La barbabietola rossa (Beta vulgaris L. var rubra) è una matrice botanica e alimentare di vasto interesse nutraceutico, alimentare e tecnologico: la combinazione di fattori agricoli, reperibilità e consumo comune, benefit nutrizionali e salutistici ne fanno un modello ideale per lo sviluppo e la validazione di un metodo di estrazione e quantificazione dei suoi bioattivi caratterizzanti. La barbabietola è infatti una delle fonti naturali più ricche di nitrati, ma anche di composti come betalaine, acido ascorbico e composti fenolici, i quali conferiscono resistenza verso lo stress ossidativo. I nitrati rappresentano una risorsa importante per il corretto funzionamento dei processi fisiologici e metabolici dell’organismo. Negli ultimi anni l’interesse verso questi composti è cresciuto, con particolare rilevanza nell’ambito sportivo: evidenze scientifiche ne supportano il ruolo nell’ottimizzazione della performance fisica, in particolare nelle fasi di endurance. L’assunzione di nitrati di origine naturale e vegetale è infatti associata a un miglioramento dell’efficienza mitocondriale e muscolare, a una riduzione del costo energetico dell’esercizio attraverso la via nitrato-nitrito-ossido nitrico. In un’ottica di sostenibilità, risulta strategico disporre di modelli agricoli resilienti e versatili per lo sviluppo di procedure analitiche rapide e a ridotto impatto ambientale, che conducano alla caratterizzazione e alla standardizzazione di ingredienti funzionali e dei relativi estratti e by-product; la barbabietola anche sotto questo punto di vista rappresenta un modello di studio ideale. Queste caratteristiche sono coerenti con l’approccio Life Cycle Thinking e con i Sustainable Development Goals. Obiettivo principale della tesi è stato lo sviluppo di un metodo semplice, rapido e sostenibile per l’estrazione dei nitrati dalla barbabietola utilizzando acqua come solvente “green”. In parallelo, è stato implementato e validato un metodo HPLC per l’identificazione selettiva e la quantificazione accurata dei nitrati in estratti complessi, con tempi di corsa ridotti, idoneità all’applicazione routinaria in laboratorio. Il metodo sviluppato rappresenta uno strumento utile per: • Laboratori di controllo qualità alimentare e nutraceutico che necessitino di procedure rapide e sostenibili; • Aziende produttrici di succhi ed estratti di barbabietola che vogliano monitorare il contenuto di nitrati nel prodotto finale; • Centri di ricerca interessati allo studio del metabolismo dei nitrati, alla loro biodisponibilità e agli effetti fisiologici; • Aziende alimentari e nutraceutiche che vogliano sviluppare nuovi ingredienti sostenibili da by-product (pectina da barbabietola). Entrambi i metodi, pur essendo progettati per essere essenziali e facilmente implementabili in laboratorio, possono essere potenzialmente scalati su scala industriale. Per verificarne la versatilità, il metodo è stato applicato a un ingrediente commerciale a base di barbabietola standardizzato in nitrati in UV (BETALYN® Sport – sviluppato da FlaNat Research Italia srl), ottenendo risultati coerenti con le specifiche dichiarate e con i valori riportati in letteratura. Inoltre, è stata condotta una digestione in vitro sull’estratto validato al fine di valutare la stabilità, la funzionalità e la bioaccessibilità dei nitrati in condizioni gastrointestinali simulate. Nel complesso, il lavoro propone un protocollo riproducibile che integra principi di sostenibilità, ottimizzazione statistica e performance analitica: in definitiva un approccio potenziale per attività di ricerca nel settore nutraceutico e alimentare.
Red beetroot (Beta vulgaris L. var. rubra) is a botanical and food matrix of broad nutraceutical, food, and technological interest: the combination of agricultural factors, availability and common consumption, nutritional and health benefits makes it an ideal model for the development and validation of a method for the extraction and quantification of its characteristic bioactives. Beetroot is in fact one of the richest natural sources of nitrates, but also of compounds such as betalains, ascorbic acid, and phenolic compounds, which confer resistance against oxidative stress. Nitrates represent a valuable resource for the proper functioning of the physiological and metabolic processes of the body. In recent years, interest in these compounds has increased, with particular relevance in the sports field: scientific evidence supports their role in the optimization of physical performance, particularly during endurance phases. The intake of nitrates of natural and plant origin is in fact associated with an improvement in mitochondrial and muscular efficiency, and with a reduction in the energetic cost of exercise through the nitrate–nitrite–nitric oxide pathway. From a sustainability perspective, it is strategic to have resilient and versatile agricultural models for the development of rapid analytical procedures with reduced environmental impact, leading to the characterization and standardization of functional ingredients and their related extracts and by-products; beetroot, also from this point of view, represents an ideal study model. These characteristics are consistent with the Life Cycle Thinking approach and with the Sustainable Development Goals. The main objective of the thesis was the development of a simple, rapid, and sustainable method for the extraction of nitrates from beetroot using water as a “green” solvent. In parallel, an HPLC method was implemented and validated for the selective identification and accurate quantification of nitrates in complex extracts, with reduced run times, suitability for routine laboratory application. The developed method represents a useful tool for: • Food and nutraceutical quality control laboratories that require rapid and sustainable procedures; • Companies producing beetroot juices and extracts that wish to monitor nitrate content in the final product; • Research centres interested in the study of nitrate metabolism, their bioavailability, and physiological effects; • Food and nutraceutical companies that wish to develop new sustainable ingredients from by-products (beetroot pectin). Both methods, while being designed to be essential and easily implementable in the laboratory, can be potentially scaled up to the industrial level. To verify its versatility, the method was applied to a commercial beetroot-based ingredient standardized in nitrates in UV (BETALYN® Sport – developed by FlaNat Research Italia srl), obtaining results consistent with the declared specifications and with values reported in the literature. Furthermore, an in vitro digestion was conducted on the validated extract in order to evaluate the stability, functionality, and bioaccessibility of nitrates under simulated gastrointestinal conditions. Overall, the work proposes a reproducible protocol that integrates principles of sustainability, statistical optimization, analytical performance and a potential approach for research activities in the nutraceutical and food sector.
