CHEMICAL AND NUTRACEUTICAL PROFILES OF ORGANIC AND CONVENTIONAL VEGETABLES

The influence of organic (OR) and conventional (CONV) systems on chemical and nutraceutical parameters in different genotypes of vegetables, widely consumed in Italy and important for their high healthy potential, was evaluated. Some genotypes of cauliflower (Brassica oleracea L. var. Botrytis ) as Emeraude, Velox and Jesino; tomato (Solanum lycopersicum L.), as Giulianova and Perbruzzo; sweet red pepper (Capsicum annuum L.), as Alceste and RS08; onion (Allium cepa L.), as Rossa di Suasa, Tropea, Density and Precoce di Romagna; watermelon (Citrullus lanatus L. ) as Bagnacavallo, Faenza, Monaco and Talete, grown with OR and/or CONV systems, were tested. The research was performed in three years of experimentation (2010-2012). In the first part, the average values for all the genotypes of each species, obtained during the whole period, was considered. In the second one, the average values obtained for each species, collected year by year, were taken into consideration. The collected data were subjected to statistical analysis. Cauliflower: the chemical quality of the OR and CONV cauliflower involved the characteristic volatile compounds of this species (sulfides, nitriles, etc.). The nutraceutical substances in cauliflower are represented by glucosinolates, vitamin C, polyphenols and carotenoids, that have protective effect against different form of human cancer, cardiovascular diseases etc. Positive effects of OR method on the chemical quality were ascertained in all the genotypes. For the nutraceutical quality, positive effects of OR method were found in Emeraude, as concern glucosinolates. The other parameters were similar in the OR and CONV samples, for all genotypes. Tomato: the analysis of OR and CONV tomato, harvested at the unripe and ripe stages, were focused on the determination of the characteristic volatile compounds (hexanal, 2(E)-hexenal, 2-isobutylthiazole), soluble sugars and pH, for the chemical quality; while lycopene and vitamin C for the nutraceutical one. In the ripe OR Giulianova, the flavour compounds increased, and contemporary the lycopene decreased with respect to the CONV samples. An opposite behavior was noted in Perbruzzo. In the unripe samples, the positive influence of the OR system was evident only in Perbruzzo, especially as concern the flavour compounds and lycopene. The content of soluble sugars, vitamin C and pH were similar in all genotypes, for both ripening stages and both cultivation systems. Sweet red pepper: the analysis of OR and CONV pepper regarded the content of volatile pyrazines (2-methoxy-2-isopropyl pyrazine and 2-methoxy-2-isobutyl pyrazine) and soluble sugars, for chemical quality. As concern the nutraceutical one, some antioxidant molecules (vitamin C, polyphenols, carotenoids) and the antioxidant capacity (DPPH*) were evaluated. For chemical quality, total pyrazynes were negatively affected by OR system, while soluble sugars were scarcely influenced. A positive effect of OR system for ascorbic acid was noted only in Alceste but the antioxidant capacity was significantly higher in the CONV samples for both genotypes. In OR Alceste, submitted to cooking (by grilling) pyrazynes and the other volatiles contents were modified. Moreover, other new “Maillard” volatile compounds, such as furan and furanone derivatives, were found. Soluble sugars, carotenoids, polyphenols, vitamin C and, consequently, the antioxidant power decreased . Onion: the OR onion was submitted to the evaluation of chemical quality (soluble sugars and characteristic volatile substances = saturated and unsaturated sulfides) and nutraceutical one (unsaturated sulfides, polyphenols as anthocyanins and quercetins, and antioxidant capacity). Density, Precoce di Romagna and Tropea genotypes showed a better chemical quality (flavour profiles and soluble sugars content), and contemporary an higher level of unsaturated sulfides (diallyl disulfide and allyl methyl trisulfide), probably linked to a stronger potential antitumor activity. Moreover, Density had the highest antiradical capacity, due to the highest content in polyphenols, in particular quercetins. Watermelon: the analysis of OR watermelon genotypes involved the chemical quality (soluble sugars and characteristic volatile compounds = saturated and unsaturated aldehydes and alcohols with 9 carbon atoms), and the nutraceutical one (lycopene, L-citrulline, and ascorbic acid). Monaco genotype had the highest chemical profile, thanks to its highest amount of characteristic volatile compounds and soluble sugars. As concern the nutraceutical quality, Faenza, Monaco and Talete genotypes were clearly distinguishable from Bagnacavallo cultivar, for their higher contents of healthy compounds. The powdered rind of Talete genotype, thanks to its higher content in L- citrulline, has been used for the preparation of functional foods, such as apple-jellies, with good chemical and rheological characteristics and microbiological stability. In conclusion, regarding chemical aspects, positive effects of the OR cultivation are observed in cauliflower and tomato (Giulianova). For the nutraceutical quality, instead, a positive effect of OR method is found in some genotypes of cauliflower (Emeraude), sweet red pepper (RS08) and tomato (Perbruzzo). In watermelon and onion, cultivated only with OR system, a deep influence of the genotype was noticed, as concern the quality parameters.

