Alimenti calibrati per specifiche esigenze nutrizionali

Negli ultimi anni il settore agricolo è stato protagonista di notevoli processi di innovazione; ad esempio oggi è possibile migliorare e/o calibrare la qualità nutrizionale di una produzione agricola attraverso tecniche di coltivazioni senza suolo. Con tali sistemi è possibile produrre ortaggi con caratteristiche nutrizionali calibrate ad hoc in relazione ad esigenze fisiologiche di particolari fasce di popolazione.

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Indice

La bioforticazione

La biofortificazione è il processo che consente di migliorare la qualità nutrizionale di una pianta o di una porzione di essa; tale finalità può essere raggiunta attraverso l’incremento dei fattori nutrizionali, organici e/o minerali introdotti nella pianta con diverse tecniche, oppure mediante la riduzione dei fattori anti-nutrizionali naturalmente presenti nei vegetali (ad esempio fitati e ossalati che possono ridurre l’assorbimento di calcio, zinco e ferro a livello intestinale).

La produzione di vegetali biofortificati può essere ottenuta mediante differenti approcci: si può ad esempio ottenere con tecniche di ingegneria genetica, manipolando il genoma della specie oggetto dello studio (es. golden rice), oppure attraverso sistemi convenzionali di miglioramento genetico delle piante (conventional plant breeding) o, ancora, con approcci di tipo agronomico (attraverso appunto la concimazione al suolo e/o la concimazione fogliare). 

Tra gli approcci agronomici, notevole interesse suscitano i sistemi di coltivazione senza suolo in quanto permettono di gestire in maniera molto precisa e appropriata la nutrizione della pianta, modulando l’accumulo e/o la riduzione di elementi minerali utili o meno per la salute umana

Aumentare la quantità di micronutrienti biodisponibili in alimenti vegetali per il consumo umano è una sfida particolarmente importante sia per i Paesi in via di sviluppo che per quelli industrializzati; tale processo potrebbe anche rappresentare un valore aggiunto per le produzioni ottenute in società economicamente più evolute, in quanto possono favorire una maggiore competitività dei prodotti.

Le ricerche sugli alimenti biofortificati

Con una serie di ricerche condotte in ambiente protetto e in condizioni climatiche controllate, presso l’Azienda Sperimentale “La Noria” (Comune di Mola di Bari) dell’Istituto di Scienze delle Produzioni Alimentari del Consiglio Nazionale delle Ricerche, in collaborazione con il Dipartimento di Scienze Agro-Ambientali e Territoriali dell’Università degli Studi di Bari Aldo Moro, è stata dimostrata la possibilità di ottenere ortaggi biofortificati veicolando direttamente l’elemento ‘target’ di cui si vuole arricchire la pianta attraverso la soluzione nutritiva presente nel floating hydroponic system (Figura 1) con l’ulteriore possibilità di modulare il processo in modo abbastanza preciso in funzione delle esigenze nutrizionali richieste. 

Dopo il processo di biofortificazione è stata dimostrata l’efficacia nutrizionale dei prodotti biofortificati mediante la valutazione della bioaccessibilità (quantità di nutriente rilasciato nel tratto gastro intestinale, potenzialmente biodisponibile) di silicio e calcio; quest’ultimo parametro è stato valutato mediante l’applicazione di protocolli di digestione in vitro, capaci di riprodurre le condizioni fisiche e biochimiche presenti nel tratto gastro-intestinale.

Fig. 1 - Rappresentazione schematica del sistema di coltivazione senza suolo floating hydroponic system

Le ricerche sono state inizialmente focalizzate su due principali obiettivi:

  1. Scelta del target di popolazione con specifiche esigenze nutrizionali: è stata individuata la popolazione anziana, che presenta particolari esigenze in relazione all’apporto di calcio e silicio, entrambi coinvolti in numerosi processi biochimici e metabolici, tra cui la corretta mineralizzazione del tessuto osseo. In particolare per il silicio, presente sul mercato sotto forma di integratore, la corretta assunzione è raccomandata per i suoi benefici sulla salute delle ossa e dei tessuti connettivi.
  2. Scelta della tipologia di vegetale da biofortificare: in questo caso la scelta è ricaduta sugli ortaggi da foglia da destinare alla IV gamma, in quanto questa categoria di prodotti è caratterizzata dalla praticità di uso (ready-to-use) e dalla possibilità di porzionare in maniera precisa la quantità di alimento per confezione e quindi, di conseguenza, la quantità di micronutriente che si intende apportare con la porzione di alimento.

Con un protocollo di biofortificazione, attuato utilizzando il sistema idroponico del floating hydroponic system è stata dimostrata la possibilità di incrementare il contenuto di nutrienti nella porzione edule di portulaca (Figura 2), cicoria, bietola, basilico, tatsoi e mizuna [1-4].

Fig. 2 - Produzione di portulaca biofortificate in silicio, sistema di coltivazione senza suolo floating hydroponic system
 I risultati incoraggianti hanno indotto a proseguire su questa strada provando ad esplorare un nuovo obiettivo:
 
  1. Individuazione di una specie da frutto target da biofortificare ed utilizzare, previa cottura, in somministrazione di comunità (es. mense di ospedali, residenze sanitarie assistenziali, ecc.): la scelta è ricaduta sul fagiolino che, tra l’altro, presenta piccole quantità di silicio nei baccelli.

