Valutazione della stabilità ossidativa di un olio di semi di canapa (Cannabis sativa L.) ottenuto mediante spremitura a freddo

L’olio di semi di canapa e il fenomeno dell’ossidazione 

I semi di canapa sono di grande interesse, sia perché disponibili come prodotti di una rinnovata coltura industriale, sia per il loro valore nutrizionale [1]. Inoltre, i principali acidi grassi polinsaturi presenti nei semi e nell'olio di semi di canapa sono l'acido linoleico (LA, 18: 2n-6) e l'acido linolenico (ALA, 18: 3n-3). Questi acidi grassi, appartenenti alla categoria dei polinsaturi (PUFA), sono noti come acidi grassi essenziali (AGE), perché devono necessariamente essere assunti con la dieta. Il rapporto in cui sono presenti nell'olio di semi di canapa è pari a 3:1 e risulta essere ottimale da un punto di vista nutrizionale [2].

Uno dei principali fattori che influenzano la qualità e la shelf-life degli oli alimentari è il fenomeno ossidativo, che può verificarsi durante la conservazione [3] ed è anche una delle cause della formazione di aromi sgradevoli (rancidità) [4]. L’ossidazione colpisce più rapidamente proprio gli acidi grassi polinsaturi (PUFA) [4] e può avere un impatto dannoso sul corpo umano [5] dovuto alla formazione di vari metaboliti, ma anche di radicali, anche noti come specie reattive dell’ossigeno (ROS) [6]. 

L’ossidazione può essere non enzimatica o enzimatica (Figura1). L'ossidazione non enzimatica può essere ulteriormente suddivisa in auto-ossidazione (mediata dai radicali liberi) e foto-ossidazione (mediata dalla luce ultravioletta o dell'ossigeno singoletto). Nelle cellule, diversi tipi di enzimi tra cui le cicloossigenasi (COX), le lipossigenasi (LOX) e i citocromi P450 (CYP) sono in grado di ossidare i PUFA [6]. 

Il controllo di qualità deve monitorare l’ossidazione durante tutto il processo di produzione e conservazione degli oli, perché l’ossidazione, una volta innescata, si autoalimenta e gli acidi grassi insaturi (PUFA), in particolare continuano a reagire con i radicali liberi e l'ossigeno per creare ulteriori e numerosi prodotti di ossidazione [7]. 

Lo studio: materiali e metodi 

L'olio di semi di canapa oggetto di questa sperimentazione, diretta dal gruppo di ricerca coordinato dalla Prof.ssa Tullia Gallina Toschi del Dipartimento di Scienze e Tecnologie Agro-Alimentari dell’ Alma Mater Studiorum-Università di Bologna in collaborazione con l’azienda Enecta, è stato ottenuto dalla pressatura a freddo di semi di canapa essiccati e non decorticati della varietà Futura 75, mediante pressa a vite. Esso è stato poi filtrato mediante garza di cotone e successivamente centrifugato, data l’entità del sedimento ancora presente. 

L’ olio così ottenuto è stato suddiviso in 10 bottiglie di vetro ambrato da 100 ml ciascuna, numerate da T0 a T9 (Figura 2), dotate di tappo a vite, riempite fino all'orlo per ridurre lo spazio della testa e chiuse ermeticamente, al fine di limitare il fenomeno ossidativo dovuto alla presenza di ossigeno. I campioni sono stati conservati in un ambiente controllato (25°C), protetto dalla luce ambientale esterna; un sistema di controllo a tempo, ad alimentazione elettrica ha permesso di programmare il fotoperiodo, pari a 12 ore di luce, ottenuto mediante illuminazione a LED con un'intensità di 270 lux e 12 ore di buio.

Al fine di valutare lo stato ossidativo e la sua progressione, durante i tre mesi di conservazione sono stati valutati diversi parametri tra i quali: numero di perossidi (misura dei composti di ossidazione primaria), acidità libera (misura dello stato idrolitico), indice di stabilità ossidativa (OSI Test, misura, in ore, del periodo di induzione, ovvero fino al raggiungimento di un rilevabile irrancidimento della matrice), estinzioni specifiche nell’ultravioletto (K₂₃₂ e K₂₆₈, misura dei sistemi dienici e trienici coniugati, ovvero di alcuni dei prodotti di ossidazione secondaria) e test di ossidazione forzata con spettroscopia elettronica a risonanza di spin (ESR, misura della concentrazione di radicali liberi durante una cinetica di ossidazione forzata). Inoltre, la composizione in acidi grassi dell'olio di semi di canapa ed il profilo aromatico sono stati valutati mediante tecniche cromatografiche. 

