estrazione selettiva di antociani dalle bucce d`uva mediante

ESTRAZIONE SELETTIVA DI ANTOCIANI DALLE
BUCCE D’UVA MEDIANTE TECNOLOGIE INNOVATIVE
Dario Bottinelli 4F, Liceo Lugano 2, 6942 Savosa
Lavoro di maturità in chimica 2003
PRINCIPALI COMPONENTI AROMATICI DEL VINO E LOCALIZZAZIONE DEL GUSTO
ESTRATTO
Nel presente lavoro sono state effettuate prove
sperimentali preliminari per l’estrazione selettiva di
antociani da mirtilli e da bucce d’uva utilizzando quale
solvente anidride carbonica allo stato di gas denso e allo
stato di liquido compresso.
Le prove hanno permesso di evidenziare una debole
solubilità degli antociani nell’anidride carbonica liquida,
solo leggermente migliorata dall’aggiunta di etanolo e di
acqua quali cosolventi.
Un migliore effetto solvente sembra ottenibile dopo
deglicosidazione delle antocianidine, processo per il quale
non è però ancora stato possibile trovare un enzima o un
microrganismo specifico che permettano una produttività
di interesse industriale alimentare o nutraceutico senza
impiego di reagenti chimici e di solventi tossici.
FLUIDI SUPERCRITICI E CO2 SUPERCRITICA COME SOLVENTE
Ogni sostanza ha uno stato d’aggregazione diverso a seconda della
temperatura e della pressione.
Lo stato aeriforme si può suddividere in tre diverse forme: vapore,
gas e fluido supercritico ((FSC). Una sostanza diventa FSC quando la
sua temperatura e la sua pressione superano rispettivamente la
temperatura critica e la pressione critica); lo stato di FSC rappresenta
uno stato aeriforme con densità e compressibilità simile a un liquido e
diffusività e viscosità tipica di un gas.
I FSC sono buoni solventi per soluti compatibili per polarità
molecolare.
La CO2 supercritica è interessante viste la sua atossicità e la sua
temperatura e pressione critica facilmente raggiungibili (Tc=31°C,
Pc=73 bar).
La CO2 è poco polare, quindi è un buon solvente per sostanze lipofile
e meno per sostanze idrofile. I gruppi –OH e –COOH riducono
l’estraibilità, quindi zuccheri e aminoacidi non vengono normalmente
estratti.
INTRODUZIONE
Nelle bucce dell’uva sono presenti notevoli quantità di
antocianine, responsabili del colore rosso intenso del frutto; le
antocianine sono dei polifenoli e hanno effetto antiossidante e
sono quindi assai benefiche nella dieta umana. D’altro lato i
nostri vini (es. Merlot) non hanno normalmente una colorazione
molto intensa ciò che rappresenta per essi un punto debole. Per
questi motivi sarebbe utile poter arricchire i nostri vini con le
anotocianine che vanno perse con le vinacce dopo la
vinificazione, recuperandole in modo selettivo dalle stesse. Il
recupero deve essere molto selettivo in quanto nelle vinacce
sono presenti altre sostanze che, se estratte e aggiunte al vino,
conferiscono ad esso gusti sgradevoli (mentre le antocianine
sono prive di gusto). Per questo motivo acqua ed etanolo non si
addicono al processo. Inoltre non possono essere utilizzati
solventi organici tossici. Per questo motivo si è scelta l’anidride
carbonica allo stato di gas denso come fluido inerte di processo
CHIMICA DEGLI ANTOCIANI
•POLIFENOLI: composti del fenolo
•FLAVONOIDI: molecole presenti nelle piante la cui funzione più
importante è quella antiossidante ( vedi immagine:
morusina)
Localizzazione (vedi fig. 1)
Osservazioni
Alcoli e zuccheri
zone sensibili al gusto dolce
zuccheri già presenti nell’uva che
in parte rimangono tali e in parte si
trasformano in alcoli tramite la
fermentazione alcolica.
