Innovazione Sostenibile per la Nutraceutica del Futuro

La proposta progettuale rientra pienamente nella categoria delle tecnologie pulite ed efficienti sotto il profilo delle risorse, in quanto si fonda su un approccio sistemico di valorizzazione degli scarti agroalimentari (foglie di olivo, vinacce, bucce e semi di pomodoro) al fine di produrre estratti vegetali ad alto valore aggiunto, da impiegare nella formulazione di integratori alimentari innovativi.

L'intero processo è stato progettato secondo logiche zero waste e a ciclo chiuso, con recupero integrale di solventi (acqua, etanolo, oli vegetali), riutilizzo delle acque di processo e recupero degli enzimi impiegati nella biotrasformazione. Inoltre, le tecnologie adottate evitano l'uso di sostanze chimiche pericolose o solventi tossici, a tutto vantaggio dell'ambiente e della salute umana.

Il progetto sfrutta una tecnologia brevettata a livello europeo – S.E.M. (Sistema Estrattivo Multifasico a tecnologie combinate, WO2025/074453-International Bureau of WIPO) – sviluppata internamente da Erbagil Srl, che consente di ottenere estratti di elevata qualità senza ricorrere a processi energivori o inquinanti (es. alte pressioni, microonde, ultrasuoni intensivi).

Le fasi successive, inclusa la biotrasformazione enzimatica e/o fermentativa e la liofilizzazione controllata, completano un processo integrato che riduce al minimo l'impatto ambientale, estende la vita utile delle risorse, valorizza materie prime locali e contribuisce alla resilienza delle filiere agroindustriali regionali.

Uno dei punti focali del progetto risiede nelle biotecnologie di processo, poiché introduce un sistema di biotrasformazione enzimatica e/o fermentativa su matrici vegetali, finalizzato al miglioramento della bioaccessibilità, biodisponibilità e funzionalità biologica degli estratti naturali.

Il cuore biotecnologico del progetto, dunque, è costituito da un bioreattore che lavora in ambiente a carica microbica controllata, in grado di monitorare e gestire in tempo reale parametri critici (concentrazione enzimatica, volumetria, pH, temperatura, pressione, tempo di reazione), al fine di garantire reazioni enzimatiche e/o fermentative altamente selettive e riproducibili. Gli enzimi utilizzati (glucosidasi, cellulasi, emicellulasi, ecc.) sono posti a contatto con le matrici vegetali, nella maggior parte dei casi previamente preparate ed attivate tramite ultrasuoni in condizioni controllate, senza uso di OGM, in linea con le più avanzate linee guida sulla biosicurezza e le tecnologie sostenibili. Il trattamento con ultrasuoni consente di facilitare l'azione enzimatica soprattutto nei confronti di matrici vegetali particolarmente complesse e coriacee, che esporrebbero solo l'area superficiale al contatto con gli enzimi; il passaggio con ultrasuoni, promuovendo la disgregazione dell'organizzazione tridimensionale della matrice in oggetto, consente alle classi enzimatiche il raggiungimento delle aree interne in modo da garantire una biotrasformazione efficace. Alternativamente, saranno considerati i microorganismi più opportuni per promuovere i processi di biotrasformazione fermentativa (Bifidobacterium, Saccharomyces, Staphylococcus, Lactobacillus…), utile a fornire metaboliti bioattivi dalla elevata biodisponibilità. L'utilizzo degli ultrasuoni come pretrattamento nei processi enzimatici è ampiamente dimostrato [1, 2] su scala laboratorio, ma ancora poco sfruttato industrialmente. Il pretrattamento di sonicazione determina un aumento della superficie di contatto dei substrati vegetali, che quindi migliora la cinetica enzimatica. Ancora più innovativo è l'uso pulsato degli ultrasuoni durante il processo di conversione enzimatica. Ciò permette di arrivare alla conversione completa del prodotto che spesso si trova in situazioni di equilibrio e quindi conversioni incomplete. In questo progetto si intende sfruttare a pieno la sinergia fra reazioni enzimatiche e ultrasuoni, in pratica una "sonochimica enzimatica".

L'intero processo rappresenta un modello di biotecnologia pulita e compatibile con l'ambiente, in grado di superare i limiti strutturali delle biotecnologie convenzionali grazie all'integrazione con sistemi digitali e sensoristici. Il risultato è una biotrasformazione adattiva, personalizzabile a seconda della matrice vegetale e degli obiettivi funzionali, con prodotti finiti destinati al settore nutraceutico ad alta efficacia. Il processo enzimatico ottimizzato secondo quanto descritto in tale progetto, viene completato dal recupero delle specie enzimatiche, in modo da poterne disporre per successivi cicli di trattamento. Il recupero degli enzimi ed il loro utilizzo in almeno tre/cinque cicli, è strettamente correlato alla sostenibilità del presente progetto. Parte del progetto, infatti, è dedicata al recupero delle specie enzimatiche attraverso tecnologie avanzate di filtrazione a membrana. Grazie all'elevato peso molecolare delle proteine enzimatiche (>40 kDa), è possibile trattenere tali molecole nel retentato in processi di microrfiltrazione o meglio di ultrafiltrazione. Nel permeato verranno separate, assieme a parte dell'acqua, tutte le small molecules e sali minerali presenti.

L'intero progetto è pervaso da un profondo approccio di tipo digitale in grado di potenziare e migliorare l'intero processo produttivo. In tale progetto si fondono in modo originale competenze avanzate di ingegneria di processo, biologia molecolare, chimica verde e digitalizzazione industriale, oltre al non secondario aspetto della sostenibilità.

La proposta, pertanto, non si limita ad apportare un miglioramento incrementale, ma configura un salto tecnologico di tipo "deep tech", radicato nella scienza dei materiali, nella biotecnologia sostenibile e nell'ingegneria dei processi digitali. L'aspetto innovativo dei processi di biotrasformazione descritti in tale progetto, incontrano i più moderni concetti di innovazione digitale. Le innumerevoli quantità di dati provenienti dai sensori presenti nel bioreattore, vengono continuamente raccolti dalla interfaccia digitale specifica e comunicati ad un sistema gestionale governato con il supporto di AI, configurando sistemi integrati di machine learning. Si tratta di una tecnologia emergente, con un potenziale trasformativo concreto sul piano industriale, scientifico e ambientale, che ben rappresenta le finalità del Regolamento STEP e del più ampio percorso europeo verso l'innovazione responsabile e la resilienza tecnologica. Nel WP2, si passa all'applicazione di processi di biotrasformazione enzimatica e/o fermentativa sugli estratti ottenuti, utilizzando un bioreattore ad alto grado di digitalizzazione interconnesso, tramite software dedicato e costruito ad hoc, con il gestionale aziendale per avere i dati continuamente aggiornati e gestibili anche da remoto.