ITMI20120777A1

ITMI20120777A1 - Recupero di principi bioattivi da prodotti secondari di lavorazioni agro-alimentari

Info

Publication number: ITMI20120777A1
Application number: IT000777A
Authority: IT
Inventors: Aldo Martinelli; Lorenzo Tassi; Moris Vignali
Original assignee: Aqtan Srl
Priority date: 2012-05-08
Filing date: 2012-05-08
Publication date: 2013-11-09

Description

DESCRIZIONE

"Recupero di principi bioattivi da prodotti secondari di lavorazioni agro-alimentari"

La presente invenzione ha per oggetto un procedimento per l'estrazione frazionata di polifenoli naturali della frutta, di composti acidi organici naturali, e di zuccheri semplici a partire da semilavorati, prodotti secondari o prodotti di scarto, preferibilmente melasse e/o borlande delle lavorazioni industriali di trasformazione della frutta secca o disidratata, in particolare della lavorazione ed essiccazione dei frutti maturi delle Rosaceae (albicocche, pere, mele, susine, ciliegie).

Le varie frazioni organiche recuperabili con il metodo dell'invenzione, quali:

tannini (o polifenoli in genere);

acidi organici naturali (ad esempio, acidi citrico, tartarico e malico);

- zuccheri semplici (ad esempio, fruttosio glucosio) ;

sono impiegate nell'industria alimentare come additivi, 0 ingredienti di formulazione, in grado di esplicare un'azione ammendante e migliorativa delle caratteristiche organolettiche dei prodotti alimentari a cui sono aggiunti.

1 tannini possiedono inoltre caratteristiche cromatiche proprie, che spesso coprono un ampio campo spettrale e, quindi, possono essere utilizzati anche come coloranti alimentari naturali.

Le esigenze di mercato in fatto di prodotti esenti di additivi sintetici sono ormai ampiamente note soprattutto nel settore alimentare. Di conseguenza Ã ̈ in continua crescita il ricorso a fonti edibili naturali, come frutta e vegetali, per l'ottenimento di pigmenti e additivi alimentari di origine naturale. Gran parte della ricerca industriale del settore si muove verso la scoperta e la valorizzazione di nuove fonti di prodotti ed ingredienti naturali con caratteristiche di stabilitÃ sia alle condizioni dei processi produttivi alimentari, sia nella fase di conservazione del prodotto finito.

Un altro carattere distintivo, cioÃ ̈ la scoperta che molti di essi presentano proprietÃ bioattive, ha reso i coloranti naturali molto interessanti non solo per l'aspetto estetico ma anche per le proprietÃ nutraceutiche.

I colori molto scuri, tendenti al bruno-nero, sono normalmente ottenuti nel settore alimentare mediante l'impiego di tannini, o di caramello che, in molti casi di applicazioni industriali importanti, non Ã ̈ sempre ben tollerato.

I tannini potrebbero rappresentare una buona alternativa del tutto naturale al caramello per le colorazioni alimentari scure, tendenti al cupo-nero. Tuttavia, ad oggi non sono noti procedimenti industriali che consentano una produzione di tannini cupo-neri in quantitÃ adeguate a soddisfare le esigenze di mercato. Alla luce di quanto esposto, il problema che la presente invenzione si propone di risolvere Ã ̈ di mettere a disposizione del settore alimentare in genere, un metodo per la produzione di coloranti alimentari poliienolici, in particolare tannici, con caratteristiche coloranti simili a quelle del caramello (colori bruni, scuri, tendenti al cupo-nero), ma di origine e composizione interamente naturale.

Analogamente, il mercato dei prodotti naturali assorbe anche grandi quantitativi di acidi organici, sia in forma pura che in miscela, come l'acido tartarico, l'acido malico ed il citrico, che possono essere utilizzati direttamente in miscela secondo i rapporti di composizione e distribuzione naturale quando presenti nella frutta, oppure possono essere separati e purificati per destinarli ad usi specifici in forma singola. Questi acidi trovano una vastissima gamma di applicazioni, che coprono dal settore dei prodotti alimentari, come regolatori del pH, modulatori di aciditÃ e sapiditÃ , fino al campo edilizio, come ritardanti di presa, produzione del cartongesso, eco.

Infine, le industrie saccarifere provvedono a rifornire il mercato globale di prodotti zuccherini di vario tipo, compresi gli zuccheri semplici (monosaccaridi) come glucosio e fruttosio. Nell'ultimo decennio, questi composti presentano un trend di crescita commerciale in rapida ascesa, poichÃ© stanno sostituendo in misura sempre piÃ¹ consistente gli zuccheri tradizionali (barbabietola, canna, ecc.) nei consumi domestici ed industriali. Dal punto di vista fisiologico, Ã ̈ da notare che sono rapidamente assorbiti ed utilizzati prioritariamente dall'organismo, consentendo un rapido recupero energetico rispetto agli zuccheri complessi (saccarosio, disaccaridi, ed oligosaccaridi in genere). Le considerazioni in premessa individuano alcune problematiche tipiche del comparto agroalimentare, dalle quali nasce l'esigenza di mettere a disposizione nuovi metodi mirati soprattutto alla produzione di coloranti scuri tendenti al cupo-nero, quali polifenoli in genere ed, in particolare tannini, nonchÃ© alla produzione di acidi organici e di zuccheri semplici.

La presente invenzione riguarda un processo per l'estrazione e la purificazione di:

- un estratto (o miscela) di polifenoli, in particolare di un estratto di tannini;

una miscela di acidi organici comprendente preferibilmente acido citrico, malico, tartarico, ed eventualmente altri composti acidi minori;

- una miscela glucidica, comprendente zuccheri semplici (monosaccaridi), preferibilmente una miscela di glucosio e fruttosio;

a partire da semilavorati, prodotti secondari (o sottoprodotti) e/o prodotti di scarto, preferibilmente melasse e/o borlande, delle lavorazioni agroalimentari di trasformazione della frutta secca o disidratata, preferibilmente della lavorazione delle Rosaceae, piÃ¹ preferibilmente della lavorazione ed essiccazione dei frutti maturi delle Rosaceae. Tali Rosaceae sono preferibilmente scelte tra albicocche, pere, mele, pesche, prugne, susine e ciliegie.

