Ricerca

Upcycling degli scarti di acquacoltura in ingredienti funzionali

Dicembre 3, 2025

L’industria dell’acquacoltura genera sostanziali scarti dalla lavorazione del pesce, inclusi teste, lische, pelle e visceri, che sono in genere sottoutilizzati o smaltiti come rifiuti. Un recente studio di Jenssen et al. (2025) – nell’ambito del progetto di ricerca EcoeFISHent, in Horizon Europe – esplora il potenziale dell’upcycling di questi sottoprodotti da orata (Sparus aurata) e spigola (Dicentrarchus labrax) in ingredienti funzionali di alto valore, attraverso idrolisi enzimatica e successivo frazionamento a membrana. Questo approccio si allinea ai principi dell’economia circolare trasformando perdite e sprechi alimentari in prodotti ricchi di proteine con diverse applicazioni in formulazioni alimentari, nutraceutiche e cosmeceutiche (Dondero et al., 2025).

La valorizzazione dei sottoprodotti della lavorazione del pesce rappresenta un’opportunità cruciale per migliorare l’efficienza delle risorse, riducendo al contempo l’impatto sull’ambiente. Precedenti ricerche hanno dimostrato che l’idrolisi enzimatica può rilasciare peptidi bioattivi con varie funzionalità, incluse proprietà antiossidanti, antipertensive e di guarigione delle ferite (Kaushik et al., 2024; Ucak et al., 2021). Il presente studio si basa su queste fondamenta impiegando un approccio sistematico per caratterizzare sia gli attributi tecnologici, sia le attività biologiche degli idrolizzati proteici derivati da scarti di acquacoltura pre-processati.

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Metodologia

L’indagine ha impiegato biomassa pre-processata da orata e spigola, che era stata disidratata utilizzando un processo industriale brevettato da Themis, partner del progetto di ricerca EcoeFISHent, per ridurre il contenuto di umidità e facilitare lo stoccaggio. Il materiale è stato sottoposto a idrolisi enzimatica utilizzando Corolase® 8000 a 65°C per un’ora, con un rapporto biomassa-acqua di 1:2. Dopo l’idrolisi e la separazione centrifuga, l’idrolizzato risultante è stato diviso in tre frazioni: un campione grezzo (non frazionato) e due frazioni ottenute attraverso filtrazione tangenziale con una membrana di cut-off di peso molecolare (MWCO) pari a 3 kDa, producendo frazioni di permeato (peptidi più piccoli) e di retentato (peptidi più grandi) (Jenssen et al., 2025).

La caratterizzazione completa ha compreso l’analisi della composizione prossimale, il profilo degli aminoacidi, la cromatografia ad esclusione dimensionale per la distribuzione delle dimensioni peptidiche e l’analisi del colore utilizzando le coordinate CIELab. Le proprietà tecno-funzionali valutate hanno compreso capacità e stabilità schiumogena, attività e indici di stabilità emulsionante e capacità di legame con l’olio. Lo screening dell’attività biologica ha compreso sette saggi distinti: attività inibitoria dell’enzima di conversione dell’angiotensina (ACE), capacità antiossidante cellulare, potenziale anti-infiammatorio, capacità anti-osteoporotica, effetti epatoprotettivi e attività di guarigione delle ferite su cellule cheratinocitiche umane (Jenssen et al., 2025).

Composizione chimica e caratteristiche strutturali

Tutti e tre i campioni hanno mostrato un contenuto proteico molto elevato, superiore all’80% come determinato dall’analisi Kjeldahl, con il retentato che ha dimostrato il valore più alto (86,2%). La cromatografia a esclusione dimensionale ha confermato le distribuzioni di peso molecolare attese: il retentato aveva il peso molecolare medio più alto (1771,5 Da), seguito dal grezzo (1063,0 Da) e dal permeato (710,0 Da). L’analisi degli aminoacidi ha indicato che l’acido glutammico e la glicina erano i residui più abbondanti, in linea con precedenti studi sugli idrolizzati di spigola e orata (Jenssen et al., 2025; Valcarcel et al., 2020).