Risultati della sperimentazione 

Il valore di acidità libera non ha subito variazioni durante il corso della conservazione, rimanendo sempre al di sotto del limite fissato dal Codex Alimentarius per questo tipo di oli, pari a 4 mg KOH/g di olio.

Il numero di perossido, nel periodo considerato (T0-T9), ha mostrato fluttuazioni, ma nessun aumento significativo (p<0,05). In accordo con quanto riscontrato in letteratura, questi risultati potrebbero essere dovuti al fatto che, essendo le molecole di perossidi molto instabili ed in grado di reagire rapidamente con altri composti generando forme radicaliche, in particolare idrossi e alcossi, il loro valore possa subire fluttuazioni nel tempo [8]. Il valore più alto di numero di perossidi è stato riscontrato all’inizio della shelf-life (T0) e ciò potrebbe essere dovuto al processo di innesco generato dal maggior contatto dell’olio con l'ossigeno durante le fasi di produzione ed imbottigliamento. Infatti, come riportato da Parenti et al., 2007 [9] le quantità iniziali di ossigeno disciolto influenzano grandemente lo stato ossidativo degli oli.

Il valore più alto di composti secondari dell’ossidazione (dieni e trieni coniugati), è stato osservato nella fase successiva ossia T1. Tale risultato potrebbe essere dovuto all'evoluzione del picco dei primi perossidi formatisi al tempo 0. L'abbassamento del valore di dieni e trieni coniugati al tempo T2 potrebbe essere dovuto ad una loro demolizione parziale. Successivamente, dopo questo “movimento” ossidativo, l’olio sembra restare in uno stato ossidativo “stazionario” fino al tempo T9 (tre mesi). 

La misura dell’ossidazione forzata (OSI time) non ha mostrato fluttuazioni significative e durante tutti i tre mesi di conservazione l’olio ha presentato una resistenza massima all’ossidazione pari a 3,63±0,21 ore. Tale valore evidenzia una fragilità ossidativa dell’olio di semi di canapa [10] del tutto in accordo con la composizione altamente insatura di questo prodotto.

Il campione T9, conservato per 3 mesi, mostrava una concentrazione di radicali liberi inferiore rispetto ai precedenti e ciò potrebbe essere legato ad una evoluzione del fenomeno ossidativo verso la formazione di composti secondari non radicalici.

La determinazione degli acidi grassi, effettuata esclusivamente sul campione T0 (inizio della shelf-life) e sul campione T9 (fine della shlef-life), ha mostrato un calo statisticamente significativo (p<0,05) dell'acido linoleico. Questo fenomeno potrebbe essere dovuto alla natura dell'acido grasso che, essendo polinsaturo e quindi particolarmente fragile e suscettibile all’azione dell’ossigeno, ed essendo presente in percentuali elevate in questa matrice, può essere più soggetto a fenomeni di ossidazione rispetto ad altri acidi grassi [8].

Per quanto riguarda il profilo dei composti volatili, sono stati confrontati soltanto il campione T0 ed il campione conservato 3 mesi (T9). L’analisi ha evidenziato l’aumento, nel campione T9, della concentrazione di alcuni composti volatili e la comparsa di altri, tutti legati al progredire del fenomeno ossidativo. In particolare, le concentrazioni di esanale e benzaldeide sono leggermente aumentate durante la shelf-life, in accordo con quanto riscontrato in letteratura [11]; mentre 2-butenale, 2,4-dimetilesano e trans-2-eptenale sono stati rilevati esclusivamente nel campione conservato 3 mesi (T9) [11]. 

Conclusioni

Le fasi di post-produzione, come l'imbottigliamento o la filtrazione sono apparse cruciali per la qualità dell'olio. Gas inerti, come azoto o argon, sarebbero probabilmente una buona soluzione per limitare, in queste fasi, l'esposizione o la miscelazione di olio/ossigeno. Va tuttavia segnalato che le condizioni di conservazione oggetto della sperimentazione non abbiano dato luogo ad un forte processo di ossidazione dell'olio di semi di canapa. In effetti, una moderata reazione ossidativa viene registrata come un'onda, con una “cresta”, ossia un picco, nelle primissime fasi (da T0 a T1) e nessun incremento registrato nei successivi 3 mesi di conservazione. 