L'industria di trasformazione della frutta secca o disidratata produce grandi masse di reflui solidi, semisolidi e liquidi. A quest'ultima categoria, appartengono anche le borlande di cottura, generate per effetto della parziale reidratazione e ricondizionamento idrico dei prodotti essiccati, processo necessario per restituire al mercato prodotti particolarmente "morbidi", facilmente consumabili da parte di tutti.

Le borlande ottenute da frutta disidratata, in particolare dalla lavorazione delle prugne secche, sono veri e propri brodi di ricottura, con densitÃ relativa nell'intervallo 1,06 - 1,35 kg/1. Le borlande sono sistemi complessi che contengono diverse sostanze in soluzione come i tannini, gli acidi organici, gli zuccheri, i sali minerali, ed altri composti idrosolubili, oltre a sostanze in sospensione, come frammenti di tessuti vegetali, e le fibre disperse. Sono di colore bruno-cupo tendente al nero.

Sono noti nel settore metodi efficaci per lo sbiancamento delle frazioni zuccherine, o per la depurazione dei melassi di varia origine, al fine di ottenere frazioni fermentescibili ricche di zucchero con conseguente incremento della resa alcolica.

Tuttavia, nessuno dei metodi noti descrive perÃ² fasi di recupero dei componenti minori presenti nelle frazioni separate .

Il metodo della presente invenzione, a differenza di quelli noti, Ã ̈ applicabile per il trattamento di borlande provenienti dalle lavorazioni agroalimentari di trasformazione della frutta secca o disidratata, ed Ã ̈ diretto alla separazione, mediante frazionamento successivo e sequenziale, dei costituenti polifenolici, in particolare dei tannini, di una miscela di acidi organici (preferibilmente citrico, malico, tartarico) e di una frazione glucidica, comprendente zuccheri semplici, preferibilmente glucosio e fruttosio.

Le borlande zuccherine possono anche essere prodotte appositamente, mediante processo di cottura delle suddette frazioni di scarto delle lavorazioni e trasformazioni industriali della frutta disidratata.

Il metodo di estrazione di principi attivi Ã ̈ ora qui di seguito descritto in dettaglio, anche con riferimento alle allegate figure, in cui:

- la Figura 1 mostra lo schema di una forma preferita del processo di estrazione e purificazione secondo 1'invenzione;

- la Figura 2 mostra il cromatogramma HPLC dell'estratto di tannino ottenuto con il metodo dell'invenzione;

la Figura 3 mostra il cromatogramma HPLC di una composizione media della miscela zuccherina in ingresso; - la Figura 4 mostra il cromatogramma HPLC della miscela di acidi prima della concentrazione.

Il metodo dell'invenzione comprende i seguenti passaggi: (i) diluire eventualmente una materia prima (Figura 1, [MP]) costituita da un semilavorato, un prodotto secondario (un sottoprodotto) e/o un prodotto di scarto delle lavorazioni di trasformazione della frutta secca o disidratata, con un solvente organico [SO] e/o una soluzione acquosa acida (Figura 1, [SD] e [M]);

(ii) purificare la miscela diluita mediante filtrazione con un cut-off di uscita dal filtro compreso tra 1 e 10 pm, preferibilmente 2 e 6 pm, oppure mediante estrazione in solvente (Figura 1, [F]);

(iii) filtrare il refluo purificato ottenuto al punto (ii) su colonna di materiali adsorbenti a base silicea, o su resine, o polimeri aromatici macromolecolari per uso alimentare (Figura 1, colonna [A]), che fissa sulla fase stazionaria una prima frazione comprendente polifenoli, preferibilmente tannini;

(iv) eluire la soluzione residua ottenuta dopo passaggio su colonna al punto (iii) (Figura 1, [RA]), su una colonna caricata con resine macromolecolari per uso alimentare di tipo cationico forte (Figura 1, colonna [B]), che scambia i cationi forti, trattenendoli sulla fase stazionaria e abbassando drasticamente il pH della soluzione al fine di dissociare e separare gli anioni degli acidi organici dai loro sali metallici;

(v) far percolare la soluzione residua ottenuta dopo passaggio su colonna al punto (iv) (Figura 1, [RA+]), su una colonna caricata con resine macromolecolari per uso alimentare, di tipo anionico (Figura 1, colonna [C]), a dare una fase stazionaria trattenuta in colonna comprendente acidi organici ed una soluzione residua eluita (Figura 1, [RB]) comprendente una frazione zuccherina, preferibilmente contenente zuccheri semplici, quali fruttosio e glucosio;

(vi) eluire, almeno una volta, la fase stazionaria trattenuta sulla colonna del punto (iii) (Figura 1, colonna [A]) con un solvente organico (Figura 1, [SET]), a dare un estratto di polifenoli, preferibilmente di tannini (Figura 1, [ST]);

(vii) eluire, almeno una volta, la fase stazionaria trattenuta sulla colonna del punto (v) (Figura 1, colonna [C]) con una soluzione acquosa di acido minerale forte in concentrazione 0.5-5%, preferibilmente 1-3% (Figura 1, [SEA]), a dare un estratto contenente acidi organici (Figura 1, [SA]).

Preferibilmente, prima dell'eluzione con solvente della frazione polifenolica trattenuta su colonna [A], la fase stazionaria trattenuta sulla colonna Ã ̈ lavata con una soluzione acquosa oppure con una soluzione idro-organica acidulata per rimuovere eventuali impuritÃ presenti.

Preferibilmente, prima dell'eluizione degli acidi organici trattenuti sulla colonna [C] con un solvente acido, la fase stazionaria trattenuta in colonna Ã ̈ lavata con una soluzione acquosa oppure con un solvente organico per rimuovere eventuali impuritÃ .

