Per la produzione di 1 kg di oro rosso, il pregiato stigma dello zafferano, 80 kg di petali del suo fiore vengono fatti uscire dal ciclo produttivo e diventano uno scarto (1).

Questi petali sono però una ricca fonte di composti fitochimici utili in campo alimentare e cosmetico e molte sono le aziende che negli ultimi anni iniziano a studiarli ed utilizzarli in questi settori (2).

A colorare di arancione, giallo e viola il fiore dello zafferano sono infatti numerosi composti della classe dei polifenoli, antiossidanti per eccellenza molto diffusi nel mondo vegetale, ampiamente utilizzati in ambito cosmetico e non solo principalmente per le loro proprietà anti-age e anti-macchia (2,3,4,5).

La coltivazione dello zafferano non era diffusa nelle Dolomiti fino a qualche tempo fa, infatti la distribuzione della specie era limitata alla sola zona prealpina. Recentemente una cooperativa di agricoltori ha iniziato a coltivare bulbi di zafferano nel territorio dolomitico, nella provincia di Belluno, con ottimi risultati.

La pianta si è sorprendentemente ben adattata alle condizioni di altitudine, temperatura e suolo della zona di montagna. Nel 2017 è nata così la cooperativa Zafferano Dolomiti^® che è specializzata nella coltivazione dello zafferano nelle Dolomiti e riunisce 42 piccoli agricoltori della provincia di Belluno, per una superficie totale coltivata di 5000 m² (6).

SARA FERRARI

Unifarco S.p.A. | Italia

Sara Ferari

Ingredients Innovation Specialist

Dopo la laurea in Farmacia presso l’Università degli Studi di Padova ho conseguito un Master in Fitoterapia presso l’Università degli Studi di Siena.

Ora lavoro nell’azienda Unifarco S.p.A., dove mi occupo di ricerca e sviluppo nel campo degli estratti naturali e di materie prime innovative ad uso cosmetico e nutraceutico.

Filiera locale e up-cycling

Facendo nascere una stretta collaborazione tra aziende dello stesso territorio, Unifarco S.p.A, l’azienda produttrice dell’estratto e Zafferano Dolomiti, la cooperativa di agricoltori che fornisce la materia prima vegetale, questo progetto ha volto al recupero e alla valorizzazione dei sottoprodotti di questa filiera locale per trasformarli in un ingrediente cosmetico che non esce dal ciclo produttivo ma anzi che aumenta la sua qualità e valore: non un semplice riciclo quindi ma un UP-cycling.

È stato calcolato mediante analisi LCA (Life Cycle Analysis, Analisi del ciclo di vita) il Carbon Footprint, ossia la produzione di CO₂ che la materia prima necessita per la sua lavorazione, produzione ed estrazione. Il calcolo della Carbon Footprint di un una materia prima comprende tutte le emissioni di gas ad effetto serra lungo l’intero ciclo di vita della materia prima.

La filiera corta e il processo da up-cycling sono i fattori che hanno contribuito maggiormente alla riduzione della produzione di CO₂ dell’estratto ottenuto che si è misurata essere di 0,25 kg CO₂ eq/kg prodotto; per produrre quindi un chilo di estratto la produzione di CO₂ è di 0,25 chili.

Il metodo estrattivo

La scelta del giusto solvente e metodo per estrarre il fitocomplesso dei petali di zafferano influenza:

1) la quantità degli attivi estratti,

2) la qualità degli attivi estratti,

3) la sostenibilità del processo,

4) la sicurezza e l’efficacia,

5) il costo finale del prodotto.

Scegliere la via più classica, ossia una macerazione della droga vegetale in solventi idroalcolici, ha vantaggi notevoli per quanto riguarda rese e costi ma prevede una lunga fase di eliminazione dell’alcol per evaporazione che si traduce su scala industriale in elevata spesa di energia e tempo e in un aumentato impatto ambientale del processo.

Tenendo in considerazione i 5 fattori sopra descritti, a seguito di una serie di prove di estrazione con diversi solventi e metodi estrattivi, si è scelto di utilizzare per l’estrazione dei petali di zafferano una miscela di NaDES (Natural Deep Eutectic Solvent).

I NaDES sono composti naturali, metaboliti primari presenti nelle piante stesse, come acidi organici, aminoacidi e zuccheri che per le loro caratteristiche ioniche, uniti tra loro possono dare origine a una miscela la quale ha un punto di fusione significativamente più basso di quello dei singoli componenti (7). Miscelati tra loro possono essere utilizzati anche a temperatura ambiente per migliorare le rese di estrazione di alcuni metaboliti secondari. Mettendo a punto miscele apposite è possibile estrarre metaboliti sia polari sia apolari, a seconda dello scopo. In uno studio del 2013, Dai ed altri (8) hanno dimostrato per esempio che l’estrazione di composti fenolici dal Carthamus tintorius (noto come cartamo o zafferanone) usando NaDES differenti, composti da miscele di acidi organici, fosse più efficiente rispetto all’utilizzo di una soluzione di etanolo al 40%. Studi successivi, inoltre, hanno evidenziato come nei NaDES aumenti anche di 50-100 volte la solubilità di flavonoidi come la rutina, scarsamente solubili in acqua (9,10).

