Caratterizzazione fitochimica, frazionamento chimico e valutazione dell'attività antiossidante dei sottoprodotti di Hylocereus polyrizhus

Hylocereus polyrizhus, commonly known as Pitaya or Dragon Fruit, is a species of flowering cactus belonging to the Cactaceae family. Originally native to Central America, it has rapidly spread across the world in recent years, including regions such as Italy. Although typically regarded as a waste product in industrial processing, the peel of the fruit is rich in bioactive compounds with antioxidant properties. Recovering these by-products represents a valid strategy to reduce the pressure that food waste places on social, environmental, and economic systems. In fact, food waste represents one-third of global agricultural production and poses a significant challenge in a world facing continuous population growth, diminishing resources, and the substantial environmental impact of food production, which contributes to climate change, soil erosion, water pollution, and biodiversity loss. In recent years, there has been growing interest in exploring food industry by-products, particularly from fruits and vegetables, as sources of bioactive compounds. This is also due to increasing demand for these molecules in the nutraceutical, cosmetic, and pharmaceutical sectors. Fruits and vegetables contain a wide variety of compounds, such as vitamins, tannins, phenolic compounds, carotenoids, and nitrogen-containing molecules, many of which have been linked to a reduced risk of diseases associated with oxidative stress. In this study, we aimed to analyze the phytochemical composition and antioxidant activity of an extract obtained from the peel of Hylocereus polyrizhus (Sunset variety from Costa Rica), cultivated in Sicily. The goal is to explore the potential use of its phytochemicals in the nutraceutical field. In the first phase of the study, the composition of the total peel extract was assessed using UV/Vis spectrophotometric techniques to quantify total polyphenols (TPC, via the Folin-Ciocalteu method), total flavonoids (TFC, using the ferric chloride assay), proanthocyanidins (TPAC, via the DMAC assay), and betalains (TBC, using the differential pH assay) in an ethanolic extract of the peel. Following these preliminary analyses, further investigations were conducted using high-performance liquid chromatography coupled with mass spectrometry (HPLC-DAD-MS/MS) to identify individual compounds. In parallel, the in vitro antioxidant activity was assessed using spectrophotometric assays, including radical scavenging activity (DPPH and ABTS), reducing power (FRAP), and cellular antioxidant activity (CAA). To identify the compounds responsible for the observed antioxidant effects, the extract was subjected to Flash chromatography, allowing the isolation of fractions enriched in specific target compounds. These fractions were then subsequently analyzed both spectrophotometrically and by HPLC-DAD-MS/MS to further characterize the classes of bioactive compounds responsible for the antioxidant activity. This study enabled the characterization of the main components present in the Pitaya peel extract, confirming the extract's effectiveness in neutralizing free radicals and enhancing antioxidant defenses at the cellular level. Furthermore, the fractionation process made it possible to attribute the observed antioxidant activities to specific chemical classes, providing a deeper understanding of the mechanisms behind its overall antioxidant properties.

Hylocereus polyrizhus, Pitaya o Frutto del drago, è una specie di cactus fiorito appartenente alla famiglia delle Cacataceae. Sebbene originario dell’America Centrale negli ultimi anni ha visto una rapida diffusione in tutto il mondo, Italia compresa. La buccia rappresenta uno scarto del processo industriale, tuttavia questa è ricca di componenti bioattivi ad azione antiossidante. Il recupero di questi sottoprodotti rappresenta una valida strategia per diminuire la pressione che gli scarti alimentari esercitano a livello sociale, ambientale ed economico. Questi, infatti, rappresentano 1/3 della produzione agricola mondiale e si caratterizzano come una problematica di primaria importanza in un contesto mondiale caratterizzato da una crescita demografica costante, dalla progressiva riduzione delle risorse disponibili e dal forte impatto ambientale delle produzioni alimentari, responsabili del cambiamento climatico, dell’erosione del suolo, dell’inquinamento delle acque e della diminuzione della biodiversità. Negli ultimi anni si è sviluppato un crescente interesse nello studio dei sottoprodotti dell’industria alimentare, in particolare frutta e verdura, come fonti di composti bioattivi, dovuto anche ad una sempre maggiore richiesta di queste molecole in ambito nutraceutico, cosmetico e farmaceutico. La frutta e la verdura contengono infatti, composti come vitamine, tannini, composti fenolici, carotenoidi e betalaine in grado di ridurre il rischio di insorgenza di diverse patologie legate allo stress ossidativo. In questo studio ci siamo proposti di analizzare la composizione fitochimica e l’attività antiossidante di un estratto ottenuto dalla buccia di Hylocereus polyrizhus (varietà Sunset del Costa Rica), coltivata in Sicilia, con l’obiettivo di esplorare il potenziale impiego dei composti fitochimici in ambito nutraceutico. Nella prima fase dello studio abbiamo valutato la composizione dell’estratto totale della buccia tramite tecniche spettrofotometriche UV/Vis per la quantificazione di polifenoli totali (TPC, mediante metodo Folin-Ciocalteu), flavonoidi totali (TFC, con saggio dell’alluminio ferrico), proantocianidine (TPAC, mediante saggio DMAC) e betalaine (TBC, con saggio del pH differenziale). A seguito di queste analisi preliminari sono state condotte altre indagini tramite cromatografia liquida ad alta pressione accoppiata a spettroscopia di massa (HPLC-DAD-MS/MS) per l’identificazione dei singoli composti. Allo stesso tempo è stata valutata l’attività antiossidante in vitro sempre tramite saggi spettrofotometrici; in particolare è stata valutato il radical scavenging (DPPH e ABTS), l’attività riducente (FRAP) e l’attività antiossidante cellulare (CAA). Per identificare i composti responsabili degli effetti antiossidanti osservati, l’estratto è stato sottoposto a cromatografia Flash, che ha permesso di isolare frazioni arricchite in specifici composti target. Tali frazioni sono state nuovamente analizzate spettrofotometricamente e mediante HPLC-DAD-MS/MS per caratterizzare le classi di composti bioattivi responsabili dell’attività antiossidante. Questo studio ha permesso di caratterizzare le principali componenti presenti nell’estratto della buccia di Pitaya, e di confermare l’efficacia dell’estratto nella neutralizzazione dei radicali liberi e nel miglioramento delle difese antiossidanti a livello cellulare. Il frazionamento ha inoltre permesso di attribuire le attività antiossidanti osservate a specifiche classi chimiche, fornendo una comprensione più approfondita dei meccanismi di azione delle proprietà antiossidanti globali.