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La filiera agroalimentare: produzione, sostenibilità e salute
La filiera agro-alimentare ricopre da sempre un ruolo molto importante nell’economia mondiale. Il sistema agri-food è divenuto negli ultimi anni una tematica di discussione sempre più interessante data la crescente consapevolezza e preoccupazione dell’opinione pubblica per la disponibilità e la sicurezza degli alimenti consumati, come evidenziato dalla crisi del grano dovuta al conflitto in corso tra Russia e Ucraina. Infatti, i consumatori, ormai, non ricercano solo la disponibilità di un prodotto nei vari canali di distribuzione, ma richiedono informazioni anche su eventuali pratiche agronomiche usate durante la coltivazione, commercializzazione, distribuzione e trasporto dei prodotti.
Sfide e opportunità legate alla sostenibilità nell’agroalimentare
Gli aspetti legati alla sostenibilità di una produzione agroalimentare rappresentano attualmente una delle principali sfide verso un migliore modello di sviluppo di un prodotto, date le numerose evidenze scientifiche che hanno dimostrato come lo stile di produzione e consumo alimentare abbiano un significativo impatto su ambiente, salute e società [1].
Le tematiche relative all’alimentazione e alla filiera agroalimentare più connesse agli aspetti di tipo salutistico (presenza di composti antiossidanti dalle comprovate proprietà benefiche per la salute umana) e ambientale (sostenibilità dei processi produttivi, recupero e riuso degli scarti, risparmio energetico, utilizzo di solventi e reagenti chimici dal minore impatto ambientale) derivano dall’interesse sempre maggiore che i consumatori e le imprese attribuiscono a queste problematiche e dall’attenzione che ad esse viene dedicata da parte della ricerca scientifica in diversi settori, da quello più teorico a quello più tecnico-applicativo. La relazione fra produzione agroalimentare e sostenibilità sta sempre più assumendo un ruolo significativo anche dal punto di vista economico, proprio grazie alla sensibilità dei consumatori verso problematiche come la diminuzione degli sprechi e il conseguente risparmio delle risorse naturali, la tutela di biodiversità e paesaggio e la riduzione dell’inquinamento come aspetto cardine nel contrastare gli effetti dei cambiamenti climatici [2].
Questi aspetti non riguardano solo le scelte alimentari e il comportamento del consumatore, ma anche le strategie delle aziende in merito all’organizzazione delle filiere agroalimentari e, soprattutto, alla gestione degli scarti e il loro riutilizzo in prodotti innovativi.
Scarti di produzione: problema o risorsa?
Circa il 20-30% delle emissioni mondiali di gas serra, principali responsabili dei cambiamenti climatici e del riscaldamento globale, è dovuto alla grande crescita demografica degli ultimi decenni e, di conseguenza, alle diverse modalità di produzione e consumo di cibo. Per questi motivi, negli ultimi anni, si è assistito a un incremento della preoccupazione per la sostenibilità delle produzioni e l’impatto ambientale dei sistemi agroalimentari da parte della popolazione.
Le aziende agroalimentari (e non solo ovviamente) hanno sempre più la tendenza a considerare i principali aspetti connessi alla sostenibilità nel momento di programmare e pianificare un’intera filiera. In moltissimi casi, si assiste anche a una grande attenzione volta ad evitare gli scarti di produzione e/o a gestirli in maniera più sostenibile attraverso la loro riduzione o il loro riutilizzo anche in prodotti molto distanti dalla loro origine prima.
Gli scarti delle filiere agroalimentari determinano doppiamente un impatto negativo sull’ambiente: il primo dovuto allo sfruttamento degli ecosistemi e al consumo di risorse naturali, il secondo imputato soprattutto all’inquinamento causato dallo smaltimento degli scarti di produzione. Per queste ragioni, la scarsezza delle risorse naturali a disposizione, soprattutto in relazione all’aumento demografico mondiale, e la preoccupazione per i danni all’ambiente, derivanti da produzioni massive, hanno portato alla ricerca di soluzioni sostenibili per prevenire le eventuali perdite durante le varie fasi produttive.