In una forma preferita di realizzazione, l'estratto polifenolico, preferibilmente tannico, [ST], in uscita dalla colonna [A] Ã ̈ avviato ad un concentratore e processato fino ad un valore di residuo secco di circa 20-40%. L'evaporato condensato ottenuto dalla concentrazione della soluzione, [CT], viene re-immesso in circolo unendolo al solvente di diluizione della frazione polifenolica, [SET], mentre la soluzione concentrata, [STC], ottenuta dal concentratore, eventualmente miscelata ad un supporto opportuno, viene inviata ad una camera spray-dry [P] per dare una polvere polii enolica, preferibilmente tannica, di colore bruno, o bruno-cupo [T].

In una forma preferita di realizzazione, la soluzione degli acidi organici in uscita dalla colonna [C], [SA], viene concentrata con tecniche "a caldo" (preferibilmente, evaporazione sotto vuoto), o "a freddo" (preferibilmente, per osmosi inversa) , eventualmente fino a saturazione, quindi raffreddata per consentire la cristallizzazione dei soluti (acidi organici in miscela), che vengono separati per filtrazione, ed essiccati, [AC]. L'evaporato condensato, [CA], ritorna in ciclo unendolo al solvente di diluizione [SD].

In una forma preferita di realizzazione, la soluzione zuccherina [RB] in uscita dalla colonna [C] viene concentrata (preferibilmente mediante evaporazione sotto vuoto o per osmosi inversa), eventualmente fino a saturazione, da cui possono cristallizzare gli zuccheri (preferibilmente glucosio e fruttosio), recuperabili allo stato solido in miscela [Z]. In alternativa, la soluzione satura di zuccheri puÃ² essere destinata a varie applicazioni industriali, compresa la produzione di bioetanolo. Le condense [CZ] tornano in ciclo unendole al solvente di diluizione [SD].

I semilavorati, prodotti secondari e prodotti di scarto preferibilmente impiegati nel metodo dell'invenzione come materia prima, sono melassi e/o borlande derivanti soprattutto dalle lavorazioni dell'industria di trasformazione della frutta secca o disidratata, preferibilmente della lavorazione delle Rosaceae, piÃ¹ preferibilmente della lavorazione ed essiccazione dei frutti maturi delle Rosaceae. Tali Rosaceae sono preferibilmente scelte tra albicocche, pere, mele, pesche, prugne, susine e ciliegie.

La diluizione del semilavorato, del prodotto di scarto e del prodotto secondario puÃ² essere, preferibilmente, effettuata in un miscelatore [M] con un solvente idroorganico alcolico, preferibilmente alcol metilico, e/o etilico, e/o propilico e loro miscele, e/o con una soluzione acquosa acida, preferibilmente una soluzione acquosa di acido acetico, o di anidride solforosa (figura 1, [SD]). Tale passaggio, oltre a permettere una diluzione della materia prima di partenza che potenzialmente Ã ̈ molto densa, consente anche la eventuale denaturazione delle proteine in essa contenute. In questo modo, si facilita lo step successivo di purificazione.

La diluizione Ã ̈ preferibilmente effettuata fino a raggiungere una densitÃ inferiore a 1.20 g/ml.

In una forma preferita di realizzazione del metodo dell'invenzione, prima dello step di diluizione, il semilavorato, prodotto di scarto e/o prodotto secondario, viene trattato con enzimi ad azione lisante, preferibilmente enzimi pectolitici, proteolitici, glucolitici e/o cellulosici (figura 1, [E]). Tali enzimi determinano la rottura dei complessi stabili presenti tra i polifenoli e le proteine, zuccheri, cellulose o particolato solido generico di origine vegetale presente nella materia prima, che bloccano i polifenoli all'interno del sistema e li rendono poco solubili.

Il trattamento enzimatico Ã ̈ preferibilmente effettuato nel caso la materia prima sia particolarmente complessa, tale da non consentire l'estrazione dei polifenoli medesimi. Per esempio, puÃ² essere effettuato nel caso si utilizzino le borlande come materie prime da cui estrarre i polifenoli.

La quantitÃ di enzimi aggiunta alla miscela Ã ̈ preferibilmente compresa tra 1 e 10 grammi di enzimi (puri, od in miscele complesse) per 100 kg di materia prima, eventualmente diluita.

Il trattamento enzimatico Ã ̈ preferibilmente condotto a temperatura ambiente e per un periodo di tempo compreso tra 1 e 10 giorni, preferibilmente 2-5 giorni, in funzione dell'indice di filtrabilitÃ della matrice trattata e delle caratteristiche costitutive della matrice stessa.

In aggiunta, o in alternativa al trattamento enzimatico, la miscela puÃ² essere eventualmente trattata con anidride solforosa, o solfiti alcalini, per stabilizzare i gruppi ossidrilici dei polifenoli mediante l'introduzione di gruppi prostetici e per stabilizzare la miscela dal punto di vista fermentativo e microbico. In aggiunta, o in alternativa al trattamento con solfiti o anidride solforosa, e/o al trattamento enzimatico, la materia prima puÃ² essere eventualmente trattata con acqua ossigenata, o acido peracetico, per attivare processi ossidativi e favorire 1'imbrunimento delle matrici. Questo step puÃ² essere seguito da un ulteriore trattamento con anidride solforosa, o solfiti, per distruggere l'eccesso di agenti ossidanti e completare l'azione riducente.

La purificazione per filtrazione dello step (ii) puÃ² essere effettuata, per esempio, mediante separazione su membrana o filtrazione su farina fossile (Figura 1, [F]). Alternativamente, la purificazione puÃ² essere effettuata mediante cristallizzazione o estrazione in solvente impiegando, ad esempio, acetone, acetato d'etile, metanolo, etanolo, etere etilico, normale esano o loro miscele.

Il refluo ottenuto dalla purificazione Ã ̈ indicato in figura 1 con la sigla [SF].

Il solvente impiegato nello step (i) di diluizione e denaturazione delle proteine puÃ² essere eventualmente recuperato mediante separazione per distillazione frazionata sotto vuoto, prima di procedere alla purificazione su colonna.

