RICERCA ITALIANA     

Programma di ricerca

Caratterizzazione analitica e valutazione "in vivo" della capacità antiossidante dei prodotti di neoformazione in derivati di frutta ed ortaggi

Università di riferimento

Università degli Studi "Mediterranea" di REGGIO CALABRIA - BIOTECNOLOGIE PER IL MONITORAGGIO AGROALIMENTARE E AMBIENTALE - REGGIO CALABRIA(RC)

Responsabile dell'Unità di ricerca

Marco POIANA

Descrizione

Lo scopo della ricerca è quello di individuare le relazioni tra i processi di disidratazione applicati a frutta, albicocche in particolare, sulle caratteristiche nutrizionali del prodotto essiccato. Si valuterà la capacità antiossidante dei prodotti mediante test in vitro, correlando questa con caratteristiche compositive di frazioni derivate dai prodotti disidratati.
Di conseguenza le linee che si svilupperanno:
a) processi di essiccazione e relativi pretrattamenti al fine di ottenere un prodotto di qualità elevata
b) caratterizzazione dei prodotti ottenuti mediante metodi fisici e chimici
c) confronto qualitativo tra prodotti essiccatid) determinazione della capacità antiossidante dei prodotti ottenuti
e) frazionamento degli estratti ottenuti dai diversi essiccati e determinazione della capacità antiossidante di ognuno di questi
f) interazione con altra Unità Operativa al fine di determinare la capacità antiossidante in vitro di ogni singola frazione ottenuta

Le attività che verranno intraprese si possono suddividere in alcune fasi o punti contraddistinti da precise operazioni e finalità: fase tecnologica di disidratazione e fasi di caratterizzazione ed individuazione.

1. FASE DELLA OPERAZIONE DI DISDRATAZIONE
Questa fase interessa soprattutto gli aspetti di tipo tecnologico ed in particolare i processi di disidratazione con la finalità di ottenere un prodotto disidratato di elevata qualità. Per questo motivo si dovranno considerare le caratteristiche della materia prima, i pretrattamenti a questa applicati ed il processo di disidratazione vero e proprio.
Materia prima
Per svolgere le attività di disidratazione verranno scelte varietà di albicocche che presentano le caratteristiche di spiccata attitudine alla disidratazione. Quindi i parametri che verranno tenuti in debito conto dovranno essere:
- contenuto di acidi organici non troppo elevato,
- corretto rapporto zuccheri/acidi organici,
- consistenza della polpa e resistenza ai traumi meccanici,
- colorazione persistente e tendente all'aranciato
Tutti i precedentemente enunciati parametri sono fortemente influenzati dallo stadio di maturazione in cui sono state raccolte le albicocche.
Pretrattamenti
Le albicocche subiranno una cernita, una calibrazione, in modo da avere una omogeneità nelle partite trattate, denocciolate in seguito a taglio in due lungo la sutura mediana della drupa.
Verranno testati alcuni pretrattamenti:
a) nessun trattamento
b) scottatura,
e) disidratazione osmotica
Per tutte le prove si dovrà individuare:
- rapporto frutti/soluzione osmotica (potrà essere diverso per ogni singola prova);
- tempo di contatto con la soluzione (potrà essere diverso per ogni singola prova);
Essiccatore
L'essiccatore presenta una camera di trattamento provvista di portellone e un sistema di sostegno per 10 arelle circolari in acciaio inox a vassoio a fondo cieco. Viene fatta circolare aria calda secondo un flusso definito dal senso di rotazione degli elettroventilatori e dei deflettori laterali a geometria tangenziale rispetto alla superficie delle arelle. Le arelle vengono fatte ruotare, creando in questo modo una omogenea esposizione al fluido disidratante su tutta la superficie della arella. Il ricambio dell'aria di processo viene gestita attraverso la apertura/chiusura di apposite valvole in base alla umidità dell'aria all'interno dell'armadio essiccante.
Parametri di essiccazione
Temperatura del fluido, si utilizzeranno due diagrammi termici:
a) alte temperature in modo da favorire i processi chimici, ma non alterare le qualità organolettiche del prodotto disidratato, quindi mediante una serie di test preliminari in cui verranno valutati gli aspetti organolettici si individuerà la temperatura di processo che comunque sarà uguale o superiore a quella utilizzata normalmente di 70-75°C;
b) 70°C fino a raggiungere un contenuto di umidità pari al 50%, per abbassarla a 65 nella ultima parte, in modo da riproporre le condizioni applicate nella industria di essiccazione vera e propria.
Inoltre si utilizzeranno le condizioni di Umidità, Velocità del fluido, Quantità di frutti per m2 di arella ottimali. Il tempo di disidratazione sarà tale da portare il contenuto in acqua del prodotto al 15-17%.
Parametri misurati durante la disidratazione
a) Calo peso,
b) Caratteristiche cromatiche, mediante colorimetro tristimolo misurando i parametri L, a e b, determinandone gli indici derivati.
c) Attività dell'acqua su aliquote, mediante apparecchiatura basata sul principio di misurazione del punto di rugiada, e calibrato con soluzioni saline nell'intervallo 0.1-1.0.
d) Contenuto di acqua su aliquote, mediante metodo gravimetrico eliminando l'acqua sottovuoto.

