Figura 1: Carico microbico delle carote trattate e non, prima dello stoccaggio in cella

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1 RELAZIONE TECNICA Valorizzazione della vocazione territoriale dell ALtopiano del Fucino attraverso lo sviluppo di nuovi prodotti e processi nel settore agroalimentare V.AL.F.O.OD

2 INTRODUZIONE Obiettivo generale del progetto era la valorizzazione della filiera orticola nell Altopiano del Fucino tramite la diversificazione produttiva e il rafforzamento complessivo delle relazioni di cooperazione ed integrazione tra gli operatori di settore, sviluppando nuovi prodotti e processi, per giungere all ottenimento di prodotti ad alto valore aggiunto. Il partenariato scientifico, attraverso il coinvolgimento fattivo del Consorzio proponente del Progetto V.AL.F.O.OD, ha lavorato ottenendo tutti gli obiettivi prefissati nei tempi e con le risorse finanziarie disponibili. Di seguito saranno descritte schematicamente:attività, Fase, obiettivi previsti, matrice responsabilità, Attuazione scientifica, risultati e conclusioni. Attività A1. (Fase1.1, Fase1.2, Fase1.3, Fase1.4): Miglioramento della salvaguardia della qualità, della sicurezza e salubrità di prodotti orticoli di IV gamma e/o I gamma Matrice responsabilità: Centro di Servizi e di Ricerca Applicata, Università di Foggiain collaborazione con il Consorzio proponente. Fase 1.1 Miglioramento delle condizioni di post-raccolta di vegetali destinati alla IV gamma e/o I gamma L obiettivo dellafase 1.1 prevedeva di effettuare test di shefl life per identificare le migliori condizioni di stoccaggio e le eventuali misure di prevenzione del decadimento qualitativo nella fase di post-raccolta di prodotti orticoli. Attuazione. Al fine di raggiungere l obiettivo previstosono stati effettuati test di shelf life su carote con buccia per I e IV gamma (messe a disposizione dalle aziende del Consorzio proponente), osservando diversi regimi di stoccaggio in fase post-raccolta. In particolare, mantenendo inalterate le condizioni di temperatura e umidità delle celle già in uso presso le aziende consorziate, le carote sono state preventivamente sottoposte a diversi tipi di lavaggio, seguiti da opportuno risciacquo in acqua. I lavaggi hanno previsto l uso diipoclorito di sodio a differenti concentrazioni ( ppm) e per diversi tempi di contatto ( minuti) e di acido peracetico (soluzione 15%) alla concentrazione di 500 ppm. Risultati ottenuti e conclusioni. Dall analisi dei risultati è emerso che a parità di temperature e umidità della cella, il trattamento delle carote con ipoclorito di sodio a 1000 ppm per 5 è efficaceper ridurre significativamente il carico cellulare senza compromettere le caratteristiche sensoriali del prodotto. La Figura 1, che si riferisce alla qualità microbiologica delle carote trattate, mette a confronto l efficacia delle sostanze nelle diverse condizioni di post-raccolta sperimentate.

3 Figura 1: Carico microbico delle carote trattate e non, prima dello stoccaggio in cella Pertanto, come previsto dal progetto, i test di shelf life effettuati in questa fase hanno reso possibile delineare un protocollo di post-raccolta, opportunamente ottimizzato con l uso di composti antimicrobici selezionati, che promuove il mantenimento della qualità del prodotto orticolo. Fase 1.2 Ottimizzazione produzione vegetali di IV gamma e/o I gamma L obiettivo prevedeva di effettuare test di shefl life per identificare sostanze attive utili a preservare la qualità di trasformati orticoli di IV gamma e di studiare le fasi del processo in cui intervenire. Attuazione.Per il raggiungimento dell obiettivo abbiamo collaborato con il Consorzio proponente. L azienda consorziata Aureli ha messo a disposizione i prodotti di IV gamma e le proprie risorse strutturali per la validazione delle cinetiche di decadimento dei prodotti attualmente in commercio. Sono stati condotti numerosi test di shelf life su carote baby e finocchi di IV gamma, ottenuti secondo differenti protocolli produttivi opportunamente studiati sulla base delle suddette cinetiche di decadimento dei due prodotti in questione. I diversi protocolli produttivi hanno previsto l uso di sanitizzanti per il lavaggio dei prodotti prima e/o dopo il taglio/pelatura e l uso di un coatinga a base di alginato di sodio, con e senza sostanze ad azione antimicrobica (nanoparticelle di argento). In particolare, sui finocchi è stato studiato l acido citrico (1%), con e senza coating attivo mentre sulle carote baby sono stati studiati etanolo 50% e 70%; sodio acetato 1% e 2,5%; sodio citrato 2,5% e 5%; ipoclorito di sodio 300 ppm; coating attivi e varie combinazioni di questi

