Polifenoli nell’alimentazione dei ruminanti e applicazione diretta nel prodotto finale

Introduzione

I polifenoli comprendono un ampio gruppo di oltre 8000 composti caratterizzati dalla presenza di molteplici gruppi fenolici associati in strutture più o meno complesse di alto peso molecolare. In natura si trovano solitamente coniugati a zuccheri e acidi organici e, in base al numero di anelli aromatici e alla loro affinità di legame per diversi composti, possono essere suddivisi in tre classi: flavonoidi, non flavonoidi e tannini (Figura 1). I flavonoidi rappresentano il più grande gruppo di polifenoli comprendente più di 4000 composti; in base alla loro struttura chimica, vengono distinti nelle seguenti sottoclassi: flavonoli, flavoni, flavanoli, flavanoni, antociani e isoflavoni. Il gruppo dei polifenoli non flavonoidi comprende acidi fenolici, lignani e stilbeni. I tannini, vengono distinti in idrolizzabili e condensati. Del primo gruppo fanno parte i tannini che in presenza di acidi forti si idrolizzano in glucosio e in acido ellagico (ellagiotannini) o acido gallico (gallotannini); si trovano nelle piante delle famiglie Leguminosae, Fabaceae, Combretaceae e Anacardiaceae. Dei condensati fanno parte i tannini con ridotto potere astringente che si trovano principalmente nelle bucce e nei vinaccioli d’uva. I polifenoli si trovano comunemente in quasi tutte le piante, in cui sono presenti in varie parti di esse, come radici, foglie, fiori, frutti e semi, e proteggono le piante dai parassiti e dai raggi UV (Scalbert et al., 2002; Petti and Scully, 2009). Gli effetti benefici dei polifenoli sono principalmente attribuiti alla loro proprietà antiossidante in quanto possono agire da scavenger, ovvero “spazzini” dei radicali liberi a seconda della loro struttura chimica (Rice-Evans, 2001).

Figura 1: Classi di polifenoli e fonti vegetali.

Lo stress ossidativo viene definito come “uno squilibrio tra ossidanti e antiossidanti a favore degli ossidanti” (Sies, 2000). Un aspetto particolarmente distruttivo dello stress ossidativo è l’eccessiva produzione delle specie reattive dell’ossigeno (ROS), come radicali liberi e perossidi, che non possono essere efficacemente neutralizzati dall’organismo (Durand et al., 2013; Zhong and Zhou, 2013). In condizioni di omeostasi, i ROS vengono disattivati da antiossidanti endogeni rappresentati da antiossidanti enzimatici (superossido dismutasi, catalasi e glutatione perossidasi) e antiossidanti non enzimatici (acido urico, glutatione, coenzima Q). Negli allevamenti di tipo intensivo gli animali sono spesso esposti all’ossidazione degli acidi grassi (lipoperossidazione), sia a causa della frequente esposizione allo stress ossidativo che a causa della loro alimentazione (Gladine et al., 2007). Lo stress ossidativo ha un ruolo cruciale nello sviluppo delle infiammazioni (Lauridsen, 2019), e il lavoro condotto da Gessner et al. (2016) ben descrive il potenziale dei polifenoli vegetali per combattere lo stress ossidativo e i processi infiammatori negli animali da allevamento. In numerosi studi condotti su animali da allevamento si evidenzia come l’integrazione alimentare con sostanze antiossidanti, oltre a combattere lo stress ossidativo, contribuisce ad un miglioramento del valore nutritivo della carne (Salvatori et al., 2004; Wood et al., 2004), o dei prodotti derivati (Pastorelli et al., 2016). I composti polifenolici, per la loro elevata capacità antiossidante, rappresentano una potenziale alternativa all’utilizzo della vitamina E e dei più comuni antiossidanti sintetici nelle diete animali (Brenes et al., 2016).

L’ossidazione lipidica rappresenta il principale processo di deterioramento della qualità nei prodotti carnei. I fenomeni ossidativi interessano principalmente gli acidi grassi polinsaturi, componenti strutturali delle membrane, e sono responsabili della possibile formazione di molecole tossiche come alcune aldeidi e alcuni ossidi del colesterolo e producono effetti che interessano la struttura della carne come ad es una minore capacità di ritenzione idrica (maggiori drip loss), una più rapida ossidazione della mioglobina in metamioglobina che conferisce alla carne una colorazione brunastra, perdita di valore nutritivo, diminuzione della durata di conservazione (Falowo et al., 2014).

