Valorizzazione delle foglie di olivo: da sottoprodotto ad ingrediente funzionale

I sottoprodotti della produzione di olio di oliva sono ricchi di sostanze antiossidanti. Numerose sono le cause che ne riducono l’applicazione negli alimenti. L’incapsulamento con polimeri naturali genera nuovi ingredienti con una “funzionalità” maggiore grazie all’aumento della stabilità e della biodisponibilità oltre che alla possibilità di avere un rilascio controllato del composto antiossidante.

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Indice

Da sottoprodotti a risorse: le potenzialità degli estratti fenolici da foglie di olivo

La produzione di olio extra vergine di oliva, localizzata principalmente nell’area del bacino del Mediterraneo, in cui i maggiori produttori sono Spagna (40,2%), Italia (13,6%), Grecia (11%), Tunisia (8,9%) e Turchia (8,4%) [1], genera annualmente grandi volumi di sottoprodotti quali acque di vegetazione, sansa e foglie, che rappresentano, da un lato un elevato costo per il loro smaltimento ed un importante impatto sull’ambiente e dall’altro una ricca fonte di composti antiossidanti i quali possono essere recuperati ed utilizzati come additivi e/o nutraceutici nell’industria alimentare, farmaceutica e cosmetica.

Le foglie di olivo sono generate durante le operazioni di potatura e durante la produzione di olio e rappresentano il sottoprodotto con il maggiore contenuto di sostanze antiossidanti. La componente fenolica è caratterizzata da un’elevata concentrazione di oleuropeina (60-90 mg/g di peso secco) seguita da idrossitirosolo, verbascoside, luteolina-7-glucoside ed altri fenoli in quantità inferiori.

Numerosi sono gli studi scientifici che evidenziano le proprietà salutistiche dei polifenoli di olio di oliva e dei suoi sottoprodotti [2] mentre sono piuttosto ridotti quelli che studiano le proprietà tecnologiche al fine di analizzare il loro comportamento quando utilizzati in sistemi eterofasici come gli alimenti. [3–6]

Negli ultimi anni, l’utilizzo di estratti fenolici di foglie di olivo ha suscitato un grande interesse, soprattutto sotto forma di integratori alimentari, venduti principalmente attraverso il canale web; tuttavia, la loro applicazione in campo alimentare è ancora limitata ed imputabile ad alcuni fattori quali: il caratteristico gusto amaro e piccante, non sempre apprezzato dal consumatore [7]; la limitata biodisponibilità [8]; la ridotta stabilità causata da diverse condizioni durante i processi di trasformazione e conservazione sia industriale che casalinga (temperatura, umidità, luce, ossigeno…).[9]

Ultimamente sono sempre di più gli studi sull’applicazione di estratti fenolici di foglie di olivo in diverse matrici alimentari (oli vegetali, carne e pesce, prodotti da forno, e prodotti lattiero-caseari, salse) per migliorare la stabilità ossidativa, la sicurezza microbiologica e prolungarne la shelf-life. [10–14]

Come migliorare la stabilità degli estratti? Vantaggi della tecnica di incapsulamento

La produzione di olio extra vergine di oliva, localizzata principalmente nell’area del bacino del Mediterraneo, in cui i maggiori produttori sono Spagna (40,2%), Italia (13,6%), Grecia (11%), Tunisia (8,9%) e Turchia (8,4%) [1], genera annualmente grandi volumi di sottoprodotti quali acque di vegetazione, sansa e foglie, che rappresentano, da un lato un elevato costo per il loro smaltimento ed un importante impatto sull’ambiente e dall’altro una ricca fonte di composti antiossidanti i quali possono essere recuperati ed utilizzati come additivi e/o nutraceutici nell’industria alimentare, farmaceutica e cosmetica

Le foglie di olivo sono generate durante le operazioni di potatura e durante la produzione di olio e rappresentano il sottoprodotto con il maggiore contenuto di sostanze antiossidanti. La componente fenolica è caratterizzata da un’elevata concentrazione di oleuropeina (60-90 mg/g di peso secco) seguita da idrossitirosolo, verbascoside, luteolina-7-glucoside ed altri fenoli in quantità inferiori. 