4 trattamenti. Tutti i test di shelf life hanno previsto il monitoraggio della qualità microbiologica e sensoriale del prodotto confezionato e stoccato a 4 C. Risultati ottenuti e conclusioni. Dall analisi dei numerosi risultati relativi ai vari campioni studiati è emerso che le diverse strategie di preservazione selezionate hanno sortito diversi effetti sulla qualità dei prodotti. In particolare, per i finocchi l uso del dipping in acido citrico dopo il taglio combinato con il coating si è rivelato efficace a preservare la qualità. Per le carote baby, l etanolo e il sodio acetato hanno mostrato buoni effetti sulla capacità di controllare la proliferazione batterica, senza incidere sulla accettabilità del prodotto. A titolo di esempio nella Figura 2 viene riportata la carica batterica totale (CBT) nelle carote baby trattate con etanolo al 50% e 70%, confezionate in 2 tipi di film a base di polipropilene 30 micron, microforati con 1 o 2 fori a centimetro quadrato (denominati 1Fx100 e 2Fx100). 1FX100-50% 1FX100-70% 1FX100-Cnt 2FX100-50% 2FX100-70% 2FX100-Cnt 8 7 log ufc/g tempo (gg) Figura 2: Andamento della CBT delle carote baby durante la conservazione a 4 C L uso esclusivo dell alginato di sodio si è rivelato utile a prevenire la disidratazione sia delle carote baby che dei finocchi e a prevenire la proliferazione batterica e quando caricato con le nanoparticelle metalliche ha mostrato migliori effetti sul controllo della qualità microbiologica. In conclusione, l obiettivo della Fase 1.2 è stato raggiunto perché grazie ai numerosi test effettuati è stato possibile identificare le strategie di preservazione utili a controllare il decadimento qualitativo. Alla luce delle evidenze sperimantali ottenute e della effettiva applicabilità dei protocolli studiati su scala industriale presso l azienda consorsiata, le strategie più idonee che sono state scelte per la fase successiva del progetto sono ricadute per i finocchi su acido citrico dopo il taglio con successivo coating del prodotto e per le carote sull esclusivo utilizzo del coating prima del confezionamento.

5 Fase 1.3 Ottimizzazione confezionamento di vegetali di IV gamma e/o I gamma L obiettivo dellafase1.3 prevedeva di effettuare test di shefl life per identificare materiali e condizioni dello spazio di testa della confezione utili a preservare la qualità di carote baby e finocchi di IV gamma. Attuazione.Per il raggiungimento dell obiettivo, nella Fase 1.3 sono stati condotti una serie di test di shelf life su carote baby e finocchi di IV gamma dove sono stati studiati vari film idonei all imballaggio dei prodotti orticoli ed è stata confrontata l aria con l atmosfera modificata. Il protocollo produttivo ha sempre previsto il lavaggio dei rispettivi prodotti con ipoclorito di sodio (2%) prima del taglio/pelatura e l adozione delle strategie di preservazione individuate nella fase precedente. I film studiati sono stati scelti tra microforati e non per verifare come la diversa permeabilità del materiale si potesse adattare alla velocità di respirazione del prodotto con e senza il coating. Sono stati usati film di polipropoline da 30 micron con diverse microperforature e polipropilene orientato. Anche in questa fase i test di shelf life hanno previsto il monitoraggio della qualità microbiologica e sensoriale del prodotto confezionato e stoccato a 4 C. Risultati ottenuti e conclusioni. Dall analisi dei risultati relativi ai vari campioni studiati sono emerse le migliori condizioni di confezionamneto per i 2 prodotti studiati. L obiettivo della fase 1.3 si può ritenere raggiunto perché grazie ai testi di shelf life condotti è stato possibile definire su scala di laboratorio il seguente protocollo di lavorazione per i 2 prodotti: scelta della cultivar ricevimento, selezione e refrigerazione post-raccolta lavaggio taglio dipping/coating confezionament o stoccaggio lavaggio prima del taglio con soluzione acquosa di ipoclorito per entrambi i prodotti, dipping dopo il taglio con acido citrico solo per finocchio, rivestimento con coating per entrambi i prodotti e confezionamento in Polipropilene microforato orato per il finocchio e con Polipropilene orientato per carote baby. Tali protocolli hanno permesso di raggiungere una shelf life di 7 giorni per i finocchi e di 14 per le carote baby. Questi risultati rispondono agli obiettivi quantificabili previsti perché i finocchi di IV gamma sono un prodotto nuovo per il territorio del Fucino e 1 settimana di shelf life apre sicuramente a futuri sbocchi commerciali ciali per le aziende del territorio; per le carote era previsto un aumento di almeno 7 giorni rispetto ai 5 attualmente garantiti.