Figura 2: Utilizzo dei polifenoli nella dieta animale e direttamente nel prodotto finale.

Effetti dei polifenoli sulla carne e sui prodotti a base di carne

L’utilizzo dei polifenoli sia attraverso l’integrazione nella dieta sia direttamente nei prodotti (Tabella 1) rappresenta una strategia promettente per migliorare la qualità della carne e dei prodotti a base di carne. Tra le fonti vegetali maggiormente ricche di polifenoli si trova l’uva (Vitis spp.) e la vinaccia, costituita principalmente da vinaccioli e bucce; queste ultime rappresentano sicuramente una fonte sostenibile ed innovativa di polifenoli, in quanto il loro utilizzo riduce l’impatto ambientale ed economico associato allo stoccaggio e alla trasformazione dei sottoprodotti. L’efficacia dei sottoprodotti dell’uva aggiunti alla dieta nel ritardare l’ossidazione e nel migliorare la qualità della carne è stata riportata soprattutto in studi condotti sui monogastrici, mentre nei ruminanti essi svolgono un’efficace azione antiossidante se aggiunti direttamente nei prodotti carnei. Ad esempio, l’aggiunta di 250 mg di estratto di semi d’uva/kg in carne macinata cruda bovina e conservata a 2°C per 6 giorni ha determinato un contenimento dell’ossidazione, valutata dai valori delle sostanze reattive dell’acido tiobarbiturico (TBARS) che si sono mantenuti costanti per tutto il periodo di conservazione, mentre sono aumentati da 0.57 mg MDA/kg a circa 3.24 mg MDA/kg nel campione controllo (Gómez et al., 2016).

Altri sottoprodotti dell’industria di trasformazione particolarmente ricchi in polifenoli sono quelli che derivano dalla lavorazione degli agrumi. È stato osservato ad esempio che l’aggiunta di 100 g/kg di sostanza secca di agrumi e sottoprodotti dell’industria vinicola nella dieta di agnelli ha migliorato il parametro di tenerezza della carne evidenziando una riduzione dei valori di forza al taglio (Francisco et al., 2017; Zhao et al., 2018). L’integrazione alimentare fino all’ 80% di polpa di agrumi essiccata nella dieta di bovini da carne di razza Limousine e Charolaise ha determinato un aumento della proporzione dei coniugati dell’acido linoleico (CLA; dall’inglese Conjugated Linoleic Acid) e degli acidi grassi polinsaturi (PUFA; dall’inglese Polyunsatured Fatty Acids) senza influenzare la capacità antiossidante (Salami et al., 2020).

Nei capretti, l’integrazione di 3.2 mg/giorno di estratto in polvere di polifenoli derivati dalle acque reflue di frantoio ha determinato una significativa riduzione degli acidi grassi a corta catena con una proporzione più alta di acidi grassi monoinsaturi (MUFA; dall’inglese Monounsaturated Fatty Acids) nella carne derivata (Cimmino et al., 2018). Diversi studi hanno dimostrato che alcuni composti fenolici possono modificare la fermentazione ruminale, riducendo il tasso di bioidrogenazione degli acidi grassi. In particolare, alcune piante ad alto contenuto di polifenoli sarebbero in grado di abbassare la bioidrogenazione dei PUFA nel rumine, aumentandone il by-pass e, di conseguenza, la formazione di CLA (Jayanegara et al., 2011). Gli effetti significativi legati alla diminuzione degli acidi grassi saturi e all’aumento dei MUFA suggeriscono inoltre la possibile influenza dei polifenoli sull’enzima desaturasi Δ-9, l’enzima chiave necessario per convertire il palmitico in acido palmitoleico e lo stearico in acido oleico.