 

In questo caso le piante sono state allevate con un comune sistema di coltivazione senza suolo (Figura 3) su substrato e, dopo avere verificato il buon esito del processo di biofortificazione, è stata valutata l’influenza della cottura su contenuto e bioaccessibilità del silicio nella porzione edule utilizzando un modello di digestione gastro-intestinale in vitro

Fig. 3 - Produzione di fagiolino biofortificato in silicio, sistema di coltivazione senza suolo in vaso con substrato

Dallo studio è emerso che la concentrazione di silicio nei baccelli è quasi triplicata come risultato del processo di biofortificazione, mentre la resa in baccelli non è stata influenzata dalla presenza del silicio nella soluzione nutritiva. Il contenuto di silicio nei baccelli biofortificati è stato superiore a quello dei fagiolini non biofortificati, anche dopo la cottura (Figura 4) e la bioaccessibilità del silicio nei baccelli cotti è stata più che triplicata in seguito al processo di biofortificazione. Infine il processo non ha influenzato la qualità visiva del prodotto [5].

Fig. 4 - Baccelli di fagiolini biofortificati in silicio crudi o sottoposti a due differenti processi di cottura. (tratto da Montesano et al., 2016. Sci Rep 6, 31662, doi:10.1038/srep31662).

Potenzialità di diffusione e prospettive future

Le potenzialità di diffusione dei prototipi di ortaggi biofortificati sono interessanti, se si considera lo stato di malnutrizione non solo dei Paesi sottosviluppati e/o in via di sviluppo, ma anche di Paesi industrializzati dove si assiste ad una esponenziale crescita della percentuale di soggetti “malnutriti” a seguito di eccessiva ed “errata” alimentazione (junk food). Inoltre numerose campagne pubblicitarie condotte al fine di promuovere la corretta alimentazione suggeriscono di aumentare il consumo di frutta e ortaggi. 

L’applicazione della biofortificazione a frutta e ortaggi produce il duplice risultato di favorire il consumo di alimenti utili alla salute umana e, nel contempo, aumentare l’assunzione di micronutrienti con specifiche funzioni nell’organismo umano.

I prototipi ed i protocolli di produzione ottenuti potrebbero essere implementati nelle procedure di produzione aziendale, al fine di ottenere prodotti orticoli (sia ortaggi da foglia che ortaggi da frutto) con caratteristiche nutrizionali calibrate ad hoc sulle esigenze fisiologiche di particolari fasce di popolazione (es. anziani, bambini, pazienti affetti da insufficienza renale, individui soggetti a carenza di iodio, ecc; [5-6]), in risposta all’emergente concetto di “tailored food”. Inoltre, lo sviluppo di ortaggi tailored favorirebbe, soprattutto nelle società economicamente più evolute, una maggiore competitività dei prodotti.

Conclusioni

I risultati conseguiti nei processi di biofortificazione di ortaggi, mediante l’applicazione di semplici ma efficaci innovazioni nella tecnica colturale, lasciano intravedere la possibilità concreta di introdurre sul mercato prodotti innovativi destinati a soddisfare le esigenze di particolari fasce di consumatori.

[1] D’Imperio M. Renna M., Cardinali A., Buttaro D., Santamaria P., Serio F., 2016a. Silicon biofortification of leafy vegetables and its bioaccessibility in the edible parts. Journal of the Science of Food and Agriculture, 96: 751–756.

[2] D’Imperio, M., Renna, M., Cardinali, A., Buttaro, D., Serio, F., Santamaria, P., 2016b. Calcium biofortification and bioaccessibility in soilless “baby leaf” vegetable production. Food Chemistry, 213 149–156.

[3] D’Imperio M., Montesano F.F., Renna M., Leoni B., Buttaro D., Parente A., Serio F., 2018. NaCl stress enhances silicon tissue enrichment of hydroponic “baby leaf”chicory under biofortification process. Scientia Horticulturae 235, 258–263.

[4] Montesano F.F., D’Imperio M., Parente A., Cardinali A., Renna M., Serio F. 2016. Green bean biofortification for Si through soilless cultivation: plant response and Si bioaccessibility in pods. Scientific Reports, 6, 31662.

[5] D’Imperio, M.; Montesano, F.F.; Renna, M.; Parente, A.; Logrieco, A.F.; Serio, F. Hydroponic Production of Reduced-Potassium Swiss Chard and Spinach: A Feasible Agronomic Approach to Tailoring Vegetables for Chronic Kidney Disease Patients. Agronomy 2019, 9, 627.

[6] Gonnella M., Renna M., D'Imperio M., Santamaria P., Serio F. 2019. Iodine biofortification of four brassica genotypes is effective already at low rates of potassium iodate. Nutrients, 11, 451.

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Massimiliano D’Imperio

Massimiliano D’Imperio

Biologo, PhD in “Scienze della pianta e tecnologie per l’ambiente” attualmente assegnista di ricerca del Consiglio Nazionale delle Ricerche in servizio presso l’Istituto di Scienze delle Produzioni Alimentari; dal 2013 svolge attività di ricerca con l’obiettivo di sviluppare alimenti calibrati per specifiche esigenze nutrizionali.

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Francesco Serio

Francesco Serio

Laurea in Scienze Agrarie, ricercatore del Consiglio Nazionale delle Ricerche, in servizio presso l’Istituto di Scienze delle Produzioni Alimentari, è autore di circa 200 pubblicazioni scientifiche su riviste nazionali e internazionali e responsabile scientifico di progetti di ricerca nel settore dell’orticoltura.

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