Recupero dei by-products nella filiera della frutta secca

Cristina Danna

Università degli Studi di Genova
cristina.danna@edu.unige.it

L’esigenza del recupero delle biomasse di scarto derivanti dalla filiera agricola apre nuove prospettive di studio di forte interesse applicativo e di innovazione. Un caso emblematico di by-products, sottoprodotti, è quello rappresentato dalle biomasse di scarto derivanti dall’attività di produzione e lavorazione della frutta secca. Dal Nord al Sud Italia sono molteplici le specie coltivate e inserite nel mercato nazionale e internazionale. In questo breve articolo verranno presentati alcuni esempi di coltivazioni di frutta secca, le quali rappresentano i capisaldi di produzione, dal potenziale ancora maggiore se sviluppate nell’ottica dell’economia circolare. I principali scarti della produzione e della lavorazione della frutta secca sono rappresentati dal legno di potatura, dai gusci legnosi e dai tegumenti; molteplici sono gli utilizzi innovativi offerti da questi scarti, oggetto di studio della comunità scientifica. L’uso efficace dei sottoprodotti agricoli è sicuramente una grande sfida nella gestione dei rifiuti e la conversione di questi ultimi in risorse rappresenta un goal importante per la società moderna. I nuovi campi di studio riguardano sia la ricerca di nuovi materiali sia la ricerca relativa ai composti bioattivi recuperabili dagli scarti, obiettivo cardine per l’innovazione nei botanicals.

Le noci

La nocicoltura rappresenta un caposaldo della tradizione colturale italiana delle zone montane e collinari, diffusa solitamente dai 500 fino ai 1200 metri di altitudine. 
Juglans regia L., il Noce, è un albero appartenente alla famiglia delle Juglandaceae, dalle origini asiatiche, nella regione dell’attuale Uzbekistan. Introdotto in Europa già in antichità dai Greci e diffuso poi in tutto l’Impero in età romana. Il nome Juglans (da Iupiter “Giove” e da glans “ghianda”, “ghianda di Giove”) testimonia l’importanza e le proprietà attribuite al frutto. In Italia sono 4 mila gli ettari dedicati alla nocicoltura, per una produzione di circa 12 mila tonnellate. Vista la forte richiesta interna, che si attesta intorno alle 50 mila tonnellate, importazioni di noci vedono a capo del mercato gli USA, il Cile, la Francia e la Germania; da queste, circa 6 mila tonnellate sono gli scarti derivanti dalla produzione di noci sgusciate. Gli usi tradizionalmente noti del Noce come pianta alimentare, medicinale, tintoria e di uso artigianale vengono oggigiorno implementati da conoscenze e ricerche atte ad approcciare i bisogni e problemi della modernità. In quest’ottica si inserisce il discorso del recupero delle biomasse scartate in fase produttiva. 
Da un punto di vista morfologico, il frutto di Noce è composto da quattro parti principali: il nocciolo (embrione), la buccia (tegumento), il guscio e il mallo (Fig.1). 
Una review pubblicata recentemente (2020) da Ali Jahanban-Esfahlan (1) e collaboratori analizza la possibilità di un utilizzo del guscio del frutto come prezioso materiale vegetale bio-assorbente, impiegabile nella rimozione di materiali pericolosi. La porzione di guscio del frutto della noce è uno scarto agricolo lignocellulosico composto da cellulosa (17,74%), emicellulosa (36,06%) e lignina (36,90%). Negli ultimi anni il guscio di Noce è stato ampiamente studiato come bio-assorbente vegetale naturale e inerte. Vengono esplorate le potenziali applicazioni dei sottoprodotti derivati dai gusci di Noce per l’efficacia nella rimozione di vari materiali nocivi, tra cui metalli pesanti, sintetici, oli, ecc. Il materiale assorbente è stato in grado di assorbire dalle acque reflue 11 ioni di metalli pesanti: rame (Cu2+), cromo (Cr6+), arsenico (As3+), cadmio (Cd2+), piombo (Pb2+), cesio (Cs+), nichel (Ni2+), zinco (Zn2+), manganese (Mn2+), ferro (Fe2+) e mercurio (Hg2+). Questo agro-rifiuto ricco di cellulosa rappresenta anche il materiale adatto per lo sviluppo commerciale di packaging biodegradabile. Dingyuan Zheng e collaboratori (2) hanno utilizzato il guscio di Noce come materia prima per la produzione di cellulosa purificata. La tecnica di produzione prevede molteplici trattamenti, tra cui quelli alcalini e di sbiancamento. 
La produzione di materiali cellulosici a partire da materiali di scarto si inserisce in una logica di economia circolare, e ancora una volta l’obiettivo è convertire le biomasse di scarto in risorse e beni preziosi e necessari.
Recentemente è stato oggetto di studi anche un’altra parte del frutto, il mallo verde di Noce. Vanessa Vieira (3) e collaboratori ne hanno studiato l’estratto idroalcolico come fonte di composti bioattivi, dalle proprietà antiossidanti, antinfiammatorie e antibatteriche, volendo anche in questo caso valorizzare una biomassa generalmente scartata che potrebbe invece contribuire allo sviluppo di nuovi botanicals. Un ulteriore recente studio di Raffaele Romano e collaboratori (4), sempre relativo allo studio del mallo, si è focalizzato sull’estratto in CO2 supercritica. Nonostante il costo elevato, dovuto alla complessità dei macchinari, questa estrazione consente un minor impatto ambientale, in quanto il solvente utilizzato non lascia tracce e può essere recuperato e riutilizzato per ulteriori estrazioni. Gli estratti sono stati caratterizzati in termini di contenuto totale di polifenoli, con attività antiossidante e antifungina. Il mallo verde di Noce rappresenta, dunque, un’importante fonte economica di composti bioattivi che ne suggeriscono l’utilizzo per i packaging attivi nell’industria alimentare.