Altre fonti naturali di polifenoli dalle proprietà antiossidanti e utilizzate nell’alimentazione degli animali da allevamento, sono rappresentate dalle piante della famiglia delle Lamiaceae, in particolare rosmarino, salvia, origano e the verde. Tra queste, l’estratto di rosmarino rappresenta uno dei più popolari antiossidanti di origine naturale. Il suo utilizzo come antiossidante è iniziato negli anni ’50 (Chipault et al., 1956) ed è stato utilizzato nell’industria alimentare di tutto il mondo mostrando la migliore capacità di protezione soprattutto nei prodotti a base di carne bovina. Un esempio è rappresentato dallo studio che ha valutato l’effetto degli estratti di rosmarino e origano, aggiunti singolarmente (400 mg/kg) o in combinazione (200 mg/kg), e BHA/BHT, sull’ossidazione dei lipidi e sulla composizione in acidi grassi di hamburger di manzo conservati a -20°C per 90 giorni (Trindade et al., 2010). Tra gli additivi naturali testati, il rosmarino ha mostrato infatti la più elevata capacità antiossidante, in quanto, applicato da solo e in combinazione con BHA/BHT o con estratto di origano, è risultato più efficace nel mantenere un basso livello di ossidazione nei campioni. Questo risultato conferma il grande potenziale dell’applicazione dell’estratto di rosmarino nella carne e nei prodotti a base di carne in sostituzione degli antiossidanti sintetici.

Tabella 1: Effetti dei polifenoli sulla carne e sui prodotti a base di carne.

Effetti dei polifenoli sul latte e suoi derivati

Anche i prodotti lattiero-caseari vengono arricchiti con estratti naturali dalle proprietà antiossidanti per venire incontro alle richieste dei consumatori sempre più interessati al consumo di alimenti più sani e funzionali (Cutrim and Cortez, 2018). Questi prodotti infatti, ricchi di acidi grassi polinsaturi, sono particolarmente suscettibili all’ossidazione lipidica e allo sviluppo di aromi sgradevoli. L’integrazione con polifenoli può influenzare anche le proprietà sensoriali e chimico-fisiche, oltre ad esercitare un effetto antiossidante (Tabella 2). È utile prevedere un sistema di rilascio protettivo come la micro-incapsulazione, che oltre ad aumentare la shelf-life del prodotto, permette di evitare la degradazione dei composti naturali aggiunti e di mascherare l’eventuale sapore sgradevole (Nazzaro et al., 2012). Infatti, l’integrazione di polifenoli liberi e micro-incapsulati estratti dalle acque reflue di frantoio nello yogurt prodotto da latte di pecora ha determinato un effetto protettivo evitando un abbassamento indesiderato del pH durante la conservazione (Petrotos et al., 2012). L’estratto di rosmarino, già citato come una delle spezie con la più elevata attività antiossidante, si è dimostrato utile nel prevenire l’ossidazione lipidica anche nei latticini (Gad and Sayd, 2015). È stato infatti osservato che una sua aggiunta in forma micro-incapsulata in fiocchi di latte lasciando inalterati grassi e proteine, permette una maggior conservazione del prodotto (Ribeiro et al., 2016). L’applicazione di Inula britannica in formaggi di tipo Cheddar ha diminuito il valore del pH e aumentato il contenuto di proteine e ceneri, determinando inoltre un aumento del sapore e odore dell’estratto, senza alterare quest’ultimo (Lee et al., 2016). Infine, è stato osservato un aumento dell’attività antiossidante in formaggio tipo Serra de Estrela, dopo aggiunta di castagna essiccata (Castanea sativa Mill.) e melissa (Melissa officinalis L.) (Carocho et al., 2015).

L’uva e i suoi sottoprodotti hanno trovato ampio utili per la salute dei consumatori. Infatti, l’integrazione alimentare con il 15% di vinacce essiccate nelle bovine da latte a metà lattazione ha aumentato la concentrazione di lattosio e β-lattoglobulina, conosciuta per la sua azione antivirale e di prevenzione contro l’adesione dei patogeni. L’integrazione alimentare del 10% con estratto di vinaccia in bovine in lattazione di razza Frisona, ha favorito le vie metaboliche di batteri lattici quali Lactococcus spp., Lactobacillus spp. e S. thermophilus, determinando inoltre un incremento dell’attività proteolitica (Ianni et al., 2019). Questo studio ha confermato la capacità selettiva dell’estratto di semi d’uva di favorire la crescita di Lactobacillus a scapito di forme microbiche potenzialmente dannose quali Enterobacteriaceae e Clostridium. La composizione chimica del latte è rimasta costante per l’intera durata della prova sperimentale e a distanza di 3, 7, 15 e 30 giorni dalla caseificazione sui formaggi prodotti con il medesimo latte pastorizzato.

