro come ingredienti in prodotti alimentari e cosmetici …

4.1. Legislazione …………………………………………………4.2. Licopene ……………………………………………………4.3. Fibra da pomodoro …………………………………………4.4. Olio di semi di pomodoro ……………………………………

Valutazione della fattibilità economica dell’estrazione di compostibioattivi da sottoprodotti della trasformazione del pomodoro …

5.1. Estrazione di composti bioattivi da sottoprodotti della trasformazione del pomodoro ………………………………

5.1.1. Ipotesi di minima ……………………………………5.1.2. Ipotesi intermedia ……………………………………5.1.3. Ipotesi di massima ……………………………………

5.2. Analisi economica dell’estrazione dei componenti bioattivi dai residui di lavorazione del pomodoro ……………………

5.2.1. Estrazione di licopene misto a olio, cere e fibra………5.2.2. Estrazione della polvere di licopene e fibra …………

5.3. Individuazione del punto di redditività/anno del processo…

Ringraziamenti ………………………………………………………

Bibliografia …………………………………………………………

Altri progetti collegati ………………………………………………

Links utiliti …………………………………………………………

Introduzione ………………………………………………………

Componenti bioattivi presenti nei sottoprodotti dellatrasformazione del pomodoro ……………………………………

2.1. Licopene ……………………………………………………2.2. Fibra …………………………………………………………2.3. Olio di semi di pomodoro …………………………………

Migliori tecniche disponibili per l’estrazione e la purificazione dicomponenti bioattivi presenti nei sottoprodotti della trasformazionedel pomodoro………………………………………………………

3.1. Pretrattamento dei cascami ……………………………. .3.1.1. Essiccatoio ad arelle …………………………….……3.1.2. Essiccatoio a tamburo ………………………………3.1.3. Essiccatoio a letto fluido ……………………………3.1.4. Macinazione e omogeneizzazione dei sottoprodotti della trasformazione del pomodoro ……………………………………………

3.2. Estrazione di sottoprodotti della trasformazione del pomodoro essiccati e omogeneizzati ………………………

3.2.1. Estrazione con solvente ………………………………3.2.2. Estrazione con Fluido Supercritico (SFE) - estrazione con CO2 supercritica (SC-CO2)…………

3.3. Purificazione degli estratti…………………………………3.3.1. Tecniche cromatografiche ……………………………3.3.2. Tecniche di filtrazione su membrane …………………3.3.3. Cristallizzazione ……………………………………

3.4. Essiccazione dei prodotti bioattivi estratti e purificati ……3.4.1. Liofilizzazione …………………………………………3.4.2. Atomizzazione ………………………………………3.4.3. Essiccatore Rotante sotto vuoto ……………………

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1. INTRODUZIONE

La produzione europea di pomodoro da industria (comprendendo la Turchia) siaggira attorno ai 10 milioni di tonnellate; di essi poco meno di 8 sono prodottenella UE [AMITOM] e la metà in Italia. I derivati industriali più importanti ottenutiin Italia sono i concentrati, la passata, la polpa e i pomodori pelati.

Ripartizione della produzione italiana

Pelati18%

Passata 14%

Concentrati 56 %

Altri12%

Ripartizone della produzione spagnola

Pelati interi enon interi

35% Concentrato62 %

Altro3%

Nel 2005, 10 milioni di tonnellate di pomodoro da industria sono state trasformatecon una produzione di sottoprodotti solidi (bucce e semi, detti generalmentecascami) valutabile in più di 200.000 tonnellate, oltre ad una importante produzionedi effluenti idrici.

Sulla base di quanto previsto dalla normativa europea in materia di rifiuti (Direttiva2006/12/EC), gli Stati Membri debbono adottare adeguate misure per garantireche i rifiuti siano raccolti e smaltiti in modo da non costituire pericolo per lasalute umana e con tecniche che non provochino danni all’ambiente.

I sottoprodotti ottenuti dalla trasformazione industriale del pomodoro sonoclassificati “Materie prime secondarie” dalla Direttiva del Consiglio 96/25/EC, ene è autorizzato l’impiego per l’alimentazione animale. A seconda dei casi i cascamisono venduti o ceduti gratuitamente ad altre Aziende o rimossi da ditte specializzatedietro corrispettivo da parte delle aziende di trasformazione.

É possibile dare a questi cascami una valorizzazione che consenta alle aziende ditrasformazione un ritorno economico? È possibile recuperare dai cascami quellesostanze contenute nel pomodoro e che sono considerate capaci di fornire un’azionebenefica per la salute umana? Come già riportato in molte attività di ricerca i cascamidel pomodoro costituiscono un’eccellente fonte di sostanze nutrizionali e nutraceuticheutili all’uomo: carotenoidi, proteine, zuccheri, fibre, cere e oli (costituiti per il 75 %da acidi grassi insaturi), utilizzabili a fini alimentari o dall’industria cosmetica.

2. COMPONENTI BIOATTIVI presenti nei sottoprodotti della trasformazione del POMODORO

Le principali sostanze bioattive presenti nei sottoprodotti derivanti dallatrasformazione del pomodoro sono: licopene, fibra, olio di semi ed enzimi.

2.1. Licopene

DescrizioneIl licopene è un carotenoide a catena aperta-insatura di colore rosso vivo(pigmento caratteristico del pomodoro maturo) presente nel pomodoro e inalcuni altri vegetali rossi (anguria, pompelmo rosa, goiava, papaia e bacche di rosa).È il carotenoide contenuto più frequentemente nel corpo umano e uno degliantiossidanti più potenti.

Il nome deriva dalla classificazione botanica del pomodoro, Solanum lycopersiconMill. (Lycopersicum esculentum L.).

Effetti metabolici notiIl licopene ha effetto come antiossidante e protegge contro le malattie degenerative.Pertanto abbassa il livello di riscio di insorgenza di malattie cardiovascolari e ditumori (in particolare della prostata). Il licopene ha inoltre un effetto Immuno-stimolante e protegge la cute dai danni indotti dall’esposizione ai raggi UV.

Studi sono in corso per valutare altri possibili benefici del licopene. Ad esempio H.J.Heinz Company sponsorizza una ricerca dell‘University of Toronto e dell‘AmericanHealth Foundation. Questi studi sono focalizzati sul probabile ruolo positivo del licopenenella prevenzione dei tumori della prostata, del tratto digestivo superiore e del seno.

Quantità di prodotto attivo recuperabileIl licopene contenuto nel pomodoro da industria presenta concentrazioni variabilifra 80 e 150 mg/kg. In alcune varietà oggetto di miglioramento genetico siraggiungono concentrazioni di ca 200 mg licopene/kg.

La concentrazione del licopene varia nel frutto: 110mg/kg nella polpa. 540 mg/kg nell’epicarpo (buccia).

Le differenze sono meno importanti se le concentrazioni si riferiscono al residuo secco.

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A differenza di quanto accade con la Vitamina C, che si riduce se i vegetali sonosottoposti a trattamenti termici, i processi di trasformazione industriale delpomodoro non riducono il licopene, anzi lo innalzano nel caso di prodotti qualipassata e concentrati e tendono in genere ad aumentarne la biodisponibilità.

2.2. Fibra

DescrizioneLa fibra dietetica è la frazione degli alimenti vegetali non immediatamente digeribile equindi non assimilabile, che facilita i movimenti del cibo attraverso il sistema digestivoassorbendo l’acqua. E’ costituita da polisaccaridi non amidacei e composti simili (cellulosa,emicellulosa, destrine, inulina, lignina, chitina, pectine, betaglucani, oligosaccaridi, ecc.).

Effetti metabolici notiLa fibra del pomodoro presenta le caratteristiche benefiche normalmente offertedalla fibra dietetica:

Positivi effetti durante i meccanismi masticatoriRiduce l’apporto caloricoInduce senso di sazietàRiduce il contenuto di zucchero nel sangueRiduce il colesteroloAssorbe le sostanze tossicheStimola i processi digestiviRallenta il passaggio attraverso l’intestinoFavorisce i processi fermentativi a livello del colon

Le Raccommandazioni dell’USNA, suggeriscono per una persona adultaun’assunzione minima di 20-35 grammi di fibra dietetica al giorno.

Quantità di prodotto attivo recuperabileCome verificato nel progetto TOM, circa il 75% di fibra dietetica può essereestratta dai cascami del pomodoro1.

2.3. Olio di Semi di Pomodoro

DescrizioneL’olio di semi di pomodoro è costituito per circa il 75% da acidi grassi insaturie quindi è un vero alimento nutraceutico. In particolare, l’olio di semi di pomodoroè una ottima fonte di acido linoleico.

