L’industria vinicola genera ogni anno circa 20 milioni di tonnellate di sottoprodotti vitivinicoli (SPV), rappresentando una sfida ambientale significativa che offre al contempo sostanziali opportunità di valorizzazione. Dias-Costa et al. (2025) offrono una revisione completa sull’estrazione di composti fenolici dagli SPV, confrontando i metodi di estrazione convenzionali con le tecniche innovative emergenti.
L’analisi rivela che gli approcci innovativi – i quali comprendono l’estrazione assistita da ultrasuoni (UAE), l’estrazione assistita da microonde (MAE) e l’estrazione con solventi pressurizzati (PSE) – dimostrano efficienza superiore e miglior recupero di composti bioattivi, con minor impatto ambientale, rispetto ai metodi tradizionali come l’estrazione solido-liquido tuttora ampiamente utilizzati.
Questi risultati hanno implicazioni significative per lo sviluppo di protocolli di estrazione sostenibili e lo sfruttamento commerciale di vinacce, raspi d’uva, fecce di vino e legni di potatura della vite quali preziose fonti di antiossidanti ad alto valore per applicazioni alimentari, cosmetiche e farmaceutiche.
Introduzione
L’industria globale di produzione vitivinicola affronta una crescente pressione per affrontare i volumi sostanziali di rifiuti organici generati durante i processi di vinificazione. Il 30% circa del volume totale di uve vinificate è costituito da sottoprodotti vitivinicoli, per un totale di quasi 20 milioni di tonnellate/anno di cui il 50% è attribuito alla sola Unione Europea (Dias-Costa et al., 2023). Questi sottoprodotti includono raspi d’uva, vinacce (semi, bucce e polpe), fecce di vino e legni di potatura della vite, materiali tradizionalmente considerati rifiuti da smaltire attraverso discariche, spandimento sui terreni o compostaggio (Teixeira et al., 2014).
La ricerca contemporanea ha tuttavia rivelato che questi SPV rappresentano un prezioso serbatoio di antiossidanti naturali, in particolare composti polifenolici inclusi acidi idrossibenzoici, acidi idrossicinnamici, stilbeni, flavonoli, flavan-3-oli, flavoni, flavanoni, flavanonoli, proantocianidine e antocianine (Goufo et al., 2020; Fernandes et al., 2025). Il contenuto fenolico di questi materiali varia in misura significativa in base a varietà dell’uva, origine geografica, condizioni climatiche e metodi di lavorazione. Sono perciò necessari protocolli di estrazione ottimizzati per massimizzare il recupero di composti bioattivi, nel rispetto della sostenibilità.
L’estrazione di composti fenolici da matrici vegetali rappresenta una sfida complessa che richiede un’attenta considerazione di numerosi parametri inclusi la selezione del solvente, rapporti solvente-solido, temperatura e tempo di estrazione, dimensioni delle particelle. I metodi di estrazione convenzionali che hanno dominato il settore negli ultimi decenni si basano sull’impiego di solventi organici e tempi di lavorazione prolungati. Le crescenti preoccupazioni ambientali e la ricerca di miglior efficienza hanno guidato lo sviluppo di tecniche di estrazione non convenzionali che promettono rese migliorate, ridotto impatto ambientale e conservazione superiore di composti termolabili.
Metodologia
Metodologie di estrazione convenzionali
L’estrazione convenzionale solido-liquido (SLE) comprende una gamma di tecniche consolidate caratterizzate da processi di macerazione diretti condotti a pressione atmosferica entro intervalli di temperatura che variano dalle condizioni ambientali al punto di ebollizione del solvente di estrazione sotto condizioni di riflusso (Lama-Muñoz & Contreras, 2022). Questi metodi includono l’estrazione Soxhlet, l’estrazione liquido-liquido (LLE) e varie tecniche di macerazione.
La selezione di appropriati solventi di estrazione rappresenta una considerazione critica nelle metodologie convenzionali. Tradizionalmente, solventi organici come metanolo, acetato di etile e acetone sono stati impiegati per le loro eccellenti capacità di estrazione per composti fenolici. Tuttavia, le preoccupazioni riguardo ai loro rischi intrinseci per la salute, impatto ambientale e restrizioni normative hanno promosso un crescente interesse per alternative eco-compatibili inclusi etanolo, acqua e le loro miscele (Alara et al., 2021).