La filtrazione su colonna illustrata al punto (iii) Ã ̈ preferibilmente effettuata mediante adsorbimento su carboni attivi, o calcari microgranulari, o sabbie silicee, o resine macromolecolari, o amberliti. A partire dal refluo [SF] si ottiene, per passaggio su colonna [A], un refluo [RA], sostanzialmente privo di sostanze coloranti a base tannica, contenente gli acidi organici e gli zuccheri semplici, oltre ai sali disciolti.

La frazione trattenuta sulla colonna [A] Ã ̈, preferibilmente, lavata con una soluzione acquosa, preferibilmente acida, ad esempio una soluzione 1-5% di acido acetico. Da questo lavaggio si recupera una frazione acquosa contenente le impurezze inizialmente trattenute sulla colonna.

L'eluizione della fase stazionaria trattenuta sulla colonna [A] viene effettuata con un solvente organico scelto tra metanolo, etanolo, propanolo, acetone, etere etilico, acetato d'etile o loro miscele, comprese le loro soluzioni acquose (Figura 1, [SET]). In questo modo l'estratto tannico - polifenolico, sostanzialmente privo di impurezze, viene rimosso dalla colonna e recuperato nella frazione eluita (Figura 1, [ST]).

L'estratto polifenolico ottenuto puÃ² essere concentrato mediante eliminazione del solvente di eluizione al fine di ottenere una soluzione con la colorazione finale desiderata (proporzionale al grado di concentrazione; figura 1, [STC]). L'allontanamento dell'eluente puÃ² essere effettuato mediante evaporazione o ripartizione frazionata e concentrando l'estratto polifenolico di interesse con tecniche "a caldo" (per esempio, evaporazione sotto vuoto) o "a freddo" (per esempio, osmosi inversa).

In aggiunta, l'estratto in soluzione concentrata [STC] puÃ² essere trattato mediante processo di atomizzazione per ottenere un estratto solido atomizzato (Figura 1, [T]), ad esempio mediante l'impiego di tecniche di spray dry (figura 1, [P]).

L'estratto polifenolico ottenuto con il procedimento dell'invenzione Ã ̈ preferibilmente un estratto di tannini prevalentemente a base di antociani, pro-antocianidine, e catechine, che puÃ² presentarsi in forma liquida, pastosa-peciosa o polverulenta, a seconda dello step finale realizzato. Nel caso in cui si proceda alla concentrazione dell'estratto mediante atomizzazione, si otterrÃ una polvere di polifenoli a prevalente carattere catechinico - antocianidinico.

L'estratto ha generalmente una colorazione intensa bruno-nera, ma puÃ² essere utilizzato anche in maniera piÃ¹ diluita oppure in miscela con altri componenti per ampliare lo spettro cromatico ed ottenere colori piÃ¹ chiari rispetto al bruno-nero iniziale.

L'estratto ottenuto con il metodo dell'invenzione ha caratteristiche di grado alimentare ed Ã ̈ contraddistinto da peculiari note organolettiche. PuÃ² essere destinato ad applicazioni come ingrediente di formulazione in campo agroalimentare (ed altri settori merceologici compatibili con l'uso dei tannini e prodotti analoghi). L'estratto ottenuto presenta tutti i vantaggi degli additivi e coloranti alimentari naturali di nuova generazione: stabilitÃ , completa solubilitÃ in acqua, presenza di una famiglia di molecole di cui Ã ̈ nota l'attivitÃ antiossidante e protettiva nei confronti dell'organismo umano.

L'estratto di polifenoli tannici, Ã ̈ da considerare pertanto un materiale per produzioni di filiera, potenzialmente aromatico, da utilizzare anche in modestissime quantitÃ (concentrazioni finali nei prodotti alimentari comuni, destinati al consumo umano, anche inferiori a 0.5%), con caratteristiche intrinseche molto particolari, in grado di modificare, alterare e modellare (come coadiuvante, additivo, o ingrediente) le proprietÃ organolettiche del prodotto finito cui Ã ̈ destinato.

I settori alimentari in cui Ã ̈ preferibilmente impiegato sono:

- settore enologico (azione flocculante, chiarificante, antiossidante, stabilizzante, concentrazione < 0,5%); produzione di salse e condimenti (colorante, aromatizzante, coadiuvante, conc. < 1 %);

comparto viti-vinicolo (flocculante, chiarificante , antiossidante, conc. < 0,5%);

comparto bevande (flocculante, antiossidante, aromatizzante, conc. < 3%);

- comparto liquorifici (colorante, antiossidante , aromatizzante, conc. < 5%);

comparto prodotti da forno (aromatizzante, coadiuvante, colorante, conc. < 0.5%);

comparto pasticceria - gelateria (aromatizzante, colorante, conc. < 0.5%);

alimenti funzionali - settore nutraceutico (antiossidante, colorante, aromatizzante, conc. < 2%). Per esempio, nel caso delle produzioni di salse e condimenti balsamici per uso alimentare, l'estratto di tannino antocianidinico puÃ² essere utilizzato con funzione colorante, aromatizzante, antiossidante, stabilizzante, coadiuvante (concentrazione massima inferiore allo 0.5 -1%).

L'estratto puÃ² essere anche utilizzato nelle produzioni di bevande, soft drink, bevande energetiche, integratori isotonici, ecc., come colorante naturale con concentrazioni dipendenti dall'effetto visivo desiderato, intorno all'l - 2%.

Oltre ad applicazioni in campo alimentare come colorante o aromatizzante, l'estratto di tannini puÃ² essere utilizzato nei seguenti settori :

settore cosmetico-parafarmaceutico (antiossidante, stabilizzante, colorante fotoattivo, ecc., conc. < 15%); - settore farmaceutico (battericida - batteriostatico, antiossidante, pigmentante, colorante, antitumorale, ecc., conc. < 5%);

settore conciario, tintura pellami ed inchiostri (azione colorante, pigmentante, conciante, conc. < 10%);

settore gomme ed elastomeri (plastificante, stabilizzante, pigmentante, conc. < 10%);

- settore edilizio (azione plastificante, fluidificante, ecc ., conc. < 2%);

comparto esplosivi (antideflagrante, stabilizzante, conc . < 3%).

