Upcycling dei sottoprodotti di carciofo in ingredienti funzionali

Composizione chimica e composti bioattivi

I principali ABP – brattee e gambi – sono caratterizzati da elevate concentrazioni di composti bioattivi, in particolare polifenoli (1–8% di sostanza secca), e fibra alimentare (Colombo et al., 2024). La frazione polifenolica comprende in prevalenza acidi caffeoilchinici (CQA), acidi dicaffeoilchinici (diCQA) e flavoni quali luteolina e apigenina, con 5-CQA e 1,5-diCQA identificati come composti principali (Pandino et al., 2013). I gambi in particolare mostrano concentrazioni più elevate di CQA, mentre le brattee presentano un contenuto superiore di flavoni, soprattutto luteolina (Colombo et al., 2024; Pagano et al., 2016).

Oltre ai polifenoli, gli ABP contengono quantità significative di carboidrati complessi, incluse fibre insolubili (cellulosa, emicellulosa, lignina – circa 35 g/100 g di sostanza secca) e fibre solubili (inulina, pectina, β-glucani – circa 20 g/100 g di sostanza secca) (Colombo et al., 2024). Il contenuto di inulina ha particolare rilevanza, variando dal 20 al 30% del peso secco a seconda del cultivar, con gradi di polimerizzazione tipicamente compresi tra 32 e 42 (Fissore et al., 2014; Zeaiter et al., 2019). Le brattee inoltre contengono lattoni sesquiterpenici, in prevalenza la cinnaropicrina (20,8 mg/g di sostanza secca) che contribuisce al caratteristico sapore amaro e possiede documentati benefici gastrointestinali (Matsumoto et al., 2021).

Metodologie di estrazione e tecnologie verdi

Il recupero dei composti bioattivi dagli ABP richiede l’ottimizzazione dei parametri di estrazione per massimizzare la resa nel rispetto dei principi di sostenibilità. Colombo et al. (2024) evidenziano che le metodologie di estrazione verde – incluse l’estrazione con liquidi pressurizzati (PLE), l’estrazione con acqua calda pressurizzata (PHWE), l’estrazione assistita da microonde (MAE) e l’estrazione assistita da ultrasuoni (UAE) – sono emerse come alternative valide agli approcci convenzionali basati su solventi. La temperatura e la composizione del solvente hanno influenza critica sull’efficienza di estrazione; il recupero ottimale di polifenoli dalle brattee si verifica a 60–75°C utilizzando soluzioni di etanolo al 50–75%, mentre la PHWE dimostra risultati superiori a temperature medio-alte (≤120°C) con basse percentuali di etanolo (≤10%) (Maietta et al., 2017; Pagano et al., 2018).

Il processo di fermentazione in insilato rappresenta un metodo importante di conservazione per gli ABP, in particolare per applicazioni nell’alimentazione animale. Questa fermentazione anaerobica favorisce la crescita di batteri lattici (Lactobacillus, Lactococcus, Serratia e Weissella), con conseguente aumento della produzione di acidi grassi a catena corta e miglioramento delle proprietà organolettiche (Fan et al., 2020; Monllor et al., 2020). I pretrattamenti quali sbollentatura e bollitura possono aumentare in misura significativa le rese di estrazione dei nutrienti, laddove il trattamento termico prima dell’estrazione è particolarmente efficace nell’incrementare il recupero di inulina dai gambi (53% p/p sostanza secca) rispetto alle brattee (44,7% p/p sostanza secca) (Fissore et al., 2014).

Proprietà biologiche e benefici per la salute

Gli ABP manifestano una gamma diversificata di attività biologiche attribuibili alla loro composizione fitochimica. La capacità di ridurre i lipidi ematici – trigliceridi, colesterolo totale e lipoproteine a bassa densità (LDL), unitamente a ridotto accumulo lipidico epatico – è stata dimostrata in criceti siriani sottoposti a diete ad alto contenuto di grassi e supplemento di fibra ABP al 20% (Villanueva-Suárez et al., 2019). I derivati sesquiterpenici, in particolare cinnaropicrina, aguerina B e grosheimina, a loro volta hanno dimostrato la capacità di ridurre i livelli di trigliceridi in modelli murini caricati di lipidi attraverso la modulazione dello svuotamento gastrico e dell’assorbimento intestinale (Shimoda et al., 2003).