[1] Risultati conseguiti durante lo svolgimento del Progetto Europeo TOM “Development of new foodadditives extracted from the solid residue of the tomato processing industry”, contract number. QLK1-CT-2002-71361.[2] Risultati conseguiti durante lo svolgimento del Progetto Europeo TOM “Development of new foodadditives extracted from the solid residue of the tomato processing industry”, contract number. QLK1-CT-2002-71361.

Effetti metabolici notiL’olio di semi di pomodoro agisce come protettore vascolare e come emolliente.

Quantità di prodotto attivo recuperabileCirca il 4% di olio e il 3% delle cere possono essere estratti dai cascami delpomodoro2 . I grassi e gli oli vegetali sono sostanze di origine vegetale compostedi trigliceridi. In particolare, gli oli sono liquidi a temperatura ambiente mentre igrassi sono solidi; le cere sono acidi grassi parzialmente esterificati molto malleabili.

3. MIGLIORI TECNICHE DISPONIBILI per l’estrazione ela purificazione di componenti BIOATTIVI presenti neisottoprodotti della trasformazione del POMODORO

Per l’estrazione dei composti bioattivi dai cascami del pomodoro si debbonoapplicare diverse fasi tecnologiche:

Pretrattamento dei cascami (disidratazione e omogeneizzazione).Estrazione dai cascami essiccati e omogeneizzati.Purificazione degli estratti.Essiccazione degli estratti purificati.

3.1. Pretrattamento dei cascami

I cascami contengono molta acqua. In base alla tecnica estrattiva applicata puòessere necessario o no eliminarla prima dell’estrazione. Nel caso ad esempiodell’estrazione con fluido supercritico la disidratazione è necessaria per avererese accettabili. Inoltre la disidratazione consente di ridurre peso e volume deicascami e facilita la loro conservazione temporanea prima delle fasi successivedi estrazione. Per migliorare l’efficacia dell’estrazione è anche necessario provvederead una macinazione dei cascami per avere una materia prima più omogenea.

Diverse tecniche e impianti sono utilizzabili per il pretrattamento dei cascamie di seguito sono descritte brevemente alcune di queste tecniche di macinazionee disidratazione.

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3.1.1. Essiccatoio ad arelle

Il materiale da essiccare è disteso su delle arelle/vassoi in strato sottile; queste sonoinserite in una camera all’interno della quale viene fatta circolare una corrente di ariacalda che evapora l’acqua e la estrae dalla camera. Esistono essiccatoi ad arelle funzionantiin discontinuo (batch tray dryers), semi-continuo e in continuo (cross flow).

Door No. 1 Door No. 2Trays

Trays

Figura 1: Essiccatore ad arelle.

3.1.2. Essiccatoio a tamburo

Il materiale da essiccare viene steso sulla superficie riscaldata di un tamburorotante. Il materiale rimane sulla superficie per quasi un’intera rotazione (velocitàregolata in funzione del grado di essiccamento che si vuole ottenere) e poi vieneasportato da un coltello.

Nella tabella seguente sono confrontati costi e prestazioni delle due tecnicheprecedentemente descritte:

Tamburo ++ ++

Durata delprocesso

Arelle + + Lunga

Consumoenergético

InvestimentoinizialeTecnica

Facile

Facilitàoperativa

LungaFacile

3.1.3. Essiccatoio a letto fluido

Il materiale umido è essiccato mediante l’intimo contatto con aria calda ottenutomediante fluidizzazione della massa.

L’essiccatoio è costituito di:Una camera di fluidizzazione superiore.Una camera inferiore di distribuzione dell’aria calda.Una piattaforma/nastro di disegno particolare in grado di lasciar passare l’ariae di trattenere il materiale solido.

3.1.4. Macinazione e omogeneizzazione dei sottoprodotti della trasformazione del pomodoro

Talvolta può essere necessario ridurre le dimensioni delle particelle (mediantela macinazione) e miscelare le particelle fini ottenute per garantire una materiaprima omogenea da inviare alle fasi successive.

La macinazione serve a trasformare i cascami in particelle fini. Una delle possibilimacchine da usare è il mulino a martelli.

Il mulino a martelli è costituito da un cilindro cavo di acciaio contenente unrotore verticale o orizzontale sul quale sono fissati appositi battitori (martelli)(figura 3). I battitori sono liberi di scorrere fino alla superficie del cilindro. Ilrotore gira ad alti valori di gpm e il materiale viene inserito attraverso unatramoggia posta su un lato del tamburo. I battitori sono inseriti sul rotore secondoun disegno a coclea e girando fanno avanzare il materiale sminuzzato verso illato opposto in modo da poterlo scaricare.

Omogeneizzazione del material disidratoL’omogeneizzazione è un processo che rende uniforme il materiale da inviarealla successiva fase di estrazione.

Figura 3: Mulino a martelli.

Figura 2: Essiccatoio a letto fluido.

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3.2. Estrazione di sottoprodotti della trasformazione del pomodoroessiccati e omogeneizzati

L’estrazione è la separazione di prodotti da una matrice solida o liquida basatasull’esistenza di differenti comportamenti in riferimento alla solubilità relativa deidiversi composti nei confronti di un dato solvente.

In altre parole, l’estrazione agisce secondo il principio che componenti solubili in undato solvente possono essere separate da quelli insolubili, o comunque menosolubili,dissolvendoli in quel solvente. La materia prima che viene sottoposta all’estrazionepuò contenere solo solidi, solidi in soluzione e/o sospensione o solidi e liquidi.

3.2.1. Estrazione con solvente

Estrazione convenzionale solido-liquidoLa tecnica comporta il contatto fra il materiale vegetale solido con un liquidoalla temperatura di ebollizione. La scelta del solvente sarà stabilita in base alleproprietà chimico-fisiche della sostanza che si vuole estrarre. In particolare, lastabilità al calore e la polarità della sostanza hanno un’importanza determinante.Per accelerare il contatto fra il solvente e la sostanza target, il materiale in ingressoall’estrattore subisce un idoneo trattamento meccanico.

Questo processo è idoneo per l’estrazione degli oli, ma non lo è per le sostanzetermolabili. Alcuni solventi organici usati come agenti di estrazione sono tossicie possono residuare tracce nel prodotto finito. Il solvente organico che ponemeno problemi in questo senso è l’etanolo. Inoltre, qualsiasi estrazione consolvente richiede uno stadio successivo di purificazione.

L’estrazione assistita da ultrasuoni o da microonde è simile all’estrazioneconvenzionale, con in più l’applicazione di onde elettromagnetiche per facilitarela resa di estrazione e ridurre il volume di solvente utilizzato e il tempo di contatto.

Estrazione assistita da sonificazione (ultrasuoni)Le onde sonore con frequenze superiori ai 20 kHz possono implementare la resa diestrazione in quanto causano alternativamente espansioni e compressioni della matrice,con formazione di microbolle.

Il parametro più importante da controllare è la frequenza delle onde e modeste variazionidi frequenza possono avere un notevole effetto sulla resa di estrazione.

Gli ultrasuoni causano una maggior penetrazione del solvente nelle cellule della matricemigliorando il trasferimento di massa.

Solventextraction

Filtration

Drying

Spent biomass

EvaporationExtract

Fresh or dry biomass Solvent

Solvent Extract

Ultrasounds

Figura 4: Diagramma di estrazione assistita da sonificazione (ultrasuoni).

L’estrazione assistita da sonificazione (ultrasuoni) è stata impiegata nell’estrazionedi oli essenziali, lipidi, antiossidanti, steroli e terpenoidi. Consente di adottarecondizioni operative meno drastiche rispetto ad un’estrazione tradizionale nonassistita e risulta quindi consigliabile in particolare per l’estrazione di sostanzetermolabili.

Estrazione assistita da Microonde (MAE)Le microonde sono onde elettromagnetiche che interagiscono con le molecole polarie generano calore. Penetrano così all’interno della materia da trattare riscaldandol’acqua e la matrice in modo omogeneo indipendentemente dalla posizione. Si ottieneil surriscaldamento dell’acqua all’interno delle cellule con conseguente rottura dellepareti cellulari e facilitazione del trasferimento delle sostanze che si vogliono estrarre.Le microonde facilitano la resa d’estrazione dei composti bioattivi, riducono la quantitàdi solvente necessario e il tempo di contatto.

L’efficacia del processo dipende fortemente dalla polarità del solvente, dall’uniformitàdimensionale delle particelle e dalla loro distribuzione all’interno della matricevegetale. Può essere utilizzata per estrarre sostanze polari ma non si presta permateriale secco o troppo umido nel caso di solventi apolari. Inoltre la MAErichiede una ulteriore purificazione successivamente all’estrazione (filtrazioneo centrifugazione).