La frazione di retentato ha mostrato concentrazioni elevate di aminoacidi associati al collagene (idrossiprolina, prolina e glicina) rispetto alle altre frazioni, suggerendo un arricchimento in proteine strutturali. L’analisi colorimetrica ha rivelato che il permeato mostrava una luminosità significativamente più elevata (L* = 65,81) rispetto ai campioni grezzo e retentato, i quali entrambi mostravano tonalità bruno-rossastre attribuite all’astaxantina e alla mioglobina ossidata. La spettroscopia ATR-FTIR ha confermato che il retentato manteneva una struttura proteica più organizzata e stabile, con bande amidiche prominenti che indicavano peptidi di peso molecolare più elevato e strutture secondarie più definite (Jenssen et al., 2025).

Proprietà tecno-funzionali

Il retentato ha dimostrato caratteristiche tecno-funzionali superiori, eccellendo nell’attività emulsionante, nella capacità schiumogena e nella capacità di legame con l’olio. Queste proprietà sono correlate al suo profilo di peso molecolare più elevato, poiché le frazioni peptidiche più grandi possono formare strati interfacciali più coesivi attorno alle goccioline d’olio e alle bolle di gas (Aluko & Monu, 2003; Celus et al., 2009). Le migliori prestazioni del retentato suggeriscono un potenziale considerevole per sue applicazioni in formulazioni alimentari che richiedano ingredienti proteici funzionali, in particolare in prodotti dove le proprietà di emulsificazione e schiumatura risultino critiche.

Al contrario, la frazione di permeato ha mostrato bassa capacità schiumogena e inferiore stabilità sia schiumogena che emulsionante, in ragione della sua ridotta distribuzione di peso molecolare. Il campione grezzo ha invece mostrato la massima stabilità per mantenere la schiuma e l’emulsione nel tempo, per via della sua distribuzione di peso molecolare mista che consente una stabilizzazione dell’interfaccia più efficace (Jenssen et al., 2025). Questi risultati sottolineano l’importanza del frazionamento nell’adattare gli idrolizzati per applicazioni funzionali specifiche, poiché il peso molecolare influenza significativamente il comportamento fisico-chimico (Yesiltas et al., 2023).

Attività biologiche

Lo screening di bioattività ha rivelato proprietà funzionali selettive tra le frazioni. L’attività inibitoria dell’ACE, che rileva per applicazioni anti-ipertensive, è stata dimostrata da tutti i campioni, con il grezzo che mostrava il valore IC₅₀ più basso (5,74 mg/mL), seguito dal retentato (6,56 mg/mL) e dal permeato (10,63 mg/mL). Questi valori, sebbene più elevati di quelli riportati in alcuni studi precedenti sugli estratti di spigola e orata, possono riflettere effetti sinergici di molteplici peptidi bioattivi presenti nelle miscele di idrolizzato complesse (Jenssen et al., 2025; Valcarcel et al., 2020).

Il saggio antiossidante cellulare ha rivelato che il permeato ha raggiunto circa il 45% di inibizione dell’ossidazione a 1 mg/mL, l’attività più elevata tra i campioni testati. Questo risultato si allinea con ricerche precedenti, le quali indicano che le frazioni di peso molecolare inferiore tipicamente mostrano migliori assorbimento cellulare e capacità antiossidante (Wang et al., 2019; Wolfe et al., 2008). Il saggio epatoprotettivo ha dimostrato che sia il permeato che il retentato hanno ridotto significativamente l’accumulo di acidi grassi nelle cellule epatiche a 0,2 mg/mL, suggerendo potenziali applicazioni in formulazioni per la salute metabolica (Jenssen et al., 2025).

Potenziale di guarigione delle ferite

I risultati più pronunciati sono emersi dal saggio di guarigione delle ferite, dove la frazione di permeato ha mostrato un’attività importante. A tutte le concentrazioni testate (0,05, 0,025 e 0,015 mg/mL), il permeato ha migliorato la chiusura delle ferite nelle cellule cheratinocitiche umane in misura significativa, raggiungendo circa il 500% di chiusura delle ferite rispetto al controllo a 0,025 mg/mL. Questa prestazione eccezionale suggerisce un potenziale considerevole per applicazioni dermatologiche e cosmeceutiche (Jenssen et al., 2025). Il campione grezzo ha altresì dimostrato capacità di guarigione delle ferite alla concentrazione più bassa (0,015 mg/mL), raggiungendo circa il 550% di chiusura delle ferite.

