Technological Strategies for the Sustainable Valorisation of Fruit and Vegetable Waste

Il processo produttivo di derivati di frutta e verdura genera enormi quantità di scarto, che comporta la perdita di prodotti ad alto valore, elevati costi di gestione ed un notevole impatto ambientale. Per queste ragioni, negli ultimi anni, molta attenzione è stata dedicata alla valorizzazione degli scarti vegetali attraverso la loro trasformazione in derivati ad alto valore aggiunto. Sebbene la valorizzazione sia comunemente ritenuta vantaggiosa da un punto di vista economico ed ambientale, in realtà i dati disponibili su costi e richieste energetiche dei processi di valorizzazione, e sulla reazione dei consumatori nei confronti dei prodotti di valorizzazione sono molto limitati. Sulla base di queste considerazioni, lo scopo del progetto di Dottorato “Strategie Tecnologiche per la Valorizzazione Sostenibile di Scarti Vegetali” è stato quello di sviluppare un approccio razionale alla valorizzazione degli scarti vegetali, in grado di garantire l’ottenimento di prodotti ad alto valore aggiunto, nonché la loro fattibilità tecnica, senza tralasciare la stima del livello di accettazione da parte dei consumatori e dell’impatto economico ed ambientale. L’approccio sviluppato nel corso del progetto consiste di 4 passaggi: caratterizzazione dello scarto, definizione dei prodotti di valorizzazione, design del processo produttivo e studio di fattibilità. Questo approccio è stato validato sugli scarti derivanti dalla produzione di insalata di IV gamma (foglie esterne e torsoli), succo di pesca (bucce e polpa residua) e latte di soia (okara). In particolare, la fase di caratterizzazione ha evidenziato che lo scarto generato durante la trasformazione di questi prodotti varia dal 10 al 40%. Nonostante l’elevato contenuto di acqua (>76%), questi scarti presentano rilevanti quantità di fibre (>26% su base secca) e composti fenolici (>2.0 GAE/g su base secca). Sulla base di queste caratteristiche sono stati identificati diversi possibili prodotti di valorizzazione e i corrispondenti processi produttivi, basati sull’utilizzo di tecnologie sia tradizionali che innovative e sostenibili: (i) dagli scarti di insalata e dall’okara, sfruttando l’omogeneizzazione ad alta pressione, sono stati prodotti smoothies pronti all’uso; (ii) dagli scarti di insalata e di pesca, utilizzando ultrasuoni e microonde, sono stati ottenuti estratti antiossidanti; (iii) dagli scarti di insalata, disidratati e macinati, è stata ricavata una farina funzionale; (iv) l’applicazione dell’essiccamento supercritico ha infine consentito di convertire gli scarti di insalata in un materiale poroso con elevata capacità assorbente. I prodotti di valorizzazione così ottenuti sono stati analizzati in termini di accettabilità sensoriale e attitudine dei consumatori, al fine di evidenziarne le potenzialità di mercato. A questo scopo, è stato preso in considerazione il caso studio degli scarti di insalata, applicando metodi consumer-based. I risultati ottenuti hanno dimostrato la possibilità di sfruttare claims nutrizionali e ambientali per promuovere il consumo di alimenti derivati da scarti vegetali. Infine, è stato applicato un metodo multi-objective per stimare l’impatto economico ed ambientale delle strategie di valorizzazione proposte, se applicate su scala industriale. L’approccio sviluppato in questo progetto può essere considerato un flessibile strumento di supporto alle decisioni, in grado di guidare gli stakeholders verso una scelta consapevole circa gli investimenti nelle strategie di valorizzazione più sostenibili.

Fruit and vegetable processing generates huge amounts of waste, which represents a wastage of valuable biomass and is characterised by high management cost and environmental impact. For these reasons, great attention has been dedicated in the last years to fruit and vegetable waste (FVW) valorisation, by its exploitation to produce value-added derivatives. Although it is generally assumed that FVW valorisation would deliver economic and environmental advantages, really few data on cost and energetic requirements of valorisation processes as well as on consumer response towards valorisation products are currently available. Based on these considerations, the aim of the Ph.D. research project “Technological Strategies for the Sustainable Valorisation of Fruit and Vegetable Waste” was to develop a rational approach to FVW valorisation, useful to guarantee the production of value-added derivatives, but also to assess their technical feasibility, consumer acceptance, economic and environmental impact. The developed rational approach to FVW valorisation consists in four steps: waste characterisation, output definition, process design and feasibility study. This approach was validated on waste deriving from the production of fresh-cut lettuce (external leaves and cores), peach juice (pomace) and soy milk (okara). In particular, the characterisation step highlighted that waste generated during the processing of these vegetables ranges from 10 to 40%. Although the high water content (>76%), these wastes are particularly rich in fibre (>26% on dry weight basis) and polyphenolic compounds (>2.0 GAE/g of dry weight). Based on waste characteristics, different possible outputs were defined and specific processes exploiting the application of either traditional or novel sustainable technologies were designed: (i) convenient functional smoothies were produced from lettuce waste and okara using high pressure homogenization; (ii) antioxidant extracts were produced from lettuce waste and peach pomace using ultrasounds and microwaves; (iii) functional flour was obtained by air-drying and grinding of lettuce waste; (iv) supercritical-CO2-drying of lettuce waste allowed obtaining a porous material with high solvent loading capacity. The obtained valorisation outputs were then evaluated for their sensory acceptability and consumer response, in order to estimate their market potential. To this aim, the lettuce waste study-case, was analysed by the application of consumer-based methodologies. Obtained results highlighted the possibility to exploit nutritional and environmental claims to promote consumption of waste-derived food. Finally, a multi-objective method was applied to estimate the economic and environmental impact of the proposed valorisation strategies on an industrial scale. The developed approach could be considered a flexible decision support tool to guide stakeholders’ aware choice and investment in the most sustainable valorisation strategies.