Il metodo dell'invenzione presenta il vantaggio di una produzione di estratti polifenolici a carattere antocianidinico, in particolare estratti tannici, costante ed in quantitÃ adeguata alle richieste del mercato. Non esistono a tutt'oggi metodi di produzioni di tannini in grado di soddisfare a pieno il fabbisogno del mercato. Pertanto, il metodo dell'invenzione rappresenta un'importantissima innovazione nel settore alimentare ma anche negli altri settori in cui l'uso di tannini Ã ̈ ormai prassi consolidata.

Per quanto riguarda l'estrazione degli acidi organici, il refluo [RA] in uscita dalla colonna [A] viene inviato alla colonna [B], caricata con resine macromolecolari per uso alimentare, di tipo cationico, che scambia tutti i cationi forti presenti nella soluzione di alimentazione, trattenendo nella fase stazionaria gli ioni metallici, e lasciando liberi in soluzione percolante gli acidi organici, fino a saturazione della capacitÃ di scambio. La resina satura (esaurita la capacitÃ di scambio), viene rigenerata mediante lavaggio con soluzione di acidi minerali forti, producendo un refluo [Cat<+>] da smaltire.

II percolato cosÃ¬ acidulato [RA+] viene inviato su colonna [C], caricata con resine macromolecolari per uso alimentare, di tipo anionico, che trattiene le basi coniugate degli acidi organici precedentemente liberati dalle forme salificate, fino a saturazione della capacitÃ di scambio.

La fase stazionaria su colonna [C] Ã ̈ preferibilmente lavata con acgua, oppure con un solvente organico (acetone, metanolo, etanolo, propanolo, acetato di etile, o loro miscele), od una miscela idro-organica, preferibilmente al 5-20% di organico, per rimuovere ulteriori impuritÃ [An-]. Completato il lavaggio, si procede ad eluire, almeno una volta, la fase stazionaria su colonna [C] con soluzione acquosa di acidi minerali (acido solforoso, acido cloridrico, o acido fosforico), allo 0.5-5% [SEA], a dare un estratto contenente gli acidi organici [SA]. L'estratto [SA] Ã ̈ preferibilmente concentrato con tecniche "a caldo" (per esempio, evaporazione sotto vuoto) o "a freddo" (per esempio, osmosi inversa), fino ad un valore di concentrazione di soluti a circa 20-40%. Le condense acide [CA] del processo vengono raccolte, riciclate ed inviate al serbatoio del solvente di diluizione della materia prima in lavorazione [SD].

La soluzione concentrata degli acidi organici puÃ² essere trattata mediante processo di cristallizzazione o atomizzazione, per ottenere un estratto solido atomizzato (figura 1, [AC]).

La frazione degli acidi organici ottenuta con il procedimento dell'invenzione Ã ̈ una miscela di composti naturali costituita prevalentemente dagli acidi tartarico, citrico, malico, ed altri composti minori, che puÃ² presentarsi in forma liquida, pastosa-peciosa o polverulenta, a seconda dello step finale realizzato. Nel caso in cui si proceda mediante atomizzazione dell'estratto, si otterrÃ una polvere di colore bianco, o bianco-sporco per la eventuale presenza di tracce di composti diversi.

La frazione estratta di acidi organici naturali [AC], ottenuta con il metodo dell'invenzione, ha caratteristiche di grado alimentare. PuÃ² essere destinata come tale (miscela di composti) ad applicazioni come ingrediente di formulazione in campo alimentare (ed altri settori merceologici compatibili con l'uso di questi acidi e prodotti analoghi).

La frazione di acidi organici in miscela, presenta tutti i vantaggi degli additivi alimentari naturali di nuova generazione: formulazione naturale bilanciata, stabilitÃ , completa solubilitÃ in acqua, presenza di una famiglia di molecole di cui Ã ̈ nota l'attivitÃ benefica e protettiva nei confronti dell'organismo umano.

L'estratto degli acidi organici Ã ̈ da considerare pertanto un materiale per produzioni di filiera, da utilizzare anche in modeste quantitÃ (concentrazioni finali nei prodotti alimentari comuni, destinati al consumo umano, anche inferiori ad 1%), con caratteristiche intrinseche tipiche dei composti acidi, in grado di modificare, alterare e modellare (come coadiuvante, additivo, o ingrediente) le proprietÃ organolettiche del prodotto finito cui Ã ̈ destinato.

L'azione principale di questi composti acidi si esplica come ammendanti - agenti di controllo dell'aciditÃ funzionale dei cibi, come stabilizzanti, antiossidanti, regolatori di sapiditÃ , ecc.

I settori alimentari in cui Ã ̈ preferibilmente impiegato l'estratto [AC], sia in miscela che in forma di componenti puri, sono:

- settore produzione succhi vegetali (azione antiossidante, stabilizzante, regolatore del pH, ecc., concentrazione < 3%);

produzione di salse e condimenti (antiossidante, aromatizzante, coadiuvante, regolatore dell'aciditÃ , conc . < 5%);

comparto acetifici (antiossidante, stabilizzante, regolatore del pH, conc. < 2%);

comparto bevande (antiossidante, coadiuvante, regolatore del pH, conc. < 4%);

- settore produzioni lattiero-casearie (stabilizzante del pH, antiossidante di superficie, ecc., conc. < 2%);

comparto prodotti da forno (agente lievitante, antiossidante, coadiuvante, conc. < 3%);

comparto pasticceria - gelateria (antiossidante, coadiuvante, regolatore dell'aciditÃ , conc. < 1%);

alimenti funzionali - settore nutraceutico -integratori salini ed isotonici (antiossidante, stabilizzante, regolatore del pH, conc. < 2%).

Oltre ad applicazioni in campo alimentare e come integratore mangimistico, l'estratto [AC] dell'invenzione puÃ² essere utilizzato nei seguenti settori :

settore farmaceutico, cosmetico-parafarmaceutico (antiossidante, stabilizzante, emulsionante, coadiuvante, regolatore del pH, ecc., conc. < 5%);

- produzione detergenti e tensioattivi (antiossidante, stabilizzante, regolatore del pH, concentrazione < 10%);

settore gomme ed elastomeri (plastificante, stabilizzante, conc. < 10%);

- settore edilizio, intonaci e industria del cartongesso (azione plastificante, fluidificante, antigelivo, ritardante di presa, ecc., conc. < 10%).