Diversi approcci per la valorizzazione degli scarti
La ricerca di aziende, enti, istituzioni, e università si è sempre più rivolta alla valorizzazione degli scarti e dei sottoprodotti (Fig. 1) attraverso il recupero di composti attivi, in un’ottica di filiera “circolare” e di zero waste economy [3].
Infatti, sono numerose le potenzialità per la produzione di biocarburanti e in generale di energia attraverso gli scarti delle filiere agroalimentari come, ad esempio, la produzione di biodiesel mediante transesterificazione di grassi e oli; la produzione di biobutanolo, ma soprattutto bioetanolo, da fermentazione di carboidrati; la produzione di biogas per digestione anaerobica.
Inoltre, molteplici sono attualmente gli studi e le sperimentazioni per la gestione di sistemi più efficienti attraverso l’utilizzo degli scarti agroalimentari al fine di produrre mangimi e per il compostaggio con un più elevato recupero ambientale della risorsa.
Infine, negli ultimi anni, è in continuo aumento l’interesse per il recupero di composti bioattivi ad alto valore salutistico. Esistono infatti diverse ricerche volte a recuperare molecole dal forte potere antiossidante (come i polifenoli) dagli scarti e sottoprodotti delle produzioni dell’industria agroalimentare ed erboristica attraverso l’implementazione di tecniche estrattive eco-sostenibili (tecnologie green) a basso consumo di energia e solventi organici e time-saving (estrazione assistita da ultrasuoni, microonde, fluidi supercritici, etc.). Questa tipologia di gestione degli scarti, inserita in un contesto di circular economy, è caratterizzata dall’uso di biomassa (da scarto di filiera) derivante dalle produzioni agroalimentari allo scopo di estrarre composti biologicamente attivi per la produzione di nuovi alimenti arricchiti/funzionali, integratori alimentari o per applicazioni nel campo erboristico e cosmetico [4].
Tecnologie green per l’estrazione di molecole antiossidanti dagli scarti agroalimentari
Il riutilizzo dei sottoprodotti del settore agroalimentare come alternativa alle procedure comuni (come il compostaggio o l’incenerimento) può essere alla base dello sviluppo di potenziali prodotti innovativi ad alto valore aggiunto per il mercato degli alimenti e degli integratori alimentari, con un importante impatto economico per le industrie del settore e i produttori. Gli scarti derivanti dalle filiere agroalimentari possono, infatti, essere ulteriormente utilizzati come un’importante fonte di composti bioattivi da aggiungere in altri prodotti commerciali (ad esempio cosmetici o alimenti funzionali).
Il recupero di sostanze con effetti positivi sulla salute umana, in particolare polifenoli, da matrici agroalimentari come gli scarti di produzione, è solitamente effettuata mediante tecniche di estrazione convenzionali (ad esempio macerazione e agitazione). Queste tecniche richiedono spesso consumi energetici elevati, ingenti quantità di solventi organici e tempi lunghi, e forniscono estratti con rese limitate in rapporto al tempo di estrazione. Per questo motivo, è stato recentemente riscontrato un notevole interesse verso l’utilizzo di tecniche ecosostenibili alternative a quelle tradizionali, in accordo con i sei principi delle green extraction [5], per estrarre molecole bioattive dagli scarti delle produzioni agroalimentari riducendo il consumo energetico, consentendo l’utilizzo di solventi alternativi e prodotti naturali rinnovabili e garantendo un estratto/prodotto sicuro e di alta qualità.
Ultrasuoni: una tecnologia per l’estrazione sostenibile di antiossidanti
Gli ultrasuoni, in particolare, sono emersi tra le tecnologie verdi più usate a tal scopo grazie ai vantaggi mostrati nelle diverse fasi di lavorazione (ad esempio taglio, degasaggio, filtrazione), conservazione (ad esempio inattivazione di microrganismi ed enzimi) ed estrazione [6].
L’estrazione assistita da ultrasuoni è una metodologia relativamente a basso costo, ecologica ed efficiente, che mostra molti tratti positivi rispetto ai sistemi di estrazione tradizionali. Essa permette di estrarre diversi composti bioattivi da matrici vegetali e dalle piante officinali, ottenendo degli estratti di qualità, grazie all’azione esclusivamente meccanica esercitata dall’effetto di cavitazione prodotto da tali onde sonore ad alta frequenza. L’acqua ed altri solventi food grade (ad esempio miscele idroalcoliche) sono particolarmente compatibili e favorevoli a questo processo estrattivo in quanto veicolano in modo elettivo gli ultrasuoni ad agire sulla matrice vegetale.
