Laboratorio 1: QualiNutraFood

Nei paesi economicamente più sviluppati, il cibo non rappresenta più soltanto la fonte di nutrienti primari e di energia, ma contribuisce al benessere psico-fisico e alla prevenzione di importanti malattie degenerative, grazie alla presenza di composti bioattivi denominati composti nutraceutici. Negli ultimi anni, gli alimenti naturalmente ricchi o arricchiti in composti bioattivi sono stati oggetto di studio da parte della comunità scientifica, che ha coniato per loro il termine di functional foods e nutraceutical foods. Nel primo caso, la concentrazione e il tipo di composti bioattivi presenti nell’alimento sono tali da far sì che il consumo regolare dell’alimento stesso contribuisca al mantenimento di un’ottimale benessere psico-fisico dell’uomo. Nel secondo caso, studi epidemiologici hanno messo in luce l’esistenza di una correlazione positiva tra il loro consumo e la riduzione del rischio di insorgenza di malattie specifiche, quali quelle cardio-vascolari e tumorali, grazie alla capacità di attenuare o prevenire i danni dovuti a processi ossidativi responsabili dell’insorgenza di molteplici patologie.

Il laboratorio QualiNutraFood possiede riconosciute competenze nel settore della caratterizzazione della qualità degli alimenti di origine animale e vegetale e della loro valorizzazione attraverso approcci diversificati e innovativi, sia durante la produzione che la conservazione dei prodotti. I ricercatori del laboratorio QualiNutraFood collaborano con gruppi di ricerca italiani e stranieri, in un’ottica interdisciplinare che vede il coinvolgimento di agronomi, tecnologi alimentari e nutrizionisti.

Il laboratorio QualiNutraFood si suddivide in quattro unità di ricerca (UR).

UR SCIENZE ANIMALI

Nel settore delle scienze animali è stata sviluppata una notevole esperienza nello studio dei sistemi di allevamento e nella valutazione degli effetti dei diversi sistemi sulla qualità nutrizionale dei prodotti, in particolare sulle caratteristiche della frazione lipidica. Le principali linee di ricerca riguardano:

1) studio della qualità del latte e della carne in risposta a sistemi di allevamento estensivi;

2) valutazione nutrizionale del latte e della carne, strategie di miglioramento ed effetti sulla salute umana;

3) studio della frazione lipidica del latte e della carne e strategie di miglioramento;

4) valutazione nutrizionale dei sottoprodotti dell’industria agro-alimentare per l’alimentazione animale: effetti sulla qualità dei prodotti e sulla sostenibilità ambientale degli allevamenti;

5) valutazione dei sistemi di allevamento in relazione al potenziale di emissione di gas ad effetto serra (GHG) e possibili strategie di mitigazione.

Grazie alla collaborazione con il mondo della ricerca medica, sono stati messi a punto sistemi di allevamento e di alimentazione in grado di conferire agli alimenti di origine animale caratteristiche funzionali con riflessi positivi sulla salute umana e, in particolare, sulla prevenzione delle più comuni dislipidemie. Tali proprietà sono già state dimostrate per il formaggio ovino (commercializzato con il marchio “amico del cuore”, primo pecorino toscano Dop contente omega-3  e CLA) e sono in corso di valutazione per quanto riguarda la carne di agnello e la carne bovina.

UR BIOCHIMICA AGRARIA

Nel settore delle scienze vegetali sono in corso da anni studi relativi alla composizione quali-quantitativa dei prodotti orto-frutticoli e ai fattori che contribuiscono alla biodiversità fitochimica, oltre a ricerche rivolte ad incrementare il potenziale nutraceutico e la conservabilità dei prodotti. La presenza e la tipologia di composti fitochimici è influenzata da molteplici fattori genetici e ambientali, sia in fase di pre-raccolta sia di post-raccolta. La stimolazione della loro produzione può essere ottenuta mediante approcci ecosostenibili, ad esempio modificando parametri ambientali o agronomici in fase produttiva (luce, irrigazione, micorrizazione, salinità del terreno, ecc.) e/o adottando adeguate tecniche di conservazione degli alimenti. Oltre ad incrementare il valore salutistico degli alimenti, il maggiore corredo di composti bioattivi può incrementare la resistenza della pianta, o del prodotto, nei confronti di malattie ed attacchi di patogeni, con la conseguente minore necessità di utilizzo di sostanze chimiche quali pesticidi e conservanti.

Le principali linee di ricerca riguardano:

1) valutazione dell’influenza dei diversi fattori in pre-raccolta e post-raccolta sulla qualità finale del prodotto, non solo da un punto di vista organolettico, ma anche salutistico;

2) utilizzo di biopolimeri naturali (anche arricchiti con molecole bioattive antiossidanti e/o antimicrobiche) come agenti di rivestimento di prodotti alimentari freschi, finalizzato all’estensione della shelf-life e alla riduzione dell’impoverimento qualitativo del prodotto durante la conservazione;

3) valutazione di alcune tecnologie elettromagnetiche per la misura non distruttiva dei principali parametri qualitativi dei frutti;

4) applicazione di tecniche di sequenziamento di DNA e di RNA ad elevato parallelismo (Next Generation Sequencing) in studi di tracciabilità di diversi alimenti;

5) ricerca marcatori genetici dello stato di conservazione di alimenti di quarta gamma;

6) valutazione delle proprietà nutraceutiche di alimenti di origine vegetale analizzando l’espressione dei geni attivati da questi in cellule umane in coltura.

