PROGETTO DI RICERCA. Proponente: Francesca Perri

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1 PRGETT DI RICERCA Nuovi sistemi e nuove metodologie per l ottenimento e la caratterizzazione di estratti aromatici derivanti da vegetali destinati all alimentazione umana. Il Direttore del Dipartimento Il Responsabile del Progetto 1

2 PRGETT DI RICERCA Nuovi sistemi e nuove metodologie per l ottenimento e la caratterizzazione di estratti aromatici derivanti da vegetali destinati all alimentazione umana. Proponente: Francesca Perri Stato dell arte L estrazione e l utilizzo di oli essenziali o essenze derivanti da materiali vegetali aromatici, ha trovato largo impiego sin dall antichità soprattutto in campo cosmetico, farmaceutico e alimentare. Gli oli essenziali sono costituiti da una miscela di più di 200 composti che possono essere distinti in una frazione volatile che costituisce il 90-95% del contenuto totale ed un residuo non volatile rappresentato dal rimanente 5-10%. In particolare la frazione volatile è costituita principalmente da monoterpeni e sesquiterpeni e dai loro derivati ossigenati e sono inoltre presenti composti aldeidici, alcolici ed esterei. La frazione ossigenata è la principale responsabile dell aroma caratteristico degli oli essenziali. Tuttavia, i composti terpenici a causa delle insaturazioni presenti possono essere facilmente degradati per esposizione all aria dando origine, in questo modo ad odori sgradevoli. Come conseguenza del largo uso, l isolamento, la concentrazione e la purificazione degli oli essenziali sono stati per diversi anni processi molto importanti. I metodi comunemente usati si basano principalmente sulla distillazione in corrente di vapore e l estrazione con solvente. Gli inconvenienti correlati a queste tecniche hanno spinto alla ricerca di processi di estrazione alternativi. Un altro aspetto importante nell industria degli oli essenziali è l aumento della qualità dell olio. Poiché gli oli essenziali utilizzati nelle industrie alimentari e cosmetiche sono comunemente isolati mediante pressione a freddo, essi contengono più del 95% di idrocarburi monoterpenici, principalmente il limonene. 2

3 In questo contesto è necessario menzionare il processo noto come deterpenazione o folding. La pratica industriale del folding consiste nel rimuovere parte del limonene insieme ad altri terpeni instabili e concentrare la frazione ossigenata. Questo processo è realizzato allo scopo di migliorare la stabilità dell olio, aumentarne la solubilità in solventi utilizzati per gli alimenti e nell acqua e ridurne i costi di conservazione e trasporto. I metodi correntemente utilizzati per la deterpenazione degli oli essenziali sono: la distillazione frazionata sottovuoto 1, l estrazione selettiva con solvente 2 e la separazione cromatografica 3. Tutte queste tecniche sono caratterizzate da diversi inconvenienti, quali basse rese, formazione di sottoprodotti e presenza di residui organici tossici negli estratti. In particolare, le tecniche utilizzate risultano aggressive per l ambiente, lente, non adatte per composti sia volatili che termolabili (estrazione con solventi organici 4, Soxhlet e idrodistillazione 5 ) o costose e non selettive ( estrazione con fluidi supercritici 6 ). Per di più, la maggior parte di questi metodi (estrazione con solventi organici e idrodistillazione) portano difficilmente a un prodotto con le caratteristiche desiderate. Risulta pertanto fondamentale in questo contesto la messa a punto di nuove tecniche. biettivi Il presente progetto di ricerca prevede lo sviluppo di una nuova metodologia di estrazione di aromi da piante e vegetali destinati all alimentazione umana, basata su un processo di flash distillazione in corrente di vapore autoalimentato. Un campione omogeneo e rappresentativo della matrice in esame verrà sottoposto al processo di flash distillazione in corrente di vapore autoalimentato senza ulteriore aggiunta di acqua o di solventi che potrebbero influenzare o contaminare la composizione prodotto che si vuole ottenere. Il processo estrattivo consentirà di ottenere un acqua aromatica e l olio essenziale. L acqua ottenuta sarà quella contenuta esclusivamente nella matrice vegetale, che è resa aromatica dai componenti volatili che codistillano con l acqua e che in questa sono solubili. L olio essenziale costituito dai componenti volatili presenti nella matrice vegetale potrà essere separato facilmente dall acqua aromatica perché risulta essere immiscibile con essa. Gli aromi ottenuti attraverso la metodologia che si intende sviluppare saranno caratterizzati mediante metodologie di spettrometria di massa abbinate alla gascromatografia. La composizione degli aromi sarà confrontata con analoghi prodotti presenti sul mercato e ottenuti attraverso le metodologie tradizionali. 3

