Food industrial waste as starting material for producing innovative food packaging and functional foods

This thesis explores innovative methods to transform vegetable by-products into high-value products that promote sustainability, economic growth, and waste reduction. The food industry generates by-products rich in bioactive compounds (polyphenols) and biopolymers (polysaccharides), which can be repurposed to create functional foods, eco-friendly packaging, and sustainable animal feed. The research highlights the development of bio-functional films for food packaging using by-products such as sea fennel, spent coffee grounds, and broccoli waste. Composite edible films enriched with sea fennel by-product extract (SFBPE) extended the shelf life of strawberries by up to 13 days, while spent coffee ground extracts (SCGE) maintained the freshness of minimally processed kiwifruit during cold storage. The films possess enhanced mechanical and antioxidant properties. Broccoli by-products (BBP) also strengthened films made from potato starch and carrageenan, showcasing the potential of these materials for sustainable packaging. Additionally, the thesis investigated using black soldier fly larvae (BSFL) to convert agro-industrial by-products into nutrient-rich animal feed. BSFL reared on tomato-based substrates exhibited high concentrations of bioactive compounds such as α-tocopherol, lycopene, and β-carotene, underscoring the value of insect-based bioconversion. These findings emphasize the principles of the circular economy, highlighting the importance of transforming by-products and waste into valuable resources to promote environmental sustainability and economic viability. These results demonstrated potential for large-scale implementation to achieve a sustainable, waste-free food system through eco-friendly innovation and improved resource utilization.

Nel presente lavoro di tesi sono stati studiati metodi innovativi per utilizzare i sottoprodotti di lavorazione dei vegetali come fonte di composti bioattivi utili (i) per la formulazione di biofilm di rivestimento di frutti (packaging sostenibili) e per (ii) la formulazione di diete funzionali per animali. Le ricerche svolte hanno avuto come oggetto i sottoprodotti derivanti dalla lavorazione del finocchio marino, del caffè e dei broccoli. Inizialmente sono stati formulati biofilm arricchiti con estratti dai sottoprodotti di lavorazione del finocchio marino (SFBPE) e sono stati utilizzati per il rivestimento di fragole. I biofilm formulati hanno mostrati una spiccata attività antiossidante che ha avurto come conseguenza l’allungamento della shelf-life delle fragole a 13 giorni. Successivamente, biofilm arricchiti con estratti dai residui di caffè (SCGE) sono stati applicati al Kiwi processati. I kiwi rivestiti hanno mostrato parametri di freschezza superiori al controllo. Inoltre, estratti derivanti dai broccoli sono stati utilizzati per la formulazione di biofilm a base di amido di patata e carragenina, ottenendo biofilms resistenti che mostrano un alto potenziale di utilizzo nella formulazione di packaging sostenibili. Al fine di esplorare un’altra via di utilizzo dei sottoprodotti vegetali, le ricerche hanno preso in considerazione anche la possibilità di arricchire diete di insetti (larve di Black soldier fly) da destinare all’alimentazione animale, con sottoprodotti vegetali (ceci, pomodoro, frumento, spinaci). I risultati enfatizzano l’assimilazione da parte degli insetti dei composti bioattivi (tocoferoli, licopene e beta-carotene) forniti con le diete. In generali, l’insieme dei risultati ottenuti dal lavoro di tesi, mostrano come il riutilizzo dei sottoprodotti di lavorazione d’industria vegetale possa fornire soluzioni innovative e sostenibili per la formulazione di biofilm utili all’allungamento della shelf life dei frutti e per arricchire diete di insetti da utilizzare nell’ alimentazione animale.