L’arresto dell’ “onda ossidativa” potrebbe essere legato all'azione antiossidante di alcuni componenti minori estratti con l'olio, essendo “nativo”, ossia ottenuto mediante spremitura a freddo e non successivamente raffinato. Al fine di proteggere quanto più possibile il prodotto dall’avanzamento dell’ossidazione, sarebbe consigliabile conservare l’olio in un ambiente fresco, per esempio in frigorifero. Un’altra indicazione, che vale per tutti gli oli vegetali, in particolare se polinsaturi, è tenerli al riparo dalla luce diretta, e coprire la bottiglia, se chiara, per esempio avvolgendola in un foglio di alluminio. A questo studio, in corso di pubblicazione, seguirà una sperimentazione specifica volta alla valutazione delle migliori condizioni di conservazione dell’olio di canapa. 

Bibliografia

1. Mikulec, A., Kowalski, S., Sabat, R., Skoczylas, Ł., Tabaszewska, M., & Wywrocka-Gurgul, A. (2019). Hemp flour as a valuable component for enriching physicochemical and antioxidant properties of wheat bread. LWT-Food Science and Technology, 102, 164-172.
2. Da Porto, C., Decorti, D., & Tubaro, F. (2012). Fatty acid composition and oxidation stability of hemp (Cannabis sativa L.) seed oil extracted by supercritical carbon dioxide. Industrial Crops and Products, 36(1), 401-404.
3. Liang, J., Aachary, A. A., Hydamaka, A., Eskin, N. M., Eck, P., & Thiyam‐Holländer, U. (2018). Reduction of Chlorophyll in Cold Pressed Hemp (Cannabis sativa) Seed Oil by Ultrasonic Bleaching and Enhancement of Oxidative Stability. European journal of lipid science and technology, 120(4), 1700349.
4. Uluata, S., & Özdemir, N. (2012). Antioxidant activities and oxidative stabilities of some unconventional oilseeds. Journal of the American Oil Chemists' Society, 89(4), 551-559.
5. Cao, J., Jiang, X., Chen, Q., Zhang, H., Sun, H., Zhang, W. M., & Li, C. (2020). Oxidative stabilities of olive and camellia oils: Possible mechanism of aldehydes formation in oleic acid triglyceride at high temperature. LWT-Food Science and Technology, 118, 108858.
6. Tao, L. (2015). Oxidation of polyunsaturated fatty acids and its impact on food quality and human health. Advances in Food Technology and Nutritional Sciences, 1, 135-142.
7. Sapino, S., Carlotti, M. E., Peira, E., & Gallarate, M. (2005). Hemp‐seed and olive oils: Their stability against oxidation and use in O/W emulsions. International Journal of Cosmetic Science, 27(6), 355-355.
8. Cabras, P., Martelli, A. (2004). Chimica degli alimenti. Nutrienti, alimenti di origine vegetale, alimenti di origine animale, integratori alimentari, bevande, sostanze indesiderabili. In Piccin-nuova libraria Ed. (pag. 41-54).
9. Parenti, A., Spugnoli, P., Masella, P., & Calamai, L. (2007). Influence of the extraction process on dissolved oxygen in olive oil. European journal of lipid science and technology, 109(12), 1180-1185.
10. Parker, T. D., Adams, D. A., Zhou, K., Harris, M., & Yu, L. (2003). Fatty acid composition and oxidative stability of cold‐pressed edible seed oils. Journal of food science, 68(4), 1240-1243.
11. Gorji, S. G., Calingacion, M., Smyth, H. E., & Fitzgerald, M. (2019). Comprehensive profiling of lipid oxidation volatile compounds during storage of mayonnaise. Journal of food science and technology, 56(9), 4076-4090.

Autore:  Dott.ssa Matilde Tura
Dottoranda presso l’Alma Mater Studiorum-Università di Bologna, Dipartimento di Scienze e Tecnologie Agro-Alimentari (DISTAL)