Figura 1
Le nocciole

Corylus avellana L., il Nocciolo, è un albero appartenente alla famiglia delle Betulaceae. Originario dell’Asia minore, si trova ampiamente spontaneo e coltivato in Italia fino a un’altitudine di 1300 m. Il nome scientifico della specie deriva dal greco κόρυς (córys) “elmo”, probabilmente a ricordo della forma della cupula, involucro fogliaceo che attornia il frutto; avellana è invece riferito alla città di Abella, nome latino di Avella Vecchia (Campania), anticamente rinomata per le nocciole. L’Italia è uno dei maggiori produttori a livello mondiale, secondo dopo la Turchia, con circa 86 mila ettari dedicati alla corilicoltura e una produzione di circa 110 mila tonnellate all’anno. Ricordiamo per importanza la Nocciola di Giffoni Igp, la Nocciola delle Langhe Igp e la Nocciola romana Dop.
La valorizzazione dei sottoprodotti delle nocciole (Fig.2) dà un importante contributo per l’isolamento e la purificazione di molecole bioattive che possono essere utilizzate sia per scopi medicinali che industriali.
Recentemente, Sandra Cabo e collaboratori (5) hanno studiato le cupule delle nocciole come fonte di polifenoli antiossidanti. L’estratto dalle maggiori attività antiossidanti è quello in metanolo, tuttavia nello studio vengono riportate ulteriori modalità di estrazione meno impattanti dal punto di vista ambientale, quale ad esempio l’estrazione con acqua, presentata come un’alternativa affidabile e sicura. 
Alessandro Di Michele e collaboratori (6) hanno invece studiato gli estratti dei gusci delle nocciole, isolando anche in questo caso agenti antiossidanti e antibatterici. L’acido gallico è risultato essere il composto fenolico più abbondante e a seguire l’acido clorogenico, rutina e acido protocatecuico.
Gli scarti delle nocciole sono inoltre utilizzabili come materia prima per l’industria della carta. A titolo esemplare, il progetto EcoPaper coordinato dalla Ferrero ha permesso di creare un packaging più sostenibile ed economico a partire dalle biomasse di scarto. 
Si stima che dai residui produttivi, bucce delle fave di cacao e gusci e cuticole di nocciole, inseriti per il 10% nel prodotto finale, vengano prodotte 1,5 milioni di tonnellate di carta annui.

Figura 2
I pistacchi

Pistacia vera L., il Pistacchio, è un albero appartenente alla famiglia delle Anacardaceae. Originario dell’Asia minore, si è diffuso nel bacino del Mediterraneo in età greco-romana. Pistacia, dal greco πιστάκη (pistáke) “pistacchio”, deriva dal vocabolo persiano pistáh, che significa “ricco di farina”. La coltivazione e produzione del Pistacchio in Italia è principalmente diffusa in coltivazioni che non superano gli 800 m di altitudine in Sicilia nella varietà Bianca di Bronte, il famoso Pistacchio che gode denominazione di origine protetta (Dop) ed è un Presidio Slow Food. Si stima che la produzione italiana ammonti a circa 3400 tonnellate, mentre le importazioni siano di circa 10.000 tonnellate.
Anche il Pistacchio, come nei casi precedentemente citati per altra frutta secca, vede nella sua filiera di produzione e trasformazione diversi scarti, principalmente guscio legnoso e “buccia” (Fig.3). 
Queste biomasse inutilizzate hanno attirato l’interesse scientifico nella ricerca di fonti alternative di composti bioattivi, aumentando il valore della produzione del Pistacchio. Un recente studio condotto da Antonella Smeriglio e collaboratori (7) ha dimostrato, mediante saggi in vitro e in vivo, gli effetti antiossidanti e inibitori della biosintesi della melanina di un estratto in metanolo di tegumenti di Pistacchio. I risultati suggeriscono che il tegumento di Pistacchio maturo può essere considerato come una promettente fonte di agenti antiossidanti e sbiancanti per lo sviluppo di nuovi prodotti utili nella prevenzione di disturbi della pigmentazione nell’uomo e/o per migliorare la qualità degli alimenti, aprendo nuove possibilità in campo nutraceutico e farmaceutico.
L’ulteriore lavoro di Nunzio Cardullo e collaboratori (8) riporta la valutazione dei gusci di Pistacchio, un sottoprodotto di scarso valore economico, come promettente fonte di polifenoli antiossidanti. Gli autori hanno proposto e ottimizzato una procedura di estrazione ecosostenibile con etanolo sotto irradiazione a microonde, e un metodo di frazionamento facilmente riproducibile e scalabile, adatto per applicazioni industriali. I risultati hanno evidenziato che la metodologia proposta può essere un modo efficace per recuperare i composti fenolici bioattivi dal guscio duro del Pistacchio, rendendo questo sottoprodotto una promettente fonte di composti con potenziali applicazioni nei settori alimentare e sanitario.