Le proprietà antinfiammatorie degli ABP sono ben documentate, laddove gli estratti acquosi di gambi ottenuti tramite trattamento con campo elettrico pulsato riducono efficacemente l’espressione di interleuchina-6 (IL-6) e proteina chemoattraente dei monociti-1 (MCP-1) in macrofagi umani THP-1 (Carpentieri et al., 2022). Gli estratti etanolici di brattee dimostrano significativa inibizione della sintesi di prostaglandine e della migrazione cellulare infiammatoria in modelli di edema plantare indotto da carragenina, correlata con la diminuzione dell’espressione della ciclo-ossigenasi-2 (COX-2) (Salem et al., 2017). L’attività antiossidante degli ABP, primariamente attribuita a 5-CQA, 1,3-diCQA, 1,5-diCQA e luteolina, mostra correlazione diretta con il contenuto polifenolico, riducendo efficacemente la produzione di specie reattive dell’ossigeno in modelli cellulari intestinali Caco-2 esposti a perossido di idrogeno (Jiménez-Moreno et al., 2019).

Le proprietà antimicrobiche rappresentano un’altra significativa bioattività, con estratti metanolici di gambi che dimostrano efficacia contro batteri Gram-positivi (Staphylococcus aureus, Streptococcus agalactiae) e ceppi Gram-negativi selezionati (Enterococcus faecium), raggiungendo concentrazioni minime inibitorie di 1 mg/mL (Mejri et al., 2020). L’effetto prebiotico degli ABP è primariamente mediato da fruttani di tipo inulina con elevati valori di DP (32–42), che stimolano la proliferazione di Lactobacillus acidophilus e Bifidobacterium bifidum più efficacemente dei fruttooligosaccaridi commerciali, con aumenti di densità ottica da 0,1 a 0,5–1,5 dopo 48 ore di incubazione anaerobica (Zeaiter et al., 2019).

Proprietà funzionali e applicazioni tecnologiche

Le proprietà reologiche degli ABP li rendono idonei come additivi alimentari, in particolare nelle formulazioni che richiedono agenti addensanti, gelificanti o stabilizzanti. Gli estratti di fibra ricchi di inulina e pectina a basso grado di metil-esterificazione formano gel rigidi, in presenza di calcio, esibendo comportamento pseudo-plastico con viscosità che dipende dalla velocità di taglio (Fissore et al., 2014).

Le proprietà emulsionanti degli estratti di brattee a concentrazioni del 2% migliorano la stabilità dell’emulsione riducendo i processi di coalescenza e flocculazione, grazie agli effetti sinergici di fibra solubile, proteine anfipatiche e componenti di fibra insolubile (Colombo et al., 2024).

La capacità di ritenzione idrica e la capacità di ritenzione dell’olio rappresentano attributi funzionali importanti per applicazioni di panificazione, poiché la fibra ABP è in grado di trattenere una quantità d’acqua pari a circa 8 volte la propria massa secca e può assorbire fino a 16 volte la propria massa in olio (Boubaker et al., 2016). Queste proprietà facilitano la ritenzione dell’umidità durante i processi di cottura, estendendo la shelf life e migliorando l’appetibilità del prodotto.

Applicazioni nell’industria alimentare

Prodotti da forno

L’incorporazione di fibra ABP in prodotti a base di frumento modula in misura significativa le caratteristiche testurali e sensoriali. Boubaker et al. (2016) hanno dimostrato che l’aggiunta del 2% di fibra alla farina di frumento migliora la capacità di assorbimento dell’acqua dell’impasto, la tenacità e la stabilità attraverso interazioni rafforzate tra gruppi idrossilici della fibra, glutine e molecole d’acqua. Il pane risultante mostra maggiori durezza e masticabilità con volume specifico leggermente ridotto e colore della mollica più scuro (Canale et al., 2022). I biscotti di farina integrale arricchiti con estratto ABP al 4% mantengono le qualità sensoriali durante condizioni di conservazione sia normali che accelerate, dimostrando superiore ritenzione di polifenoli rispetto alle formulazioni di controllo, ritardando quindi la degradazione ossidativa e l’irrancidimento dei grassi (San José et al., 2023).