La relazione tra dimensione peptidica e attività di guarigione delle ferite è stata documentata in ricerche precedenti, laddove i peptidi più piccoli generalmente dimostrano migliori penetrazione cellulare e attività biologica (Huang et al., 2018; Woonnoi et al., 2021). Le prestazioni superiori del permeato in questo saggio, accoppiate alla sua aumentata vitalità cellulare a tutte le concentrazioni testate (raggiungendo circa il 150% a 0,015 mg/mL), evidenziano il suo potenziale come ingrediente sicuro ed efficace per applicazioni di rigenerazione cutanea (Jenssen et al., 2025).

Limitazioni e risultati negativi

Lo studio ha rivelato che nessuno dei campioni ha mostrato attività anti-infiammatoria nei macrofagi stimolati con lipopolisaccaride o capacità anti-osteoporotica nei saggi di proliferazione osteoblasti/osteoclasti. Questi risultati contrastano con alcune ricerche precedenti sugli idrolizzati di spigola e orata, il che può venire attribuito a differenze nella composizione tissutale, poiché il presente studio ha utilizzato scarti misti anziché tessuti specifici come pelle o teste (Chotphruethipong et al., 2021; de la Fuente et al., 2022).

I risultati epatoprotettivi, sebbene promettenti, richiedono un’interpretazione cauta poiché basati su esperimenti biologici singoli, ed è perciò necessaria un’ulteriore validazione attraverso repliche aggiuntive e studi in vivo. Il retentato ha dimostrato effetti citotossici sui cheratinociti a tutte le concentrazioni testate, limitando il suo potenziale per applicazioni topiche nonostante le sue superiori proprietà tecno-funzionali. Ciò evidenzia l’importanza di una valutazione completa della sicurezza insieme alla caratterizzazione funzionale, quando si sviluppino ingredienti per applicazioni specifiche (Jenssen et al., 2025).

Conclusioni e implicazioni

Questa indagine completa dimostra che l’idrolisi enzimatica e il frazionamento a membrana rappresentano strategie efficaci per convertire i sottoprodotti dell’acquacoltura in ingredienti funzionali di valore con apposite proprietà. Le caratteristiche tecno-funzionali superiori della frazione di retentato la posizionano come eccellente candidato per applicazioni alimentari che richiedono proprietà emulsionanti, schiumogene e di legame con l’olio. Al contrario, l’eccezionale capacità di guarigione delle ferite del permeato, combinata con una maggiore vitalità cellulare e attività antiossidante cellulare, suggerisce applicazioni promettenti in formulazioni nutraceutiche e cosmeceutiche (Jenssen et al., 2025).

I risultati supportano lo sviluppo di approcci di bioprocessi sostenibili allineati ai principi dell’economia circolare nell’acquacoltura. Trasformando gli scarti di lavorazione in ingredienti ad alto valore, l’industria può al contempo affrontare le preoccupazioni ambientali e creare nuove fonti di reddito. La ricerca futura dovrebbe concentrarsi sull’identificazione delle sequenze peptidiche bioattive specifiche responsabili delle attività osservate, sull’esecuzione di studi clinici per validare l’efficacia nella guarigione delle ferite e sull’esplorazione di combinazioni sinergiche di frazioni per ottimizzare sia le proprietà funzionali che quelle biologiche. La valorizzazione di successo dei sottoprodotti dell’acquacoltura rappresenta un passo cruciale verso sistemi alimentari più sostenibili ed efficienti dal punto di vista delle risorse (Dondero et al., 2025; Kaushik et al., 2024).

#EcoeFISHent #Wasteless

Dario Dongo

Riferimenti

Aluko, R. E., & Monu, E. (2003). Functional and bioactive properties of quinoa seed protein hydrolysates. Journal of Food Science, 68(4), 1254–1258. https://doi.org/10.1111/j.1365-2621.2003.tb09635.x

Celus, I., Brijs, K., & Delcour, J. A. (2009). Fractionation and characterization of brewers’ spent grain protein hydrolysates. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 57(13), 5563–5570. https://doi.org/10.1021/jf900626j