2. FASE DELLA CARATTERIZZAZIONE DEL PRODOTTO
Sui prodotti ottenuti dopo il processo di disidratazione, identificando la fine del processo quando si raggiunge un contenuto di sostanza secca (percentualmente) tale da permettere la stabilizzazione dell'essiccato, si effettueranno una serie di analisi caratterizzanti. Il contenuto di sostanza secca definita di stabilizzazione verrà verificato dai valori di attività dell'acqua che si collochino a livelli di inibizione delle principali reazioni chimiche e biologiche di degradazione.
Si darà ampio risalto alla individuazione e quantificazione di composti a spiccata attività biologica, sia contenuti naturalmente nelle albicocche sia di neoformazione, creati in seguito alla interazione con il processo di disidratazione.
In questa fase la caratterizzazione comprenderà valutazioni di:
a) Caratteristiche cromatiche, mediante colorimetro tristimolo.
b) pH, mediante elettrodo,
e) Contenuto di sostanza secca,
f) Attività dell'acqua
c) Acidità, mediante titolazione,
d) Contenuto di Acidi organici, in particolare acido ascorbico, estraendo la frazione ed analizzandola in HPLC. La quantificazione verrà effettuata utilizzando come riferimenti degli standard degli acidi organici di interesse.
e) Carotinoidi, in particolare 9-cis-beta-carotene, estraendo la frazione contenente i carotenoidi ed analizzandola in HPLC. La quantificazione verrà effettuata o utilizzando standard di riferimento o rette di taratura rispetto a composti di riferimento.
Si cercheranno delle correlazioni tra i parametri caratterizzanti il prodotto essiccato, o variazione di questi parametri rispetto al materiale di partenza e il processo di essiccazione applicato. In particolare si cercherà di individuare delle relazioni tra la diminuzione (o variazione) di alcuni componenti a spiccata attività biologica e i parametri di essiccazione . I composti maggiormente interessati saranno i Carotinoidi (9-cis-beta-carotene) e alcuni acidi organici (acido ascorbico). Le variazioni (o la presenza) di questi importanti composti verrà correlata con la variazione di altri parametri che durante il processo di disidratazione descrivono la cinetica della essiccazione stessa (Attività dell'acqua e Variazioni cromatiche).

3. DETERMINAZIONE DELLA ATTIVITA' ANTIOSSIDANTE
Sul prodotto essiccato si effettueranno test di determinazione della attività antiossidante.
Per lo studio della funzione antiossidante vengono, attualmente, utilizzati numerosi metodi analitici che misurano la "capacità antiossidante totale". La maggior parte di questi metodi si possono considerare metodi di inibizione che prevedono l'impiego di specie reattive (radicali) verificando la cinetica della scomparsa in seguito alla addizione del potenziale antiossidante.
Si cercheranno relazioni tra la capacità antiossidante e alcuni parametri descrittivi del prodotto (colore, presenza di costituenti a spiccata attività biologica). Queste correlazioni saranno analizzate anche in funzione dei parametri di processo applicati che, provocano variazioni nel contenuto in alcuni costituenti (acido ascorbico, carotinoidi) o in caratteristiche fisiche (colore). Questo permetterà di individuare le caratteristiche tecnologiche (legate alla disidratazione) che maggiormente influenzano questa apprezzata caratteristica nutrizionale e funzionale. Si applicheranno almeno due tipologie di test antiossidanti, uno per individuare la capacità dei composti idrosolubili l'altra per testare quelli liposolubili, e quindi correlare le risposte con costituenti del prodotto essiccato.

4. FRAZIONAMENTO DEI PRODOTTI E DETERMINAZIONE DELLA LORO ATTIVITA' ANTIOSSIDANTE
L'individuazione delle frazioni contenute nel prodotto essiccato verrà effettuato dopo estrazione delle stesse con:
- diversi solventi
- frazionamento in colonna.
Sulle frazioni ottenute si applicherà il medesimo test di determinazione della attività antiossidante descritto in precedenza ed utilizzato per determinare la capacità antiossidante dell'intero prodotto.
Sulle stesse frazioni si cercherà di applicare uno screening preliminare di caratterizzazione utilizzando tecniche di isolamento ed identificazione.
In particolare si cercherà, dalle frazioni che dimostrano attività antiossidante di operare una identificazione di eventuali composti o derivati utilizzando metodologie di separazione ed identificazione GC-MS. Questo screening preliminare di identificazione si baserà su tecniche e metodologie di caratterizzazione chimica, in cui i polimeri prodotti dalla attività del processo, verranno derivatizzati in frammenti più semplici e successivamente analizzati con la sopraccitata tecnica GC-MS. Ovviamente questa caratterizzazione dovrà essere verificata con quella effettuata da altre UO con metodologie avanzate di identificazione.

5. RELAZIONI CON LE ALTRE UNITA' OPERATIVE
Le frazioni così ottenute, e in congrua quantità verranno fornite alle Unità Operative che dovranno effettuare i test "in vivo" di capacità antiossidante e la caratterizzazione molecolare dei composti di neoformazione che potrebbero essere i responsabili di queste attività biologiche. La caratterizzazione chimica con metodologie avanzate verrà effettuata da componenti dell'altra Unità Operativa tecnologica, utilizzando opportune strumentazioni di elevata performance.

Il progetto prevede la durata di 2 anni in cui si dovranno sviluppare le attività precedentemente descritte. In particolare, nel primo anno si effettueranno le prove di disidratazione, la caratterizzazione del prodotto ottenuto e la definizione della sua capacità antiossidante, inoltre si metteranno a punto i sistemi di frazionamento testando le capacità antiossidanti delle stesse. Nel secondo anno si ripeteranno eventualmente prove di disidratazione ma sopratutto si darà maggiore importanza all'ottenimento di frazioni ad attività antiossidante