Estrazione con solvente accelerato (ASE)L’estrazione con solvente accelerato (ASE) è un’estrazione solido/liquido condottaad alta temperatura (che aumenta la diffusività del solvente accelerando l’estrazione)e pressione (per mantenere il solvente allo stato liquido), ma al di sotto dellecondizioni di criticità. È applicabile a quasi tutti i solventi usati nell’estrazionesolido/liquido (compresa l’acqua) per il recupero di sostanze polari.

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3.2.2. Estrazione con Fluido Supercritico (SFE) - estrazione con CO2 supercritica (SC-CO2)

Lo stato di Supercriticità viene raggiunto portando il fluido a valori di temperatura(T) e pressione (P) superiori al suo punto critico. I fluidi allo stato di supercriticitàposseggono caratteristiche sia dei gas che dei liquidi e proprietà che li rendonoparticolarmente idonei all’estrazione.

I fluidi supercritici hanno coefficienti di diffusione più alti, viscosità e tensionesuperficiale più basse dei solventi tradizionali. La capacità solvente è funzionedalla densità del fluido e la selettività può essere modificata agendo sullatemperature e/o la pressione di estrazione. Dopo il tempo di contatto, la pressioneviene abbassata o la temperatura è innalzata in modo che la solubilità diminuiscee la sostanza estratta può essere separata.

Il solvente più frequentemente impiegato è la CO2, economica, non-tossica e le cuicondizioni di supercriticità sono raggiungibili abbastanza agevolmente. È applicabile aisottoprodotti della trasformazione del pomodoro ed è applicabile anche per l’estrazionedi polifenoli come il resveratrolo o altri antiossidanti da vinacce e graspi dell’uva.

La CO2 è adatta per sostanze termolabili e può essere applicata all’estrazionedi sostanze polari con l’ausilio di modificanti (metanolo, etanolo, acqua, acetone...).

La tabella seguente offre una comparazione fra le diverse tecniche di estrazione descritte.

3.3. Purificazione degli estratti

Dopo l’estrazione, il recupero di sostanze biologiche esenti da interferenze e impurezzerichiede alcune operazioni di purificazione che hanno lo scopo di ottenere la sostanzaattiva ad un grado di purezza adeguato alle specifiche richieste. In pratica si vuoleottenere un prodotto sufficientemente puro, nel tempo più breve possibile.

La cromatografia è una tecnica di purificazione molto particolare che permette diseparare quantitativamente e con grande precisione una miscela anche complessa disostanze anche molto simili come struttura chimica. In effetti, la cromatografia è in gradodi separare qualsiasi sostanza soluta e volatile. Può essere applicata per separare sostanzemolto delicate in quanto le condizioni operative non sono particolarmente drastiche.E’ ad esempio ben adattabile a separare le sostanze bioattive contenute nei vinaccioli.

Un altro importante vantaggio della tecnica cromatografica è di consentirel’immediata identificazione e quantificazione delle sostanze separate. Per contro,la tecnica è particolarmente costosa e non facilmente trasferibile e inoltre èindispensabile avere molte precauzioni per evitare la contaminazione delle colonne.

La separazione mediante cromatografica dipende dalla ripartizione differenzialedei composti fra la fase stazionaria (fase assorbente) e la fase mobile (tampone).Generalmente la fase stazionaria è impaccata all’interno di una colonna verticaledi plastica, vetro o acciaio attraverso la quale viene fatta passare mediante azionedi pompe la fase mobile. La miscela di composti da frazionare viene messa alvertice della colonna e ogni componente viene trascinato dal tampone attraversola colonna con velocità diversa e quindi uscirà dalla stessa separato. Le molecolebiologiche sono separate mediante tecniche che utilizzano il diverso comportamentolegato alle loro specifiche proprietà come evidenziato nella tabella seguente:

Cromatografia di RipartizioneLa fase stazionaria è di solito liquida, per cui può essere spalmata meccanicamenteo chimicamente adesa su un supporto solido inerte.

Le molecole da separare sono mantenute nella fase stazionaria (v. fig. 5). Lacromatografia in fase inversa, in cui la fase stazionaria è meno polare della fasemobile, è un buon esempio di cromatografia liquido-liquido.

Figura 5: Cromatografia di ripartizione.

Sample molecules carriedby mobile phase

Sample molecules heldin sorbed solvent

Ultrasuoni

Convenzionale Polari & Apolari Rilevante

Metodo diEstrazione

+

+

Compostiestratti

Tolleranzaall’umidità

Necessità dipurificazione

MAE +Polari

SC-CO2 Modesta-

ASE Media++Polari

Polari & Apolari

Apolari

Rilevante

Rilevante

Proprietà utilizzata Tipo di cromatografia

Cromatografia a scambio ionico

Cromatografia di adsorbimento

Cromatografia di esclusione per dimensione o gel filtrazione

Carica ionica

Specificità di legame

Dimensione della molecola

3.3.1. Tecniche cromatografiche

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I vantaggi di questa tecnica sono l’elevato recupero, i grandi volumi che possonoessere trattati, la relativa facilità di ampliamento di scala.

Cromatografia di esclusione per dimensione o gel filtrazioneL’interazione si ha fra molecola e matrice; la matrice è fatta di microsfere aporosità controllata; le molecole interagiscono con i pori delle microsfere e sonotrattenute in base alla loro dimensione, per cui le molecole più grandi passanoattraverso gli spazi non occupati e sono eluite più velocemente. L’eluizione avvienein tempi inversamente proporzionali alle dimensisioni delle molecole.

Figura 6: Gel filtrazione.

Il vantaggio principale è che si tratta di un metodo di purificazione semplice edefficace, mentre gli svantaggi sono la ridotta capacità (ridotta quantità di volumetrattabile) e il fatto che non è possibile lavorare con miscele grezze; valida piuttostocome ultimo stadio di finitura.

Cromatografia a scambio ionicoIl principio è quello di sfruttare i legami competitivi fra i composti che si possono formarein base alla polarità nei confronti di un mezzo cromatografico con carica opposta.

Figura 7: Cromatografia a scambio ionico.

Questa tecnica presenta la possibilità di trattare grandi volumi e una buonaflessibilità d’uso.

Cromatografia di adsorbimentoIl soluto nella fase liquida (o gassosa) interagisce con dei siti di adsorbimento postisulla superficie solida (finemente suddivisa in particelle per ottenere la massimasuperficie specifica). Adattabile in particolare a separazioni di chimica fine.

La tabella seguente offre una comparazione fra le diverse tecniche cromatografichedescritte.

Le tecniche cromatografiche quali la fase inversa, lo scambio ionico e l’adsorbimentosono competitive con quella di affinità, soprattutto se non è richiesto un elevatogrado di purezza. In particolare la tecnica più diffusa è la HPLC in fase inversa.

3.3.2. Tecniche di filtrazione su membrane

Le membrane sono in grado di filtrare in modo selettivo gas o liquidi in soluzioneo miscela separando i differenti componenti. I micropori delle membrane sonotali da garantire che alcune molecole, a causa delle loro dimensioni, venganotrattenute e altre possano passare. Ogni membrana risulta quindi specifica graziead una speciale struttura molecolare studiata appunto per separare dati componenti.

La filtrazione su membrane è considerate una BAT nel BREF IPPC (Best AvailableTechniques Reference Document) per l’Industria Alimentare a causa dei ridottiimpatti in termini di consumi idrici ed effluenti prodotti. Le tecniche applicabilisono tre e si differenziano sulle dimensioni dei micropori e quindi sulla capacitàdi ritenzione: microfiltrazione, ultrafiltrazione e osmosi inversa.

MicrofiltrazioneProcesso a membrana a bassa-pressione in controcorrente per separare particellecolloidali e sospese di diametro fra 0.1-10 µm.

Cromatografia di adsorbimento

Scala dilaboratorio X

Cromatografia ascambio ionico

Cromatografiadi esclusione

per dimensione

Cromatografiadi ripartizioneTecnica

X X X

Scala produttiva X X X X

Selettività Bassa

Rizoluzione

Capacità Alta

Resa diricupero

Alta(vicina a 100%) Alta Bassa (50-60%)

Facilitàoperativa Facile Semplice, veloce Processo lento

e complesso Facile

Costo ++ + ++ ++Applicazioninella chimicafine

X NO X X

Applicazioninella chimicaindustriale

X X X X

Alta

Alta

Bassa

Bassa Alta

Alta

Alta

Alta

Alta

Alta

Alta

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La tabella seguente mette a confronto le diverse tecniche di purificazione descritte.