4 Le matrici vegetali che si intendono trattare sono: mandarini, limone, arance, pompelmo, citronella, cedro, menta, ginestra, gelsomino, origano, finocchio selvatico, rosmarino, salvia ecc. L acqua aromatica e l olio essenziale ottenuti potrebbero trovare applicazione nell ambito della produzione di prodotti farmaceutici, nell ambito della aromaterapia, delle produzioni alimentari e degli aromi. La ricomposizione del residuo dell estrazione con l aroma recuperato, realizzato anche dopo molto tempo, potrebbe formare un prodotto alimentare di alta qualità che conserva inalterate le caratteristiche del prodotto fresco. Gli aromi recuperati potrebbero costituire un materiale alimentare eccellente per aromatizzare cibi e preparazioni alimentari industriali e domestiche. Vantaggio della metodologia di estrazione proposta è sicuramente l assenza totale di solventi che potrebbero alterare sia la matrice che il prodotto finale e l ottenimento di un prodotto non contenente componenti indesiderati. A titolo esemplificativo una delle matrici interessanti al fine di ottenere un olio essenziale utile dal punto di visto alimentare, farmaceutico e cosmetico potrebbe essere il bergamotto 7, la cui produzione è limitata in una piccola area della costa tirrenica e ionica della Calabria. L olio essenziale di bergamotto è caratterizzato dalla presenza del bergaptene o 5- metossipsoralene, una furocumarina dotata di nota fototossicità. CH 3 BERGAPTENE La metodologia proposta ha per scopo l ottenimento di un olio essenziale privo di bergaptene, con contenuto terpenico abbattuto e pertanto privo di tossicità e utilizzabile nell industria alimentare. Allo stesso modo, la metodologia applicata all estrazione dell olio essenziale dal basilico potrebbe risultare utile per l ottenimento di un essenza priva di metileugenolo. Da recenti studi è emerso, infatti, che tale composto è in grado di aumentare significativamente l incidenza di lesioni neoplastiche a livello del fegato e dello stomaco 8. 4

5 CH 3 CH 3 METILEUGENL Risultati attesi: - sviluppo di una metodologia analitica utile allo studio dell aroma di derivati di origine vegetale e finalizzati alla tracciabilità e alla rintracciabilità dei prodotti; - definizione e classificazione delle molecole responsabili dell aroma; - ottenimento di estratti privi di terpeni, stabili nel tempo e che non comportano deterioramento e modificazione dell aroma; - uso degli estratti ottenuti come alternativa ai prodotti freschi; - possibilità di utilizzare i prodotti nell industria alimentare in particolar modo come materiale eccellente per aromatizzare cibi e preparazioni alimentari industriali e domestiche. Prodotti della ricerca: Pubblicazioni scientifiche e/o brevetti Dott.ssa Francesca Perri 1 J.D.Vora, R.F. Matthews, P.G. Crandall, R. Cook, J. Food Sci. 48, 1983, J. wusu-yaw, R.F. Matthews, P.F.West, J. Food Sci. 51, 1986, J.G. Kirchner, J.M. Miller, Ind. Eng. Chem. 44, 1952, J.J. Brophy, N.M. Davies, I.A. Sounhwell, L.A. Stiff, D.R. Williams, J. Agric. Food Chem. 37, 1989, M.D. Guillèn, N. Cabo, J. Murillo, J. Sci. Food Agric. 70, 1996, E. Reverchon, G. Della-Porta, F. Senatore, J. Agric. Food Chem. 43, 1995, A. Verzera, A. Trozzi, F. Gazea, G. Cicciarello, A. Cotroneo, J. Agric. Food. Chem., 51, 2003, D.B. Barr, J.R. Barr, S.L. Bailey, C.R. Lapeza, M.D. Beeson, S.P. Caudill, V.L. Maggio, A. Schecter, S.A. Masten, G.W. Lucier, L.L. Needham, E.J. Sampson, Enviromental Health Perspectives, 108(4), 2000, 323 5