6 Fase 1.4 Trasferimento dei risultati su scala industriale Questa fase prevedeva la validazionedeiprotocollisu scala industriale. Il trasferimento dei risultati su scala industriale ha previsto la collaborazione del Consorzio proponente tramite l azienda consorziata Aurelicheha messo a disposizione i propri impianti per la validazione dei protocolli.i protocolli messi a punto per carote e finocchiprevedevano il lavaggio prima del taglio con soluzione di ipoclorito per entrambi i prodotti; dipping dopo il taglio con soluzione di acido citrico solo per i finocchi; coating per entrambi i prodotti; confezionamento con film PP microforato per finocchi e PP orientato per carote. Le carote e i finocchi di IV gamma così ottenuti sono stati sottoposti ad uno studio di shelf life presso i laboratori dell azienda consorziata Aureli che ha previsto screening microbiologici e panel test. I risultati ottenuti sono in linea con le aspettative dei protocolli. In conclusione I lavaggi e il film utilizzati nelle prove di scale up si sono rivelati efficaci a preservare la qualità dei prodotti e ad ottenere l aumento di shelf life anche nelle reali condizioni di utilizzo. Attività A2.(FaseA2.1)Sviluppo di nuovi prodotti agroalimentari. Matrice Responsabilità:CRAB in collaborazione con il Consorzio proponente. Fase A2.1: Ottimizzazione dei processi di trasformazione per lo sviluppo di prodotti funzionali La fase A 2.1 era focalizzata alla identificazione delle operazioni unitarie emergenti, comprese le mildtechnologies,perverificare quelle che meglio si prestano alla trasformazione dei prodotti tipici dell Altopiano del Fucino. Gli obiettivi previsti in Capitolato Tecnico erano: Numero di edulcoranti naturali ottenuti >=1 Numero di coloranti naturali ottenuti >=2 Edulcoranti: Attuazione. È stato sviluppato e messo a punto un processo per la produzione di inulina da topinambur. L inulina è sia una fibra dietetica solubile sia un FOS (Frutto Oligo Saccaridi); può essere usata come dolcificante. Il processo di estrazione di inulina individuato, dai dati in letteratura, è stato l estrazione con acqua a caldo. Per l uso delle radici sono stati necessari trattamenti preliminari sulle materie prime. Le prove preliminari sono state eseguite su scala laboratorio la validazione dei risultati è stata fatta su scala pilota. La composizione delle radici di topinambur è riportata in Tabella 1. Rispetto alla composizione di letteratura il topinambur lavorato presenta un minor contenuto di zuccheri, un

