DEVELOPMENT OF FUNCTIONAL INGREDIENTS USING BYPRODUCTS FROM AGRO-INDUSTRIAL PROCESS

Fruits and vegetables represent an important business in the food industry. Unfortunately, huge amounts of by-products are generated during their processing and companies must face considerable management efforts and disposal costs. Fruits and vegetables by-products are valuable sources of nutrients and bioactive compounds; thus, their valorization is indispensable to achieve sustainable food processing and consumption (SDG12). The overall objective of this project was to explore different solutions to valorize agro-industrial by-products mostly impacting on food waste, including Brassica species, legumes and tomatoes transforming them into functional ingredients for food formulation. This overall objective was achieved in 2 different ways: 1) developing bakery products (biscuits, muffins, bread) at different enrichment levels of plant by-products and evaluating their rheological, nutritional and sensory characteristics; 2) exploring lactic acid fermentation as strategy to obtain potential functional ingredients for further food formulation. Broccoli by-products were transformed either into whole powder or hydroethanolic extracts rich in bioactive compounds, including glucosinolates, polyphenols, carotenoids and tocopherols, and included into biscuit formulation. The whole broccoli powder (10%) resulted in the best formulation both in terms of dough workability and bioactive compound retention (glucosinolates, phenols, lutein and β-carotene) in the final biscuits. Among Brassica species, also cauliflower by-products were investigated in combination with tomato by-products for the development of salted muffins. The combination of both 20% whole cauliflower and 30% whole tomato by-products resulted in a product with improved nutritional properties, source of vitamin A and E, appreciated by consumers. Legumes, specifically pea and borlotti beans, used in 10% and 15% respectively of substitution with wheat flour led to obtaining high-quality and tasty bread, with improved nutritional profile (proteins, phenolic compounds). The exploratory study on fermentation of the abovementioned matrices by lactic acid bacteria (LAB) provided new perspective on the production of functional ingredients with potential health benefits. The choice of the proper microorganism is crucial to obtaining the desired product, as depending on the strain the phytochemical profile could be totally different. Further studies are necessary to assess the bioactivity of these ingredients and to optimize the process at larger scale for functional food development. In conclusion, this research project demonstrates how an integrated and cross-disciplinary approach can effectively support research and food companies in developing innovative food applications derived from agro-industrial by-products, thus improving the sustainability of food productions.

Frutta e verdura rappresentano un comparto importante nell’industria alimentare. Purtroppo, durante la loro lavorazione si generano ingenti quantità di sottoprodotti, e le aziende devono affrontare considerevoli sforzi gestionali e costi di smaltimento. I sottoprodotti di frutta e verdura sono preziose fonti di nutrienti e composti bioattivi; pertanto, la loro valorizzazione è indispensabile per raggiungere una produzione e un consumo alimentare sostenibili (SDG12). L’obiettivo generale di questo progetto è stato esplorare diverse soluzioni per valorizzare i sottoprodotti agro-industriali che hanno un impatto rilevante sullo spreco alimentare, tra cui Brassicaceae, legumi e pomodori, trasformandoli in ingredienti funzionali per la formulazione alimentare. Questo obiettivo generale è stato raggiunto in due modi: 1) sviluppando prodotti da forno (biscotti, muffin, pane) con diversi livelli di arricchimento a base di sottoprodotti vegetali e valutandone le caratteristiche reologiche, nutrizionali e sensoriali; 2) esplorando la fermentazione lattica come strategia per ottenere potenziali ingredienti funzionali per successive formulazioni alimentari. I sottoprodotti del broccolo sono stati trasformati sia in polvere integrale sia in estratti idroetanolici ricchi di composti bioattivi, tra cui glucosinolati, polifenoli, carotenoidi e tocoferoli, e inseriti nella formulazione di biscotti. La polvere integrale di broccolo (10%) ha dato luogo alla migliore formulazione sia in termini di lavorabilità dell’impasto sia di ritenzione dei composti bioattivi (glucosinolati, fenoli, luteina e β-carotene) nei biscotti finali. Tra le specie di Brassica, sono stati investigati anche i sottoprodotti del cavolfiore in combinazione con quelli del pomodoro per lo sviluppo di muffin salati. La combinazione del 20% di cavolfiore e del 30% di pomodoro ha portato a un prodotto con proprietà nutrizionali migliorate, fonte di vitamina A ed E, apprezzato dai consumatori. I legumi, in particolare piselli e fagioli borlotti, utilizzati rispettivamente al 10% e al 15% in sostituzione della farina di frumento, hanno permesso di ottenere un pane gustoso e di alta qualità, con un profilo nutrizionale migliorato (proteine, composti fenolici). Lo studio esplorativo sulla fermentazione delle matrici sopra menzionate da parte di batteri lattici (LAB) ha fornito nuove prospettive sulla produzione di ingredienti funzionali con potenziali benefici per la salute. La scelta del microrganismo adeguato è cruciale per ottenere il prodotto desiderato poiché, a seconda del ceppo selezionato, il profilo fitochimico può risultare completamente diverso. Ulteriori studi sono necessari per valutare la bioattività di questi ingredienti e per ottimizzare il processo su scala più ampia in vista dello sviluppo di alimenti funzionali. In conclusione, questo progetto di ricerca dimostra come un approccio integrato e multidisciplinare possa supportare efficacemente la ricerca e le aziende alimentari nello sviluppo di applicazioni innovative derivate dai sottoprodotti agro-industriali, migliorando così la sostenibilità delle produzioni alimentari.