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L’incremento demografico e il cambiamento dei ritmi e degli stili di vita della società moderna hanno visto un mercato sempre più globalizzato nonché lo sviluppo di nuove dinamiche nel settore agroalimentare e la crescente richiesta da parte dei consumatori di prodotti pronti al consumo. Le industrie agro-alimentari rispondono a questa richiesta con i prodotti appartenenti alla categoria della IV gamma (detti anche fresh-cut o ready to eat), ossia frutta e verdura fresca, lavata, tagliata, confezionata in packaging personalizzati e posta nei banchi refrigerati della grande distribuzione organizzata (GDO). Nell’ambito del triennio del Dottorato di Ricerca si è scelto di approfondire una delle tematiche più all’avanguardia e che stimola la curiosità di molti ricercatori, ovvero l’utilizzo di edible coating. Questa tecnica consiste nell’applicazione, mediante spraying o dipping, di una sostanza edibile inodore, incolore e insapore, costituita da idrocolloidi e/o sostanze lipidiche e cere, nello strato superficiale del frutto, che sia esso tagliato o intero. I casi studio analizzati hanno messo in luce come l’edible coating funga da barriera per gli scambi gassosi con l’atmosfera circostante, riduca la perdita d’acqua e controlli lo sviluppo microbico preservando la qualità e conferendo al prodotto una migliore resistenza meccanica. Inoltre, la proliferazione dei microrganismi sulla superficie del frutto viene inibita dall’uso combinato di sostanze antimicrobiche, potenziali trasportatori di agenti anti imbrunimento e, al contempo, nutrienti. Per quanto riguarda la capacità antimicrobica degli edible coating, maggior considerazione è stata data all’Aloe vera. Si è visto, infatti, che il gel estratto dalle sue foglie e applicato sui frutti in post-raccolta inibisce la crescita di microorganismi come batteri, funghi, virus e parassiti. Inoltre, durante il percorso di Dottorato si è evidenziata la necessità di ridurre i materiali di scarto, specialmente i sottoprodotti della filiera agroalimentare. Per queste ragioni si è scelto di realizzare degli edible coating con foglie di Brassica oleracea L. o oli essenziali estratti da semi di frutti, come melograno o limone. I risultati ottenuti hanno evidenziato che l’edible coating fornisce, in tutti i casi studio analizzati, una valida alternativa ai rivestimenti sintetici e ad altri trattamenti chimici post-raccolta. In particolare si è potuto constatare il netto miglioramento delle matrici vegetali rivestite dall’edible coating contenente gel di Aloe vera, idrossipropil-metilcellulosa (HPMC) e agenti antiossidanti come acido citrico e ascorbico. Quest’ultimo, infatti, ha rivelato la sua efficacia su diverse tipologie di frutto, permettendo di soddisfare l’ipotesi scientifica formulata all’inizio del percorso di ricerca. Inoltre, la facilità di realizzazione dell’edible coating evidenzia una facile trasferibilità dei risultati scientifici in un contesto commerciale e una loro applicabilità su scala industriale. The demographic increase and the changing lifestyles of modern society have seen a globalized market and the development of new dynamics in the agri-food sector and growing consumer demand for ready-to-eat products. The agri-food industries are responding to this request with minimally processed products, i.e., fresh fruit and vegetables, washed, cut, packaged in customized packaging and placed in the refrigerated counters of large organized distribution chains. As part of the three-year PhD course, it was investigated one of the most advanced techniques the use of the edible coating. This consists of applying, by spraying or dipping technique, an odorless, colorless and tasteless edible substance, consisting of hydrocolloids and/or lipidic substances and waxes, to the surface layer of the fruit, whether cut or whole. We analyzed how the edible coating acts as a barrier for gas exchange with the surrounding atmosphere, reduces water loss and controls microbial growth, preserving quality and giving the product better mechanical resistance. In addition, we have studied how the proliferation of microorganisms on the fruit surface is inhibited by the combined use of antimicrobial substances, potential carriers of anti-browning agents and nutrients. Concerning the antimicrobial power of edible coatings, more consideration has been given to the use of Aloe vera. It has been shown that the gel extracted from its leaves and applied to post-harvest fruit inhibits the growth of microorganisms such as bacteria, fungi, viruses and parasites. Furthermore, the need to reduce waste materials, especially the by-products of the agri-food chain, was highlighted. For these reasons, it was decided to make edible coatings with broccoli leaves or essential oils extracted from fruit seeds, such as pomegranate or lemon. The results obtained showed that edible coating provides, in all the analyzed trials, a valid alternative to many other post-harvest chemical treatments. In particular, a clear improvement of the plant matrices coated with an edible coating containing Aloe vera gel, hydroxypropyl methylcellulose (HPMC) and antioxidant agents such as citric and ascorbic acid was observed. The latter revealed its effectiveness on different types of fruit, enabling the target set at the beginning of the three years to be reached. Besides, the ease with which the edible coating can be produced means that if it passes food safety tests, it could be offered on an industrial scale.