L’estratto è stato ottenuto dai petali di zafferano utilizzando come solvente una miscela eutettica costituita da betaina anidra (40%) e acido lattico (40%) in acqua (20%) mediante estrazione ad ultrasuoni a temperatura ambiente per 1 ora.

La caratterizzazione fitochimica

Le analisi fitochimiche sull’estratto condotte mediante analisi cromatografica con detector UV (HPLC-UV-DAD) hanno permesso di individuare e quantificare i flavonoidi, composti con spettro UV caratteristico a 350 nm. È stato confermato da queste analisi che il veicolo scelto è efficace nell’estrazione di composti flavonoidici anche poco solubili in acqua come i derivati di quercetina e kaempferolo.

Si riporta di seguito il cromatogramma a 350 nm.

Figura 2. Cromatogramma HPLC-UV-DAD a 350 nm dell’estratto di petali di zafferano.

I campioni sono stati analizzati anche mediante cromatografia di massa per permettere l’identificazione dei principali composti. L’analisi è stata eseguita con un cromatografo Agilent 1260 (Santa Clara, CA, USA) dotato di un 1260 diode array (DAD) e di una trappola ionica Agilent/Varian MS-500 (Santa Clara, CA, USA) come detectors. La separazione dei composti è stata ottenuta utilizzando come fase stazionaria una colonna Phenomenex Synergi 4 µm Max RP 3.0x150.

Si riportano nella tabella che segue i dati ottenuti mediante cromatografia di massa, le identificazioni dei composti principali, tempo di ritenzione, pattern di frammentazione e percentuale quantitativa rilevata nell’estratto espressa in peso su peso (% p/p).

Il picco prevalente risulta essere quello di kaempferol-di-glucopyranoside (m/z 609), seguito da quercetin-(caffeoyl)-glucoside e kaempferol-3-O-sophoroside-7-O-glucoside. Le identificazioni risultano in linea con i dati di letteratura (11).

Tabella 1. Identificazioni HPLC-DAD-MS dei principali composti individuati nell’estratto di petali zafferano.

Lo studio di efficacia anti-macchia

L' estratto ottenuto è stato testato in vitro a confronto con due molecole con nota azione depigmentante (Acido cogico e Feniletil resorcinolo) per la sua capacità di inibire la tirosinasi, un enzima chiave nella via sintetica della melanina.

L’estratto presenta numerosi composti con nota azione antimacchia, in particolare il kaempferolo e i suoi derivati, flavonoidi in grado di inibire l’enzima tirosinasi mediante chelazione del rame nel sito attivo dell’enzima (12). Inoltre, è stato considerato il possibile effetto di efficacia sinergica tra il fitocomplesso dello zafferano ed il veicolo estrattivo, in quanto l'acido lattico è un noto inibitore diretto della formazione di melanina (13).

L'estratto ha mostrato una buona attività inibente nei confronti dell’enzima tirosinasi (89,69%), superiore a quella dell'Acido cogico (65,14%) e paragonabile a quella del Feniletil resorcinolo (91,49%).

Figura 3. Istogramma rappresentativo dell’efficacia di inibizione % della tirosinasi dell’estratto di petali di zafferano a confronto con Acido cogico e Feniletil resorcinolo.

L'estratto di petali di zafferano, ottenuto mediante estrazione con NaDES (betaina-acido lattico-acqua), ha mostrato un'elevata attività anti-tirosinasica, paragonabile a quella del feniletil resorcinolo di riferimento. Questo risultato lo classifica come promettente principio attivo per un prodotto cosmetico ad azione sbiancante. L’estratto ottenuto mediante questa particolare tecnica di estrazione è risultato totalmente biocompatibile e ecocompatibile, pronto per l’utilizzo nella formulazione e completamente sicuro per l’uomo e per l’ambiente perché non volatile, non infiammabile e non tossico e con un basso Carbon Footprint.

Con l’obiettivo di creare un progetto sostenibile a livello sociale e ambientale, questo studio ha permesso inoltre di creare una filiera corta per la valorizzazione dei sottoprodotti vegetali derivati dalla coltivazione dello zafferano e per ottimizzare un’economia locale a sostegno di piccoli agricoltori del territorio dolomitico.

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