Estrazione di aromi dal bergamotto mediante pervaporazione

Nell’estrazione enzimatica dei carotenoidi dal fiore del Tagetes del Messico, Barzana et al. hanno eliminato con l’utilizzo di enzimi, le tradizionali fasi di insilamento ed essiccamento, responsabili delle maggiori perdite di colorante. Il solvente utilizzato è l’esano.
La concentrazione iniziale di carotenoidi varia tra 6.7 e 7.1 gr/kg di fiori secchi. 8 gr di fiori tagliati sono stati miscelati con 0.8 ml di acqua distillata contenente enzimi all’1% (v/w o w/w di fiore). Si è incubato il preparato per 1 h a temperatura fissata pari a 24-25°C. Si sono eseguiti tre tipi di esperimenti: il primo in un recipiente da 1 l, nel quale i fiori freschi tagliati sono stati irrorati con una soluzione di 10 ml di enzimi tali da ottenere una concentrazione di 0.1, 0.2, 0.3, 0.5 e 1 ml(o gr)/100gr di fiore e incubati per vari intervalli di tempo alla temperatura detta sopra.
L’ipotesi fondamentale è che gli enzimi idrolitici dovrebbero degradare la parete cellulare in un mezzo organico con piccole aggiunte di acqua. Questa serve per l’idrolisi e l’attività enzimatica. Un eccesso di acqua accelera l’idrolisi enzimatica, ma ritarda l’estrazione per la formazione di un’interfaccia acquosa che impedisce al solvente organico di raggiungere le vescicole intracellulari contenenti i carotenoidi. Con esperimenti preliminari si è dimostrato che l’acqua presente nei fiori freschi o parzialmente insilati (75-80% w/w) più quella usata per spruzzare l’enzima sui fiori (10% w/w) è sufficiente per sostenere sia l’idrolisi enzimatica sia l’estrazione con solvente dei carotenoidi. Il recupero di carotenoidi senza enzima arriva al 44%. Il Viscozyme eleva il rendimento di estrazione ben oltre il 45%. Aggiungendo anche HT o Neutrasi o Pectinex si arriva vicino al 100%.
Dai risultati sperimentali si nota inoltre che aumentando la concentrazione di enzima dallo 0.1 all’1%, non varia il rendimento di recupero. La concentrazione di enzima influenza invece i tempi di recupero: lavorando con una concentrazione dello 0.1% di enzima si sono impiegate 4.5 h per estrarre tutto il contenuto di carotenoidi, mentre dallo 0.2% in poi si sono impiegate solo 3 h. Senza enzimi l’estrazione del 50% di carotenoidi ha comportato un tempo di 9 ore. Un punto critico nel processo di estrazione è la dimensione della particella dopo frullatura. Tagliare il fiore facilita l’agitazione ed ha un effetto positivo sul contatto enzima-substrato. La macerazione causata dal trattamento enzimatico riduce ancor di più le dimensioni del fiore oltre a rendere le particelle più soffici.
Riguardo ai tempi di incubazione si è visto che maggiori sono questi e più veloce risulta l’estrazione. Quando i fiori sono preincubati con enzima per 1 h, tutti i carotenoidi sono estratti dopo un’ora e mezzo di contatto con esano. Sempre nel reattore da 1 l si sono mescolati 100 gr di fiori freschi tagliati e una soluzione allo 0.3% (v/w) di Viscozyme/Neutrasi con esano. Giunti alla massima estrazione, si sono aggiunti altri 100 gr di fiore e soluzione enzimatica sempre in esano. L’estrazione finale è stata del 97% di carotenoidi. Lo stesso esperimento è stato ripetuto in un reattore da 14 l estraendo quasi il 100% di carotenoidi. Nel reattore da 80 l invece si è estratto il 97%. Le successive aggiunte di fiore e soluzione enzimatica si sono dimostrate efficaci, con il solo inconveniente di una difficile miscelazione iniziale.
Pretrattando la farina di puya del peperoncino rosso di guajillo con enzimi, Santamarìa et al. hanno rilevato un incremento nel rendimento estrattivo con solvente etanolo dell’11% per i carotenoidi e del 7% per i capsaicinoidi rispetto al caso non enzimatico. Il pretrattamento con enzima in acqua è stato condotto con farina secca e 1-5% (ml/100gr di farina) di soluzione enzimatica per un tempo di 5 h a 50°C, pH 4.5, 120 rpm, 1:50 (w/v) rapporto farina/acqua. Nella successiva estrazione, utilizzando etanolo industriale (96%), si sono estratti l’80% di capsaicinoidi e il 73% di carotenoidi.