7 minor contenuto di proteine, un maggior contenuto di grassi ed una maggiore quantità di fibra (inulina). Tabella 1: Composizione topinambur Il piano sperimentale ha previsto prove con diversi rapporti tra acqua e topinambur (H/T) per valutare se ci fossero problemi di saturazione di inulina oltre che per individuare il rapporto ottimale dal punto di vista della resa in inulina. Un altra variabile è stata la temperatura di estrazione. In Figura 3 è riportato lo schema a blocchi del processo studiato ed ottimizzato. Acqua Topinambur Estrazione Acqua Filtrazione Surnatante Essiccazione Sedimento Inulina polvere Figura 3: Schema a blocchi del processo studiato Risultati ottenuti e conclusioni. Le condizioni operative ottimali, in termini di resa in inulina, sono state: temperatura a 70±2 C; volume di estrazione costante; velocità di agitazione costante; H/T pari a 20; durata 1 ora. Finita l estrazione si è filtrata la sospensione per recuperare il surnatante (89% recupero inulina) che è stato inviato allo spray dryer per l essiccazione. Le condizioni operative ottimali per l essiccazione sono state 170 C in ingresso e 90 C in uscita. Il prodotto uscente dallo spray dryer è una polvere della consistenza della cipria, color tortora chiaro con una concentrazione del 40% in inulina e del 40% in zuccheri. L obiettivo prefissato: Numero di edulcoranti naturali ottenuti >=1 può ritenersi raggiunto.

8 Coloranti. Attuazione. 1. È stata sviluppata, messa a punto e validata una metodica analitica spettrofotometrica per la quantificazione del colore di succhi vegetali nello spazio La*b*. È importante, dal punto di vista commerciale che i succhi abbiano caratteristiche cromatiche, considerando la variabilità della materia prima naturale, più che ripetibili, definite in modo oggettivo. La metodica sviluppata è stata impiegata: per caratterizzare differenti succhi vegetali (arancio, rosso, viola e verde), per correlare il colore del succo di carota (metodica semplice, veloce e poco costosa) con il suo contenuto di β-carotene, per correlare il colore del succo di carota nera al variare del ph. 2. È stato sviluppato ed ottimizzato un processo di estrazione con CO 2 supercritica da carota per ottenere un olio colorante ricco in β-carotene. 3. È stato sviluppato ed ottimizzato un processo di produzione di un colorante mediante UF di succo di carota nera. Risultati ottenuti e conclusioni. 1. La messa a punto della metodica non era tra gli obiettivi prefissati ma essendo di interesse per le Aziende consorziate proponenti può considerarsi come un obiettivo raggiunto. In Tabella 2 sono riportati i valori medi La*b* dei succhi di carota analizzati. Tipologia campione L a* b* Succo tal quale media 35,0±0,6 60,3±3,0 11,0±0,5 Succo 70 Brix media 34,9±2,1 72,0±2,5 9,8±0,2 C70 scuro 25,4±0,1 78,8±0,6 7,1±0,2 C70 molto scuro 9,4±0,1 82,6±0,9 3,8±0,1 C70 rosato 38,2±0,2 57,4±0,5 7,8±0,2 C42 arancio chiaro 42,2±0,1 69,9±0,6 12,9±0,3 Media di tutti i campioni 35,0±1,6 69,9±2,4 10,1±0,3 Tabella 2: Valori medi delle coordinate La*b* per tipologia di succhi di carota, tal quale e concentrati (C42 e C70), analizzati In Tabella 3 sono riportati i valori medi La*b* di altri succhi vegetali analizzati. Tabella 3: Valori coordinate La*b* per alcuni succhi vegetali

9 La determinazione delle coordinate La*b* medie di questi succhi vegetali è un altro obiettivo raggiunto ma non preventivato. È stata valutata la fattibilità di correlare il colore del succo di carota (metodica semplice, veloce e poco costosa) con il suo contenuto di β-carotene. In Tabella 4 sono riportati il colore (L a* b*) e il contenuto di β-carotene dei campioni analizzati. Tabella 4: Colore (L a* b*) e contenuto di β-carotene nei campioni Si è correlato il contenuto di β-carotene dei campioni con lo scostamento del colore dalla media statistica di tutti i campioni di succhi di carota analizzati nel corso delle attività (Tabella 2). La polinomiale di interpolazione di secondo grado (Equazione 1) ha un valore R = 0.98 e può essere impiegata per il calcolo del contenuto di β-carotene di un succo noti i valori del colore. Equazione 1: - β-carotene = 1.48 * E * E Questo modello matematico è un altro obiettivo raggiunto ma non preventivato. È stato correlato il colore del succo di carota nera al variare del ph. Un campione di succo è stato suddiviso in aliquote, in ciascuna è stato addizionato acido citrico per ottenere i valori di ph voluti. I risultati ottenuti sono riportati in Tabella 5. Tabella 5: Valori sul piano L*a*b* del succo di carota nera al variare del ph.