Il metodo dell'invenzione presenta il vantaggio di una produzione di estratti acidi, costante ed in quantitÃ adeguata alle richieste del mercato. Pertanto, il metodo dell'invenzione rappresenta un'importante innovazione nel settore alimentare ma anche negli altri settori in cui l'uso di questi acidi Ã ̈ oramai prassi consolidata. La miscela di acidi organici naturali (sia la soluzione [SA] in uscita dalla colonna [C], sia la soluzione concentrata o satura da inviare all'essiccamento, sia il materiale solido [AC] eventualmente risolubilizzato) puÃ² anche essere risolta nei suoi componenti (ad esempio, acido tartarico, citrico, malico) per ottenere i composti puri, mediante passaggio su altra colonna cromatografica anionica, ed eluizione selettiva rispetto ai soluti medesimi mediante passaggio di soluzioni acide per anidride solforosa, o acido cloridrico, o acido fosforico, od altri composti acidi di spostamento. Per quanto riguarda la miscela di zuccheri, il refluo di eluizione [RB] in uscita dalla colonna [C] contiene la frazione zuccherina, eventualmente insieme agli anioni forti dei sali, od altri soluti disciolti, presenti inizialmente nella materia prima. Questa soluzione potrebbe risultare debolmente colorata in giallo paglierino per la presenza di alcune tracce residue di tannini originali, od altri composti ad azione cromogena, che possono essere definitivamente abbattuti mediante passaggio su colonna adsorbente allettata con calcio solfato, o calcio carbonato, eventualmente in miscela con ossido di calcio (2-3% della massa di solido che costituisce la fase stazionaria). La soluzione ottenuta dal percolamento su questa colonna risulta perfettamente incolore e puÃ² essere avviata al sistema di concentrazione, che lavora preferibilmente "a freddo" mediante tecniche ad osmosi inversa, od altre tecniche equivalenti, fino a saturazione dei soluti e successiva cristallizzazione - precipitazione degli stessi. Per filtrazione, o centrifugazione, del sistema eterogeneo, si separano le 2 fasi, costituite rispettivamente dagli zuccheri precipitati e dalla soluzione madre satura.

Sia gli zuccheri ottenuti in stato solido [Z], che la soluzione madre residua [SZ], possono essere utilizzati come ingredienti di formulazione in tutte le filiere che ne contemplano l'impiego.

Le condense del solvente separato dal processo di concentrazione, tornano in ciclo all'ingresso dell'impianto per diluire la materia prima da processare [SD].

Seguendo lo schema di processo rappresentato in Figura 1, si descrivono esempi realizzativi, ma non limitativi, del processo dell'invenzione.

ESEMPIO 1

La borlanda derivante delle lavorazioni dell'industria di trasformazione della frutta secca disidratata e che costituisce la materia prima [MP] del processo, Ã ̈ eventualmente diluita con acqua fino al raggiungimento di un valore di densitÃ circa 1.1 - 1.2 g/ml.

Per quanto di seguito rappresentato nelle figure e specificato negli esempi, si fa riferimento ad una borlanda ottenuta da un processo di condizionamento e reidratazione di prugne secche, indipendentemente dalla cultivar e dall'origine varietale.

La borlanda eventualmente diluita puÃ² essere inoculata con 2 grammi/100 Kg di materia prima, di una miscela di enzimi pectolitici, proteolitici , glucolitici, cellulasici [E]. La miscela Ã ̈ lasciata a temperatura ambiente per 6 - 120 ore, ovvero per il tempo necessario al completamento dei processi enzimaticamente attivati. Al termine del trattamento enzimatico si aggiunge 20% di solvente organico [SO], preferibilmente metanolo od etanolo o propanolo, al fine di denaturare le proteine presenti e facilitare lo step successivo di filtrazione e stabilizzazione microbiologica del semilavorato ottenuto.

Si procede alla filtrazione del brodo diluito su una membrana con un cut-off di uscita dal filtro di 3 pm. Si recupera il solvente utilizzato nella denaturazione delle proteine mediante separazione per distillazione frazionata sotto vuoto, ed ottenimento del refluo da adsorbire [SF] su colonna.

Il refluo [SF] Ã ̈ passato su colonna di amberlite, od altra resina con funzionalitÃ analoga, per usi alimentari [A].

La resa di adsorbimento della resina utilizzata Ã ̈ espressa in termini di volumi equivalenti di refluo trattato cui Ã ̈ possibile asportare i tannini oggetto di brevetto. Tale resa viene determinata preliminarmente via test di laboratorio, misurando il volume di soluzione di borlanda percolato in colonna per il quale l'assorbanza della soluzione di partenza, letta con uno spettrofotometro a 350 ni, diminuisce per piÃ¹ dell'80%. I campioni di borlanda utilizzati in questo esempio avevano una colorazione pari a 150 PC (assorbanza letta a 350 nm, cammino ottico della cella = 1 cm, moltiplicata per la diluizione, indicata d'ora in avanti come "Punti Colore" - PC), perciÃ² hanno presentato rese di adsorbimento sul diluito pari a 5 volumi equivalenti di resina circa (ovvero, 1 L di resina Ã ̈ stata utilizzata per filtrare circa 5 L di borlanda diluita [SF], ottenendo 2 volumi di refluo decolorato [RA]). Raggiunta la saturazione della capacitÃ di adsorbimento, la resina viene lavata con almeno 2 volumi equivalenti di acqua, o soluzione acidula per acido citrico, o malico, o tartarico, od una miscela di questi, in concentrazione fino all'1% (preferibilmente, 0.1-0.5 %), per rimuovere i residui di borlanda in ingresso [SF]. La resina viene eluita almeno con 2 volumi equivalenti di soluzioni idroorganiche acidulate (0.1-0.2% di acido citrico) di alcol metilico, o etilico, o propilico, o loro miscele, al 50% circa [SET], ottenendo un estratto tannico caratterizzato da una colorazione di circa 200 PC [ST].