3.4. Essiccazione dei prodotti bioattivi estratti e purificati

I composti bioattivi richiedono un basso grado di umidità per essere immagazzinatiin modo che non si alterino fino al momento dell’impiego. Il processo diessiccazione deve essere particolarmente delicato per ridurre il rischio didegradazione dei principi attivi.Diverse tecniche di essiccazione sono utilizzabili:

LiofilizzazioneAtomizzazioneEssiccazione in tamburo rotante sotto vuoto

3.4.1. LiofilizzazioneE’ usata per conservare materiali particolarmente degradabili o per renderne piùagevole il trasporto. Il prodotto liofilizzato è facilmente e velocemente reidratabile.Il processo prevede le seguenti fasi:

Congelamento del materialeRiduzione della pressione a livello inferiore a 1 mmHgRiscaldamento sufficiente a ottenere la sublimazione (da solido a vapore)dell’acqua congelata.

E’ un processo strettamente fisico nel quale le particelle sono trattenute sulla superficiedella membrane. Qualsiasi particella di dimensione superiore al diametro dei pori dellamembrana non può attraversarla. Applicabile ad esempio per sterilizzare fluidi.

UltrafiltrazioneNell’ultrafiltrazione le membrane trattengono le particelle di dimensioni fra 0.01-0.1 µmdi diametro a pressione d’esercizio fra 0.5-10 bar. E’ un metodo che può essere utilizzatoper la concentrazione in alternativa alla cromatografia di esclusione per dimensione.

Le membrane UF sono interessanti per applicazioni biofarmaceutiche.

I maggiori vantaggi dell’ultrafiltrazione rispetto alle tecniche cromatografiche sono:Alta capacità.Relativa facilità di ampliamento di scala.Gli impianti sono facilmente pulibili e sanitizzabili.

Osmosi inversaL’osmosi agisce attraverso una membrana semi-permeabile per cui fra due soluzionisaline a diverse concentrazioni l’acqua passa dalla soluzione a più bassa concentrazionea quella a più elevata fino al raggiungimento della stessa concentrazione. Agendocon un lavoro esterno (pressione) sulla soluzione più concentrata, si forza l’acquaa passare attraverso la membrana e quindi si ottiene un’ulteriore concentrazione(osmosi inversa RO). La membrana semi-permeabile trattiene qualsiasi molecoladi dimensioni superiori a quelle dell’acqua. Tecnica ad elevata efficienza perconcentrare/separare molecole solute con peso molecolare relativamente basso.Non è selettiva, richiede energia in misura rilevante ed è abbastanza costosa.

3.3.3. Cristallizzazione

La cristallizzazione è una tecnica usata per purificare i composti solidi.

Si basa sul principio della solubilità per il quale generalmente i composti (soluti)tendono ad essere più solubili in liquidi caldi (solventi) che nei liquidi freddi. Seuna soluzione satura calda si lascia raffreddare, il soluto non è più solubile nelsolvente e forma cristalli del composto allo stato puro.

Le impurezze sono escluse dal cristallo in formazione e i cristalli possono poiessere ricuperati per filtrazione.

Si ottengono prodotti ad elevato grado di purezza, per cui questa tecnica è usatasoprattutto nell’industria farmaceutica.

Tecnica Aumentodi scala Impianto

Idoneaper

prodotti sensibili alla

pressione

Idonea per prodotti

sensibilialla

temperatura

SelectivitàDimensione

particelle Tempo necessa-

rioCosto

++Cromatografiadi ripartizione

Relativa-mente facile Flessibile Idoneo Idoneo Alta Indipen-

dente

Ridotto

Cromatografiadi adsorbimento Più difficile Complesso

e costoso Idoneo Idoneo Alta Indipen-dente ++

Cromatografia ascambio ionico

Più difficile

Più difficile

Costoso

Abbastanza costoso

Idoneo

Idoneo

Idoneo

Idoneo

Idoneo

Idoneo

Idoneo

Idoneo

Idoneo

Idoneo

Alta

Bassa

Alta

Bassa

Bassa

Alta

Indipen-dente ++

+

+++

+

+

++++

++

Veloce

Veloce

Veloce

Lungo

Lungo

Lungo

LungoIdoneo

Non idoneo

Non idoneo

Non idoneo

Complessoe costosoSemplice e

di facilegestione

Semplice edi facilegestione

Semplice edi facilegestione

Più difficile

Relativamentefacile

Relativamentefacile

Relativamentefacile

Usato

Cromatografia aesclusione per

dimensione

Cromatografiaper affinità

Ultrafiltrazione

Microfiltrazione

Osmosi inversa

Cristalizzazione

Dipen-dente

Indipen-dente

Dipendente(0.01-0.1µm)

Dipendente(0.1- 10 µm)

Dipen-dente

Indipen-dente

Bassa

22 23

Figura 8: Processo di atomizzazione.

3.4.3. Essiccatore Rotante sotto vuoto

Il materiale umido è inviato all’essiccatore in modo discontinuo (batch) ed èsottoposto ad un riscaldamento indiretto e contemporaneamente è mantenutoin agitazione da un apposito miscelatore. Di norma si opera sotto vuoto. Ilricupero del solvente è realizzabile mediante condensazione i vapori che siottengono nel processo di essiccamento.

Vantaggi del processo:

Utilizzabile sia con un materiale granulare sia umido/pastoso.

3.4.2. Atomizzazione

L’atomizzazione è il sistemo maggiormente impiegato nell’industria e prevede lacontemporanea formazione di particelle e la loro essiccazione. Consente la produzionein continuo di polveri allo stato di granuli di diverse dimensioni o di agglomerati apartire da una soluzione o da una sospensione che alimenta l’impianto. E’ certamentevalido se si vuole ottenere un prodotto finale con specifiche e costanti caratteristichequalitative e dimensionali e un grado di umidità residua costante.

Si invia il liquido sotto forma di spray (nebbia) in una camera di essiccazione inmodo che possa venire a intimo contatto con aria calda immessa nella stessacamera. L’aria calda consente l’evaporazione dell’acqua dalle goccioline con formazionedi particelle secche, grazie alle condizioni controllate di temperatura e flusso d’aria.La polvere ottenuta fuoriesce in continuo dalla camera di atomizzazione.

Possibilità di operare a temperature relativamente basse: ideale per materialitermolabili. L’utilizzo del vuoto consente l’eliminazione dell’ossigeno e quindila riduzione della possibilità di ossidazioni, irrancidimenti, ecc.Riscaldamento indirettoEfficienza energetica elevataSi lavora in ambiente chiuso: i solventi sono recuperabili, è possibile ridurreal minimo le emissioni in atmosfera di solvente e polveri.

4. Possibili applicazioni dei COMPONENTINATURALI ESTRAIBILI dal POMODORO comeingredienti in PRODOTTI ALIMENTARI e COSMETICI

4.1. Legislazione

Dal punto di vista legislativo gli ingredienti naturali sono regolamentati comeadditivi per prodotti alimentari e/o cosmetici.

Additivi alimentariGli additivi usati nella preparazione di alimenti e che sono contenuti nei prodotti finitisono regolamentati dalla Direttiva 89/107/EEC. Prima di esserne autorizzato l’impiego,al fine di garantire la sicurezza del consumatore, gli additivi sono valutati dall’EFSA (unorganismo che supporta la UE nei problemi legati alla sicurezza degli alimenti).

Tutti gli additivi autorizzati debbono rispondere a criteri di purezza stabiliti invarie Direttive della Commissione. Alcuni esempi:

Direttiva della Commissione 95/45/EC che fissa i criteri di purezza per i coloranti.Direttiva della Commissione 95/31/EC che fissa i criteri di purezza per gli edulcoranti.Direttiva della Commissione 95/31/EC che fissa i criteri di purezza per gliadditivi diversi dai coloranti e dagli edulcoranti.

Prodotti cosmeticiLa Dir. del Consiglio 76/768 del 26 luglio 1976 unifica i regolamenti degli Statimembri in materia di prodotti cosmetici. Contiene restrizioni e divieti d’impiegodi alcuni ingredienti per la produzione di cosmetici.

La Decisione 96/335/EC aggiornata dalla Dir. 2006/257/EC fissa nomi ecaratteristiche degli ingredienti utilizzati per prodotti sintetici. Non si tratta peròdi una lista di sostanze autorizzate.