Chotphruethipong, L., Binlateh, T., Hutamekalin, P., Sukketsiri, W., Aluko, R. E., & Benjakul, S. (2021). Hydrolyzed collagen from defatted sea bass skin and its conjugate with epigallocatechin gallate: In vitro antioxidant, anti-inflammatory, wound-healing and anti-obesity activities. Food Bioscience, 43, Article 101303. https://doi.org/10.1016/j.fbio.2021.101303

de la Fuente, B., Pinela, J., Calhelha, R. C., Heleno, S. A., Ferreira, I. C. F. R., Barba, F. J., Berrada, H., & Barros, L. (2022). Sea bass (Dicentrarchus labrax) and sea bream (Sparus aurata) head oils recovered by microwave-assisted extraction: Nutritional quality and biological properties. Food and Bioproducts Processing, 136, 97–105. https://doi.org/10.1016/j.fbp.2022.09.004

Dondero, L., Tardanico, F., Lertora, E., & Boggia, R. (2025). Unlocking the potential of marine sidestreams in the blue economy: Lessons learned from the EcoeFISHent project on fish collagen. Marine Biotechnology, 27, Article 63. https://doi.org/10.1007/s10126-025-10438-9

Huang, C.-Y., Wu, T.-C., Hong, Y.-H., Hsieh, S.-L., Guo, H.-R., & Huang, R.-H. (2018). Enhancement of cell adhesion, cell growth, wound healing, and oxidative protection by gelatins extracted from extrusion-pretreated Tilapia (Oreochromis sp.) fish scale. Molecules, 23(10), Article 2406. https://doi.org/10.3390/molecules23102406

Jenssen, M., Sone, I., Grasso, F., Turrini, F., Tardanico, F., Atanasio, G. D. N., Paz, D. M., Sobrado, R. V., Martínez, M. M. A., Boggia, R., Grasselli, E., & Lian, K. (2025). Valorization of aquaculture side streams from sea bream and sea bass by enzymatic hydrolysis and fractionation: Chemical and biological insights. Frontiers in Nutrition, 12, Article 1663294. https://doi.org/10.3389/fnut.2025.1663294

Kaushik, N., Falch, E., Slizyte, R., Kumari, A., Khushboo, Hjellnes, V., Carvajal, A. K., & Mozuraityte, R. (2024). Valorization of fish processing by-products for protein hydrolysate recovery: Opportunities, challenges and regulatory issues. Food Chemistry, 459, Article 140244. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2024.140244

Ucak, I., Afreen, M., Montesano, D., Carrillo, C., Tomasevic, I., Simal-Gandara, J., & Barba, F. J. (2021). Functional and bioactive properties of peptides derived from marine side streams. Marine Drugs, 19(2), Article 71. https://doi.org/10.3390/md19020071

Valcarcel, J., Sanz, N., & Vázquez, J. A. (2020). Optimization of the enzymatic protein hydrolysis of by-products from seabream (Sparus aurata) and seabass (Dicentrarchus labrax), chemical and functional characterization. Foods, 9(10), Article 1503. https://doi.org/10.3390/foods9101503

Wang, X., Yu, H., Xing, R., Liu, S., Chen, X., & Li, P. (2019). Preparation and identification of antioxidative peptides from Pacific herring (Clupea pallasii) protein. Molecules, 24(10), Article 1946. https://doi.org/10.3390/molecules24101946

Wolfe, K. L., Kang, X., He, X., Dong, M., Zhang, Q., & Liu, R. H. (2008). Cellular antioxidant activity of common fruits. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 56(18), 8418–8426. https://doi.org/10.1021/jf801381y

Woonnoi, W., Chotphruethipong, L., Tanasawet, S., Benjakul, S., Sutthiwong, N., & Sukketsiri, W. (2021). Hydrolyzed collagen from Salmon skin increases the migration and filopodia formation of skin keratinocytes by activation of FAK/Src pathway. Polish Journal of Food and Nutrition Sciences, 71(3), 323–332. https://doi.org/10.31883/pjfns/141515

Yesiltas, B., García-Moreno, P. J., Mikkelsen, R. K., Echers, S. G., Hansen, D. K., Greve-Poulsen, M., Sørensen, A.-D. M., & Jacobsen, C. (2023). Physical and oxidative stability of emulsions stabilized with fractionated potato protein hydrolysates obtained from starch production side stream. Antioxidants, 12(8), Article 1622. https://doi.org/10.3390/antiox12081622