Acidi
zone sensibili al gusto acido
Tannini
zone sensibili al gusto amaro
sia acidi organici provenienti
dall’uva (tartarico, malico, citrico,
ecc.) sia acidi di origine
fermentativa (lattico, succinico,
acetico, ecc.)
Categoria
Antocianidine
non hanno gusto
Anioni e cationi vari
zone sensibili al gusto salato
Terpeni
non hanno gusto
sono composti fenolici e
polifenolici importantissimi in
quanto determinano il colore e
gran
parte
del sapore
un vino
sono
responsabili
deldicolore
(insieme alle antocianine) di molti
frutti come more, mirtilli, uva e di
conseguenza del colore del vino
rosso
sono sali degli acidi minerali e di
alcuni acidi organici,
contribuiscono al sapore e alla
freschezza del vino
sono sostanze volatili che
partecipano all’odore dei vini
(fanno parte degli idrocarburi)
Sali
zone sensibili al gusto salato
sali degli acidi minerali e acidi
organici
PROCEDIMENTO
1.
Indagine sulla solubilità degli antociani in solventi
diversi
(prove con campioni di uva e mirtillo in solventi diversi).
2.
Prove su scala analitica della fattibilità tecnica
dell’estrazione tramite CO2 (prove di estrazioni con
SFE400 a diverse condizioni di presione).
3.
Caratterizzazione degli estratti (analisi degli spettri di
assorbimento).
4.
Prove d’impiego della CO2 su scala laboratorio (prove di
estrazione con SFE-500 con CO2 liquida, supercritica e
cosolventi).
5.
Prove di preparazione della materia prima per l’estrazione
(prove di fermentazione e idrolisi chimica e
verifica dell’incremento
di estraibilità).
FASE 1
La solubilità delle sostanze organiche dipende dalla polarità di solvente
e soluto. La polarità della CO2 può essere aumentata mediante aggiunta
di cosolventi.
Solventi utilizzati: acqua a T amb., acqua a 60°C, etanolo (10% in
massa di etanolo=massa bucce), soluzione acquosa di etanolo al 60%.
I risultati migliori sono stati ottenuti utilizzando la soluzione di etanolo al
60%.
Basta anche una piccola quantità di soluzione (1o 2 grammi) per iniziare
la scolorazione; per scolorare del tutto le bucce sono necessari almeno
20 grammi di soluzione per g di buccia.
APPARECCHIATURE UTILIZZATE
•ESTRATTORE A FLUIDO SUPERCRITICO SUPELCO SFE-400
Apparecchio di scala analitica (10 ml) che permette studi preliminari di fattibilità tecnica
(pone spesso problemi di otturazione del capillare).
•ESTRATTORE A FLUIDO SUPERCRITICO SEPAREX SFE-500
Apparecchio laboratorio pilota, permette un carico circa 30 volte superiore rispetto
all’apparecchio Supelco. Con esso si possono eseguire prove atte a ottenere campioni
utilizzabili in prove d’impiego. Con un buon programma è inoltre possibile ottenere dati
precisi e compiere delle valutazioni economiche del processo tradotto su scala industriale.
FASE 2
Si sono utilizzati campioni di mirtillo non essiccati da 1.5 g. Vengono
introdotti nell’estrattore Supelco SFE-400 ed estratti in condizioni variabili
di temperatura e pressione. A parità di temperatura maggiore è la pressione
e maggiore è la capacità estraente della CO2 . A livelli di pressione elevati
viene estratta però molta acqua e di conseguenza il campione risulta meno
concentrato(immagine:campione essiccato, a destra, e residuo)
•ANTIOSSIDANTI: sostanze che bloccano i radicali liberi (atomi
o molecole con un elettrone spaiato e quindi
molto reattivi)
•ANTOCIANINE: sono flavonoidi e sono formati da
antocianidine combinate con molecole
glucidiche (ad es. glucosio).Le antocianidine (vedi
immagine) sono dei derivati degli antociani e sono i
principali responsabili del colore dei vini rossi
CONCLUSIONI
Lo scopo di questo lavoro era quello di sviluppare un metodo per
incrementare le qualità visive e nutrizionali di un vino senza
modificarne le caratteristiche organolettiche. L’impiego di una
tecnologia estrattiva innovativa che garantisca la selettività
dell’estrazione e la naturalezza dell’estratto sembra promettente: si
ottiene un estratto viscoso e scuro che può essere riaggiunto al vino
prodotto dalla stessa materia prima.