24 25

4.2. Licopene

Situazione dell’offerta commerciale attuale.Un’indagine fra i fornitori di prodotti formulati con licopene ha dato questi risultati:

Prezzo $/kgdi licopene

Prezzo$/kgOrigineCompagniaProdotto

Tomate Lyco 160

NutriPhy Lycopene100, GIN601841

Lycopene

Lycopene

Lycopene

Lyc-O-Red®10% CWD

Lyc O Mato®

Natural LycopeneBeadlet 5% CWS

Obipektin

Chr Hansen

Abl biotechnologies

Abl biotechnologies

Abl biotechnologies

BucktonScott Limited

LycoRed NaturalProducts Industries Ltd.

Vita-solarbio

12,23

635,83

286,28

374,55

465,21

489,1

6.000

195

7644

15896

4771

4682

4652

4891

40000

1950

Conc.

Pomodori

Pomodori

Pomodori

Pomodori

Pomodori

Pomodori

Pomodori

Blakesleatrispora(funghi)

0,16%

3,8-4,2%

6 %

8 %

10 %

10 %

15 %

10 %

Le notevoli differenze (range fra 12 e 6.000$/kg) sono parzialmente giustificatedall’origine del prodotto naturale (pomodoro o funghi) e dal diverso grado dipurezza/concentrazione del principio attivo.

Lycored è la sola azienda che produce e commercializza licopene: Lyc O Mato® in forma di Oleoresina (7%) o licopene puro.

I pomodori sono coltivati in Israele e California al solo scopo della produzionedi Licopene.

BioLyco è un progetto Italiano che sta partendo e che si propone di porre sulmercato alla fine del 2008 licopene puro a partire da una materia prima a costozero (sottoprodotti della trasformazione).

Il prezzo del licopene varia in base al tipo di consumatore al quale è diretto, allaquantità ordinata e alla formulazione del prodotto finale, ma alcune fonti parlanodi cifre che superano i 6.000 US$ per kg (¤4.600).

I consumatori di Europa e US sono sospettosi verso il licopene a minor prezzo.

E’ disponibile anche licopene di sintesi non ancora ammesso per usi alimentari,che per ora trova applicazioni solo nell’industria cosmetica e farmaceutica. C’ècomunque da notare che le prove in-vitro non hanno confermato per il licopenedi sintesi la stessa azione di free radical scavenging del licopene naturale contenutonel pomodoro.

Possibili applicazioniIl licopene ottenuto da pomodori è autorizzato come colorante alimentare peralimenti e bevande (E160d) dal 1997. Non è comunque consentito evidenziarela dicitura “contiene licopene” con l’intento di suggerire eventuali benefici di tiposalutistico.

La normativa sui novel foods approvata dalla UK’s Food Standards Agency nel2005 fornisce via libera all’uso di licopene negli alimenti fino a 5mg per porzione,considerata la dose utile per avere effetti benefici sulla salute. Prima era consideratonella legislazione sugli additivi unicamente come colorante. il licopene deve essereconsiderate sicuro in rapporto alla quantità assumibile. La DGA (dose giornalieraammissibile) è valutata fra 0-0,5 mg/kg dalla JECFA.

Per l’intensità della sua colorazione, il licopene è proponibile come coloranteper alimenti e bevande, ma l’effettivo impiego è limitato dall’elevato costo.

A causa delle positive proprietà, il licopene è interessante per un possibile impiegonell’industria alimentare come integratore e trova applicazioni anche in combinazionecon altri carotenoidi quali beta-carotene e luteina.

Inoltre, i suoi benefici effetti sulla salute ne fanno prevedere un’applicazionenell’industria farmaceutica. Il licopene agisce da antiossidante, come scavenger(sequestrante) dei radicali liberi ed è considerato un prodotto con effettidecisamente positivi nella prevenzione di molti agenti che possono causare formetumorali.

Infine il licopene ha un effetto nella prevenzione delle cause che portanoall’invecchiamento della pelle e viene utilizzato a questo scopo nell’industria dellacosmesi.

26 27

Attualità e futuro del mercatoLa potenzialità di mercato del licopene come ingrediente è stato valutato in27milioni di ¤ nel 2003 (Frost and Sullivan) con una tendenza all’aumento superioreal 100%.

Nel settembre del 2004 LycoRed ha presentato domanda perché l’oleoresinacontenente licopene da loro commercializzata fosse approvata come novel foodsutilizzabile nelle formulazioni alimentari (yoghurt, formaggi, salse per pane ecereali).

Il mercato Europeo del licopene come ingrediente per alimenti funzionali si staaprendo, e nel 2006 la compagnia Vitatene ha visto autorizzare come novel foodsil suo licopene ottenuto dal Blakeslae trispora fungus.

4.3. Fibra da pomodoro

Situazione dell’offerta commerciale attualeDa lungo tempo LycoRed è l’unico fornitore di fibra naturale da pomodoroconosciuto. Forniscono un prodotto a 3,50 – 4,70 $/kg

Possibili applicazioniLa fibra di pomodoro viene ottenuta come sottoprodotto dell’estrazione dellicopene.

La fibra può trovare applicazione come integratore alimentare negli alimentifunzionali dedicati al fitness o simili.

La fibra di pomodoro può essre impiegata come addensante per modificare laconsistenza di zuppe e salse. E’ quindi da considerarsi come ingrediente funzionaleper l’industria alimentare (addensante e per prevenire i fenomeni di sineresi).

Esistono diversi tipi di prodotti contenenti fibra venduti per impieghi vari:trattamento di cattivi funzionamenti intestinali, con possibili benefici alla saluteper abbassare i livelli di colesterolo, riduzione dei rischi di tumore del colon eperdita di peso.

Attualità e futuro del mercatoSi può affermare che oggi sia praticamente inesistente sul mercato. Si può prevedereperò uno sviluppo del mercato della fibra con apertura di nuove opportunità dimercato. La promozione di questo prodotto richiede ulteriori approfondimenticirca i livelli di gradimento e di prezzo accettabili da parte dei consumatori.

4.4. Olio di semi di pomodoro

Situazione dell’offerta commerciale attualeNon esiste oggi come prodotto puro. Si trova integrato con l’oleoresina neiformulati commerciali di licopene, ottenuti per estrazione dal pomodoro fresco.

Oli di semi analoghi hanno prezzi variabili da 6,80 a 27,00 $/kg.

Possibili applicazioniL’olio di semi di pomodoro può trovare impiego per l’alto contenuto di acidigrassi polinsaturi e come additivo in cosmetica.

Attualità e futuro del mercatoL’olio estratto dai sottoprodotti della trasformazione del pomodoro mediantesolventi non è facilmente individuabile come prodotto alimentare. Ad eccezionedi quelli ottenuti esclusivamente per processo meccanico, gli estratti destinatiall’impiego alimentare devono essere valutati dall’ organo ufficiale appositamente preposto e ottenere la registrazione e il relativo numero della UE "E….".L’ammissione immediate dovrebbe essere possibile, come per l’olio d’oliva, peril prodotto estratto per sola spremitura meccanica.

L’estrazione del licopene con CO2 produce un a miscela con olio, che ha giàottenuto la registrazione come additivo alimentare E160d.

Pertanto, la produzione orientata a ottenere come specifico prodotto l’olio disemi di pomodoro, analogamente a quanto detto per la fibra, potrebbe essereinnovativa e aprire mercati interessanti e ancora la promozione di questo prodottorichiede ulteriori approfondimenti circa i livelli di gradimento e di prezzo accettabilida parte dei consumatori.

28 29

E’ interessante sottolineare che l’intera fase di pretrattamento (drenaggio,essiccazione, macinazione dei cascami) deve essere fatta nella campagna ditrasformazione per evitare la degradazione dei sottoprodotti (da luglio a settembre,meno di 3 mesi), mentre le operazioni di estrazione e di atomizzazione possonoessere distribuite sull’intero periodo dell’anno (330 giorni; 24 ore/giorno),riducendo in tal modo l’attività lavorativa nel periodo che coincide con la campagnae superando parzialmente il problema della stagionalità della materia prima.

L’analisi dei costi è inoltre limitata alle specifiche operazioni descritte (manod’opera, energia, controlli qualitativi e materiale consumabile) e non comprendei costi relativi a opere civili, sicurezza, costi di stoccaggio materia prima e prodottifiniti, condizionamento prodotti finiti, i costi ambientali e le spese dicommercializzazione e generali.

Comunque, anche se non in maniera esaustiva, le seguenti valutazioni permettonodi farsi un’idea della fattibilità dei due processi ipotizzati.

5.1. Estrazione di composti bioattivi da sottoprodotti della trasformazione del pomodoro

Partendo dai dati forniti dall’AMITOM, partner del progetto, sono stati individuati3 livelli di scala per fornire proiezioni adattabili ai diversi casi aziendali: Ipotesidi minima, intermedia e di massima.

