Metodi innovativi per l'estrazione del β-glucano
Ottenere β-glucani senza acidi né alcali: il DIL e l’Università Tecnica di Amburgo testano l’idrolisi con acqua calda
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L’avena e l’orzo, ma anche il lievito, i funghi e le alghe contengono preziosi β-glucani. Grazie alle loro proprietà benefiche per la salute, sono molto richiesti come ingredienti alimentari funzionali o integratori alimentari. Tuttavia, il loro processo di estrazione è finora piuttosto complesso. Nell’ambito di un progetto IGF coordinato dal FEI, i ricercatori del DIL e dell’Università Tecnica di Amburgo stanno sviluppando un processo continuo per l’estrazione dei β-glucani mediante idrolisi con acqua calda. L’obiettivo è un processo continuo che consenta di estrarre i β-glucani in modo efficiente e il più delicato possibile da diverse biomasse, compresi i sottoprodotti come i residui della birrificazione.
L’avena e l’orzo, ma anche il lievito, i funghi e le alghe contengono preziosi β-glucani. A seconda della provenienza, presentano proprietà biologiche diverse: i β-glucani derivati dai cereali, ad esempio, possono influenzare positivamente i meccanismi di regolazione del microbioma intestinale, mentre quelli ottenuti dal lievito o dai funghi sono particolarmente importanti per il loro effetto immunostimolante. Di conseguenza, la domanda di queste fibre alimentari naturali è elevata – ad esempio come ingrediente funzionale negli alimenti o come integratore alimentare. Tuttavia, la loro estrazione è finora complessa: i processi convenzionali richiedono spesso diverse fasi di lavorazione, lunghi tempi di trattamento o l’impiego di acidi, alcali o enzimi. È quindi necessario un processo che consenta di ottenere i β-glucani in modo più efficiente e, al contempo, in modo continuo da diverse biomasse, compresi i flussi secondari come i residui della birrificazione.
È proprio su questo che stanno lavorando i ricercatori dell’Istituto tedesco per la tecnologia alimentare (DIL) e dell’Università tecnica di Amburgo nell’ambito di un progetto di ricerca industriale congiunta (IGF) coordinato dal FEI. Il loro obiettivo è quello di rendere utilizzabile la cosiddetta idrolisi con acqua calda (in inglese Liquid Hot Water, LHW) – ovvero la digestione con acqua calda a temperature superiori a 100 °C e a pressione elevata – per l’estrazione continua di β-glucani, ottenendo rese il più possibile elevate.
Un vantaggio fondamentale del processo: nell’idrolisi LHW, le elevate temperature generate sotto pressione modificano le proprietà dell’acqua in modo tale che i componenti della biomassa possano essere estratti più facilmente – senza l’aggiunta di acidi o alcali. È fondamentale adattare le condizioni di processo alla materia prima in questione: la crusca d’avena si comporta in modo diverso durante la digestione rispetto ai residui di birrificazione, al lievito, ai funghi o alle alghe. Inoltre, la dimensione delle particelle, la temperatura e la durata del trattamento influenzano la quantità di β-glucano estratto e le proprietà che questo assumerà in seguito. I gruppi di ricerca stanno quindi studiando sistematicamente in che modo le diverse biomasse e i parametri di processo influenzano la resa e la qualità dei β-glucani ottenuti. L’obiettivo è quello di alterare il meno possibile la struttura molecolare, in modo da preservarne le proprietà rilevanti. In una prima fase, le correlazioni vengono studiate in piccoli reattori ad alta pressione. Successivamente, le conoscenze acquisite saranno trasferite a un processo continuo, ad esempio in estrusori in cui la biomassa viene trattata in modo continuo in condizioni definite di temperatura e pressione. In una fase successiva, in un impianto dimostrativo in condizioni simili a quelle industriali, si verificherà se le condizioni di processo determinate in laboratorio possano essere applicate anche a portate maggiori.
Il processo è particolarmente rilevante per le piccole e medie imprese. Infatti, in molti stabilimenti di trasformazione alimentare si producono direttamente biomasse ricche di β-glucano. Ad esempio, i residui della produzione di birra o la crusca derivante dalla lavorazione dei cereali si presentano come flussi secondari e finora sono stati utilizzati prevalentemente come mangimi. Se da essi fosse possibile ricavare in loco ingredienti di maggior valore, si potrebbe sfruttare meglio la biomassa disponibile e ottenere un valore aggiunto.
Al termine dei lavori di ricerca, non si intende solo identificare le condizioni ottimali per un'estrazione efficiente dei β-glucani da diverse materie prime, ma si valuterà anche la redditività del processo continuo. I risultati dovrebbero aiutare le aziende a valutare per quali biomasse e applicazioni sia vantaggioso passare dall’attuale lavorazione a lotti a un processo continuo. Ciò potrebbe aprire nuove opportunità, in particolare per le piccole e medie imprese, per un’estrazione economica e rispettosa delle risorse dei β-glucani, molto richiesti.
Ulteriori informazioni sul progetto 01IF23926N «Idrolisi continua della biomassa con acqua calda (LHW) per l’estrazione di β-glucani», finanziato nell’ambito della Ricerca Industriale Collettiva (IGF) dal Ministero Federale dell’Economia e dell’Energia (BMWE), sono disponibili al seguente link: https://www.fei-bonn.de/01if23926n.projekt .
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