project - EIP-AGRI Operational Group
Development of novel lacto-fermented fruit and vegetable-based products
Sviluppo di nuovi prodotti latto-fermentati a base di frutta e verdura - C'è Fermento
Context
The production and processing of fruit and vegetables, including the preparation of fruit juices, nectars and purees, is a relevant and dynamic sector in Emilia-Romagna (+ 5% industrial production index compared to 2017). Innovation has been directed by consumers' pursuit of well-being and naturalness (reduction of sugar, 100% fruit, "superfruits" such as pomegranate or blueberry etc.). Organic products continue to grow: at the national level UHT juices, with a turnover of around € 39 million, have reached 7% with an increase of + 8%. Orienting the offer according to these elements is fundamental for the development of the sector in line with market demand. The project will be addressing the goals of the thematic area 2A, related to the development of healthy and dietary products. All the information collected from the study will be useful to gain these main results: a better quality and yields of organic fruit/vegetable production, by identifying effective agronomic practices (i.e. use of compost with soil microorganisms); the production of fermented juice/puree containing viable microorganisms and/or naturally enriched in polyphenols and vitamins; the prototype development and a small-scale production. Further, the juices and puree will be tested by sensorial analysis in order to measure the consumer acceptance. The project represents an opportunity for the OG to participate in the process of co-creating a new product, still not present on the Italian market, starting with regulated quality productions (organic certified). The activities of the project will involve different phases of the supply chain, from agricultural production to processing, storage, packaging and commerce.
Objectives
The aim of the project is to develop an innovative line of organic juices/puree with high healthy properties using lactic acid bacteria. In particular, products with viable microorganisms and/or bioactive metabolites will be produced.
The project deals with:
i) Setting up and optimization of a fermentation protocol to be transferred to the production plant
ii) improvement of yields and quality of organic production
iii) characterization of the nutritional profiles of the products
iv) identification of new marketing channels
v) training and dissemination activities.
Objectives
L’obiettivo del progetto è quello di sviluppare succhi e puree biologici altamente innovativi a carattere salutistico grazie all’impiego di batteri lattici, in grado di veicolare microrganismi vitali e composti benefici derivanti dalla loro attività metabolica.
In particolare saranno:
i) sviluppati protocolli di fermentazione da impiegare in azienda
ii) migliorate resa e qualità delle materie prime biologiche
iii) caratterizzati, dal punto di vista nutrizionale, i prodotti ottenuti
iv) individuati nuovi canali di commercializzazione
v) svolti piani di formazione e divulgazione.
Activities
The project is divided into 5 work packages:
1. Field trials to improve yield and quality of production;
2. Microbial selection in order to produce fermented juices/puree with appreciated taste and aroma;
3. Optimization of the process to obtain products containing viable microorganisms and/or beneficial microbial metabolites;
4. Technology transfer process and production of prototypes in the plant;
5. Market analysis to identify new marketing channels and effective ways of communicating the innovation.
Activities
Il piano prevede 5 azioni:
1. Prove in campo per migliorare resa e qualità delle produzioni;
2. Selezione di microrganismi per produrre succhi/puree fermentate dal gusto e aroma apprezzabili;
3. Ottimizzazione del processo per ottenere prodotti contenenti microrganismi vitali e/o metaboliti microbici;
4. Trasferimento tecnologico e produzione di prototipi in azienda;
5. Analisi di mercato per individuare nuovi canali di commercializzazione e modalità efficaci di comunicazione dell’innovazione.
Ad ogni azione parteciperanno i partner aderenti al progetto, ognuno con uno specifico ruolo.
Project details
- Main funding source
- Rural development 2014-2020 for Operational Groups
- Rural Development Programme
- 2014IT06RDRP003 Italy - Rural Development Programme (Regional) - Emilia-Romagna
Location
- Main geographical location
- Parma
- Other geographical location
- Modena, Forlì-Cesena
EUR 245 740.00
Total budget
Total contributions from EAFRD, national co-financing, additional national financing and other financing.