Un approccio rapido e sostenibile per l’estrazione di composti bioattivi da Beta vulgaris L.
FOLLADORI, LUDOVICA
2024/2025
Abstract
La barbabietola rossa (Beta vulgaris L. var rubra) è una matrice botanica e alimentare di vasto interesse nutraceutico, alimentare e tecnologico: la combinazione di fattori agricoli, reperibilità e consumo comune, benefit nutrizionali e salutistici ne fanno un modello ideale per lo sviluppo e la validazione di un metodo di estrazione e quantificazione dei suoi bioattivi caratterizzanti. La barbabietola è infatti una delle fonti naturali più ricche di nitrati, ma anche di composti come betalaine, acido ascorbico e composti fenolici, i quali conferiscono resistenza verso lo stress ossidativo. I nitrati rappresentano una risorsa importante per il corretto funzionamento dei processi fisiologici e metabolici dell’organismo. Negli ultimi anni l’interesse verso questi composti è cresciuto, con particolare rilevanza nell’ambito sportivo: evidenze scientifiche ne supportano il ruolo nell’ottimizzazione della performance fisica, in particolare nelle fasi di endurance. L’assunzione di nitrati di origine naturale e vegetale è infatti associata a un miglioramento dell’efficienza mitocondriale e muscolare, a una riduzione del costo energetico dell’esercizio attraverso la via nitrato-nitrito-ossido nitrico. In un’ottica di sostenibilità, risulta strategico disporre di modelli agricoli resilienti e versatili per lo sviluppo di procedure analitiche rapide e a ridotto impatto ambientale, che conducano alla caratterizzazione e alla standardizzazione di ingredienti funzionali e dei relativi estratti e by-product; la barbabietola anche sotto questo punto di vista rappresenta un modello di studio ideale. Queste caratteristiche sono coerenti con l’approccio Life Cycle Thinking e con i Sustainable Development Goals. Obiettivo principale della tesi è stato lo sviluppo di un metodo semplice, rapido e sostenibile per l’estrazione dei nitrati dalla barbabietola utilizzando acqua come solvente “green”. In parallelo, è stato implementato e validato un metodo HPLC per l’identificazione selettiva e la quantificazione accurata dei nitrati in estratti complessi, con tempi di corsa ridotti, idoneità all’applicazione routinaria in laboratorio. Il metodo sviluppato rappresenta uno strumento utile per: • Laboratori di controllo qualità alimentare e nutraceutico che necessitino di procedure rapide e sostenibili; • Aziende produttrici di succhi ed estratti di barbabietola che vogliano monitorare il contenuto di nitrati nel prodotto finale; • Centri di ricerca interessati allo studio del metabolismo dei nitrati, alla loro biodisponibilità e agli effetti fisiologici; • Aziende alimentari e nutraceutiche che vogliano sviluppare nuovi ingredienti sostenibili da by-product (pectina da barbabietola). Entrambi i metodi, pur essendo progettati per essere essenziali e facilmente implementabili in laboratorio, possono essere potenzialmente scalati su scala industriale. Per verificarne la versatilità, il metodo è stato applicato a un ingrediente commerciale a base di barbabietola standardizzato in nitrati in UV (BETALYN® Sport – sviluppato da FlaNat Research Italia srl), ottenendo risultati coerenti con le specifiche dichiarate e con i valori riportati in letteratura. Inoltre, è stata condotta una digestione in vitro sull’estratto validato al fine di valutare la stabilità, la funzionalità e la bioaccessibilità dei nitrati in condizioni gastrointestinali simulate. Nel complesso, il lavoro propone un protocollo riproducibile che integra principi di sostenibilità, ottimizzazione statistica e performance analitica: in definitiva un approccio potenziale per attività di ricerca nel settore nutraceutico e alimentare.| File | Dimensione | Formato | |
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https://hdl.handle.net/20.500.14239/33802