L'estratto tannico ottenuto [ST] viene dealcolato e concentrato [SCT] onde ottenere una soluzione con la colorazione finale desiderata (proporzionale al grado di concentrazione), che puÃ² anche essere utilizzata come tale. L'estratto puÃ² essere ulteriormente concentrato al 30% di materia secca equivalente, a dare un estratto atomizzato [T] mediante tecniche di spray dry [P].

L'estratto ottenuto si presenta di colore bruno-nero in forma polverulenta [T], la cui composizione media Ã ̈ rappresentata dai risultati di Figura 2, che riporta il cromatogramma HPLC del campione medesimo.

ESEMPIO 2

Con riferimento a quanto rappresentato in Figura 1, si descrive una metodologia di realizzazione preferita, ma non esclusiva o limitativa, per il recupero della frazione degli acidi organici naturali presenti nella materia prima. La soluzione [RA] in uscita dalla colonna [A] contiene ancora tutta la frazione degli acidi organici (citrico, malico e tartarico sono i costituenti maggiori della miscela), oltre alla frazione glucidica. In generale, gli acidi organici naturali sono parzialmente salificati con metalli come potassio, magnesio, calcio, ferro, ed altri elementi minori. L'industria di trasformazione richiede soprattutto acidi organici liberi, che si possono recuperare dal refluo [RA]. Questa soluzione viene mandata sulla colonna [B], allettata con una resina macromolecolare per uso alimentare di tipo cationico forte, che trattiene per scambio ionico tutti i cationi metallici, liberando completamente gli acidi organici in soluzione, fino a saturazione della capacitÃ di scambio.

La resina esaurita viene rigenerata mediante lavaggio per eluizione con soluzione di acidi minerali forti al 1-10%, preferibilmente acido fosforico, acido solforico, acido solforoso, o acido cloridrico al 3-5%.

La soluzione demetallizzata [RA<+>] viene inviata in testa ad una colonna [C], caricata con resine macromolecolari per uso alimentare di tipo anionico, che trattiene le forme anioniche degli acidi organici, fino a saturazione della capacitÃ di scambio. Lavare la fase stazionaria [C] almeno con 2 volumi di acqua, o con un solvente organico (acetone, metanolo, etanolo, o loro miscele), oppure con una miscela idro-organica, preferibilmente al 5-20% di organico, per rimuovere completamente i residui della soluzione di alimentazione che contengono tracce zuccheri, sali, ed ulteriori impuritÃ .

Completata la fase di lavaggio, si eluisce, almeno una volta, la fase stazionaria su colonna [C] con soluzione acquosa di acidi minerali forti (acido cloridrico, acido solforoso, acido solforico, o acido fosforico) allo 0.5-5% [SEA]. L'eluato in uscita contiene gli acidi organici [SA]. La soluzione [SA] viene concentrata applicando tecniche "a caldo" o "a freddo", secondo convenienza, fino ad un valore di concentrazione di soluti al 20-40%, prossimo alla saturazione. Se necessario, la soluzione concentrata degli acidi organici puÃ² essere stabilizzata con l'aggiunta di antifermentativi, come anidride solforosa (S02) o solfiti alcalini, fino al valore di concentrazione finale di 2000 ppm di S02. Le condense acide [CA] del processo di concentrazione vengono raccolte e riciclate al serbatoio [SD], insieme al solvente di diluizione della materia prima in ingresso al ciclo di lavorazione.

La soluzione concentrata, satura o quasi - satura, degli acidi organici puÃ² essere inviata ad un processo di cristallizzazione mediante raffreddamento, o in alternativa, puÃ² essere inviata ad un processo di atomizzazione, per ottenere un estratto solido atomizzato [AC].

La miscela degli acidi organici naturali, ottenuta con il procedimento dell'invenzione, Ã ̈ costituita prevalentemente dagli acidi tartarico, citrico, malico, ed altri composti minori, che si puÃ² ottenere in forma liquida (soluzione concentrata), pastosa - semisolida, o polverulenta (solida, secca), a seconda dello step finale realizzato. Nel caso in cui si proceda mediante atomizzazione dell'estratto, si otterrÃ una polvere microcristallina di colore biancastro.

La miscela di acidi organici naturali [AC], ottenuta in qualunque forma con il metodo dell'invenzione, ha caratteristiche di grado alimentare. Pertanto Ã ̈ utilizzabile come tale, una miscela di composti diversi ma con funzionalitÃ analoghe, per applicazioni come ingrediente di formulazione in campo alimentare umano, in mangimistica, ed altri settori merceologici compatibili con l'uso di questi acidi.

La miscela degli acidi organici estratti Ã ̈ un materiale per produzioni di filiera, da utilizzare anche in modeste quantitÃ , come coadiuvante, additivo, ingrediente, ammendante, stabilizzante, antiossidante, regolatore di sapiditÃ , agente di controllo dell'aciditÃ funzionale dei cibi, per modificare, alterare e modellare le caratteristiche organolettiche del prodotto finito cui Ã ̈ destinato, la cui composizione media Ã ̈ rappresentata dai risultati di Figura 4, che riporta il cromatogramma HPLC del campione prima della concentrazione.

La miscela di acidi in soluzione puÃ² essere eventualmente risolta nei suoi componenti mediante passaggio su colonna cromatografica ed eluizione selettiva con solvente opportuno.