Con una concentrazione del 5% (v/w) di enzimi a 50°C si è ottenuto solo l’incremento del 15±2% dei capsaicinoidi estratti. Anche aumentando la temperatura a 80°C dopo trattamento enzimatico, la resa rimane bassa (17±3%). Questo perché il pretrattamento enzimatico provoca solo una lieve degradazione della parete cellulare. Sono due i fattori che ostacolano l’incremento del rendimento di estrazione: 1)la piccola quantità di oli in questo tipo di seme (8%) che ostacola il recupero dall’ambiente acquoso; 2)la complessità delle pareti cellulari.
La cellula capsica ha una parete cellulosica, ma la maggior parte delle cellule è fortemente lignificate. Questa parete contiene inoltre una grande quantità di cutina, che in ambiente acquoso riduce l’accessibilità degli enzimi alla parete cellulare. Il processo migliore studiato in questo articolo rimane quello a tre stadi: 1)pretrattamento della farina con una soluzione al 5% di enzima; 2)prima estrazione al 30% (v/v) di etanolo, estraendo così il 60% di capsaicinoidi; 3)estrazione con etanolo industriale, col quale si è estratto l’83% di carotenoidi. Con il solo uso di etanolo industriale, che ha rendimento migliore rispetto all’etanolo al 30%, si estraggono, quindi, il 73% di carotenoidi e l’80% di capsaicinoidi. Se invece all’etanolo industriale si prepone il trattamento enzimatico più una prima estrazione con etanolo al 30%, al termine del processo estrattivo si estraggono l’83% di carotenoidi e l’87% di capsaicinoidi, considerando la somma di tutto l’estratto dei tre stadi.
Le condizioni operative nel trattamento enzimatico di foglie di citronella ed eucalipto da parte di Dudai et al. [3] sono state: 80g di foglie tagliate, temperatura 25-27°C, 1% (w/w) sia di Celluclast 1.5L sia di Peelzyme II. Nella citronella il trattamento enzimatico ha prodotto una notevole idrolisi della parete cellulare, mentre nell’eucalipto minore. Per quanto riguarda la citronella il rendimento di recupero degli oli essenziali si è fortemente incrementato dopo 36 giorni di azione enzimatica. Ciò perché la parete cellulare è stata deteriorata dagli enzimi. Rispetto alla distillazione, però, si ha un decremento del 10-20% dovuto al consumo di oli da parte di microrganismi o alle condizioni di pH acido.
Per l’eucalipto si sono avuti al contrario rendimenti confrontabili con quelli propri del processo di distillazione. La differenza fra le due piante sta nel fatto che gli oli della citronella sono situati all’interno della cellula protetti da membrane ricche di lignina, mentre nell’eucalipto si trovano in cavità vicine alla parete cellulare, quindi per questi ultimi è più agevole l’estrazione.
Per l’estrazione dell’olio di semi di soia Dominguez et al. hanno aggiunto gli enzimi in soluzione acquosa allo 0.05% (w/w) ai semi puliti, rotti e macinati. Se si opera un trattamento enzimatico simultaneo all’estrazione con esano, l’estrazione di olio cresce del 5% rispetto al caso senza enzima. Se invece si pretratta, il rendimento di recupero dell’olio si incrementa dell’8-10%. Nel trattamento enzimatico la temperatura era di 50°C, 150 rpm, pH dei semi, 6 h, umidità inferiore all’11.5%.
Nel pretrattamento gli enzimi hanno operato per 3 h a 50°C, 15-20% di umidità. Il tempo di estrazione da 90 minuti senza enzima si riduce a 60-70 minuti con enzima. Questo comporta una capacità di processo più alta e un volume di estrattore ridotto. Aumentando il rapporto enzima/semi da 1 gr/100 gr di semi a 3 gr/100 gr di semi, cresce la velocità di estrazione, mentre per rapporti più grandi ciò non accade.
Munoz et al. hanno trattato 4 kg di vinacce di uva rossa con soluzione acquosa con enzima all’1%, temperatura di 37°C, 6 h di trattamento simultaneo, sistema agitato, rapporto pelle dell’uva/acqua 1/5. Si è riscontrato che il miglior rendimento di estrazione si è ottenuto con Vinozym EC usando uva Ribier dopo 2 h di trattamento. L’uso di enzimi pectolitici accelera il rilascio degli antociani e abbrevia i tempi di macerazione, sedimentazione e filtrazione.