Ottimizzazione delle condizioni estrattive per il recupero di polifenoli da coffee silverskin tramite Design of Experiment = Optimization of extraction conditions for the recovery of polyphenols from coffee silverskin through Design of Experiment

Questa tesi sperimentale ha come scopo il recupero di polifenoli dal coffee silverskin (CS), un sottoprodotto ricavato dal processo di tostatura del caffè. L’interesse nei confronti di questi composti bioattivi è dovuto al loro potere antiossidante e ai loro potenziali effetti benefici sulla salute. L’obiettivo è quello di condurre un’estrazione che risulti meno impattante dal punto di vista ambientale e, al contempo, consenta di recuperare un’alta concentrazione di polifenoli. A questo scopo, si sono determinate le condizioni operative ottimali di estrazione che permettono di ottenere un massimo contenuto totale di polifenoli (TPC) nell’estratto di CS. Le variabili esaminate sono state la temperatura (T), il rapporto solvente/biomassa (S/B) e la percentuale in volume di etanolo nel solvente idroalcolico (%EtOH). I vantaggi dell’utilizzo di etanolo sono molteplici: la non tossicità per l’uomo e per l’ambiente, il basso costo e la possibile generazione per vie biologiche alternative. Nella prima fase dell’attività sperimentale, il Design of Experiment (DOE) ha consentito la ricerca delle condizioni operative ottimali (T, S/B, %EtOH) variando contemporaneamente le 3 variabili su 3 livelli e minimizzando il numero di esperimenti. L’elaborazione dei risultati sperimentali è stata affidata al software CAT (Chemometric Agile Tool), il quale ha permesso di concludere che T ed S/B sono i parametri che più influenzano la resa estrattiva. In particolare, l’incremento della temperatura e/o del rapporto solvente/biomassa ha effetti benefici sul TPC. L’incremento della percentuale di etanolo ha un impatto meno marcato sulla risposta del sistema ma è stato verificato che una percentuale intermedia di etanolo, pari al 50%, è preferibile rispetto all’impiego di solvente puro. Nella seconda fase, è stata studiata la cinetica del processo estrattivo al fine di definire il tempo ottimale di estrazione. Il modello di Peleg è stato utilizzato per fittare i risultati sperimentali. Questo modello ha permesso di confrontare 3 operazioni estrattive differenti: estrazione con solvente alle condizioni operative ottimali, estrazione assistita da ultrasuoni alle condizioni operative ottimali ed estrazione assistita da ultrasuoni a temperatura ambiente. Il risultato di questa indagine ha suggerito che l’applicazione degli ultrasuoni ha effetti benefici sulla resa estrattiva soprattutto agli istanti iniziali ma col procedere dell’operazione l’estrazione con solvente sembra essere più competitiva. L’attività antiossidante dell’estratto polifenolico è stata valutata mediante il saggio DPPH, il quale monitora la capacità di riduzione degli antiossidanti nei confronti del radicale libero DPPH⸱. Questo test ha mostrato un potere antiossidante confrontabile con quello dell’acido ascorbico, uno dei composti più antiossidanti. In ultima analisi, l’estratto ricavato dal CS è stato caratterizzato tramite HPLC. I risultati hanno evidenziato alti livelli nel contenuto di caffeina e acido clorogenico. Le loro proprietà fotoprotettive, anti-age e antiossidanti hanno suggerito di produrre una formulazione cosmetica a base dell’estratto polifenolico. La crema ottenuta si è attestata soddisfacente in termini di texture, spalmabilità e proprietà organolettiche.