Applicazione della fermentazione lattica di sottoprodotti frutticoli per lo sviluppo di bevande innovative

The development of innovative fermented foods with functional features represents a topic of particular relevance due to the growing focus of the consumer to aliments with benefic action on health, other than the research of alternatives to the non-dairy products to satisfy the demands of different diets, that can combine both nutritional features and environmental sustainability. Considering the growing amount of food waste, different studies theorize its reuse as ingredients even if only as secondary components. My work of thesis lies in this topic, with the objective of evaluating the fermentative potential of lactic acid bacteria on substrates made by plant-based by-products to produce functional and innovative beverages. Fermentative trials were conducted on rehydrated flours of moscato pomace, cocoa bean shells, apple pomace and de-oiled hazelnut. 6 different lactic acid bacteria strains, both industrial and selected by DISAFA and filed in the TUCC (Turin University Culture Collection) with a strain with probiotic potential, were used for fermentations. Fermentations were conducted and monitored for 24 hours, in which fermentative and acidification trends were assessed. At the end of the fermentation sugars consume and organic acids production were assessed by liquid chromatography (HPLC), moreover the production of volatile compounds was analyzed with mass gaschromatography-spectrometry (GC-MS). The microbial viability was monitored for 14 days after the fermentation during incubation at refrigeration temperatures. The different flours were found to be eligible for both growth and activity of the lactic acid bacteria even if a different fermentative potential was assessed relative to the different beverages. Lactic populations starting from values of 7 log CFU/ml reached counts of up to 9.5 log CFU/ml, which in most experiments remained stable even during the 14-day storage period at refrigeration temperatures. Analysis of volatile compounds showed in particular the production of aromatic molecules such as acetoin and diacetyl, significant differences of the different classes of compounds emerged after 24 hours of fermentation in relation to the strains involved in the fermentation process. The results of this study highlight the potential applicability of the by-products under analysis for lactic fermentations and provide the basis for the subsequent development of innovative products for which technological optimization is necessary, both in terms of rheological properties and sensory characteristics. Of relevant importance is the choice of strain in relation to the type of by-product to be fermented. In conclusion, this work stands as a preliminary study to attest to one of the possible avenues of upcycling in food, and the results attest to its research and development potential for a wide range of innovative functional products.

Lo sviluppo di alimenti fermentati innovativi e funzionali rappresenta un argomento di particolare rilevanza considerata la crescente attenzione del consumatore a cibi con azione benefica sulla salute umana, oltre che alla ricerca di prodotti alternativi non caseari per soddisfare le esigenze legate a diete diverse, che riescano a coniugare le caratteristiche nutrizionali alla sostenibilità ambientale. Considerando la quantità di scarti nelle produzioni alimentari, diversi studi ne teorizzano il riutilizzo come ingredienti in rapporto minimo rispetto agli altri componenti dell’alimento. In questo ambito si colloca il presente lavoro di tesi che si pone l’obiettivo di valutare il potenziale fermentativo di batteri lattici su substrati composti interamente da sottoprodotti frutticoli al fine di produrre delle bevande funzionali innovative. Sono state condotte prove di fermentazione su farine reidratate di vinacce di moscato, bucce di fave di cacao, bucce di mela e nocciole disoleate. Sono stati utilizzati 6 ceppi di batteri lattici appartenenti a specie diverse, sia industriali che isolati e selezionati dal DISAFA e presenti nella collezione microbica TUCC (Turin University Culture Collection), di cui uno con potenzialità probiotiche. Le fermentazioni sono state condotte e monitorate per 24 ore in cui sono stati rilevati gli andamenti fermentativi in termini di crescita microbica e curve di acidificazione. Al termine delle 24 ore sono stati analizzati il consumo di zuccheri e la produzione di acidi organici con l’utilizzo della cromatografia liquida (HPLC) e le componenti volatili mediante Gascromatografia-spettrometria di massa (GC-MS). È stata inoltre monitorata la vitalità microbica per 14 giorni a temperatura di refrigerazione. I substrati sono risultati idonei per la crescita e per l’attività dei batteri lattici ma una differente capacità fermentativa è emersa in relazione ai ceppi utilizzati sui diversi substrati. Le popolazioni lattiche partendo da valori di 7 log UFC/ml hanno raggiunto conte fino a 9,5 log UFC/ml che nella maggior parte delle sperimentazioni si sono mantenute stabili anche durante il periodo di stoccaggio di 14 giorni a temperature di refrigerazione. Le analisi delle componenti volatili hanno evidenziato in particolare la produzione di molecole aromatiche quali acetoino e diacetile, differenze significative delle diverse classi di composti sono emerse dopo le 24 ore di fermentazione in relazione ai ceppi coinvolti nel processo fermentativo. I risultati di questo studio evidenziano la potenziale applicabilità dei sottoprodotti oggetto di analisi per fermentazioni lattiche e forniscono le basi per la successiva messa a punto di prodotti innovativi per i quali è necessaria un’ottimizzazione tecnologica, sia per ciò che concerne le proprietà reologiche che per le caratteristiche sensoriali. Di rilevante importanza risulta la scelta del ceppo in relazione alla tipologia di sottoprodotto da fermentare. In conclusione, questo lavoro si pone come studio preliminare per attestare una delle possibili vie di upcycling in ambito alimentare e i risultati ne attestano la possibilità di ricerca e di sviluppo per una vasta gamma di prodotti funzionali innovativi.