Sviluppo e ottimizzazione della procedura di estrazione di glucosinolati da microgreens di cavolo rosso e nero (Brassica Oleracea)

The growing awareness of consumers towards a healthy and balanced nutrition has led the interest of producers and the scientific community towards "superfoods" and "functional foods", that is, foods characterized by being naturally rich in useful and beneficial molecules for the body (the so-called nutraceutical compounds). In this thesis, glucoraphanin (GRA), a molecule belonging to a class of nutraceuticals called glucosinolates, was examined and a "green" extraction method alternative to the ISO 9167-1 method, often used in the literature, was developed and optimized. As study material for the extraction of GRA, microgreens of red cabbage (Brassica oleracea ssp. capitata var. rubra) and Tuscan black cabbage (Brassica oleracea ssp. acephala var. sabellica) grown in aeroponic conditions, provided by the company Zero s.r.l. were analyzed. In previous experiments, the growth conditions of the microgreens under examination had been optimized in order to obtain the highest possible yield of GRA. Glucosinolates represent for plants a form of precursor, which, in the presence of the enzyme myrosinase, released by the tissue breakdown, release the physiologically active form: the isothiocyanates (ITC). Although isothiocyanates are the only physiologically active compounds, these molecules are also very unstable so in the extraction process it is preferable to keep the glucosinolates in their original form (and foresee the release of the active form at the time of ingestion). The first fundamental step is therefore the inactivation of the enzyme myrosinase. In contrast to the ISO 9167-1 method, which uses methanol to denature the enzyme, the proposed method involves the extraction completely in an aqueous medium. To this end, the inactivation by microwave performed by the extraction, as already mentioned, in a totally aqueous environment was investigated. Extraction kinetics were also studied, comparing methanol and water. The results show that a microwave treatment at maximum power up to the loss of 80% of the fresh weight of the plants constitutes an excellent compromise between enzyme deactivation and thermal degradation. The extraction in an aqueous environment was completely satisfactory: it was possible to obtain final concentrations of GRA even higher than the extraction in methanol, reaching the maximum extraction in just one hour of stirring.

La crescente presa di coscienza dei consumatori nei confronti di una sana e bilanciata nutrizione ha portato l’interesse dei produttori e della comunità scientifica verso i “superfood” e gli “alimenti funzionali”, ovvero, cibi caratterizzati dall’essere naturalmente ricchi di molecole utili e benefiche per l’organismo (i cosiddetti composti nutraceutici). In questa tesi è stata presa in esame la glucorafanina (GRA), molecola facente parte di una classe di nutraceutici detti glucosinolati (GLS), ed è stato sviluppato e ottimizzato un metodo di estrazione “green” alternativo al metodo ISO 9167-1, spesso usato in letteratura. Come materiale di studio per l’estrazione della GRA sono stati analizzati microgreens di cavolo rosso (Brassica oleracea ssp. capitata var. rubra) e cavolo nero di Toscana (Brassica oleracea ssp. acephala var. sabellica) cresciuti in condizioni aeroponiche, forniti dall’azienda Zero s.r.l. . Nel corso di sperimentazioni precedenti le condizioni di crescita dei microgreens (MGRs) in esame sono state ottimizzate in modo da ottenere la maggior resa possibile di GRA. I glucosinolati rappresentano per le piante una forma di precursore, che, dopo aver reagito con l’enzima mirosinasi, rilasciato dalla rottura dei tessuti, liberano la forma attiva: gli isotiocianati (ITC). Per quanto gli isotiocianati siano gli unici composti fisiologicamente attivi, queste molecole sono anche molto instabili per cui nel processo di estrazione è preferibile mantenere i glucosinolati nella loro forma originale (e prevedere il rilascio della forma attiva al momento dell’ingestione). Il primo passo fondamentale è quindi l’inattivazione dell’enzima mirosinasi. Contrariamente al metodo ISO 9167-1, il quale usa metanolo per denaturare l’enzima, il metodo proposto prevede un’estrazione completamente in mezzo acquoso. A tal fine è stata investigata l’inattivazione tramite microonde eseguita dall’estrazione, come già detto, in ambiente totalmente acquoso. Sono state anche studiate le cinetiche di estrazione, confrontando metanolo e acqua. I risultati dimostrano che un trattamento in microonde a massima potenza fino alla perdita dell’80% del peso fresco delle piante costituisce un ottimo compromesso tra disattivazione dell’enzima e degradazione termica. L’estrazione in ambiente acquoso è stata completamente soddisfacente: è stato possibile ottenere concentrazioni finali di GRA addirittura maggiori rispetto all’estrazione in metanolo, raggiungendo la massima estrazione in una sola ora di agitazione.