Prodotti lattiero-caseari

Nelle applicazioni lattiero-casearie, gli ABP fungono da modificatori reologici e agenti prebiotici. Gli estratti di foglie di carciofo ricchi di inulina migliorano la viscosità e la cremosità dello yogurt, riducendo la separazione del siero e la sineresi attraverso la formazione di complessi micellari di caseina stabilizzati, così da fungere quali potenziali sostituti dei grassi (El-Kholy et al., 2023). Gli estratti promuovono la vitalità dei batteri probiotici (L. acidophilus LA-5 e B. lactis BB-12) durante la fermentazione e la conservazione, sebbene i lattoni sesquiterpenici possano conferire sapori amari indesiderati (Ehsani et al., 2018). Le proteasi aspartiche (cardosine e ciprosine) estratte dalle foglie residuali esibiscono proprietà coagulanti del latte adatte alla produzione casearia, generando prodotti con texture cremose e morbide grazie alla forte attività proteolitica sulla κ-caseina bovina (Esposito et al., 2016).

Prodotti a base di carne e conservazione

Gli estratti ABP funzionano come antiossidanti naturali nella conservazione della carne, dimostrando efficacia comparabile all’idrossitoluene butilato sintetico (BHT) in hamburger di manzo crudo durante la conservazione refrigerata. Ergezer e Serdaroğlu (2018) hanno riportato significative riduzioni nei prodotti di ossidazione lipidica primari e secondari (idroperossidi, malondialdeide) e nei marcatori di ossidazione proteica (composti carbossilici), con effetti protettivi concomitanti sulle molecole di eme della mioglobina, così da mantenere la desiderabile colorazione rossa. A concentrazioni di 1000 ppm, gli estratti ABP mostrano attività antimicrobica contro batteri patogeni (Escherichia coli, Listeria monocytogenes) dimostrando al contempo inibizione concentrazione-dipendente della crescita batterica psicrofila e coliforme (Ergezer et al., 2018).

Alimenti funzionali e applicazioni nutraceutiche

L’integrazione degli ABP mostra un grande potenziale nelle formulazioni di alimenti funzionali. Il pane arricchito con estratti di gambi al 3–9% mantiene attività antiossidanti e ipoglicemizzanti a seguito di digestione gastrointestinale simulata, attribuite all’elevata biodisponibilità duodenale di polifenoli e cinnaropicrina, con dimostrata inibizione dell’α-glucosidasi che potenzialmente modula l’assorbimento del glucosio (Colantuono et al., 2018). Le patatine a base di farina di frumento che incorporano brattee di carciofo e olio di pesce ricco di omega-3 mostrano effetti cardiovascolari positivi in modelli murini diabetici, riducendo glicemia, trigliceridi, colesterolo totale e LDL aumentando al contempo le concentrazioni di lipoproteine ad alta densità (HDL) (Benkhoud et al., 2021).

La pasta fresca arricchita con inulina estratta da radici di carciofo dimostra proprietà prebiotiche, conferendo effetti protettivi contro la colonizzazione da E. coli patogeno e disturbi colorettali, con benefica modulazione aggiuntiva del metabolismo glucidico e lipidico (Difonzo et al., 2022). Indagini cliniche corroborano questi risultati; la somministrazione di estratto di foglie di carciofo a pazienti affetti da malattia renale cronica per sei settimane ha determinato riduzioni significative dei livelli di colesterolo totale e LDL, con concomitante soppressione dell’appetito, indipendentemente dalle alterazioni di trigliceridi e HDL (Gatmiri et al., 2019).

Quadro normativo e direzioni future

Gli attuali quadri normativi dell’Unione Europea presentano sia opportunità che sfide per la commercializzazione degli ABP. La lista BelFrIt – un registro di sostanze botaniche e preparati consentiti negli integratori alimentari compilato da Belgio, Francia e Italia e notificato alla Commissione Europea (Commissione Europea, 2017) – include capolini e foglie di carciofo per la produzione di integratori alimentari, con indicazioni per le funzioni digestive, depurative, antiossidanti ed epatoprotettive (Ministero della Salute italiano, 2018).