10 Questo studio sul colore del succo di carota nera al variare del ph è un altro obiettivo raggiunto ma non preventivato. 2. È stato sviluppato ed ottimizzato un processo di estrazione con CO 2 supercritica da carota per ottenere un olio colorante ricco in β-carotene. L olio sviluppato oltre che un colorante, per l elevato contenuto in β carotene, è un interessante prodotto funzionale. In Figura 4 è riportato lo schema a blocchi del processo batch studiato e validato su scala pilota. Figura 4: Schema a blocchi del processo per la produzione di un olio ricco in β carotene Al termine del processo dal serbatoio di estrazione si recupera la frazione il raffinato, ovvero la carota esausta. Le prove sono state eseguite a Temperatura (tra 40 e 60 C) e Pressione ( bar) tali da mantenere la CO 2 in condizioni supercritiche; in alcuni test è stato impiegato etanolo come cosolvente. In Tabella 6 sono riportati i risultati migliori ottenuti. Come resa quantitativa in olio il test che ha dato il miglior risultato è l ES8, senza impiego di etanolo come cosolvente (c.a. 13% in peso di recupero); le condizioni operative sono però estreme: 60 C e 340 bar. Il test ES4 è stato quello ottimale sia in termini di resa quantitativa (9%) in olio sia in concentrazione di β-carotene (c.a. 3%); le condizioni operative sono meno drastiche: 40 C e 200 bar e prevedono l impiego di etanolo come cosolvente (1,09l/kg di CO 2 ). Dai dati riportati in Tabella 6 si evince che il colorante ottimizzato (estratto Test ES4) ha un contenuto in β-carotene 46 volte superiore al valore medio riscontrato in un succo di carota (Tabella 4). Questo colorante può essere impiegato nell industria alimentare (EFSA, Journal 2012) e può essere etichettato come naturale dato che il processo impiegato per la sua produzione non necessita di composti chimici (mild technology). Questo prodotto innovativo oltre ad avere proprietà coloranti ha anche importanti proprietà rietà funzionali come antiossidante. Infatti da studi epidemiologici (Food, 2006) è emerso che l assunzione di 2-4 mg/giorno di β-carotene ha

11 effetto protettivo sulla salute. Per questo quantitativo basterebbero 85 mg del colorante sviluppato. Tabella 6: Risultati dei test di estrazione con CO 2 in condizioni supercritiche Lo sviluppo e messa a punto di questo processo è il primo obiettivo raggiunto tra quelli previsti. 3. È stato sviluppato ed ottimizzato un processo di produzione di un colorante da succo di carota nera. Oltre alle caratteristiche coloranti il prodotto sviluppato, per l elevato contenuto in antocianine, è un interessante prodotto funzionale. La tecnologia indagata per concentrare il succo di carota nera è stata l ultrafiltrazione (UF) secondo lo schema riportato in Figura 5. La soluzione concentrata di interesse è il ritenuto della UF. Succo car nera 1 / V-101 Accumulo Alimentazione Permeato 2 / UF-101 Ultrafiltrazione 3 / V-102 Raccolta Perm. UF Ritenuto Figura 5: Schema a blocchi del processo di concentrazione del succo di carota nera In Tabella 7 sono riportati i valori delle caratterizzazioni chimico-fisiche eseguite sulle correnti del processo studiato.