Inoltre, questa tecnica risulta particolarmente adatta nel preservare i composti termolabili e la rapidità di estrazione riduce drasticamente i fenomeni ossidativi e fermentativi (Fig. 2). Diversi studi hanno dimostrato come l’estrazione assistita da ultrasuoni possa essere considerata una tecnologia molto efficiente, efficace e rapida per recuperare le molecole polifenoliche dagli scarti di lavorazione con elevate rese di estrazione (5-20%). Questa percentuale è molto buona considerando che le molecole derivano da scarti di lavorazione che altrimenti andrebbero eliminati con processi non sostenibili (incenerimento o compostaggio) [7].
Conclusioni
Il futuro prossimo in questo ambito sarà sicuramente indirizzato alla ricerca di modelli industriali nuovi per il riuso sostenibile degli scarti di produzione nella filiera agroalimentare al posto del loro smaltimento, insieme all’applicazione di tecniche estrattive a basso impatto ambientale per il recupero di molecole antiossidanti in un’ottica di gestione sostenibile delle risorse naturali.
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[1] Cagliano, R.; Worley, C. G.; Caniato, F. F. (2016). The challenge of sustainable innovation in agri-food supply chains. In Organizing Supply Chain Processes for Sustainable Innovation in the Agri-Food Industry (Vol. 5, pp. 1-30). Emerald Group Publishing Limited. 2016.
[2] Bhat, R.; Jõudu, I. Emerging issues and challenges in agri-food supply chain. Sustainable food supply chains, 23-37, 2019.
[3] Green, A.; Nemecek, T.; Chaudhary, A.; Mathys, A. Assessing nutritional, health, and environmental sustainability dimensions of agri-food production. Global Food Security, 26, 100406, 2020.
[4] Chiaraluce, G.; Bentivoglio, D.; Finco, A. Circular economy for a sustainable agri-food supply chain: A review for current trends and future pathways. Sustainability, 13(16), 9294, 2021.
[5] Chemat, F.; Abert-Vian, M.; Fabiano-Tixier, A. S.; Strube, J.; Uhlenbrock, L.; Gunjevic, V.; Cravotto, G. Green extraction of natural products. Origins, current status, and future challenges. TrAC Trends in Analytical Chemistry, 118, 248-263, 2019.
[6] Buvaneshwaran, M.; Radhakrishnan, M.; Natarajan, V. Influence of ultrasound‐assisted extraction techniques on the valorization of agro‐based industrial organic waste–A review. Journal of Food Process Engineering, 46(6), e14012, 2023.
[7] Esteban-Lustres, R.; Sanz, V.; Domínguez, H.; Torres, M. D. Ultrasound-assisted extraction of high-value fractions from fruit industrial processing waste. Foods, 11(14), 2089, 2022.
Dario Donno
Chimico, PhD in Scienze Agrarie, Forestali ed Agroalimentari. Attualmente Tecnico della Ricerca presso il Dipartimento in Scienze Agrarie, Forestali e Alimentari (DISAFA), Università degli Studi di Torino. Le sue ricerche si concentrano sulle principali strategie analitiche per l'identificazione e la quantificazione di composti bioattivi in diversi materiali vegetali, preparazioni fitoterapiche e prodotti derivati dell'industria agroalimentare per la valutazione della loro qualità e della tracciabilità.
Federica Turrini
PhD, Ricercatore in Chimica degli Alimenti e dei Prodotti Dietetici presso il Dipartimento di Farmacia dell’Università degli Studi di Genova. La sua attività di ricerca è incentrata sulla valorizzazione degli scarti agro-ittico alimentari mediante tecnologie estrattive e formulative innovative a basso impatto ambientale nell’ottica di uno sviluppo economico circolare e del recupero di composti bioattivi ad elevato valore aggiunto potenzialmente impiegabili in diversi settori (es. nutraceutica, cosmetica, biomateriali).