Il silicio (Si) è un micronutriente non essenziale per la salute umana. Recenti studi scientifici hanno dimostrato il suo coinvolgimento in processi biochimici e metabolici, tra cui la mineralizzazione del tessuto osseo. Con un processo di biofortificazione, metodo utilizzato per incrementare il contenuto di nutrienti nella porzione edule dei prodotti vegetali, in una nostra precedente ricerca abbiamo dimostrato la possibilità di aumentare il contenuto di Si nella porzione edule di sei ortaggi da foglia. Tuttavia il normale consumo di ortaggi biofortificati non consente di soddisfare i fabbisogni giornalieri di Si. Obiettivo della ricerca è stato quindi quello di incrementare ulteriormente il contenuto di Si aumentando la durata del trattamento e/o incrementando ulteriormente la concentrazione dell'elemento nella soluzione nutritiva. La prova è stata condotta in serra, presso l'Azienda sperimentale "La Noria" del CNR-ISPA, in agro di Mola di Bari, utilizzando il floating system e un disegno sperimentale a blocchi randomizzati con tre ripetizioni. Al fine di incrementare il contenuto di Si dello spinacio (Spinacia oleracea L., cv. Squirrel RZ, Rijk Zwaan) sono state utilizzate tre dosi di Si nella soluzione nutritiva (SN): 2 (controllo), 100 e 200 mg/L di Si. Trentuno, 46 e 61 giorni dopo l'inizio dei trattamenti (stadio di seconda foglia vera) sono state effettate le raccolte valutando produzione, sostanza secca e concentrazione di Si del prodotto edule. Il tenore di Si nello spinacio non è aumentato nel tempo. La dose di Si nella SN e l'epoca di raccolta hanno determinato un incremento della sostanza secca del prodotto, mentre il contenuto di Si, passando dal controllo a 100 mg/L di Si nella SN, in media è aumentato (1,30 vs. 4,38 mg/100 g di peso fresco, rispettivamente), senza ulteriore incremento con 200 mg/L di Si nella SN. Pertanto l'approccio utilizzato non sembra essere la strategia idonea per incrementare ulteriormente il contenuto di Si nello spinacio allevato in floating system.

Analisi dei composti con proprietà antiossidanti e capacità antiossidante dei diversi tessuti (fiori, steli e foglie) del prodotto fresco di cima di rapa (Brassica rapa subsp. sylvestris var. esculenta ) destinato alla IV gamma, che include il contenuto di glucosinolati, fenoli, flavonoli, flavonoidi totali e della capacità antiossidante mediante saggi chimici ORAC e DPPH. Analisi di umidità residua, ceneri, estrattivi totali, fibre (cellulosa, emicellulosa, pectine e lignina) e dei carboidrati (amido, glucosio, fruttosio, saccarosio) dell'intero prodotto fresco destinato alla IV gamma.