5.1.1. Ipotesi di minima

Pomodoro trasformato: 20.000 t (livello minimo degli stabilimenti del Nord Italia)

Considerando uno scarto del 3% durante una campagna di 3 mesi (Luglio/Settembre)si producono 150 t di sottoprodotti provenienti dalla torchiatura dei cascami,con un’umidità media dell’80%. Il licopene contenuto è ipotizzabile in ~24 kg.

L’ipotesi di minima prevede un trattamento individuale all’interno dell’Azienda.

La quantità di cascami prodotta giornalmente (80 gg di campagna) è di ca 1875kg/giorno, per cui l’ipotesi di un pretrattamento in campagna per destinarel’estrazione ai 10 mesi successivi sembra piuttosto un’inutile complicazione equindi si prevede il trattamento diretto dei cascami in periodo di campagna incirca 60 giornate lavorative.

5. Valutazione della fattibilità ECONOMICAdell’estrazione di COMPOSTI BIOATTIVI dasottoprodotti della trasformazione del POMODORO

L’obbiettivo di questa sezione è di dimostrare l’effettiva validità economicadell’estrazione di composti bioattivi da sottoprodotti della trasformazione delpomodoro derivante dal confronto fra una stima dei costi di processo e dalpossibile ritorno che può essere ottenuto dalla vendita dei prodotti.

Sono state fatte simulazioni confrontando le due tecniche di estrazione:Esampio 1: Estrazione con fluido Supercritico (SFE/SC-CO2 extraction)Esempio 2: Estrazione con solvente

I diagrammi riportati qui sotto mostrano le fasi di processo necessarie nei dueesempi considerai e i relativi impianti necessari:

DECANTER

ESSICCATOIO ANASTRO

MULINO A MARTELLI

ATOMIZZAZIONE

Drenaggio

Essiccazione

Macinazione

Estrazione

Sottoprodotti della transformazionedel pomodoro (Pomace)

DECANTER O TORCHIO

ESSICATOIO A NASTRO

MULINO A MARTELLI

Drenagio

Essiccazione

Milling

Omogeneizzazione

TANK DI CONTATTO

DECANTER

EVAPORATORE

ATOMIZZAZIONE

Estrazione

Separazione solido

Evaporazione

Essiccazione

OMOGENEIZZATORE

Esempio 1:ESTRAZIONE CON CO2 SUPERCRITICA

Esempio 2 :ESTRAZIONE CON SOLVENTE

Sottoprodotti della transformazionedel pomodoro (Pomace)

Essiccazioneestratto

Con la SFE si ottengono (60 gg utili su80 gg di campagna) ca 1330 kg di olioe 1000 kg di cera contenente 23 kg dilicopene (resa di estrazione ipotizzatadel 60%) e 23 t di fibra. L’olio e la cerapossono essere commercializzatidirettamente o come semilavorato dadestinare all’estrazione di licopene(purificazione per cromatografia esuccessiva atomizzazione).

5.1.2. Ipotesi intermedia

Pomodoro trasformato: 100.000 t (livello di uno stabilimento di alta capacità delNord Italia).

Considerando uno scarto del 3% durante una campagna di 3 mesi (Luglio/Settembre)si producono 750 t di sottoprodotti provenienti dalla torchiatura dei cascami,con un’umidità media dell’80%. Il licopene contenuto è ipotizzabile in ~120kg.

L’ipotesi intermedia prevede anch’essa un trattamento individuale all’internodell’Azienda, ma in questo caso si prevede il pretrattamento in 80 gg di campagnae la successiva estrazione del licopene nei 9 mesi successivi alla campagna (200gg lavorate con turno di 8 ore/giorno).

30 31

Dall’estrazione con solvente (60 ggutili su 80 di campagna) si possonoottenere 1500 kg di olio contenentealmeno 15 kg di licopene (è possibileprevedere una resa anche maggiore)e 24 t di fibra secca. L’olio può esserecommercializzato direttamente ocome semilavorato da destinareall’estrazione di licopene (purificazioneper cromatografia e successivaatomizzazione).

Esempio 2:Estrazione con Solvente

Esempio 1:Estrazione con CO2 Supercritica

ESSICATOIO A NASTRO

1875 kg Pomace/giorno(umidità~80%)paria 150 t/campagna

285 kg di Pomace/giornosecca (umidità~10%) pari

a 23 t/campagna

MULINO A MARTELLI

ESSICAZIONE(distribuita nell´anno)

ATOMIZZATORE

ESTRAZIONE (60 gg)

PRETRATTAMENTO(In campagna)

DECANTER o TORCHIO

SFE

556 Kg di polveredi Pomace/giorno

22,2 kg licopene e olio/giorno16,6 kg licopene e cere/giorno

389 kgfibra/giorno

38,8 kg sost. nutrac./giorno(pari a 2.333 kg/anno)

(80 gg)

1875 kg Pomace/giorno(umidità~80%)paria 150 t/campagna

MULINO A MARTELLI

ATOMIZZATORE

DECANTER o TORCHIO

OMOGENEIZZATORE

2600 kg cascami macinati/ d(di cui 1400 di acqua) addizione diacqua (1900 kg) e solvente (4000);rapporto 1:6:8; tot 5460 kg/giorno

25 kg olio contenentelicopene (1%)/giorno

400 kg fibrabaghata/giorno

(80 gg) ESTRAZIONE (60 gg)

TANK DI CONTATTO

EVAPORATOR

400 kg fibrain polvere/giorno



ESSICATOIO A NASTRO

9,4 t Pomace/giorno(umidità~80%)paria 750 t/campagna


a 120 t/campagna

MULINO A MARTELLI


ATOMIZZATORE

ESTRAZIONE (200 gg)


DECANTER o TORCHIO

SFE

833 Kg di polveredi pomace/giorno

33,3 kg licopene e olio/giorno25,0 kg licopene e cere/giorno

588 kgfibra/giorno

58,3 kg sost. nutrac./giorno(pari a 7.650 kg/anno)

(80 gg)

ESSICATOIO A NASTRO

9,4 t Pomace/giorno(umidità~80%)paria 750 t/campagna


a 167 t/campagna

MULINO A MARTELLI

ATOMIZZATORE

DECANTER o TORCHIO

OMOGENEIZZATORE

833 kg polvere macinata/giornoaddizione di acqua (5000 kg) e

solvente (6500); rapporto 1:6:8;tot 12 333 kg/giorno


6700 kg fibrabaghata/giorno

(80 gg)ESTRAZIONE (200 gg)

TANK DI CONTATTO

EVAPORATOR

650 kgpolvere/giorno

Con la SFE si ottengono (in un anno) ca6660 kg di olio e 5000 kg di ceracontenente 120 kg di licopene ca (resadi estrazione ipotizzata del 60%) e 117 tdi fibra. L’olio e la cera possono esserecommercializzati direttamente o comesemilavorato da destinare all’estrazionedi l icopene (purif icazione percromatografia e successiva atomizzazione).

Dall’estrazione con solvente (in unanno) si possono ottenere 8000 kg diolio contenente almeno 80 kg dilicopene (è possibile prevedere una resaanche maggiore) e 120 t di fibra secca.L’olio può essere commercializzatodirettamente o come semilavorato dadestinare all’estrazione di licopene(purificazione per cromatografia esuccessiva atomizzazione).

5.1.3. Ipotesi di massima

Annualmente negli stabilimenti del Nord Italia (~20) vengono trasformati 1.500.000t di pomodoro.

Considerando uno scarto del 3% (30.000 t), si producono 11250 t di sottoprodottiall’80% di umidità durante una campagna di 3 mesi (Luglio/Settembre). Il licopenecontenuto è ipotizzabile in ~1800 kg.

L’ipotesi di massima prevede il conferimento dei cascami ad un unico centro ditrattamento baricentrico rispetto agli stabilimenti di trasformazione.

IPOTESI INTERMEDIAIPOTESI DI MINIMA

5.2. Analisi economica dell’estrazione dei componenti bioattivi dai residui di lavorazione del pomodoro

5.2.1. Estrazione di Licopene misto a olio, cere e fibra

5.2.1.1. Analisi dei costiSono stati valutati i costi delle diverse fasi di trattamento.

Costi per il drenaggioTutte le aziende trattano oggi i residui della passatura con attrezzature (decanter,torchio) che danno un sottoprodotto con un’umidità inferiore all’80-85%. Undrenaggio successivo non darebbe alcun rendimento e pertanto l’operazione èsolo teorica (serve a ricordare la necessità di avere un sottoprodotto a umiditàresidua relativamente bassa) ma è da considerarsi a costo zero.