Oggetto di studio delle presente tesi di dottorato è stata la valutazione del patrimonio chimico e nutraceutico di alcuni genotipi di diverse specie vegatali largamente consumate in Italia e con un notevole impatto positivo sulla salute umana, coltivate sia in modo tradizionale (CONV) sia secondo il metodo dell'agricoltura biologica (OR). Sono stati studiati alcuni genotipi di cavolfiore (Brassica oleracea L. var. Botrytis ), in particolare Emeraude, Velox e Jesino; pomodoro (Solanum lycopersicum L.), come Giulianova e Perbruzzo; peperone dolce (Capsicum annuum L.), come Alceste ed RS08; cipolla (Allium cepa L.), come Rossa di Suasa, Tropea, Density e Precoce di Romagna; cocomero (Citrullus lanatus L.) come Bagnacavallo, Faenza, Monaco e Talete, coltivati con il metodo biologico e convenzionele. La ricerca è stata articolata in tre anni di sperimentazione (2010-2012) e sono state prese in considerazione le medie dei valori ottenuti nell'intero periodo di studio per ogni genotipo di tutte le specie studiate. I dati raccolti sono stati sottoposti ad analisi statistica. Cavolfiore: tra i parametri chimici, sono state prese in considerazione le sostanze volatil caratteristiche (solfuri e nitrili, ecc.), mentre per quelli nutraceutici i glucosinolati, la vitamina C, i polifenoli ed i carotenoidi, tutte molecole aventi potere protettivo e perventivo contro diverse forme di cancro, malattie cardiovascolari, ecc. L'effetto positivo dell'agricoltura biologica sulla qualità chimica è stata riscontrata in tutti I genotipi studiati. Per la qualità nutraceutica, invece, sono stati notati effetti positivi sui glucosinolati del genotipo Emeraude. Per tutti gli altri parametri, nessuna differenza statisticamente significativa è stata evidenziata in nessun genotipo. Pomodoro: per i campioni OR e CONV di pomodori raccolti sia allo stato maturo che immaturo (invaiato), sono state quantificate le sostanze volatili caratteristiche (esanale, 2(E)-esenale, 2-isobutiltiazolo), insieme agli zuccheri solubili, pH, per i parametri chimici, e, per quelli nutraceutici, licopene e vitamina C. Nel Giulianova OR maturo, le sostanze volatili e gli zuccheri erano inferiori rispetto al campione CONV, mentre un comportamento opposto era stato notato per il Perbruzzo. Nei campioni immaturi, l'effetto positivo del sistema OR è stato notato solo nel Perbruzzo, specialmente per sostanze volatili e licopene. Tutti gli altri parametri sono risultati essere molto simili per tutti i genotipi sia OR che CONV ad entrambi gli stadi di maturazione. Peperone dolce: tra i parametri chimici sono state studiate le pirazine (2-metossi-2-isopropil pirazina e 2-metossi-2-isobutil pirazina) e gli zuccheri solubili, mentre per quella nutraceutica alcune molecole antiossidanti (vitamina C, polifenoli e carotenoidi) unitamente alla misura del potere antiossidante, effettuata con il metodo del (DPPH*). Le pirazine totali sono state influenzate negativamente dal sistema OR, mentre una scarsa influenza è stata riscontrata per gli zuccheri solubili, in entrambi i genotipi. Un effetto positivo dell'agricoltura OR è stato notato per l'acido ascorbico nell'Alceste, mentre la capacità antiossidante era più elevata nei campioni CONV di entrambi i genotipi. Nel campione OR Alceste, sottoposto a cottura (su piastra), le pirazine e le altre sostanze volatili sono risultate essere profpndamente modificate, in particolare per la presenza di sostanze volatili di “Maillard”, come derivati furanici e furanonici. Gli zuccheri solubili, i carotenoidi, polifenoli ed il potere antiossidante sono notevolmente diminuiti. Cipolla: i campioni di cipolla, coltivata solo in OR, sono stati sottoposti alla valutazione della qualità chimica (zuccheri solubili, sostanze volatili caratteristiche, in particolare solfuri saturi ed insaturi) e nutraceutica (solfuri insaturi, polifenoli, come antocianine e quercitine, e la capacità antiossidante). I genotipi Density, Precoce di Romagna e Tropea hanno mostrato una migliore qualità nutraceutica e, contemporaneamente un più alto livello di solfuri insaturi (diallil disolfuro e allilmetil trisolfuro), molecole con un dimostrato potere antitumorale. Inoltre, la Density ha mostrato una maggiore capacità antiossidante, dovuta al maggiore contenuto in polifenoli, in particolare quercitine. Cocomero: l'analisi dei genotipi di cocomero ha riguardato, per la qualità chimica, zuccheri solubili e sostanze volatili caratteristiche (aldeidi ed alcoli, saturi ed insaturi, a nove atomi di carbonio) e, per quella nutraceutica, licopene, L-citrullina e vitamina C. Il genotipo Monaco ha mostrato il più alto contenuto in sostanze volatili e zuccheri solubili. Per quanto riguarda il patrimonio nutraceutico, i genotipi Faenza, Monaco e Talete hanno mostrato un profilo notevolmente più elevato rispetto al Bagnacavallo. La polvere di buccia essiccata del genotipo Talete, per il suo più elevato contenuto in citrullina, è stata utilizzata per la preparazione di gelatine di mela arricchite, alimento funzionale ad elevato contenuto in citrullina (vasodilatatore). Concludendo, per quanto riguarda il profilo chimico, effetti positivi del sistema OR sono stati riscontrati per il cavolfiore (tutti i genotipi) ed il pomodoro (Giulianova). Perla qualità nutraceutica, invece, effetti positivi sono stati riscontrati per alcuni genotipi di cavolfiore (Emeraude), peperone (RS08) e pomodoro (Perbruzzo). Nel cocomero e cipolla, coltivati solo con il metodo OR, è stata riscontrata una profonda influenza del fattore genetico sui parametri qualitativi.