12 Corrente Saccarosio (%) Glucosio (%) Fruttosio (%) Secco (%) Ceneri (%) Polifenoli (mg/kg) Volume (l) Alimentazione 3,25% Ritenuto 3,83% Permeato 2,73% 1,28% 1,07% 6,92% 0,71% 1,33% 1,10% 8,25% 0,61% 1,27% 1,08% 5,71% 0,53% Tabella 7: Caratterizzazione chimico-fisica delle correnti ottenute nel processo di concentrazione con UF Dai dati della concentrazione di polifenoli totali (Tabella 7) nelle 3 correnti ottenute dal processo di concentrazione del succo di carota nera mediante UF si evince che: - Il fruttosio ed il glucosio si dividono equamente tra le tre correnti mentre il saccarosio viene parzialmente ritenuto dalle membrane impiegate e si concentra del 18%. - I polifenoli vengono ritenuti dalle membrane impiegate e si concentrano del 50%. Dall assunzione giornaliera consigliata di polifenoli con la dieta (Landete, 2013) si calcola che 200 g di questo colorante forniscono il 100% del consumo giornaliero consigliato. Il colore nello spazio La*b* delle tre correnti è stato analizzato con la metodica messa a punto. In Figura 6 sono rappresentati in forma grafica i valori ottenuti per il colore delle correnti ottenute nel processo di ultrafiltrazione nel piano a* b*. Si può osservare che il colore del ritenuto si discosta sensibilmente dal colore delle altre 2 correnti. 19,0 17,0 15,0 13,0 b* 11,0 9,0 7,0 Alimentazione Ritenuto Permeato 5,0 3,0-5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0 40,0 a* Figura 6: Colore delle correnti ottenute nel processo di ultrafiltrazione di succo di carota nera nel piano a* b* Lo sviluppo e messa a punto di questo processo è il secondo obiettivo raggiunto tra quelli previsti. L obiettivo prefissato: Numero di coloranti naturali ottenuti >=2 è stato raggiunto e superato (=5).

13 Attività A2.2(FaseA2.2, FaseA2.3)Sviluppo di nuovi prodotti agroalimentari. Matrice Responsabilità: Sapienza Università di Roma, Dipartimento di Chimica in collaborazione con il Consorzio proponente. Il progetto prevedeva la caratterizzazione delle proprietà micro nutrizionali di ortaggi, freschi e trasformati, finalizzata all individuazione di biomolecole funzionali e alla loro integrità in relazione alle fasi di trasformazione per la produzione di succhi ed estratti vegetali sulla base dei profili metabolici globali. Gli obiettivi prevedevano l'analisi mediante spettroscopia di Risonanza Magnetica Nucleare mono e bi-dimensionale di almeno 4 prodotti del Fucino. In accordo con il Consorzio proponente le specie di ortaggi analizzate sono state 4: carote arancioni, rape rosse, sedano e carote nere (purple). Attuazione:133 succhi derivati dai 4 ortaggi selezionati (carote arancioni, carote nere, rape rosse e sedano), opportunamente prodotti e messi a disposizione dall Azienda consorziata Aureli, sono stati sottoposti ad idonee procedure di estrazione, messe a punto nei laboratori del Dipartimento di Chimica della Sapienza per ottenere campioni rappresentativi dei metaboliti solubili in fase idroalcolica ed in fase organica. Su ogni fase separata è stata effettuata l analisi spettroscopica 1H NMR monodimensionale, secondo la procedura standard del nostro laboratorio per l'analisi qualitativa e quantitativa dei metaboliti, per un totale di 266 spettri. L assegnazione univoca dei segnali presenti negli spettri 1H RMN delle due fasi è stata effettuata sulla base del confronto con banche dati del laboratorio o internazionali, e validate mediante esperimenti RMN bidimensionali come COSY, TOCSY, HSQC, HMBC. Dopo tale procedura è stato possibile eseguire l analisi quantitativa dei metaboliti nelle due fasi di ogni campione attraverso l integrazione dei segnali ed il confronto con riferimenti interni standard a concentrazioni note. Attraverso questa procedura si sono ottenuti profili metabolici quali-quantitativi di estratti idroalcolici ed organici di ogni singolo ortaggio, permettendo di identificare i micronutrienti caratteristici. Sono stati ottenuti risultati anche nelle diverse fasi del processo di trasformazione (tre fasi indicate come A, B e C in dipendenza degli step di lavorazione), in particolare per le carote arancioni e carote nere. Tali risultati hanno evidenziato il mantenimento dell'integrità strutturale dei micronutrienti esaminati durante il processo di trasformazione. I livelli dei metaboliti (mg/100 ml, media ± DS) misurati nei quattro ortaggi sono riportati da Tabella 8 a Tabella 14.

