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A differenza di quanto molti credono, la Spirulina non è blu, è sempre e solo verde. Quella che nel settore coloranti viene venduta come spirulina blu, in realtà è solo un pigmento della Spirulina chiamato Ficocianina.
Dopo lo screening di potenziali cianobatteri per la produzione di ficociani, è stato scoperto che A. platensis (Spirulina) è il microrganismo con la più alta produzione di questo pigmento. Grazie all’alto contenuto, nonché alla grande disponibilità, le ficocianine commercializzate sul mercato mondiale vengono estratte, esclusivamente dalla Spirulina. La ficocianina blu è commercialmente apprezzata perché i pigmenti blu sono difficili da trovare in natura, e non esistono controparti derivate da percorsi sintetici (da non confondere con artificiale) tanto che attualmente non esiste neanche colorante E.number di origine naturale o sintetica che sia blu. Esistono solo gli artificiali (E131,E132, E133, mettiamoci anche l’E142 che è sempre un tono blu-verde).
Il blu estratto da Arthrospira platensis nel 2013 è diventato il primo colorante alimentare blu naturale ad essere approvato dalla FDA. Poiché poi, la domanda di ficocianine è aumentata drasticamente, in particolare nelle Americhe e l’Europa, che hanno visto un rapido spostamento della domanda dei consumatori verso alimenti naturali coloranti. La prima e più importante applicazione della ficocianina è come pigmento blu in alimenti e cosmetici, in sostituzione degli attuali coloranti artificiali. La ficocianina ha anche dimostrato di avere valore terapeutico, con attività immunomodulante e attività antitumorale
Lo svantaggio della ficocianina è la sua bassa stabilità; si degrada a temperature superiori a 45 °C ed è sensibile alla luce e al pH, e questo la rende spesso non applicabile nei processi alimentari industriali. L’aggiunta di conservanti alimentari e il recente uso della microincapsulazione ha contribuito a migliorare leggermente la stabilità della ficocianina ma la sfida per fare di meglio e di migliorare le sue performance negli alimenti è ancora molto attuale. Gli ultimi studi sulle ficobiliproteine riferiscono che alcuni microrganismi estremofili, come l’alga rossa termofila Cyanidioschyzon merolae, sono in grado di produrre Ficocianina stabile a pH 5 a 83 °C, ma la sua emivita è ancora solo di 40 min.
La ficocianina (dal greco phyco, con il significato di «alga» e cianina, da « kyanos » ciano, per il suo colore verde-azzurro) è formata dall’associazione di proteine e di pigmenti idrosolubili, le ficobiline. La ficocianina assorbe la luce rosso-arancio, nella zona dell spettro elettromagnetico prossima alla lunghezza d’onda di 620 nm (a seconda del tipo specifico) e, sempre in funzione del tipo, emette fluorescenza rossa a circa 650 nm. La ficocianina è composta da due catene polipeptidiche (apoproteine): una piccola subunità chiamata α contenente un cromoforo e un’altra subunità chiamata β che contiene due cromofori. La ficocianina comprende la C-ficocianina e la R-ficocianina. La ficocianina, in particolare la C-ficocianina, si trova principalmente Cyanobacteria, come è il caso della specie Arthrospira platensis (Spirulina) e nelle Rhodophyta (alghe rosse).
Bilina è la struttura di base nei tetrapirroli lineari, Le biline vegetali sono state caratterizzate come una delle più pigmenti onnipresenti sulla Terra, e la ficocianina e la ficoeritrina i loro coloranti rappresentativi.
I pigmenti estratti dalla biomassa microalgale o cianobatterica contengono generalmente altre impurità che possono interferire con le loro applicazioni e funzionalità, quindi l’estratto di ficocianina deve essere sottoposto a una serie di fasi di purificazione al fine di soddisfare gli standard richiesti (alimentare o analitico). Queste impurità, ad esempio clorofille e proteine, possono essere separate dai pigmenti desiderati con una serie di diverse tecniche chimiche e/o cromatografiche. Quando reagiscono con idrossido di calcio o acido (come acido solforico, acido cloridrico, acido acetico e acido fosforico), le clorofille vengono convertite in sali solubili in acqua che precipitano dal solvente organico o dalla miscela di pigmenti e possono quindi essere rimossi utilizzando una tecnica di separazione solido-liquido (come la centrifugazione). La precipitazione dell’idrossido di calcio, la precipitazione acida e la cromatografia su colonna sono state precedentemente utilizzate per rimuovere le clorofille dagli estratti di astaxantina e β-carotene.