32 33

Esempio 2:ESTRAZIONE CON SOLVENTE

Esempio 1:ESTRAZIONE CON CO2 SUPERCRITICA

ESSICATOIO A NASTRO

140 t Pomace/giorno(umidità~80%)paria 7500 t/campagna

30,3 t di Pomace/giornosecca (umidità~10%) pari

a 2500 t/campagna

MULINO A MARTELLI


ATOMIZZATORE

ESTRAZIONE (330 gg)


DECANTER o TORCHIO

SFE

7,5 t di polveredi Pomace/giorno

300 kg licopene e olio/giorno225 kg licopene e cere/giorno

5300 kgfibra/giorno

525 kg sost. nutr./giorno(pari a 175 t/anno)

(80 gg)

ESSICATOIO A NASTRO

136 t Pomace/giorno(umidità~80%)pari

a 11500 t/campagna

30,3 kg di Pomace/giornosecca (umidità~10%) pari

a 2500 t/campagna

MULINO A MARTELLI

ATOMIZZATORE

DECANTER o TORCHIO

OMOGENEIZZATORE

7,35 t polvere macinata/giornoaddizione di acqua (44 t) e solvente(58,8 t); rapporto 1:6:8; tot 110

t/giorno


60 t fibrabaghata/giorno

(80 gg)ESTRAZIONE (330 gg)

TANK DI CONTATTO

EVAPORATOR

6 tpolvere/giorno

Con la SFE si ottengono (in un anno) ca100 t di olio e 75 t di cera contenentica 1,8 t di licopene (resa di estrazioneipotizzata del 60%) e 1750 t di fibra. L’olioe la cera possono essere commercializzatidirettamente o come semilavorato dadestinare all’estrazione di licopene(purificazione per cromatografia esuccessiva atomizzazione).

Dall’estrazione con solvente (in un anno)si possono ottenere 125 t kg di oliocontenente almeno 1,3 t di licopene (èpossibile prevedere una resa anchemaggiore) e 1750 t di fibra secca. L’oliopuò essere commercia l izzatodirettamente o come semilavorato dadestinare all’estrazione di licopene(purificazione per cromatografia esuccessiva atomizzazione).

Costi di essiccazioneLa fase di essiccazione è necessaria per evitare la degradazione del prodotto econsentire la successiva estrazione dei componenti bioattivi.

Nell’ di minima (estrazione in campagna) tale fase è necessaria nel caso della SFE,mentre non lo è nel caso dell’estrazione con solvente. Nelle altre due ipotesi(estrazione post-campagna) è invece sempre necessaria. Un impianto di essiccazionea letto fluido capace di trattare 20.000 kg/giorno, richiede un investimento inizialedi 80.000¤. Può servire sia nel caso dell’essicazione per la ipotesi di minima (SFE)sia per quella intermedia (SFE e solvente). Nel caso della ipotesi di massima, ne deveessere previsto uno in ogni stabilimento (in alternativa 2 nel centro di conferimento,ma con l’obbligo di conferire giornalmente i sottoprodotti).

I costi operativi (mano d’opera, energia e controllo di qualità) sono proporzionalialla quantità di sottoprodotti trattata. Pensando ad un conferimento di materialenon essiccato al centro di estrazione, l’essiccatoio necessario per tutto il materialeconferito richiede un investimento di 220.000 ¤ (100.000 kg/giorno).

Costi per la macinazioneLa fase di macinazione è identica per entrambi i processi (SFE e solvente) nelleipotesi 2, mentre nel caso dell’estrazione con solvente dell’ipotesi 1 non avendoeffettuato l’essiccazione sono necessari 2 mulini a martelli da 5 t/giorno; nell’ipotesi3 serve un mulino da 50 t/giorno).


Capacità dell´essiccatoio

Investimentoiniziale

Costi anno

20 t/giorno

80 000 ¤

8 458 ¤ 34 378 ¤ 114 020 ¤

440 000 ¤80 000 ¤

2x100 t/giorno20 t/giorno

Minima150t/anno

(*)

Intermedia750t/anno

(**)

Massima11250t/anno

(***)

0 ¤ 34 378 ¤ 114 020 ¤

440 000 ¤80 000 ¤


Minima150t/anno

(*)

Intermedia750t/anno

(**)

Massima11250t/anno

(***)


(*) 3 h/giorno x 80 giorni.(**) 10 h/giorno x 80 giorni.(***) 16 h/giorno x 80 giorni.

(*) non neccessario(**) 10 h/giorno x 80 giorni.(***) 16 h/giorno x 80 giorni.


Capacità delmulino


Costi anno

5 t/giorno

20 000 ¤

4 756 ¤ 23 160 ¤ 35 750 ¤

50 000 ¤20 000 ¤

50 t/giorno5 t/giorno

Minima150t/anno

(*)

Intermedia750t/anno

(**)

Massima11250t/anno

(***)

18 352 ¤ 23 160 ¤ 35 750 ¤

50 000 ¤20 000 ¤

50 t/giorno5 t/giorno

Minima150t/anno

(*)

Intermedia750t/anno

(**)

Massima11250t/anno

(***)



40 000 ¤

2x5 t/giorno


IPOTESI DI MASSIMA

34 35

Costi per l’evaporazione


Capacità dell´evaporatore


Costi anno 47 568 ¤ 85 360 ¤ 721 848 ¤

1 200 000 ¤600 000 ¤


Minima150t/anno

Intermedia750t/anno

Massima11250 t/anno


Non necessario!!

2x25 t/giorno

360 000 ¤


Costi anno 559 ¤ 2 794 ¤ 76 319 ¤

Minima150t/anno

Intermedia750t/anno

Massima11250t/anno

1 587 ¤ 4 555 ¤ 98 564 ¤

Minima150t/anno

Intermedia750t/anno

Massima11250t/anno


Altri costiSono inoltre da tenere in conto costi di supervision del processo e di trasporto(sono stati ipotizzati 15 km per l’ipotesi di massima).

Costi totali di investimento e processoAi costi di pretrattamento, estrazione ed essiccazione si devono aggiungere i costidi investimento iniziale (limitati ai soli impianti necessari alle operazioni descritte).


Costi anno 212 407 ¤

820 000¤

1 032 407 ¤ 1 750 250 ¤ 6 977 387 ¤

2 898 000 ¤1 220 000¤

4 079 387 ¤530 250 ¤

Minima150t/anno

Intermedia750t/anno

Massima11250t/anno

270 958 ¤ 604 313 ¤ 4 552 157 ¤

560 000 ¤216 000 ¤

3 992 157t/giorno388 313 t/giorno

Minima150t/anno

Intermedia750t/anno

Massima11250t/anno


136 958 ¤

134 000Ammortamentoimplanti (5 anni)

Totale costi anno

36 37

5.2.1.2. Analisi del ricavo ottenibile

Il processo proposto prevede l’ottenimento di componenti bioattivi in differentiformulazioni, commercializzabili allo stato di semilavorato come additivi alimentario per l’industria cosmetica. I prezzi di vendita sono strettamente legati alcontenuto di licopene. Un processo ottimizzato può fornire un semilavorato al3-4% di licopene. Sulla base dei prezzi correnti si può valutare in 50,00 ¤/kg ilricavo ottenibile per la vendita dell’olio e delle cere, mentre per la fibra si puòprevedere un ricavo di 1,00 ¤/kg.


Olio all´1 % Licopene 6 667

23 333 116 667 1 750 000

Minima150t/anno

Intermedia750t/anno

Massima11250t/anno

Cera allo 0,5 % Licopene

Fibra

Prodotti estratti (kg)

1 333

1 000 5 000

100 000

75 000

Ricavi da olio 66 667 333 333 5 000 000

Ricavi da cere 50 000 250 000 3 750 000

Ricavi da fibra 23 333 116 667 1 750 000

Totale 140 000 ¤ 700 000 ¤ 10 500 000 ¤

Costi di proceso 212 407 ¤ 530 250 ¤ 4 079 387 ¤

Totale - 72 407 ¤ 169 750 ¤ 6 420 614 ¤

Stima dei ricavi (¤)

Olio all´1 % Licopene 8 421

Minima150t/anno

Intermedia750t/anno

Massima11250t/anno

Fibra

1 516

24 000 133 333

126 316

2 000 000

Ricavi da olio 75 789 421 053 6 315 789

Ricavi da fibra 24 000 133 333 2 000 000

Totale 99 789 ¤ 554 386 ¤ 8 315 789 ¤

Costi di proceso 136 958 ¤ 388 313 ¤ 3 992 157 ¤

Totale -37 169 ¤ 166 073 ¤ 4 323 633 ¤



Prodotti estratti (kg)