ESEMPIO 3

Seguendo lo schema di processo di Figura 1, si descrive una metodologia di recupero della frazione glucidica proveniente dalla separazione estrattiva degli acidi organici naturali. Il refluo [RB] in uscita dalla colonna [C] contiene gli zuccheri, oltre la frazione anionica dei sali minerali disciolti, giÃ presenti nella materia prima iniziale. Eventualmente, la soluzione puÃ² essere stabilizzata mediante l'aggiunta di anidride solforosa, o solfiti alcalini, fino a 2.000 ppm equivalenti di S02. La soluzione, qualora risultasse debolmente colorata in giallo paglierino per la presenza di tracce residue di tannini, di sali ferrosi, od altri composti cromofori, puÃ² essere decolorata mediante passaggio su colonna adsorbente caricata con calcio solfato, o calcio carbonato, eventualmente reso basico per la presenza di ossido di calcio (1-3% sulla massa totale della fase stazionaria). Il materiale di allettamento puÃ² essere sostituito anche da altre sostanze adsorbenti quali, per esempio, le resine scambiatrici per uso alimentare ed i carboni attivi, che trattengono le impurezze. La soluzione in uscita da questa colonna (non presente in Figura 1), Ã ̈ decolorata e puÃ² essere trattata con un processo di concentrazione, applicando tecniche "a freddo" per osmosi inversa, od altre tecniche equivalenti, o "a caldo" per evaporazione sotto vuoto, fino a saturazione dei soluti e successiva cristallizzazione - precipitazione degli stessi. La fase solida costituita dagli zuccheri cristallizzati puÃ² essere separata dalla soluzione satura delle acque madri mediante filtrazione o centrifugazione.

Sia gli zuccheri ottenuti in stato solido [Z], che la soluzione madre residua [SZ], possono essere utilizzati come ingredienti di formulazione in tutte le filiere produttive che ne contemplano l'impiego.

Le condense del solvente separato dal processo di concentrazione [CZ], tornano in ciclo all'ingresso dell'impianto di Figura 1, e sono raccolte nel serbatoio [SD] , che contiene il solvente per diluire la materia prima da processare. La composizione media della miscela zuccherina in ingresso Ã ̈ rappresentata dai risultati di Figura 3, che ne riporta il cromatogramma HPLC.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Metodo per la preparazione di un estratto polifenolico, una miscela di acidi organici naturali e una miscela di glucidi, mediante frazionamento da semilavorati, prodotti secondari e/o prodotti di scarto derivanti dalle lavorazioni dell'industria della frutta secca o disidratata, comprendente i passaggi di: (i) eventualmente diluire un semilavorato, un prodotto secondario e/o un prodotto di scarto delle lavorazioni agroalimentari della frutta secca o disidratata con un solvente organico e/o una soluzione acquosa acidulata; (ii) purificare la miscela diluita mediante filtrazione con un cut-off di uscita dal filtro compreso tra 1 e 10 pm, preferibilmente 2 e 6 pm, oppure mediante estrazione in solvente; (iii) filtrare il refluo purificato ottenuto al punto (ii) su colonna di materiali adsorbenti a base silicea, o su resine, o polimeri aromatici macromolecolari per uso alimentare fissando sulla fase stazionaria la prima frazione comprendente polifenoli; (iv) eluire la soluzione residua ottenuta dopo passaggio su colonna al punto (iii), su una colonna caricata con resine macromolecolari per uso alimentare di tipo cationico forte, che scambia i cationi forti, trattenendoli sulla fase stazionaria; (v) eluire la soluzione residua ottenuta dopo passaggio su colonna al punto (iv), su una colonna caricata con resine macromolecolari per uso alimentare, di tipo anionico, a dare una fase stazionaria trattenuta in colonna comprendente acidi organici e una soluzione residua eluita, comprendente una frazione glucidica; (vi) eluire, almeno una volta, la fase stazionaria trattenuta sulla colonna del punto (iii) con un solvente organico a dare un estratto di polifenoli; (vii) eluire, almeno una volta, la fase stazionaria trattenuta sulla colonna del punto (v) con una soluzione acquosa di acido minerale forte in concentrazione 0,5-5%, preferibilmente 1-3%, a dare un estratto contenente acidi organici.
2. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui detto estratto di polifenoli Ã ̈ un estratto di tannini; detta frazione glucidica comprende zuccheri semplici, preferibilmente fruttosio e glucosio; detta miscela di acidi organici comprende acido tartarico, citrico, e malico .
3. Metodo secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detti semilavorati, prodotti secondari e/o prodotti di scarto sono derivati della lavorazione delle Rosaceae, preferibilmente della lavorazione della pera, mela, pesca, albicocca, ciliegia, susina e prugna.
4 . Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni dalla 1 alla 3, in cui detti semilavorati, prodotti secondari e/o prodotti di scarto sono melassi e/o borlande derivanti dalle lavorazioni dell'industria di trasformazione della prugna secca.
5. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni dalla 1 alla 4, in cui detta diluizione del semilavorato, del prodotto di scarto e del prodotto secondario, di cui allo step (i), Ã ̈ effettuata con un solvente organico alcolico, preferibilmente alcol metilico od etilico o propilico, con acqua e soluzioni di riciclo dell'impianto, e/o con una soluzione acquosa acida, preferibilmente una soluzione acquosa di acido acetico, preferibilmente fino a raggiungere una densitÃ compresa tra 0,9 e 4 g/ml, preferibilmente tra 1 e 2 g/ml .
6. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni dalla 1 alla 5, in cui, prima del passaggio (i) di eventuale diluizione, detto semilavorato, prodotto di scarto e/o prodotto secondario Ã ̈ trattato con enzimi ad azione lisante, preferibilmente enzimi pectolitici, proteolitici, glucolitici e/o cellulasici.
7. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni dalla 1 alla 6, in cui detta colonna di cui al punto (iii) comprende carboni attivi, calcari microgranulari, sabbie silicee, resine macromolecolari, o amberliti per uso alimentare.
8. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni dalla 1 alla 7, in cui detta eluizione della fase stazionaria trattenuta in colonna, di cui al punto (vi), Ã ̈ effettuata con un solvente organico scelto tra metanolo, etanolo, propanolo, acetone, etere etilico, acetato d'etile, o loro miscele.
9. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni dalla 1 alla 8, comprendente ulteriormente dopo lo step (vi), un passaggio di concentrazione mediante eliminazione del solvente di eluizione al fine di ottenere una soluzione con una colorazione finale variabile dal giallo-bruno al marrone-cupo.
10. Metodo secondo la rivendicazione 9, comprendente una fase di ulteriore concentrazione dopo lo step (vi), in cui detto estratto polifenolico Ã ̈ ulteriormente concentrato mediante atomizzazione per ottenere un prodotto atomizzato, preferibilmente mediante l'impiego di tecniche di spray dry.