14 Tabella 8: Livelli dei metaboliti (mg/100 ml, media ± DS) misurati nei quattro ortaggi Tabella 9: Livelli dei metaboliti (mg/100 ml, media ± DS) misurati nei quattro ortaggi Tabella 10: Livelli dei metaboliti (mg/100 ml, media ± DS) misurati nei quattro ortaggi Tabella 11: Livelli dei metaboliti (mg/100 ml, media ± DS) misurati nei quattro ortaggi

15 Tabella 12: Livelli dei metaboliti (mg/100 ml, media ± DS) misurati nei quattro ortaggi Tabella 13: Livelli dei metaboliti (mg/100 ml, media ± DS) misurati nei quattro ortaggi Tabella 14: Livelli dei metaboliti (mg/100 ml, media ± DS) misurati nei quattro ortaggi Conclusioni sull'attività svolta e obiettivi raggiunti: Tutti gli obiettivi prefissati sono stati raggiunti. Mediante l'analisi metabolomica sono stati caratterizzati succhi derivati da 4 specie di ortaggi sulla base della composizione di micronutrienti, come previsto dal progetto. Lo scopo di tale analisi era quello di valorizzare i prodotti coltivati nel Fucino, sulla base della composizione dei micronutrienti e da qui evidenziare la relazione tra proprietà organolettiche, nutrizionali e composizione biochimica, e l'individuazione delle potenzialità funzionali del prodotto per la salute. Nella stessa fase di attività A2.2 era prevista la valutazione del processo di trasformazione dei prodotti in succhi. I risultati ottenuti mediante

16 l'analisi metabolomica di campioni prelevati nei diversi punti di lavorazione hanno dimostrato che il processo di trasformazione delle carote arancioni in succo, messo a punto presso l'azienda Consorziata Aureli, mantiene prevalentemente inalterata la composizione qualitativa biochimica dell'ortaggio nelle diverse fasi. Tali informazioni possono essere utilizzate dal Consorzio per la valorizzazione dei propri prodotti trasformati. Fase A2.3: Valorizzazione dei prodotti agroalimentari del Fucino sulla base del confronto dei profili metabolici provenienti da aree geografiche diverse. Per lo studio delle differenze metaboliche eventualmente indotte dalla coltivazione in aree geografiche diverse sono stati caratterizzati i profili metabolici di succhi ottenuti da carote arancioni. Attuazione: 72 campioni di succhi di carote arancioni (24 originari da carote del Fucino (Abruzzo), 24 da Maccarese (Lazio) e 24 da Ispica (Sicilia) sono stati sottoposti a procedure di estrazione messe a punto nei laboratori del Dipartimento di Chimica della Sapienza. Su ogni fase separata, idroalcolica ed organica, è stata effettuata l analisi spettroscopica 1H NMR monodimensionale, secondo la procedura standard del nostro laboratorio per l'analisi qualitativa e quantitativa dei metaboliti, per un totale di 144 spettri. Le concentrazioni dei metaboliti, espresse in mg/ml, sono state oggetto di analisi uni-variata e multivariata (analisi in Componenti Principali, PCA) per valutare le differenze tra prodotti della stessa specie (Carota arancione) in relazione alla coltivazione in aree geografiche diverse. La PCA evidenzia una netta separazione dei campioni coltivati nelle diverse aree, Figura 7.

17 Figura 7:: Grafico 3D dei valori per le Componenti Principali dei campioni di carote I livelli dei metaboliti responsabili della differenziazione tra carote del del Fucino, di Ispica e di Maccarese sono riportati di seguito. seguito