Numerosi sono gli studi scientifici che evidenziano le proprietà salutistiche dei polifenoli di olio di oliva e dei suoi sottoprodotti [2] mentre sono piuttosto ridotti quelli che studiano le proprietà tecnologiche al fine di analizzare il loro comportamento quando utilizzati in sistemi eterofasici come gli alimenti. [3–6]

Negli ultimi anni, l’utilizzo di estratti fenolici di foglie di olivo ha suscitato un grande interesse, soprattutto sotto forma di integratori alimentari, venduti principalmente attraverso il canale web; tuttavia, la loro applicazione in campo alimentare è ancora limitata ed imputabile ad alcuni fattori quali: il caratteristico gusto amaro e piccante, non sempre apprezzato dal consumatore [7]; la limitata biodisponibilità [8]; la ridotta stabilità causata da diverse condizioni durante i processi di trasformazione e conservazione sia industriale che casalinga (temperatura, umidità, luce, ossigeno…).[9]

La combinazione di differenti polimeri naturali quali proteine e polisaccaridi, permette di creare numerosi sistemi colloidali (micro e nanoparticelle, gel ed emulsioni, …) atossici, rinnovabili, biocompatibili e biodegradabili, che migliorano inoltre la solubilità, la stabilità ed il rilascio dei composti bioattivi.

Tra tutti i biopolimeri presenti in natura, l’alginato rappresenta uno dei composti maggiormente utilizzati ai fini dell’incapsulamento grazie alla sua elevata versatilità, biocompatibilità e la capacità di proteggere i composti attivi nei confronti di fattori deleteri esterni come calore, luce e umidità. Si ricava principalmente dalle alghe, ed è caratterizzato da residui di due unità monomeriche legate con legame (1→4), di β-D- acido mannuronico (M) e α-L- acido guluronico (G) alternati tra di loro in diverse sequenze (MM, GG, MG) creando catene lineari non ramificate.

L’incapsulamento con l’utilizzo di alginato permette di creare microstrutture gelificate in condizioni “mild” cioè senza l’utilizzo di particolari strumentazioni; infatti, data la sua particolare composizione chimica, il processo di gelificazione, mediato da ioni divalenti, principalmente Ca2+, porta alla formazione di una matrice tridimensionale gelificata, in cui tra le lunghe catene di alginato, in corrispondenza dei residui G, si creano dei punti di congiunzione con forma definita ad “egg-box”.

L’aggiunta di polisaccaridi (pectine, amido …) o proteine (proteine del siero, caseinati …) conferisce una maggiore stabilità alla struttura tridimensionale grazie all’azione di filler degli spazi che si vengono a creare nella matrice di alginato e grazie alla creazione di interazioni chimiche, elettrostatiche o idrogeno, tra tutti gli ingredienti del network.

Sviluppo di ingredienti funzionali e caratteristiche compositive dei sistemi incapsulanti

Tra le varie tecniche di incapsulamento con l’impiego di alginato, l’emulsionamento accoppiato a gelificazione interna (Fig. 1) permette di ottenere microparticelle di dimensioni inferiori a 100 mm con una buona efficienza di incapsulamento dei composti fenolici e buona stabilità fisica, soprattutto in ambiente acido, tale da risultare una tecnologia promettente per la ritenzione e stabilizzazione di estratti fenolici di foglie di olivo che possono essere ampiamente utilizzati come ingredienti funzionali nella formulazione di alimenti. [15]

Fig. 1 - Rappresentazione schematica della tecnica di incapsulamento di estratti fenolici di foglie di olivo basata sull’emulsionamento/gelificazione inversa. [15]

La dimensione e la forma delle microsfere viene generata principalmente nella fase di emulsionamento e favorita dalla presenza di composti ad attività emulsionante. In tale contesto la presenza di composti fenolici derivati da foglie di olivo favorisce la creazione di goccioline di fase dispersa grazie alla loro ben nota capacità emulsionante. [3] Le particelle così create vengono successivamente stabilizzate dalla gelificazione in situ dell’alginato.