7 Practice Abstracts
Market survey
Fermented organic puree could contribute positively to the evolution of organic to new references that are increasingly health and innovation-oriented and enable the spread of fruit and vegetable processing products that are alternatives to traditional sugar compotes. Market surveys conducted have also shown that products resulting from the C'è Fermento project have good potential for market success (170 questionnaire submitted). However, it is important to strengthen their health aspects, intensify efforts to accentuate this connotation and, in parallel, build a solid and reliable storytelling around the products. This aspect can be strengthened by marketing in more "specialized" channels such as EcorNaturaSì, regular organic trade, markets and direct sales. Another key aspect concerns the pursuit of good production efficiency, allowing sufficient price competitiveness to be maintained.
Indagini di mercato
La purea biologica fermentata potrebbe dunque contribuire in modo positivo all'evoluzione del prodotto biologico verso nuove referenze sempre più orientate alla salute e all’innovazione e permettere la diffusione di prodotti della trasformazione ortofrutticola alternativi alle tradizionali composte zuccherine. Anche le indagini di mercato svolte, hanno mostrato come i prodotti risultanti dal progetto C’è Fermento presentino un buon potenziale di successo sul mercato (170 questionari raccolti). E’ tuttavia importante rinforzarne gli aspetti salutistici, intensificare gli sforzi per accentuare tale connotazione e, in parallelo, costruire uno storytelling robusto ed affidabile intorno ai prodotti. Questo aspetto può essere rafforzato dalla loro commercializzazione in canali più “specializzati” come EcorNaturaSì, il normale trade biologico, i mercati, la vendita diretta. Un altro aspetto fondamentale riguarda il perseguimento di una buona efficienza produttiva, che permetta di mantenere una sufficiente competitività di prezzo.
On-farm scale-up
The fermentation protocol on which the on-farm scale-up was based was defined and on-farm production trials were conducted. At a partner farm, an innovative lacto-fermented tasty product was obtained, with reduced sugar content, shelf stable because it was pasteurized (with postbiotics). Fermentation was conducted in a thermostatically controlled bath at 25°C for 48 h, inoculating L. plantarum strain 4193 into the apricot puree. At the end of fermentation, several samples were taken and analyzed by plate viable count. The pasteurized samples, were found to be stable, showing no colony in the first dilution in the different media tested. These samples were stored at room temperature for 3 months and analyzed again, again by viable plate count. From the results obtained, the absence of colonies in the first dilution in the different media used is observed. The data obtained show that the product, after 3 months of storage at room temperature, is stable. Sensory analysis, carried out by a small group of panelists, reports greater sweetness and pleasantness than the unfermented control.
Scale-up in azienda
E' stato definito il protocollo di fermentazione su cui si è basato lo scale-up aziendale e sono state effettuate prove di produzione in azienda. Presso un'azienda agricola partner è stato ottenuto un prodotto innovativo latto-fermentato, buono, a ridotto contenuto di zuccheri, stabile a scaffale perchè pastorizzato (con postbiotici). La fermentazione è stata condotta in bagno termostatato a 25°C per 48 h, inoculando nella purea di albicocca il ceppo L. plantarum 4193. Al termine della fermentazione sono stati prelevati diversi campioni, che sono stati analizzati attraverso la conta vitale in piastra. I campioni pastorizzati, risultano essere stabili, non mostrando alcuna colonia nella prima diluizione nei diversi terreni testati. Questi campioni sono stati conservati a temperatura ambiente per 3 mesi e analizzati nuovamente, sempre attraverso la conta vitale in piastra. Dai risultati ottenuti si osserva l’assenza di colonie nella prima diluizione nei diversi terreni utilizzati. I dati ottenuti mostrano che il prodotto, dopo 3 mesi di conservazione a temperatura ambiente, è stabile. L’analisi sensoriale, svolta da un gruppo ristretto di panelisti, riporta una maggior dolcezza e piacevolezza rispetto al controllo non fermentato.
