I sottoprodotti della lavorazione dei vegetali come promettente fonte di nuovi ingredienti per l'industria alimentare: valutazione dello stato dell'arte e principali applicazioni

The by-products resulting from the industrial transformation of plant products, particularly fruits and vegetables, represent an abundant and low-cost source of useful ingredients for food applications. It has been demonstrated that many plant by-products are rich in high-value compounds, including dietary fibers, natural pigments, phenolic compounds, proteins, and minerals. Therefore, there is a growing interest within the scientific community in exploiting these products. In this regard, the present thesis aims to examine the state of the art and the main applications related to the valorization of plant by-products as ingredients in the food industry. From the analysis of the literature, it has emerged that the recovery of high-value compounds and the transformation of by-products into flours are the most promising valorization strategies. In this context, the by-products of grape, apple, and tomato processing have been taken as significant examples of the currently studied valorization possibilities. In the recovery of high-value compounds from plant by-products, scientific research focuses on optimizing the extraction process through the application of innovative techniques such as supercritical fluid extraction (SFE), microwave-assisted extraction (MAE), and ultrasound-assisted extraction (UAE), as alternatives to traditional solid-liquid extraction techniques. The results obtained are promising, and the extracted compounds can be used as natural additives with antioxidant, colouring, antimicrobial functions, and in the formulations of dietary supplements and functional foods. Alternatively, the transformation of by-products into flours, through dehydration and grinding, is a widely studied valorization pathway that is simpler to implement in industrial contexts. Flours and extracts from by-products can find interesting applications in various food categories, including baked goods, dairy products, meat and derivatives, and pasta, allowing for an improvement in nutritional characteristics or serving technological functions. However, possible negative effects on various quality parameters of foods integrated with by-products need to be considered, as they can compromise the acceptability of the end product. In fact, numerous criticalities have been observed regarding negative effects determined by the addition of by-products on the chemical, physical, rheological, and sensory characteristics of the obtained products. Although by-products as a source of new ingredients present some challenges that need to be addressed, overall, they are a valuable resource whose valorization offers numerous opportunities and represents a virtuous example of environmental sustainability and circular economy.

I sottoprodotti derivanti dalla trasformazione industriale dei prodotti vegetali, in particolare frutta e verdura, rappresentano una fonte abbondante e a basso costo di ingredienti utili per applicazioni alimentari. È stato dimostrato come molti sottoprodotti vegetali siano ricchi di composti dall’elevato valore aggiunto, in particolare fibre alimentari, pigmenti naturali, composti fenolici, proteine e minerali; e di conseguenza, c’è un crescente interesse da parte della comunità scientifica nello sfruttare questi prodotti. A tal proposito, la presente tesi si propone di esaminare lo stato dell’arte e le principali applicazioni relative alla valorizzazione dei sottoprodotti vegetali come ingredienti nel settore alimentare. Dall’analisi della letteratura, è emerso come il recupero di composti ad elevato valore aggiunto e la trasformazione dei sottoprodotti in farine rappresentino le strategie di valorizzazione più promettenti. In questo contesto, i sottoprodotti della lavorazione di uva, mele e pomodori sono stati presi come esempi significativi delle possibilità di valorizzazione ad oggi in studio. Nell’ambito del recupero di composti ad elevato valore aggiunto da sottoprodotti vegetali, la ricerca scientifica si concentra nell’ottimizzare il processo di estrazione mediante l’applicazione di tecniche innovative, quali l'estrazione con fluido supercritico (SFE), l'estrazione assistita da microonde (MAE) e l'estrazione assistita da ultrasuoni (UAE), come alternativa a tecniche tradizionali quali l’estrazione solido-liquido. I risultati ottenuti sono promettenti e gli estratti recuperati possono essere impegnati come additivi di origine naturale con funzione di antiossidanti, coloranti, antimicrobici e nelle formulazioni di integratori alimentari e alimenti funzionali. Come alternativa all’estrazione, la trasformazione dei sottoprodotti in farine, mediante disidratazione e macinazione, è una via di valorizzazione ampiamente studiata e che risulta più semplice da applicare nei contesti industriali. Le farine e gli estratti derivati da sottoprodotti possono trovare interessanti applicazioni in diverse categorie di alimenti, fra cui prodotti da forno, prodotti lattiero-caseari, carne e derivati e pasta, consentendo un miglioramento delle caratteristiche nutrizionali o svolgendo funzioni tecnologiche. Tuttavia, è necessario tenere in considerazione possibili effetti negativi su diversi parametri qualitativi degli alimenti integrati con sottoprodotti, in quanto possono compromettere l'accettabilità del prodotto finito. Infatti, sono state osservate numerose criticità riguardo agli effetti negativi determinati dall'aggiunta dei sottoprodotti sulle caratteristiche chimico-fisiche, reologiche e sensoriali dei prodotti ottenuti. Sebbene i sottoprodotti come fonte di nuovi ingredienti presentino alcune sfide che devono essere affrontate, nel complesso sono una risorsa preziosa la cui valorizzazione offre numerose opportunità e rappresenta un esempio virtuoso di sostenibilità ambientale ed economia circolare.