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19 Figura 8:: A, B e C indicano i risultati significativamente diversi (p< 0.05) tra gruppi: A: Ispica vs Maccarese, B: Maccarese vs Fucino; C: Fucino vs Ispica. (nero Ispica, bianco Maccarese; tratteggiato Fucino) Conclusioni sull'attività svolta e obiettivi raggiunti: ra In questa fase gli obiettivi prefissati sono stati raggiunti. I risultati ottenuti in questa fase hanno permesso di evidenziare idenziare variazioni significative in termini di micronutrienti in relazione all'origine geografica delle carote arancioni: Fucino (Abruzzo), Maccarese (Lazio), Ispica (Sicilia). I risultati ottenuti centrano esattamente gli obiettivi del progetto per la valorizzazione valorizzazione dei prodotti del Fucino, mettendo in evidenza la peculiarità del profilo metabolico della carota del Fucino in relazione alla composizione del terreno e all'altitudine sul livello del mare. I risultati ottenuti permettono anche di comprendere la relazione tra alcuni elementi biochimici e le caratteristiche organolettiche delle carote coltivate in regioni diverse.

20 Attività A3: Ottimizzazione della definizione della composizione della materia prima e della flora microbica nell ottica di miglioramento della resa in biogas del digestore già presente presso l azienda consorziataaureli. Matrice Responsabilità: CRAB in collaborazione Consorzio Proponente Fase A3.1 Test di biometanazione per la valutazione di diversi substrati Caratterizzazione delle biomasse che alimentano il digestore. Ottimizzata la composizione della materia prima tramite test di bioconversione anaerobica, con caratterizzazione di tutte le correnti, compreso il digestato. Gli obiettivi previsti in Capitolato Tecnico erano: Numero di test di biometanazione su diversi substrati e caratterizzazione del digestato>=4 Attuazione. Scopo delle attività sviluppate è stato lo studio di metodologie che consentissero di migliorare le performance dell impianto di digestione anaerobica preesistente c/o il Consorzio proponente. Risultati ottenuti e conclusioni. A valle dell analisi dei dati di funzionamento di un anno e dei dati di caratterizzazione chimico-fisica di tutte le correnti in ingresso ed in uscita dal digestore sono stati eseguiti 28 test di biometanazione. I parametri variati nei test pilota sono stati: Temperatura (35 e 43 C) Agente per il pretrattamento mais (nessuno, NaOH ed HCl) Concentrazione d inoculo (da 1:1 a 3:1 Solidi volatili nell inoculo/sv mais) Mediante l impiego di un pretrattamento con soda dell insilato di mais è possibile aumentare la resa in metano di c.a. il 36%. È stato stimato in c.a kcal/h il consumo di energia termica necessaria per la realizzazione del pretrattamento basico con i quantitativi di biomassa usate nell impianto industriale. Calcolando il calore producibile in più, grazie alla maggior resa in metano, si può stimare un aumento di disponibilità energetica in impianto pari a c.a MW. Questo comporterebbe per l azienda una produzione energetica ulteriore da fonti rinnovabili, ovvero in sostituzione di combustibili fossili, pari a c.a. il 30% con l impianto di digestione anaerobica preesistente. Questo dato, come già sopra riportato, va verificato con ulteriori prove prima dell applicabilità industriale. L obiettivo prefissato: Numero di test di biometanazione su diversi substrati e caratterizzazione del digestato>=4 è stato raggiunto e superato (=28). Fase A3.2 Valutazione della flora microbica. Nel capitolato Tecnico era prevista la caratterizzazione della flora microbica nei diversi stadi del processo di bioconversione al fine di valutare l idoneità alla produzione di biogas utilizzando

21 matrici testate nella fase precedente e di ottimizzare le rese di bioconversione, valutando i benefici anche in termini di bilancio di CO 2 e di impatto ambientale e con caratterizzazione di tutte le correnti, compreso il digestato Attuazione. Sulle biomasse e sui digestati prelevati, oltre alla caratterizzazione chimico-fisica è stata eseguita la selezione, con l impiego di terreni selettivi, dei ceppi microbici aerobi ed anaerobici presenti. È stata anche eseguita una ulteriore selezione, basata sull attività dei ceppi aerobi isolati a degradare la cellulosa (Positività rosso congo). Questa azione è stata attuata in quanto, in base ai risultati ottenuti dalla caratterizzazione chimico-fisica si evince che la frazione ligno-cellulosica delle biomasse iniziali resta praticamente inalterata nel digestato. Risultati ottenuti e conclusioni. I microrganismi di interesse individuati sono stati due: Penicillum chrysogenum ed Aspergillus niger.