Fermentation optimization II
The created target product was subsequently characterized, for sensory and functional profile. From the sensory point of view, 11 new different aroma compounds were identified, belonging to different chemical and odor classes, a fact that confirmed how the fermentation process, brings in the apricot puree a peculiar aroma, more complex and rich in different components, producing both several compounds from scratch, but at the same time increasing others already present in the unfermented product. On the other hand, fermentation did not make some significant differences, in terms of total polyphenol content and antioxidant activity. However, the characterization performed by UHPLC-MS/MS technique revealed the presence of: catechin, epicatechin, caffeoylquinic acids (3 isomeric forms), quercetin hexoside, campferol rutinoside and rutin, compounds characteristic of apricots, but also two phenolic compounds, such as phenyl-lactic acid and hydroxyphenyl-lactic acid, compounds of interest, since, as widely reported in the literature, they exhibit antibacterial properties by acting as inhibitors of the growth of undesirable microorganisms.
Ottimizzazione della fermentazione II
Il prodotto target creato è stato successivamente caratterizzato, per il profilo sensoriale e funzionale. Dal punto di vista sensoriale, sono stati identificati 11 nuovi composti aromatici differenti, appartenenti a diverse classi chimiche e odorose, dato che ha confermato come il processo fermentativo, porti nella purea di albicocca un aroma peculiare, maggiormente complesso e ricco in componenti diversi, producendo sia diversi composti ex-novo, ma allo stesso tempo incrementandone altri già presenti nel prodotto non fermentato. D’altro canto, la fermentazione non ha apportato alcune differenze significative, in termini di contenuto di polifenoli totali e attività antiossidante. Tuttavia, la caratterizzazione eseguita tramite tecnica UHPLC-MS/MS ha permesso di rilevare la presenza di: catechina, epicatechina, acidi caffeoilchinici (3 forme isomeriche), quercetina esoside, campferolo rutinoside e rutina, composti caratteristici dell’albicocca, ma anche di due composti fenolici, quali acido fenil-lattico e acido idrossifenil-lattico, composti interessanti, in quanto, come ampiamente riportato in letteratura, presentano proprietà antibatteriche fungendo da inibitori della crescita di microrganismi indesiderati.
Fermentation optimization I
In addition to creating a good, low-sugar fermented product, the focus of the project was also on the functional aspect. Therefore, the different fermented products sampled at EcorNaturaSì were characterized for total polyphenol content and antioxidant activity. Unfortunately, for all the different fermented analyzed, no increase was observed compared to the unfermented control. Therefore, it was decided to expand again the screening performed initially, by changing the initial matrix, performing dilution and pH modulation tests, and changing the fermentation conditions, in order to improve the growth and nutritional profile. The different tests set up, allowed the identification of a new fermentation condition, in the apricot puree, which allowed observing an increase of ca. 1.5 Log CFU/g after 48h of fermentation.
Ottimizzazione della fermentazione I
Oltre alla creazione di un prodotto fermentato buono e a basso contenuto di zuccheri, l’interesse del progetto era incentrato anche sull’aspetto funzionale. Pertanto, i diversi prodotti fermentati assaggiati presso EcorNaturaSì, sono stati caratterizzati per il contenuto in polifenoli totali e attività antiossidante. Purtroppo, per tutti i diversi fermentati analizzati, non è stato osservato alcun incremento rispetto al controllo non fermentato. È stato quindi deciso di ampliare nuovamente lo screening eseguito inizialmente, modificando la matrice iniziale, effettuando delle prove di diluizione e modulazione del pH, e cambiando le condizioni di fermentazione, al fine di migliorare il profilo di crescita e il profilo nutrizionale. Le diverse prove allestite, hanno consentito di identificare una nuova condizione di fermentazione, nella purea di albicocca, che ha permesso di osservare un incremento di ca. 1,5 Log UFC/g dopo 48h di fermentazione.
Development of fermented juice/puree
Five different matrices (apple, apricot, peach, raspberry and nectarine) from certified organic production were provided by two partner farms operating in the region. The different substrates were chemically characterized for the content of simple sugars and organic acids and then fermented using 51 different strains of lactic acid bacteria, belonging to the UPCC (University of Parma Culture Collection), obtaining 510 fermented products. For each puree, microbial growth associated with an organoleptic evaluation was evaluated in order to select the 5 best strains per matrix, which were subsequently crossed, resulting in a total of 108 co-culture fermented products. The evaluation of microbial growth combined with a sensory analysis identified the 5 best co-cultures, which together with the 5 monocultures, selected earlier, were studied for subsequent analysis.
