• biomolecules
• by-products
• fractionation
• functional property
• valorisation

Agri-food industry is a major producer of by-products and food residues. Nevertheless, the produced side streams often still have a valuable composition. Currently, most of them are used as feed, not exploiting their potential value. This study sets its activity in the frame of valorisation of these side streams, which is increasingly important in a context of growing world population and food demand.
The massive amount of biomass is problematic due to its accumulation, handling, disposal, and its contribution to increase environmental pollution. Therefore, the re-utilization of the by-products is sustainable both environmentally and economically. However, current technological and economical limitations result into an incomplete utilization of the side streams of food production. The most innovative way to reuse valuable side streams is to extract from them different biomolecules, such as proteins and fibres, which could be used in many industrial sectors, from food to packaging.
The biomasses employed in this study are residual tomato seeds (TS), brewer´s spent grain (BSG), and canola press cake (CPC). These are three highly available low-price by-products that are interesting in human nutrition.
The present research work aims to develop, optimize, and adapt different fractionation methods of the selected side streams, in order to recover protein and fibre fraction. The food grade compounds isolated could be used as food ingredients, to produce added-value food products, and may have technical application, as packaging components.
Starting from pre-existing fractionation methods, process parameters were modified, to optimize the total yield and the separation of protein and fibre components. The processes used were salt induced extraction followed by dilutive precipitation, and alkaline extraction followed by acidic precipitation. Furthermore, the effect of the utilization of enzymes was studied on BSG. In the case of TS, a statistical analysis was carried out to understand the parameters mainly affecting the process yield, in order to optimize it. Moreover, the total, soluble, and insoluble dietary fibre (TDF, SDF, and IDF, respectively) were quantified in the fibre fractions recovered from CPC and BSG. In addition, a colour measurement was performed on the protein fractions obtained from the same samples, to identify the potential food in which incorporate them.
In this study, the possibility to use wet BSG was proved, allowing to achieve an efficiency of the fractionation similar to the dried BSG.
As a result of the experimental design carried out for tomato seeds, it was found that the extraction yield is mainly influenced by the solid to liquid (S:L) ratio, and secondly by the interaction between the latter and the dilution ratio. The total protein yield and dry matter yield resulted dependent on the interaction between S:L ratio and dilution ratio, and moreover they were influenced by the NaCl concentration.
Concentrates with protein content up to 61.9% were obtained from BSG and CPC, and protein isolates with a 100% protein content were obtained from TS. Furthermore, it was found that the utilization of proteases allows to obtain higher extraction yield than without adding enzymes. Finally, the fractionation methods led to fibre-enriched fractions with TDF up to 48.9%.
The present study showed that protein and fibre enriched fractions can be recovered from side streams as TS, BSG and CPC, with the tested fractionation methods. The valorisation and the future incorporation in food products of the obtained fractions results in lower amounts of by-products and an increased profitability of the primary production.

L’industria agro-alimentare rappresenta una delle maggiori fonti di sottoprodotti e residui alimentari. Tuttavia, la composizione di tali prodotti è ricca di biomolecole che possono essere adoperate in diversi ambiti. Attualmente, la maggior parte dei sottoprodotti sono utilizzati come mangimi, il che limita lo sfruttamento del loro potenziale. Il presente studio si colloca quindi nell’ambito della valorizzazione dei prodotti di scarto, sempre più importante nel contesto della crescita demografica e della conseguente richiesta alimentare. L’accumulo dei residui dell’industria alimentare, prodotti in enormi quantità, contribuisce ad incrementare l’inquinamento, causando problemi legati alla manipolazione e allo smaltimento. Dunque, il riutilizzo dei sottoprodotti si propone come strategia sostenibile dal punto di vista ambientale ed economico. Nonostante questo, le limitazioni tecnologiche ed economiche sono causa di un utilizzo incompleto dei sottoprodotti dell’industria alimentare. Il metodo più innovativo per riutilizzarli è quello di estrarne le biomolecole, come fibre e proteine, da utilizzare nei diversi settori industriali, dagli alimenti al packaging. In questo studio sono stati utilizzati prodotti a basso costo e largamente disponibili, quali semi di pomodoro (TS), granaglie esauste di birrificio (brewer´s spent grain, BSG) e panelli di canola (canola press cake, CPC). Lo scopo di questo studio è stato quello di sviluppare e ottimizzare diversi metodi di frazionamento dei sottoprodotti selezionati, per ottenere la frazione fibrosa e quella proteica. Queste frazioni possono essere utilizzate come ingredienti, per produrre alimenti con valore aggiunto, o come costituenti di packaging. A partire da metodi di frazionamento esistenti, sono stati modificati i parametri di processo per ottimizzare la resa e la separazione di fibre e proteine. I processi usati sono stati: l’estrazione tramite salting-in seguita da precipitazione per diluizione, e l’estrazione alcalina seguita da precipitazione acida. Inoltre, è stato studiato l’effetto di alcuni enzimi sulla resa estrattiva ottenuta da BSG. Nel caso dei TS è stata svolta un’analisi statistica per individuare i parametri che influenzano la resa di processo. Inoltre, sono state quantificate le fibre alimentari totali, solubili e insolubili (TDF, SDF, e IDF) presenti nelle frazioni fibrose di CPC e BSG. Infine, è stata effettuata la misurazione del colore sulle frazioni proteiche ottenute dagli stessi campioni, per individuare i potenziali alimenti cui abbinarle. È stata, inoltre, provata la possibilità di utilizzare BSG umido, ottenendo un’efficienza del frazionamento simile a quella ottenuta con il BSG essiccato. Grazie al disegno sperimentale impostato per i TS, è stato stimato che la resa di estrazione è influenzata maggiormente dal rapporto solido liquido (S:L). Inoltre, la resa proteica dipende dall’interazione tra i rapporti S:L e di diluizione, nonché dalla concentrazione salina. A partire da BSG e CPC sono stati ottenuti dei concentrati con contenuto di proteine fino al 61.9%, mentre dai TS sono stati ottenuti isolati con contenuto proteico del 100%. Inoltre, è stato mostrato che l’utilizzo di proteasi permette di ottenere rese di estrazione maggiori di quelle ottenute senza l’uso di enzimi. I metodi di frazionamento hanno permesso di ottenere frazioni ricche di fibre, con un contenuto di TDF fino al 48.9%. Il presente studio ha dimostrato che con i metodi di frazionamento usati possono essere ottenute frazioni ricche di fibre e proteine da sottoprodotti quali TS, BSG e CPC. La valorizzazione delle frazioni ottenute e la futura inclusione in prodotti alimentari hanno come risultato la riduzione delle quantità di sottoprodotti e una maggiore redditività della produzione primaria.