UR  MICROBIOLOGIA DEGLI ALIMENTI 

Il settore di Scienze Microbiologiche possiede consolidata esperienza nello studio della biodiversità molecolare e funzionale di lieviti, batteri e funghi filamentosi di interesse alimentare e delle applicazioni di ceppi microbici funzionali nelle trasformazioni industriali.

Lieviti, batteri e funghi filamentosi svolgono un ruolo chiave nella produzione di alimenti e bevande fermentate (formaggi, yogurt, latti fermentati, pane, vino, birra) e attraverso la produzione di vitamine, aminoacidi essenziali, peptidi bioattivi e la degradazione di fattori antinutrizionali ne incrementano le qualità organolettiche, tecnologiche, nutrizionali e nutraceutiche. Utilizzando le diverse capacità metaboliche dei microrganismi si ottengono molteplici prodotti di interesse non solo alimentare, ma anche farmaceutico e agrobiotecnologico. Tra questi, sono di particolare importanza le biomasse microbiche (SCP e POP, lievito per panificazione, colture starter, colture azotofissatrici, colture insetticide), i metaboliti primari (acidi organici, aminoacidi, alcoli, vitamine), i metaboliti secondari (antibiotici, EPS), gli enzimi ed i prodotti complessi quali vino, birra, aceto, latti fermentati, formaggio, pane.

Le principali linee di ricerca riguardano:

1) studio della biodiversità molecolare e funzionale di ceppi microbici ai fini della loro utilizzazione nella produzione e trasformazione degli alimenti;

2) Controllo di microrganismi indesiderati (veicolo di malattie di origine alimentare o causa di alterazione) negli alimenti;

3) isolamento e caratterizzazione molecolare e funzionale di ceppi probiotici, benefici per la salute umana;

4) Isolamento e identificazione di batteri lattici e lieviti caratterizzanti gli impasti acidi per la produzione di pane a lievitazione naturale e di altri prodotti lievitati da forno;

5) impiego di tecnologie innovative per la produzione di vino (iniezione di gas tecnici all’interno della massa in fermentazione) e di olio extravergine di oliva di elevata qualità (utilizzo di neve carbonica, azoto liquido, ecc.).

UR SCIENZE E TECNOLOGIE ALIMENTARI

Questa U.R. si interessa delle tematiche di natura biologica, chimica, fisica e tecnologica strettamente connesse alle operazioni unitarie e ai processi della filiera alimentare: dall’approvvigionamento delle materie prime sino alla commercializzazione, distribuzione e somministrazione dei prodotti alimentari, includendo lo sviluppo di nuovi processi/prodotti e di alimenti evoluti (alimenti funzionali, free from, ad elevato contenuto di servizio, etc).

Le competenze dell’U.R. riguardano le operazioni e i processi della tecnologia alimentare, comprendendo le tecnologie di condizionamento, confezionamento e distribuzione di alimenti e bevande. Gli aspetti di competenza, in forma integrata, riguardano: la shelf-life di materie prime,  semilavorati e prodotti finiti; la formulazione e la valutazione delle proprietà chimiche, fisiche e sensoriali di alimenti e bevande; l’identificazione ed il monitoraggio di marcatori di processo e prodotto per la valutazione della qualità o lo sviluppo di prodotto e la valutazione dell’attitudine alla trasformazione delle materie prime; l’utilizzo ed il controllo di additivi e residui; la gestione dei processi e degli impianti, inclusa la detergenza e la sanificazione; il controllo e la certificazione di qualità, la tracciabilità, la sicurezza e la sostenibilità ambientale di alimenti e bevande; la riduzione dei consumi energetici e degli sprechi; la valorizzazione dei sottoprodotti ed il trattamento dei reflui dell’industria alimentare.

Le principali linee di ricerca riguardano:
•Valorizzazione e miglioramento della frazione fenolica presente nelle olive e nei prodotti da queste ottenuti (olio extravergine di oliva e sottoprodotti di estrazione)
•Sviluppo di processi innovativi per la produzione di oli di oliva a parametri nutraceutici e organolettici controllati
•Sviluppo di nuove linee di lavorazione e di nuovi prodotti atti a valorizzare la produzione mediterranea degli agrumi
•La diffusione di costituenti indesiderati dagli imballaggi agli alimenti confezionati
•Ottimizzazione del processo di produzione e conservazione della madre acida utilizzata nella produzione dei prodotti da forno
•L’impiego di mezzi fisici nella conservazione del pane
•L’impiego di criogeni nell’estrazione di olio extravergine di oliva (brevetto n. RM2010A000617)
•La produzione di vino senza aggiunta di additivi chimici (domanda di brevetto n. 102015000048447 accolta 05-02-2018)