I parametri di estrazione influenzano significativamente i risultati dei metodi convenzionali. Questi includono la polarità dei solventi di estrazione, il numero e posizionamento dei gruppi idrossilici nei composti target, dimensioni molecolari, temperatura e tempo di estrazione, dimensioni delle particelle, interazioni con altri componenti alimentari, pH ed effetti dell’esposizione alla luce. Il rapporto solvente-solido tipicamente varia da 1:10 a 1:125 (p/v), con tempi di estrazione che variano da 1 ora a 72 ore a seconda della metodologia specifica impiegata.
Metodologie di estrazione non convenzionali
I metodi di estrazione non convenzionali rappresentano un cambio di paradigma verso i principi della chimica verde e l’efficienza di processo migliorata. Queste tecniche sfruttano varie forme di energia per facilitare il trasferimento di composti fenolici nel solvente di estrazione, fornendo così numerosi vantaggi rispetto agli approcci convenzionali che comprendono la riduzione di consumo di solventi, requisiti energetici e tempi di lavorazione.
L’estrazione assistita da ultrasuoni (UAE) utilizza il principio della cavitazione acustica, coinvolgendo la generazione di energia meccanica attraverso cicli di compressione e rarefazione trasmessi via onde ultrasoniche. Questo processo genera nanobollicine che, al collasso, rompono le pareti cellulari vegetali e consentono una penetrazione migliorata del solvente, risultando in migliori tassi di trasferimento di composti bioattivi (Irakli et al., 2023).
L’estrazione assistita da microonde (MAE) impiega energia a microonde per interrompere i legami idrogeno delle molecole polari all’interno del sistema di estrazione, ruotandole rapidamente via conduzione ionica o rotazione dipolo-dipolo. Questa tecnica è particolarmente raccomandata per estrarre polifenoli a catena corta come flavonoidi e acidi fenolici da materiali vegetali, offrendo vantaggi inclusi semplicità, tempi di estrazione brevi e basso consumo sia di solvente che di energia.
L’estrazione con solventi pressurizzati (PSE), anche denominata Estrazione con Liquidi Pressurizzati (PLE) o Estrazione Accelerata con Solventi (ASE), impiega camere di estrazione pressurizzate (10-15 MPa) per mantenere i solventi in stato liquido a temperature superiori ai loro punti di ebollizione (fino a 200°C) sotto pressioni elevate. Questo metodo favorisce l’efficienza di estrazione attraverso un miglior trasferimento di massa e solubilità dei composti.
Altre tecniche non convenzionali includono l’Estrazione Assistita da Enzimi (EAE), utilizzando cellulasi, emicellulosi e pectinasi per catalizzare l’idrolisi dei polisaccaridi nelle pareti cellulari; l’Alta Pressione Idrostatica (HHP), applicando pressioni di 100-1000 MPa per danneggiare le membrane cellulari; le Scariche Elettriche ad Alto Voltaggio (HVED), impiegando fenomeni di rottura elettrica; i Campi Elettrici Pulsati (PEF), creando pori temporanei o permanenti nelle membrane cellulari; e l’Estrazione Mediata da Tensioattivi (SME), utilizzando tensioattivi per migliorare la solubilizzazione di composti target.
Risultati e discussione
Efficacia comparativa dei metodi di estrazione
L’analisi completa dei metodi di estrazione rivela differenze significative in efficienza, impatto ambientale e selettività dei composti tra approcci convenzionali e non convenzionali. Le vinacce emergono come gli SPV più estensivamente studiati, con numerose investigazioni che confrontano diversi metodi di estrazione, mentre i raspi d’uva rimangono relativamente poco esplorati, particolarmente riguardo alle applicazioni di estrazione non convenzionali.
Gli studi che esaminano varietà di uva bianca dimostrano modelli consistenti nel recupero di composti fenolici. L’estrazione convenzionale usando miscele metanolo:acqua (70:30, v/v) con rapporti di solvente di 1:125 (p/v) rappresenta la metodologia più frequentemente impiegata attraverso le varietà. Tuttavia, investigazioni che utilizzano il metodo della superficie di risposta (RSM) per l’ottimizzazione rivelano che le combinazioni etanolo:acqua spesso forniscono risultati superiori offrendo al contempo profili di sostenibilità migliorati.
Le varietà di uva rossa esibiscono modelli di estrazione simili, benché con concentrazioni di composti fenolici generalmente più elevate rispetto alle varietà bianche. La presenza di antocianine nei materiali di uva rossa necessita di protocolli di estrazione modificati, richiedendo spesso solventi acidificati o condizioni di pH controllate per mantenere la stabilità dei composti.
