Utilizzo dei sottoprodotti del seme di canapa industriale come ingredienti alimentari: ottimizzazione della qualità sensoriale e tecno-funzionale mediante approcci biotecnologici, e valutazione morfologica delle proprietà antinfiammatorie e antiossidanti attraverso studi in vivo e in vitro

The research subject of this doctoral thesis is part of the project ‘PON Research and Innovation 2014-2020’, Action IV.5.I ‘Doctorates on Green topics’ entitled ‘Alternative and sustainable ingredients and foods from by-products of emerging agri-food supply chains. The industrial hemp supply chain'. The project enjoyed a close collaboration with the company ‘Molino Crisafulli’, a historic mill located in Caltagirone, Sicily, Italy. The selected company follows the entire production chain of industrial hemp, dealing with the selection of varieties, cultivation, seed harvesting, the production of hemp seed oil through cold mechanical pressing and, finally, the production of flour and protein concentrate through stone milling and refining of the seed cake, a by-product of the extraction process. In line with the principles of circular economy and environmental and food sustainability that suggest the valorisation and reuse of by-products of agro-food processes, the research work carried out as part of the PhD program included firstly the nutritional and techno-functional characterisation of hemp seed cake flour (HSCF) and protein concentrate (HSPC) to assess their suitability for use as food ingredients and, subsequently, the development of formulations enriched with HSCF and HSPC for the production of nutraceutical food products. The results showed a limited sensory quality and consequently low consumer acceptability of the developed products. Considering this, research focused on improving the sensory and techno-functional characteristics of by-products through a biotechnological approach involving commercial proteases, alone or in combination with (commercial) carbohydrases. Enzymatically treated flours were characterised for their techno-functional and sensory properties and nutraceutical activity in vitro and in vivo. The hydrolysed flours (HSCF and HSPC) presented different technological properties compared to the untreated flours and a markedly improved sensory profile with the reduction of the bitter aftertaste and the reduction of the vegetable and herbal notes typical of hemp seed by-products. In addition, in vitro and in vivo tests showed an enhancement of the antioxidant and anti-inflammatory activities of the flours. Ultimately, this research work has made it possible to highlight the excellent nutritional properties of hemp seed by-products and to develop and optimise a method to overcome the sensory defects that limit their large-scale use in the food sector.

La ricerca oggetto della presente tesi di dottorato rientra nel progetto “PON Ricerca e Innovazione 2014-2020”, Azione IV.5.I “Dottorati su tematiche Green” intitolato “Ingredienti e alimenti alternativi e sostenibili da sottoprodotti di filiere agroalimentari emergenti. La filiera della canapa industriale”. Il progetto si è avvalso di una stretta collaborazione con l’azienda “Molino Crisafulli”, storico mulino situato a Caltagirone, Sicilia, Italia. L’azienda selezionata segue l’intera filiera di produzione della canapa industriale, occupandosi della selezione delle varietà, della coltivazione, della raccolta dei semi, della produzione di olio di semi di canapa attraverso spremitura meccanica a freddo e, infine, della produzione di farina e concentrato proteico mediante macinazione a pietra e raffinazione del panello di semi, sottoprodotto del processo di estrazione. In linea con i principi di economia circolare e sostenibilità ambientale e alimentare che suggeriscono la valorizzazione e il riutilizzo dei sottoprodotti dei processi agroalimentari, il lavoro di ricerca svolto nell’ambito del dottorato ha previsto, dapprima, la caratterizzazione nutrizionale e tecno-funzionale della farina di panello di semi di canapa (HSCF) e del concentrato proteico (HSPC) per valutarne l’idoneità all’utilizzo quali ingredienti alimentari e, successivamente, lo sviluppo di formulazioni arricchite con HSCF e HSPC per la produzione di prodotti alimentari nutraceutici. I risultati ottenuti hanno evidenziato una limitata qualità sensoriale e la conseguente scarsa accettabilità dei prodotti sviluppati da parte dei consumatori. Alla luce di ciò, la ricerca è proseguita incentrandosi sul miglioramento delle caratteristiche sensoriali e tecno-funzionali di sottoprodotti attraverso un approccio biotecnologico che ha previsto l’uso di proteasi commerciali, da sole o in combinazione con carboidrasi (commerciali). Le farine trattate enzimaticamente sono state caratterizzate per le loro proprietà reologiche e sensoriale e per l’attività antinfiammatorie e antiossidanti in vitro e in vivo. Le farine (HSCF e HSPC) idrolizzate presentavano proprietà tecnologiche differenti rispetto alle farine non trattate e un profilo sensoriale nettamente migliorato con l’abbattimento del retrogusto amaro e la riduzione delle note vegetali ed erbacce tipiche dei sottoprodotti del seme di canapa. In aggiunta, i test in vitro e in vivo, hanno evidenziato un potenziamento delle attività antiossidante ed antinfiammatoria delle farine. In definitiva, il presente lavoro di ricerca ha permesso di evidenziare le ottime proprietà nutrizionali dei sottoprodotti dei semi di canapa e di sviluppare e ottimizzare un metodo per superare i difetti sensoriali che ne limitano l’utilizzo in larga scala nel settore alimentare.