Le proposte di claim salutistici relativi a funzione renale e i benefici gastrointestinali non hanno ricevuto l’autorizzazione dell’Autorità Europea per la Sicurezza Alimentare (EFSA) (Regolamento della Commissione UE n. 432/2012). Un claim salutistico è stato invece approvato, per una formulazione complessa che contiene estratto di foglie di carciofo standardizzato in acidi caffeoilchinici, in relazione alla riduzione del colesterolo LDL (regolamento della Commissione Europea n. 648/2023).

Il riconoscimento da parte del Comitato per i Medicinali Vegetali (HMPC) delle foglie essiccate di carciofo contenenti minimo 0,8% di 5-CQA per dispepsia funzionale e applicazioni ipolipemizzanti offre inoltre un precedente per la validazione terapeutica (Agenzia Europea dei Medicinali, 2024).

Applicazioni nell’alimentazione animale

Gli ABP insilati rappresentano alternative sostenibili per la nutrizione del bestiame, in particolare nei sistemi di allevamento intensivo. Il processo di insilamento in sili commerciali a balle rotonde consente di realizzare prodotti microbiologicamente stabili con pH basso, elevato contenuto di acido lattico e contaminazione minima da enterobatteri, clostridi e lieviti, mantenendo la qualità per oltre sei mesi (Monllor et al., 2020). L’incorporazione di brattee esterne insilate (0–25%) nelle diete di capre da latte influisce sul contenuto di proteine e fibre preservando produzione, composizione e proprietà coagulanti del latte, senza condurre alla formazione di aromi sgradevoli (Muelas et al., 2017).

Il profilo lipidico del latte di capre alimentate con brattee insilate dimostra elevate concentrazioni di acido oleico, acidi grassi polinsaturi e acido linoleico coniugato, con proprietà anti-aterogene e anti-obesità (Monllor et al., 2020). Prove di alimentazione a lungo termine con insilato di sottoprodotti di carciofo al 40% confermano il mantenimento della resa lattea, della composizione nutrizionale e dello stato di salute animale, con potenziato contenuto minerale (calcio, zinco, manganese, rame) nei prodotti lattiero-caseari risultanti (Monllor et al., 2023). Le proprietà organolettiche, incluse appetibilità e aroma del latte e derivati (formaggio, yogurt), rimangono accettabili, a conferma del potenziale di un’adozione più ampia di mangimi a base di ABP (Meneses et al., 2020).

Conclusioni

I sottoprodotti di carciofo globo rappresentano un paradigma dei principi di economia circolare, trasformando scarti agricoli in ingredienti funzionali di valore con dimostrate attività biologiche e applicazioni tecnologiche. La generosa presenza di composti bioattivi e fibre prebiotiche conferisce benefici salutistici diversificati con proprietà ipolipemizzanti, ipoglicemizzanti, antiossidanti, antinfiammatorie, antimicrobiche e prebiotiche. Le tecnologie di estrazione ‘green’ possono consentire il recupero sostenibile di questi composti e fibre su scala potenzialmente industriali.

La versatilità degli ABP attraverso i settori dell’industria alimentare – dai prodotti da forno e formulazioni lattiero-casearie alla conservazione della carne e agli alimenti funzionali – dimostra la loro fattibilità commerciale come additivi naturali e ingredienti salutistici. Sebbene persistano sfide normative riguardanti i claim salutistici, l’uso consolidato di preparati di carciofo nella medicina erboristica offre precedenti incoraggianti.

La ricerca futura dovrebbe concentrarsi sull’ottimizzazione dei protocolli di estrazione, sull’esecuzione e di prove cliniche idonee a sostanziare i claim salutistici e sull’esplorazione di nuove applicazioni alimentari per realizzare appieno il potenziale nutraceutico di questi residui agricoli sottoutilizzati. L’integrazione della valorizzazione degli ABP nei sistemi di produzione alimentare mainstream offre opportunità significative per l’agricoltura sostenibile, la riduzione dei rifiuti e lo sviluppo di alimenti funzionali che affrontino le sfide nutrizionali contemporanee.

#Wasteless

Dario Dongo

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