Prestazioni dei metodi non convenzionali
L’estrazione assistita da ultrasuoni dimostra particolare promessa per la lavorazione dei raspi d’uva, con studi che riportano condizioni ottimali di etanolo:acqua (50:50, v/v) a temperature di estrazione di 5-65°C, ampiezze di ultrasuoni del 30-70% e tempi di lavorazione di 5-15 minuti. Queste condizioni raggiungono rese di composti fenolici paragonabili o superiori ai metodi convenzionali, con riduzione significativa di consumo di solventi e tempi di estrazione.
L’estrazione assistita da microonde mostra un’eccezionale efficacia nella lavorazione di vinacce e fecce di vino. Le condizioni ottimali tipicamente coinvolgono miscele etanolo:acqua (48:52 fino a 80:20, v/v) con potenze di irradiazione di 140-300 W e tempi di estrazione di 5-17 minuti. Gli studi riportano aumenti di resa fino al 57% per i polifenoli e 85% per le antocianine, rispetto ai metodi di macerazione convenzionali (Álvarez et al., 2017).
L’estrazione con solventi pressurizzati dimostra prestazioni superiori per i legni di potatura della vite, raggiungendo contenuto di flavonoidi più elevato rispetto sia all’estrazione convenzionale che ad altri metodi non convenzionali. Le condizioni ottimali coinvolgono miscele etanolo:acqua a temperature elevate (120-180°C) e pressioni (1500 psi), con tempi di estrazione ridotti a 1-11 minuti.
Considerazioni ambientali ed economiche
L’adozione di metodologie di estrazione non convenzionali offre benefici ambientali sostanziali grazie ai ridotti consumo di solventi ed energia, nonché i tempi di lavorazione minimizzati. Le valutazioni del ciclo di vita indicano che metodi come UAE e MAE possono ridurre l’impatto ambientale del 30-50%, rispetto agli approcci convenzionali, con pari o migliori rese di estrazione.
Le analisi economiche rivelano che mentre i metodi non convenzionali richiedono maggiori investimenti di capitale iniziale per attrezzature specializzate, i costi operativi sono significativamente ridotti grazie ai ridotti uso di solventi, consumo energetico e tempi di lavorazione. I calcoli del ritorno sull’investimento (ROI) suggeriscono periodi di ammortamento di 2-4 anni per operazioni su scala commerciale, con maggiori margini di profitto dovuti alla migliore qualità del prodotto e posizionamento di mercato.
Sfide e limitazioni
Nonostante i risultati promettenti, persistono diverse sfide nell’implementazione di metodi di estrazione non convenzionali. I costi delle attrezzature rimangono proibitivi per operazioni più piccole, mentre i requisiti di competenza tecnica possono limitare i tassi di adozione. Le considerazioni di scalabilità presentano sfide aggiuntive, poiché le condizioni ottimali determinate su scala di laboratorio possono richiedere modifiche per applicazioni industriali.
La degradazione dei composti rappresenta una preoccupazione significativa, particolarmente per composti fenolici termolabili sensibili a temperature elevate o esposizione prolungata alla radiazione ultrasonica. L’ottimizzazione del processo richiede un attento equilibrio tra efficienza di estrazione e conservazione dei composti, necessitando una comprensione completa della cinetica di degradazione e parametri di stabilità.
Le considerazioni normative presentano sfide aggiuntive, particolarmente per applicazioni alimentari e farmaceutiche dove residui di solventi e aiuti di lavorazione devono conformarsi a standard di sicurezza rigorosi. I solventi verdi come etanolo e acqua offrono vantaggi in questo senso, e la nostra unità FARE (Food and Agriculture Requirements) aiuta le aziende innovative ad affrontare questi ostacoli normativi e portare i prodotti sul mercato più velocemente.
Risultati principali e implicazioni
Fattibilità commerciale
La ricerca dimostra chiara fattibilità commerciale per la valorizzazione dei sottoprodotti vitivinicoli attraverso l’estrazione ottimizzata di composti fenolici. L’analisi di mercato indica una crescente domanda di antiossidanti naturali nelle industrie alimentari, cosmetiche e farmaceutiche, laddove i composti derivati dall’uva possono collocarsi in segmento di prezzo premium grazie ai loro profili di sicurezza stabiliti e bioattività.