L’aggiunta di co-polimeri con azione emulsionate può favorire una riduzione ulteriore delle dimensioni e conferire al gel delle caratteristiche strutturali diverse. Infatti, nei sistemi arricchiti con proteine del siero e caseinato (fig. 2, verde, viola) l’analisi microscopica mette in evidenza una matrice più densa rispetto ai sistemi con i soli polisaccaridi (alginato, pectina) (fig. 2 blu, rosso).

Fig. 2 - Immagini di microparticelle arricchite con estratto fenolico di foglie di olivo. Alginato (blu), alginato/pectina (rosso), alginato/proteine del siero (verde), alginato/caseinato (viola).[15]

Le differenti caratteristiche compositive dei sistemi incapsulati si ripercuotono sulla capacità di ritenzione dei composti antiossidanti. Generalmente, i sistemi con l’aggiunta di polimeri, polisaccaridi o proteine, rispetto al solo alginato, migliorano l’efficienza di incapsulamento dei polifenoli grazie alla creazione di una matrice più densa e ad interazioni polimero-polimero e polimero-polifenoli, di tipo elettrostatiche o idrogeno, evidenziate con diverse tecniche analitiche come ad esempio l’analisi nell’infrarosso (FT-IR).

Dall’attenta osservazione degli spettri FT-IR è possibile infatti evidenziare e confermare tali interazioni, imputate a spostamenti (shift), allargamenti (broadening) e allungamenti (stretching) dei picchi caratteristici delle sostanze in esame, grazie al confronto tra i sistemi gelificati bianchi, senza cioè aggiunta di composti fenolici, con quelli arricchiti di polifenoli.

La caratterizzazione di un sistema incapsulato non può non prevedere lo studio del rilascio dei composti bioattivi in modo da analizzarne il comportamento quando sottoposti ad alterazioni dell’ambiente circostante come ad esempio durante la formulazione di un alimento. Nel caso di microparticelle a base di alginato il pH della soluzione influenza il rilascio di composti fenolici evidenziando una migliore ritenzione in ambiente acido rispetto al neutro.

Tutti i sistemi mostrano un rilascio, quasi fino all’80% dei polifenoli incapsulati, nei primi 60 min; tuttavia, tale comportamento è caratterizzato da diversi meccanismi di azione quali principalmente l’effetto “brust”, che porta ad una prima rapida liberazione dei polifenoli localizzati sulla parete e/o poco trattenuti, seguito successivamente dal meccanismo di diffusione, generato da differenze di concentrazione tra core/parete e tra parete ed esterno, fino alla modifica sostanziale della matrice caratterizzata da rigonfiamento, per adsorbimento di acqua, e disintegrazione, che porta alla liberazione completa dei biofenoli.

Conclusioni

Le foglie di olivo rappresentano un’ottima fonte di composti antiossidanti che possono essere valorizzati grazie all’incapsulamento in strutture di alginato in combinazione con altri polimeri di origine naturale per la stabilizzazione e la successiva applicazione, come ingredienti funzionali innovativi, in diverse matrici alimentari.

Ringraziamenti

La ricerca è stata supportato dal progetto AGER 2 – “S.O.S – Sustainability of the Olive-Oil System” – n. 2016-0105.