38 39


Totale

Ricavi dapolvere 147 368

23 333 24 000Ricavi da fibra

736 842 11 052 632

116 667 1 750 000

121 263 673 684 10 105 263

133 333 2 000 000

170 702 ¤ 853 509¤ 12 802 632¤ 145 263 ¤ 807 018 ¤ 12 105 263 ¤

Costi diprocesso 121 263¤

-72 551¤¤ -7 894 ¤Totale

673 684¤ 10 105 263¤

221 059 ¤ 7 404 935 ¤

153 157¤ 460 433¤ 4 570 867¤

346 585 ¤ 7 534 397 ¤

5.3. Individuazione del punto di redditività/anno del processo

Massima11 250 t/anno

Intermedia750 t/anno

Minima150 t/anno

Ricavo annuo (¤)Senza ammortamento -72 407

-892 407

-72 551

-962 551

-37 169

-171 169

-7.894

-161.894 110.585

169 750

-1 050 250

221 059

-1 068 941

166 073

-49 927

346.585

6 420 614

3 522 614

7 404 935

4 436 935

4 323 633

3 763 633

7.534.397

6.904.397

Esempio 1:Estrazione con

CO2Supercritica

Esempio 2:Estrazione

con Solvente

Olio e cerecon licopene;

fibra

Polverecon licopene;

fibra

Ricavo annuo (¤)Considerando unammortamento in 5 anni

Ricavo annuo (¤)Senza ammortamento






Olio e cerecon licopene;

fibra

Polverecon licopene;

fibra

L’essiccazione dell’olio contenente licopene non sembra economicamenteinteressante a causa soprattutto della notevole quantità di carrier utilizzato edella riduzione del licopene ricuperato nella polvere.

Il trattamento individuale nell’ipotesi 1 (150 t di scarto) non risulta mai redditizioe anche il trattamento individuale nella ipotesi intermedia nel caso della SFE presentatempi di ritorno inaccettabili; l’ipotesi 3 è invece sempre interessante (maggiormente l’estrazione con solvente rispetto alla SFE) ma la redditività indicata non tieneconto di costi di investimento per le strutture edili, i trasporti, il condizionamentodel prodotto finito e i costi relativi all’abbattimento delle emissioni in aria e in acqua(oneri ambientali). Mancano infine le spese generali e i costi finanziari.

6. RINGRAZIAMENTI

I membri del progetto BIOACTIVE-NET ringraziano la Commissione Europeaper il contributo economico fornito per la pubblicazione del presente manuale.

La pubblicazione non si sarebbe potuta realizzare senza il contributo degli espertidelle otto strutture coinvolte nel progetto BIOACTIVE-NET e di altri collaboratoriesterni al consorzio che hanno fornito la loro preziosa collaborazione.

40 41

Porcelli G., Folliero G., “Additivi e coloranti negli Alimenti”, Bulzani Editore,Roma 1977: Antiossidanti, p 15.

Cerruti G., “Il Rischio Alimentare” 1993: antiossidanti, sinergisti, sequestranti,cap. 8.5.

Tamburini R., L. Sandei, A. Aldini, F. De Sio, C. Leoni. Effetto delle condizioni dimagazzinaggio sul contenuto di licopene in passati di pomodoro ottenuti condifferenti tecniche di preparazione. Effect of storage conditions on lycopenecontent in tomato purees obtained with different processing techniques. Ind.Conserve, 74, 341 (1999).

Hartal D., Nir Z., International Food Ingredients: “Lycopene, double functionality”,June 2000, pg. 25.

Zanotti G., L. Sandei, C. Leoni. Influenza del materiale da imballaggio sulmantenimento del contenuto di licopene e del colore di una passata dipomodoro. Ind. Conserve, 76, 5 (2001).

Cabassi A., L. Sandei, C. Leoni. Effetti delle operazioni industriali e delle condizionidi magazzinaggio sul colore e sui carotenoidi nelle polveri di pomodoro. Ind.Conserve, 76, 299 (2001).

Leoni C.. Derivati industriali del pomodoro: da condimento "povero" ad"alimento nutraceutico" - Ind. Conserve, 77, 57 (2002).

AMITOM The white book on antioxidants in tomatoes and tomato productsand their health benefits. ed.: R. Bilton, M. Gerber, P.Grolier and C. Leoni. CMTIPubl. Avignon, 2001 ISSN 1145-9565

Vulcano D., L. Sandei e C. Lleoni . Contributo specifico all’attività antiossidantedella frazione liposolubile dei derivati del pomodoro. - Ind. Conserve, 77, 219(2002).

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7. BIBLIOGRAFIA Sandei L., A. Cabassi, C. Leoni Effects of technological operations and storageconditions on colour and carotenoids content of tomato powders. (poster)8th Int. Symposium on the production of processing tomatoes. Istanbul, 2002.in Acta Horticolturae, 613, 415 (2003).

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Cremona F., L. Sandei, C. Taddei, C. Leoni – Valutazione nel tempo degli effettidel congelamento sul contenuto di licopene e sul colore dei derivati dipomodoro surgelati. Ind. Conserve, 79, 379 (2004).

Tyssandier V. et al, Journal of the American College of Nutrition: “Eatingtomatoes boost beta-carotene and lutein too”, Vol.23, N. 2, 148-156 (2004).

Mele G., Restuccia D., Vinci G., Tecnologie Alimentari: “Trattamenti tecnologicie isomerizzazione del licopene nei prodotti a base di pomodoro”, Febbraio2004, pg. 44.

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Valenzano V., Santamaria P., Serio F., Ingredienti Alimentari: “Composti ad attivitàbiologica del pomodoro”, Aprile 2004, pg. 10.

Herzog A., Wertz K., Agrofood Industry hi-tech: “Lycopene effects for improvedprostate health”, February 2005, pg. 13.

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42 43

8. ALTRI PROGETTI collegati

TOM “Development of new food additives extracted from the solid residue ofthe tomato processing industry for application in functional foods” è statofinanziato nell’ambito del 5° Programma Quadro. Questo progetto ha avutol’obiettivo di sviluppare un innovativo e fattibile progetto di riduzione della quantitàdi sottoprodotti ottenuti nella trasformazione del pomodoro mediante il lorocompleto riutilizzo. Un secondo scopo è stato quello di studiare una tecnica dipurificazione dei componenti valorizzabili per un loro utilizzo come additivialimentari o materiale destinabili all’industria farmaceutica e cosmetica utilizzandometodiche sia innovative sia consolidate.(Project number: QLK1-CT-2002-71361)

Rao V. – Content, behaviour and bioavailability of Lycopene in ProcessedTomatoes – in Tomatoes, Lycopene and Human Health – ed. Venker Rao 2007Caledonian Science Press ISBN 0-95553565-0-4.

Leoni C., Arpa: “Agroindustria, le molte vite degli scarti”, Marzo-Aprile 2006,pg.26.

Louise Prance, Cosmetics design-europe.com: “Natural Ingredients drive self-tan market”, 07/02/2007.

Sandei L., and C. Leoni “Exploitation of by-products (solid wastes) comingfrom tomato industry to obtain hi-value antioxidants.Acta Horticulturae , n.724 (249 – 257) 2007.

Nutra ingredients.com Europe: “New player to tap tomato waste for cheaperlycopene”, 1/02/2007.

Nutra ingredients.com Europe: “Tomato extract could stop platelet build-up,boost heart health”, 25/09/2006.

Nutra ingredients.com Europe: “Lycopene-rich foods to boost healthy branding”,19/05/2006.

Stephen Daniells, Nutra ingredients.com Europe: “More support for lycopeneprotection against prostate cancer”, 03/05/2006.

Stephen Daniells, Nutra ingredients.com USA: “LycoRed court US cosmeceuticalsmarket with lycopene”, 22/02/2007.

Nutra ingredients.com Europe: “Synthetic lycopene just as good as natural?”,27/11/2003.

44

9. LINKS UTILI

Gateway to the European Union.www.europa.eu

Community Research & Development Information Service.www.cordis.europa.eu

ttz Bremerhaven.www.ttz-bremerhaven.de

ainia centro tecnológico.www.ainia.es

Confederación de Cooperativas Agrarias de España.www.ccae.es

AMITOM - Mediterranean International Association of the Processing Tomato.www.amitom.com

VIGNAIOLI PIEMONTESI S.C.A (Italy).www.vignaioli.it

Union of Agricultural Cooperatives in Peza (Greece).www.pezaunion.gr

ANFOVI - L’organisme de formation des Vignerons Indépendants (France).www.anfovi.com

Tecnoalimenti S.C.p.A. (Italy).www.tecnoalimenti.com

tomate (alimentaria)

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