Questo processo ha però richiesto tempi lunghi ancora incompatibili
con le esigenze industriali; l’eliminazione degli zuccheri per via
fermentativa e l’idrolisi delle antocianidine ad antocianine sembrano
produrre un incremento di velocità e di efficienza del processo.
L’idrolisi è però un processo che richiede condizioni drastiche di
acidità e di temperatura; sarebbe auspicabile un impiego di enzimi o
di batteri specifiche al momento risultano difficili da trovare in
commercio: di conseguenza le ricerche dovrebbero indirizzarsi in
questa direzione, per ottimizzare il processo sia dal profilo tecnico
che da quello economico
FASE 3
Gli estratti ottenuti dalla fase 1 vengono sottoposti a spettrofotometria.
L’estratto più concentrato (maggior intensità di assorbimento) è quello
ottenuto utilizzando come cosolvente una soluzione acquosa di etanolo
al 60%.
•SPETTROFOTOMETRO
Si tratta di un apparecchio a raggio singolo che permette di registrare spettri di assorbimento
nei campi VIS e UV (200 – 800 nm).I campioni vengono analizzati in forma liquida (puri o in
soluzione) dentro cuvette di quarzo.
FASE 4
Vengono effettuate estrazioni di bucce in condizioni diverse di temperatura
e pressione. Dopo una prima serie di estrazioni, si è proceduto alla
disidratazione di un campione d’uva e a una nuova serie di estrazioni.
Questa volta però si sono aggiunte delle quantità precise di acqua ed
etanolo. Visto che a questo punto l’uva non è ancora del tutto scolorata si
procede a una terza serie di estrazioni dopo aver eseguito una
fermentazione per favorire l’estrazione.
(Immagini:estratto evaporato(a destra) e residuo
scolorato)
FASE 5
La presenza di zuccheri ostacola notoriamente i processi estrattivi
con CO2 . Nella massa di uva sono presenti zuccheri liberi; inoltre
gli antociani sono presenti nell’uva in forma glicosidata, cioè legati
a catene di zuccheri; si eliminano quindi questi questi zuccheri per
via fermentativa (l’etanolo prodotto potrebbe fungere in seguito da
cosolvente) mentre si cerca pure di eliminare le code glicosidiche
della antocianidine mediante idrolisi acida, liberando così le
antocianine prima di procedere all’estrazione.
/immagine apparecchio per la fermentazione)
Ringraziamenti:
Bibliografia
- la ditta Fratelli Valsangiacomo fu Vittore SA, Mendrisio-Chiasso tramite l’enologo
- E.Reverchon, A.Schiraldi, P.Fantozzi, Fluidi supercritici:applicazioni agroalimentari, sottoprogetto 4, Milano, 1993 pag. 9-17
- il Signor Rigatti per la consulenza e la messa a disposizione dell’uva necessaria.
-Il professor Tabacchi dell’università di Neuchâtel per i preziosi consigli.
-i professori di chimica del LiLu 2 ed in particolare il prof. Devittori per i consigli,
l’assistenza ed il materiale.
- Emile Peynaud, Il gusto del vino, edizioni aeb, Brescia, a cura di Lamberto Paronetto
- http://web.tiscali.it/no-redirect-tiscali/baccodivino/Web/prprietadelvino.htm
- http://www.bodybuildingitalia.it/anossidanti.htm
- Enciclopedia Microsoft® Encarta® 99. © 1993-1998 Microsoft Corporation
- http://www.santorsola.com
- enciclopedico universale, edizione Euroclub Italia S.p.A., Milano, 1998