L’estratto di ficocianina ha una stabilità limitata e può essere degradato dalla luce, dalla temperatura e da altri microrganismi, è quindi fondamentale garantire che la procedura di recupero abbia il minor impatto negativo sulla struttura del pigmento e sulla funzionalità antiossidante.
La ficocianina derivata dalla Spirulina è stabile in un intervallo di pH 4-8 ma a pH 5 mostra la miglior stabilità. A temperature superiori a 45 °C e a pH 7, la ficocianina si denatura, ma tra pH 5-6 la sua stabilità è più alta, indipendentemente dalla temperatura di esposizione. La stabilità della ficocianina diminuisce a pH molto acido (2-4) e pH alcalino 8-12, questo perché a pH estremi si alterano le proprietà elettrostatiche e i legami idrogeno nella struttura del cromoforo e dell’apoproteina.
La ficocianina ha lo svantaggio di essere più sensibili alla temperatura, al pH, all’umidità e alla luce rispetto ai coloranti artificiali, per aumentare la stabilità contro questi fattori abiotici si è fatto uso di conservanti come acido citrico, cloruro di sodio, cloruro di calcio, acido benzoico, zuccheri e microincapsulazione.
E’ sta dimostrata una correlazione tra zuccheri (principalmente fruttosio) e la stabilità della ficocianina, ma l’uso risulta limitato a causa dell’alto contenuto di zucchero; vale la pena far notare che la ficocianina di Spirulina platensis sottoposta a HTST (high-temperature short time) a 74 °C per 1 minuto a pH 5-7, ha mantenuto il 96% della concentrazione di ficociani. Questo è interessante nel caso che la ficocianina venga usata in prodotti lattiero-caseari che devono essere pastorizzati prima del consumo. Secondo questo studio, l’aggiunta di glucosio 20%, saccarosio 20% e NaCl 2,5% aumenta la stabilità della ficocianina a pH 7 a 60 °C. Tuttavia, ciò implicherebbe l’aggiunta di un’alta concentrazione di zuccheri e sale negli alimenti.
Recentemente, la ficocianina da Spirulina sp. è stata microincapsulata utilizzando il metodo di essiccazione a spruzzo in un intervallo di 90-130 °C. Utilizzando maltodestrina e carragenina come materiale di rivestimento è stato osservato che a 110 °C c’era una buona resa di incapsulamento. Maltodestrina e carragenina grazie alla formazione di gel proteggono la ficocianina dalla degradazione.
Per ottenere sfumature blu negli alimenti, non esiste un additivo colorante derivato da una fonte naturale consentita nell’Unione europea. Tuttavia, l’estratto acquoso di Spirulina platensis (ficocianina) è comunemente usata nell’Unione Europea, in quanto può essere considerato un Colouring Food secondo le note orientative dell’UE sulla colorazione dei prodotti alimentari”. Il principio colorante della spirulina è una proteina blu ed è quindi suscettibile al trattamento termico e precipita a basso pH, sotto 3,8. Queste caratteristiche sono il motivo per cui è necessario prestare un’attenzione particolare alle condizioni dei prodotti finali quando si usa la spirulina per colorare.
Il termine food grade è utilizzato nell’industria alimentare per riferirsi alla qualità dell’ingrediente (ficobiliproteina) misurata in termini di concentrazione e purezza al fine di garantire l’innocuità del pigmento. Nelle ficobiliproteine il grado alimentare è calcolato dai rapporti di assorbanza al massimo assorbimento di ciascuna ficobiliproteina (FICOCIANINA a 620 nm, Ficoeritrosina a 550 nm) in relazione all’assorbanza delle proteine totali a 280 nm. La purezza dell’estratto di ficocianina è determinata dal suo valore A620/A280, un rapporto che misura la proporzione di ficocianina rispetto ad altre proteine contaminanti nella soluzione. I rapporti di assorbanza per la ficocianina A620/A280 compresi tra 0,7 e 4 sono considerati di grado alimentare, quelli con rapporti > 4 di grado reattivo e analitico. Le tecniche biochimiche classiche come la precipitazione con solfato di ammonio e la cromatografia a scambio ionico, comunemente utilizzate nella purificazione delle ficobiliproteine, consentono di ottenere questi pigmenti con grado reattivo e analitico.
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