Report finale (Prot CNR-IPCB n° 0000955 del 04/04/2016) sull'attività 3.3.1 "Ricerca e sviluppo di packaging a permeabilità controllata per il confezionamento di prodotti di IV gamma" svolta, dal 01/10/2012 al 31/12/2015, nell'ambito del progetto PON02_00451_3361909 "Utilizzo integrato di approcci tecnologici innovativi per migliorare la shelf-life e preservare le proprietà nutrizionali di prodotti agroalimentari" (SHELF-LIFE). Sono state testate le performance di film microforati e film biodegradabili e compostabili, a base di cellulosa (Natureflex E946) per il confezionamento di prodotti di IV gamma (patate, carciofi e pomodori). L'attività ha dato avvio a collaborazioni con il Dipartimento d'Agraria dell'università di Catania e con colleghe del CNR IVALSA. I dati sono stati oggetto di quattro pubblicazioni su riviste scientifiche e di comunicazioni a convegni internazionali. I risultati più significativi raggiunti, in collaborazione con la Dott.ssa Patané (IVALSA), hanno riguardato il confezionamento dei pomodorini da serbo di IV gamma con un packaging biodegradabile e compostabile. Per il confezionamento dei pomodorini da serbo di IV gamma è stato selezionato e testato il film (spessore 30 µm), biodegradabile e compostabile, NatureFlex(TM) E946 che è stato fornito ai partner e messo a confronto con un materiale tradizionale a base di polipropilene (PPCoex, spessore 20 µm). Le proprietà meccaniche dei film selezionati sono state determinate in accordo con le normative ISO 527-1:1996 e ISO 527-3:1997. I test sono stati condotti e eseguiti sui provini orientati sia parallelamente sia ortogonalmente alla direzione di estrusione. I dati ottenuti hanno evidenziato come il NatureFlex(TM) E946 abbia proprietà meccaniche competitive con quelle del PPCoex e idonee per il confezionamento dei pomodorini di IV gamma. Al film compostabile sono state abbinate delle vaschette in PLA Ingeo a sezione circolare, anch'esse biodegradabili e compostabili. I pomodorini confezionati con il film tradizionale, PPCoex, sono stati posizionati in vaschette in PET, riciclabile. Sia i film che le vaschette, prima del confezionamento, sono stati sottoposti a cicli di sterilizzazione sotto cappa UV per 24 h. I pomodorini sono stati sottoposti a trattamento con ipoclorito di sodio o con ipoclorito di sodio e cloruro di calcio. Le prove di SHELF-LIFE sono state effettuate a 4°C e a tempi differenti (0, 5, 12 e 18 giorni) sono stati monitorati il calo ponderale, il residuo secco, il residuo ottico (°Brix), i fenoli, il PH, le proprietà antiossidanti, le condizioni igenico-sanitarie e gli scambi gassosi. Le proprietà barriera del NatureflexTM E946 all'ossigeno (OTR 55 ml ?m/m2 24h - 8°C 70% RH) e all'anidride carbonica (95 ml ?m/m2 24h - 8°C 70% RH) hanno garantito una migliore conservazione del prodotto fino a 18 giorni, mantenendo le proprietà nutrizionali e limitando lo sviluppo microbico. La maggiore permeabilità al vapore acqueo del materiale biodegradabile (200 g/m2 24h - 25°C 75% RH), sebbene abbia comportato un maggiore calo ponderale, ha evitato la formazione di condensa di goccioline di acqua sulla superficie (effetto antifog), che è auspicabile per una buona conservazione del prodotto. La condensa dell'umidità sulla superficie interna della confezione comporta, oltre a un decadimento visivo poco gradito al consumatore, la formazione di gocce che possono costituire il sito di crescita microbica. Infatti, dopo 18 giorni di conservazione a 4°C, sui pomodorini confezionati con un packaging tradizionale si osserva la comparsa di muffe mentre il prodotto imballato nel sistema biocompostabile risulta inalterato dal punto di vista microbico e nutrizionale.

relazione finale

Il ficodindia (Opuntia ficus indica L.), originario del Centro America, è nell'immaginario europeo simbolo imprescindibile della Sicilia, della sua cultura e della sua natura mediterranea. La grande resistenza all'aridità e contemporaneamente la grande produttività in termini di biomassa sono le caratteristiche che fanno del ficodindia una coltura particolarmente idonea in tutti quegli areali in cui si deve far fronte ai problemi legati alla scarsa o assente disponibilità idrica. In Italia la coltura del ficodindia assume rilevanza soprattutto per l'uso alimentare dei frutti. E' concentrata per il 90% in Sicilia e per il rimanente 10% in Puglia, Calabria e Sardegna. Nel complesso in Sicilia la coltivazione del ficodindia è stata caratterizzata da una profonda evoluzione che ha determinato una espansione degli impianti specializzati, con l'ottenimento di ragguardevoli livelli di produzione e di redditi. Questo grazie ad un crescente interesse dei mercati mondiali, ed in particolare su quelli europei, ad una domanda interna costante, una scarsa concorrenza con altra frutta surrogabile nei mesi di maggiore produzione e soprattutto grazie all'ottenimento di una produzione eco-compatibile caratterizzata da una considerevole riduzione dell'utilizzo dei mezzi chimici e una sempre maggiore diffusione della coltivazione in biologico. Il mercato dei frutti, tuttavia, presenta non poche difficoltà a causa della frammentarietà dell'offerta, la precarietà dell'organizzazione commerciale, la ridotta importanza del prodotto nei mercati ortofrutticoli nazionali. Un grande passo avanti nella promozione e nella valorizzazione del prodotto è stato fatto nel 2003 con il riconoscimento della Denominazione di Origine Protetta (DOP) del Ficodindia dell'Etna. A questo ha fatto seguito la costituzione del "Consorzio per la Tutela del Ficodindia DOP dell'Etna", quale garante della qualità e dell'autenticità nel rispetto del disciplinare di produzione. Insieme alla progressiva espansione delle superfici e delle produzioni fichidindicole non vi è stato, però, un analogo processo di sviluppo della fase commerciale di questo frutto. Una delle cause potrebbe essere riconducibile alla pluralità di operatori commerciali che rendono poco compatta l'offerta; a questo si aggiunge anche una carente azione di marketing. Con specifico riferimento a questo frutto un limite alla sua commerciabilità è rappresentato oltre che dalla riduzione della qualità a causa di processi biologici e fisiologici che intervengono nella fase post-raccolta, anche dalla difficoltà di manipolazione e sbucciatura del frutto. La possibilità quindi di prolungare la shelf-life del frutto già sbucciato, tramite trattamento con sostanze naturali e/o all'utilizzo di film edibili, rappresenta una opportunità per migliorarne la commercializzazione e raggiungere mercati sempre più lontani dalla zona di produzione. In questo modo si superano anche i problemi legati all'aspetto estetico del frutto, quali la buccia, i semi e le spine, che spesso sono motivo di scetticismo da parte del consumatore. Ed è appunto lo strumento della IV gamma che il "Consorzio per la Tutela del Ficodindia DOP dell'Etna" ha identificato per lo sviluppo dei canali commerciali di questo frutto.