[1] International Olive Oil Council. World Olive Oil Figures. 2018.
[2] Barbaro B, Toietta G, Maggio R, Arciello M, Tarocchi M, Galli A, et al. Effects of the Olive-Derived Polyphenol Oleuropein on Human Health. Int J Mol Sci 2014;15:18508–24. https://doi.org/10.3390/ijms151018508.
[3] Flamminii F, Di Mattia CD, Difonzo G, Neri L, Faieta M, Caponio F, et al. From by‐product to food ingredient: evaluation of compositional and technological properties of olive‐leaf phenolic extracts. J Sci Food Agric 2019;99:6620–7. https://doi.org/10.1002/jsfa.9949.
[4] Giacintucci V, Di Mattia C, Sacchetti G, Neri L, Pittia P. Role of olive oil phenolics in physical properties and stability of mayonnaise-like emulsions. Food Chem 2016;213:369–77. https://doi.org/10.1016/J.FOODCHEM.2016.06.095.
[5] Di Mattia C, Balestra F, Sacchetti G, Neri L, Mastrocola D, Pittia P. Physical and structural properties of extra-virgin olive oil based mayonnaise. LWT - Food Sci Technol 2015;62:764–70. https://doi.org/10.1016/J.LWT.2014.09.065.
[6] Di Mattia CD, Sacchetti G, Neri L, Giacintucci V, Cerolini V, Mastrocola D, et al. Egg yolk gels: Sol-gel transition and mechanical properties as affected by oleuropein enrichment. Food Hydrocoll 2018;84:435–40. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2018.06.023.
[7] Vitaglione P, Savarese M, Paduano A, Scalfi L, Fogliano V, Sacchi R. Healthy Virgin Olive Oil: A Matter of Bitterness. Crit Rev Food Sci Nutr 2015;55:1808–18. https://doi.org/10.1080/10408398.2012.708685.
[8] de Vos P, Faas MM, Spasojevic M, Sikkema J. Encapsulation for preservation of functionality and targeted delivery of bioactive food components. Int Dairy J 2010;20:292–302. https://doi.org/10.1016/j.idairyj.2009.11.008.
[9] Fang Z, Bhandari B. Encapsulation of polyphenols - A review. Trends Food Sci Technol 2010;21:510–23. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2010.08.003.
[10] Difonzo G, Pasqualone A, Silletti R, Cosmai L, Summo C, Paradiso VM, et al. Use of olive leaf extract to reduce lipid oxidation of baked snacks. Food Res Int 2018;108:48–56. https://doi.org/10.1016/J.FOODRES.2018.03.034.
[11] Palmeri, Parafati, Trippa, Siracusa, Arena, Restuccia, et al. Addition of Olive Leaf Extract (OLE) for Producing Fortified Fresh Pasteurized Milk with An Extended Shelf Life. Antioxidants 2019;8:255. https://doi.org/10.3390/antiox8080255.
[12] Aouidi F, Okba A, Hamdi M. Valorization of functional properties of extract and powder of olive leaves in raw and cooked minced beef meat. J Sci Food Agric 2017;97:3195–203. https://doi.org/10.1002/jsfa.8164.
[13] Mohammadi A, Jafari SM, Esfanjani AF, Akhavan S. Application of nano-encapsulated olive leaf extract in controlling the oxidative stability of soybean oil. Food Chem 2016;190:513–9. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2015.05.115.
[14] Ganje M, Jafari SM, Dusti A, Dehnad D, Amanjani M, Ghanbari V. Modeling quality changes in tomato paste containing microencapsulated olive leaf extract by accelerated shelf life testing. Food Bioprod Process 2016;97:12–9. https://doi.org/10.1016/j.fbp.2015.10.002.
[15] Flamminii F, Di Mattia CD, Nardella M, Chiarini M, Valbonetti L, Neri L, et al. Structuring alginate beads with different biopolymers for the development of functional ingredients loaded with olive leaves phenolic extract. Food Hydrocoll 2020:105849. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2020.105849.

Federica Flamminii

Federica Flamminii

Dottoranda in Food Science presso la Facoltà di Bioscienze e Tecnologie Agroalimentari ed Ambientali dell’Università degli Studi di Teramo. Sono amante dell’olio EVO ed appassionata dell’intera filiera produttiva. Grazie all’attività di ricerca condotta sui sottoprodotti dell’olio di oliva sono riuscita a fondere la passione con il lavoro. Attualmente, con il supporto del gruppo di Tecnologie Alimentari, sto lavorando sulla stabilizzazione mediante incapsulamento di polifenoli estratti da acque di vegetazione, sanse umide e bio-composti recuperati da diversi scarti vegetali con uno sguardo verso l’innovazione e la sostenibilità.

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