Le opportunità di sviluppo del prodotto si estendono oltre la semplice produzione di estratti per includere composti incapsulati, preparazioni standardizzate e ingredienti funzionali per applicazioni specifiche. Le considerazioni sulla proprietà intellettuale suggeriscono inoltre opportunità sostanziali per la protezione brevettuale di protocolli di estrazione innovativi e nuove formulazioni di prodotti.
Impatto sulla sostenibilità
L’implementazione di metodi di estrazione non convenzionali si allinea con i principi dell’economia circolare e gli obiettivi di sviluppo sostenibile (#SDG12). L’utilizzo di scarti di lavorazione trasforma passività ambientali in prodotti a valore aggiunto, mentre il ridotto consumo di risorse minimizza le impronte ecologiche.
Le analisi dell’impronta di carbonio indicano potenziali riduzioni del 40-60% rispetto ai metodi convenzionali di estrazione, soprattutto grazie al ridotto consumo energetico e di solventi. Riduzioni dell’uso di acqua del 30-50% sono raggiungibili attraverso il riciclo di solventi e sistemi a circuito chiuso.
Direzioni future della ricerca
Le tecnologie emergenti – che comprendono l’estrazione con fluidi supercritici, l’estrazione basata su liquidi ionici e i solventi eutettici profondi – presentano opportunità per ulteriori miglioramenti nell’efficienza di estrazione e prestazioni ambientali. Gli approcci ibridi che combinano diversi metodi non convenzionali mostrano particolare promessa per massimizzare il recupero di composti minimizzando i costi di lavorazione.
I concetti di bioraffineria che integrano l’estrazione di composti fenolici con la produzione di bioetanolo, generazione di biogas e recupero di acidi organici offrono opportunità per l’utilizzo completo degli SPV. Gli approcci di integrazione sistemica possono abilitare una lavorazione economicamente vantaggiosa tramite infrastrutture condivise e integrazione energetica.
Conclusioni
Questa analisi completa dell’estrazione di polifenoli dai sottoprodotti vitivinicoli rivela il potenziale sostanziale delle metodologie di estrazione non convenzionali per rivoluzionare l’upcycling dei flussi di rifiuti dell’industria vinicola. L’estrazione assistita da ultrasuoni, l’estrazione assistita da microonde e l’estrazione con solventi pressurizzati dimostrano prestazioni superiori rispetto ai metodi convenzionali attraverso multiple metriche inclusi efficienza di estrazione, impatto ambientale, consumo energetico e tempo di lavorazione.
La fattibilità commerciale della valorizzazione degli SPV è chiaramente stabilita, con opportunità di mercato che spaziano dalle industrie alimentari, cosmetiche e farmaceutiche. Le vinacce emergono come la materia prima più promettente grazie alla loro abbondanza e alto contenuto fenolico, benché raspi d’uva, fecce di vino e legni di potatura della vite offrano opportunità complementari per l’utilizzo completo dei sottoprodotti.
I benefici ambientali associati ai metodi di estrazione non convenzionali si allineano con gli obiettivi di sostenibilità e principi dell’economia circolare, mentre le analisi economiche dimostrano profili favorevoli di ritorno sull’investimento per implementazioni commerciali. Tuttavia, le sfide che comprendono costi delle attrezzature, requisiti di competenza tecnica e considerazioni di scalabilità necessitano sforzi continui di ricerca e sviluppo.
Le priorità di ricerca futura dovrebbero concentrarsi sull’ottimizzazione dei processi, progettazione delle attrezzature, standardizzazione del prodotto e conformità normativa per facilitare l’adozione diffusa di queste tecnologie promettenti. Gli approcci integrati di bioraffineria che combinano strategie multiple di valorizzazione offrono il maggior potenziale per massimizzare il valore economico minimizzando l’impatto ambientale.
La transizione dallo smaltimento dei rifiuti alla creazione di valore attraverso l’estrazione ottimizzata di composti fenolici rappresenta un cambiamento paradigmatico che può simultaneamente affrontare le sfide ambientali e creare opportunità economiche per l’industria vinicola. L’implementazione di successo di queste tecnologie richiederà collaborazione tra ricercatori, stakeholder dell’industria e organismi normativi per superare le barriere esistenti e realizzare il pieno potenziale della valorizzazione dei sottoprodotti vitivinicoli.
Dario Dongo
Cover art copyright © 2025 Dario Dongo (AI-assisted creation)
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Dario Dongo, lawyer and journalist, PhD in international food law, founder of WIISE (FARE - GIFT - Food Times) and Égalité.