D’altra parte, è doveroso riportare anche studi in cui sono stati osservati effetti negativi sulla produzione di latte, come osservato in pecore da latte di razza Sarda a seguito di integrazione nella dieta di 75 g di bacche esauste di mirto al giorno (Nudda et al., 2019), e in pecore alimentate con una dieta integrata con foglie di olivo che rappresentavano il 30% della sostanza secca della dieta somministrata (Abbeddou et al., 2011). A questo proposito, è stato osservato che in generale l’effetto depressivo sulla produzione di latte negli ovi-caprini si instaura quando si aumenta la concentrazione di polifenoli nella dieta, oltre 1 g di polifenoli totali/kg di sostanza secca (Correddu et al., 2020).

Uno studio ha evidenziato la capacità dei polifenoli contenuti nell’estratto di vinaccia aggiunto nella dieta (5 kg su sostanza secca/giorno) di diminuire gli acidi grassi saturi (SFA) e aumentare la concentrazione di MUFA e PUFA nel latte vaccino (Moate et al., 2014). L’elevato contenuto di lignina presente nell’estratto sembrerebbe inibire la bioidrogenazione degli SFA, con conseguente riduzione di questi acidi grassi nel latte. Inoltre, l’aumento della concentrazione dei MUFA può essere collegato ai trattamenti termici a cui è stato sottoposto l’estratto di vinaccia, in accordo con studi precedenti che hanno riportato un aumento di questi acidi grassi nel latte di bovine alimentate con semi oleosi trattati termicamente (Chouinard et al., 1997). Un incremento dei livelli di acidi grassi omega-3 (linolenico, eicosapentaenoico (EPA) e docosaesaenoico (DHA)) è stato osservato nel latte di bovine alimentate al pascolo (Lotus corniculatus), una fonte di tannini condensati (Turner et al., 2005). Una diminuzione del rapporto di acidi grassi omega-6/omega-3 ha una preziosa influenza sulla salubrità dei prodotti lattiero caseari; un rapporto inferiore è più desiderabile nel ridurre il rischio di molte malattie croniche. Tale diminuzione sembrerebbe essere dovuta all’inibizione della bioidrogenazione ruminale dovuta a metaboliti secondari. Tale risultato è stato ottenuto anche in bovine alimentate con bucce di melograno (Abarghuei et al., 2014).

Tabella 2: Effetti dei polifenoli sul latte e suoi derivati.

AA: attività antiossidante; +: aumento; EPS: Effetti su parametri sensoriali; SS: sostanza secca.

Conclusioni

I polifenoli svolgono un ruolo importante, anche se non sempre chiaro, nella qualità dei prodotti di origine animale come carne, latte e derivati. Poiché i loro effetti benefici sono dovuti ai principi attivi presenti negli estratti vegetali, non si può escludere che composti differenti e/o quantità differenti di polifenoli possano portare a risultati differenti nel prodotto finale. Nonostante sia difficile stabilire la dose ottimale di inclusione dei polifenoli nelle diete animali a causa della diversa composizione dei composti fenolici presenti nei vari estratti naturali, è certo che l’inclusione di questi estratti naturali nell’alimentazione animale aumenta la stabilità ossidativa dei prodotti finali, riducendo la necessità di integrare con antiossidanti sintetici, in accordo con le richieste dei consumatori. L’aggiunta diretta di polifenoli nel prodotto finale sembra migliorare oltre alla stabilità ossidativa, anche la qualità sensoriale e nutrizionale complessiva e la durata di conservazione.

Infine un aspetto che merita di attenzione è che l’inclusione di sottoprodotti agroindustriali nei mangimi animali contribuisce a ridurre l’impatto ambientale ed economico associato al loro stoccaggio e alla loro trasformazione, rappresentando pertanto una fonte innovativa e alternativa di antiossidanti.

Autori

Valentina Serra – Department of Veterinary Medicine, University of Milano, Via dell’Università 6, 26900 Lodi, Italy; valentina.serra@unimi.it

Giancarlo Salvatori – Department of Medicine and Sciences for Health “V. Tiberio”, University of Molise, Via Francesco De Sanctis 1, 86100 Campobasso, Italy; salvator@unimol.it

Grazia Pastorelli – Department of Veterinary Medicine, University of Milano, Via dell’Università 6, 26900 Lodi, Italy; grazia.pastorelli@unimi.it

Sinossi dell’articolo tratta da: Dietary polyphenol supplementation in food producing animals: effects on the quality of derived products – doi.org/10.3390/ani11020401