I prodotti di IV gamma rispondono al bisogno del consumatore di ridurre i tempi di preparazione dei pasti offrendo un servizio che, nel caso della cipolla, supera anche l'effetto negativo per il consumatore rappresentato dalla lacrimazione indotta dal taglio. Tuttavia, le preparazioni per la IV gamma, fra cui il taglio e il lavaggio, avviano una serie di processi biochimici, fisiologici e microbiologici che incidono sulla shelf-life (Blanchard et al., 1996). Per i prodotti tipici, apprezzati, riconosciuti e richiesti dai consumatori, quali ad esempio i prodotti a marchio di tutela, il surplus di costo, rappresentato dalle lavorazioni connesse alla preparazione in IV gamma, può risultare più facilmente giustificabile contribuendo così al maggiore valore aggiunto atteso dalla coltivazione di prodotti di qualità. In questo contesto rientrano alcune della attività di studio condotte da un gruppo multidisciplinare, che dal 2009 svolge azioni di caratterizzazione e supporto ad uno dei prodotti tradizionali di cui al registro Nazionale del MIPAF: la "Cipolla di Giarratana". Coltivata in un ristretto areale dell'altipiano ibleo, la Cipolla di Giarratana presenta qualità organolettiche di pregio legate alla vocazionalità dell'area in cui è prodotta ed alle tecniche agronomiche con cui è coltivata. Tenendo conto della limitata shelf life dei bulbi tal quali e volendo, altresì fornire informazioni di base per la diversificazione commerciale del prodotto, studi specifici sono stati condotti sulle caratteristiche sensoriali e sulle dinamiche microbiche in campioni di bulbi maturi e cipollotti conservati sotto vuoto.

Considerazioni circa gli aspetti microbiologici dei vegetali di IV gamma

L’obiettivo del presente lavoro è stato progettare un imballaggio in atmosfera modificata per un prodotto di IV gamma: la brassica rapa var. L. Sylvestris. La velocità di respirazione è ben predetta dal modello di Michealis and Menten con il parametro Vmax che varia in funzione della temperatura secondo la legge di Arrhenius. La permeabilità dell’imballaggio è stata scelta in base alla velocità di respirazione del prodotto, e successivamente, la massa di prodotto da confezionare è stata ottimizzata sulla base dell’atmosfera di equilibrio (Torrieri et al. 2009a). Il prodotto è stato successivamente confezionato nell’imballaggio così progettato e conservato a 5° e 10°C. I risultati hanno dimostrato l’accuratezza del modello per la progettazione dell’imballaggio.

Le tecnologie di minimal processing hanno permesso di ottenere e proporre ai consumatori prodotti alimentari biologici in cui vengono ridimensionate le conseguenze negative derivanti dalle tecnologie tradizionali, quali la riduzione di fattori nutritivi e l’alterazione di caratteristiche organolettiche. Ciò grazie all’impiego di trattamenti di trasformazione e stabilizzazione ridotti al minimo (a bassa intensità) ed evitando l’uso di additivi conservanti di sintesi. A tale categoria di alimenti appartengono anche gli ortofrutticoli sottoposti ad un intervento tecnologico ridotto, sia in fase di lavorazione - nel corso delle operazioni di selezione, lavaggio,rimozione delle parti non commestibili e taglio - sia in fase di stabilizzazione e confezionamento.Generalmente indicati con il termine di “prodotti di IV gamma”, questi alimenti fanno parte di una categoria più ampia,definita ready to useo ready to eat, cioè prodotti confezionati pronti all’uso ed al consumo diretto,che non richiedono alcuna operazione precedente al consumo.