Figura 3
Conclusioni

È importante comprendere appieno il valore dei sottoprodotti derivanti dalla filiera produttiva della frutta secca e determinare la fattibilità tecnica e i metodi da utilizzare nel riciclo. Il problema che molti operatori del settore devono affrontare è quello di trovare macchinari e metodi idonei alla lavorazione di tali sottoprodotti, in grado di garantire il recupero di importanti molecole e composti bioattivi ancora presenti. Fondamentale risulta quindi, nella logica dell’economia circolare relativa al settore agricolo, inserire punti di raccolta dei sottoprodotti agricoli, connessi a sedi di lavorazione provviste dei macchinari adeguati, che alimentino nuovi cicli produttivi. Ancora una volta, da prodotti generalmente considerati di scarto può derivare un valore aggiunto. I riscontri positivi riguardano sia il mondo agricolo sia il mondo dell’impresa innovativa, attenta alla tutela dell’ambiente e delle sue risorse, e al benessere dei consumatori.

Bibliografia

1. Jahanban-Esfahlan A, Jahanban-Esfahlan R, Tabibiazar M et al (2020) Recent advances in the use of walnut (Juglans regia L.) shell as a valuable plant-based bio-sorbent for the removal of hazardous materials. RSC Advances 10(12):7026-7047
2. Zheng D, Zhang Y, Guo Y et al (2019) Isolation and Characterization of Nanocellulose with a Novel Shape from Walnut (Juglans Regia L.) Shell Agricultural Waste. Polymers (Basel) 11(7):1130
3. Vieira V, Pereira C, Abreu RMV et al (2020) Hydroethanolic extract of Juglans regia L. green husks: A source of bioactive phytochemicals. Food Chem Toxicol 137:111189
4. Romano R, Aiello A, Meca G et al (2021) Recovery of bioactive compounds from walnut (Juglans regia L.) green husk by supercritical carbon dioxide extraction. Int J Food Sci Technol 56(9):4658-4668
5. Cabo S, Aires A, Carvalho R et al (2021) Corylus avellana L. Husks an Underutilized Waste but a Valuable Source of Polyphenols. Waste and Biomass Valorization 12:3629-3644
6. Di Michele A, Pagano C, Allegrini A et al (2021) Hazelnut Shells as Source of Active Ingredients: Extracts Preparation and Characterization. Molecules 26(21),  doi:10.3390/molecules26216607 
7. Smeriglio A, D’Angelo V, Denaro M et al (2021) The Hull of Ripe Pistachio Nuts (Pistacia vera L.) as a Source of New Promising Melanogenesis Inhibitors. Plant Foods Hum Nutr 76(1):111-117
8. Cardullo N, Leanza M, Muccilli V et al (2021) Valorization of Agri-Food Waste from Pistachio Hard Shells: Extraction of Polyphenols as Natural Antioxidants. Resources 10(5), doi:10.3390/resources10050045

Cristina Danna

Cristina Danna, biologa, è dottoranda per il corso in Scienze e Tecnologie per l’Ambiente e il Territorio (STAT), curriculum Biologia applicata all’Agricoltura e all’Ambiente, presso l’Università di Genova. Precedentemente laureata con laurea magistrale in Monitoraggio Biologico (UniGe), e inoltre diplomata con percorso formativo livello magistrale indirizzo Scienze e Tecnologie della Sostenibilità (IANUA-ISSUGE), è membro della Società italiana di Fitoterapia (S.I.Fit.) e della Società Botanica Italiana (S.B.I.). Campi di Interesse: Etnobotanica, Sviluppo sostenibile, Economia circolare, Permacultura.

Recupero dei by-products nella filiera della frutta secca