Given the astringency and the not always positive evaluations of the different panelists, it was decided to add an experimental step, which involved the addition of organic cane sugar after fermentation. Since the market is increasingly oriented toward products with reduced sugar content, it was necessary to define a minimum threshold of sugar to be added that would allow to obtain a product appreciated by the consumer but not excessive in sugar.
Sviluppo di succhi e puree fermentati
Cinque diverse matrici (mela, albicocca, pesca, lampone e pesca nettarina), provenienti da produzioni certificate biologiche, sono state fornite da due aziende agricole partner operanti sul territorio regionale. I diversi substrati sono stati caratterizzati chimicamente per il contenuto di zuccheri semplici e acidi organici e successivamente sono stati fermentati utilizzando 51 ceppi differenti di batteri lattici, appartenenti alla UPCC (University of Parma Culture Collection), ottenendo 510 prodotti fermentati. Per ogni purea è stata valutata la crescita microbica associata ad una valutazione organolettica, al fine di selezionare i 5 ceppi migliori per matrice, che sono stati successivamente incrociati, ottenendo un totale di 108 fermentati in co-coltura. La valutazione della crescita microbica associata ad un’analisi sensoriale ha consentito di identificare le 5 co-colture migliori, che insieme alle 5 monocolture, selezionate in precedenza, sono state oggetto di studio per le analisi successive.
Vista l’astringenza e le valutazioni non sempre positive dei diversi panelisti è stato deciso di aggiungere uno step sperimentale, che prevedeva l’aggiunta di zucchero di canna biologico dopo fermentazione. Dal momento che il mercato è sempre più orientato verso prodotti a ridotto contenuto di zuccheri, è stato necessario definire una soglia minima di zucchero da addizionare che permettesse di ottenere un prodotto apprezzato dal consumatore ma non eccedente di zuccheri.
Field trials II
The treatment schedule followed that described in the protocol although for climatic reasons there were differences between 2021 and 2022. The analysis included:
- soil analysis in the root system area (texture, total carbon, organic carbon, available nitrogen, P2O5, K2O, MgO, SO3);
- general state of the crop: vegetative vigor, diseases;
- quality (°Brix on 20 randomly selected fruits after harvest, caliber, extra, AAA, A, B on 100 randomly selected fruits after harvest) and yields.
For each thesis, soil samples were collected in fall 2020 and at the end of each year (fall 2021 and fall 2022) for analysis.
Prove agronomiche II
Il calendario dei trattamenti ha rispettato quello descritto dal protocollo anche se per motivi climatici ci sono state delle differenze tra il 2021 e il 2022.
I rilievi hanno riguardato:
- analisi del terreno nell’area interessata dall’apparato radicale (tessitura, carbonio totale, carbonio organico, azoto disponibile, P2O5, K2O, MgO, SO3);
- stato generale della coltura: vigore vegetativo, malattie;
- qualità (°Brix su 20 frutti scelti casualmente dopo la raccolta, calibro extra, AAA, AA, A, B su 100 frutti scelti casualmente dopo la raccolta) e rese.
Per ogni tesi sono stati raccolti all’inizio del progetto (autunno 2020) e al temine di ogni annualità (autunno 2021 e autunno 2022) campioni di suolo per le analisi.
Field trials I
For two years (2020-2021 and 2021-2022), experimental activities were carried out at two farms in order to verify the effect of microbial biostimulants in organic fruit growing. The trial at farm one involved a 14-year-old Williams pear planting. In the fall, the entire planting is fertilized with Phenix (Italpollina organic fertilizer). At farm two, the experimentation involved a 12-year-old nectarine (var. Alma) planting. In the fall, the entire planting is fertilized with mature farm manure (10 t/ha).
Based on a survey of products on the market, two commercial microbial consortia were selected:
i) Ceres Biotics (Simbiotik Npk - Nutribio N), a simple non-composted organic soil conditioner consisting of mycorrhizae (2%) and nitrogen-fixing rhizosphere bacteria (Azotobacter salinestris strain CECT 9690; Bacillus megaterium (CB1802 strain);
ii) MICOSAT (Experimental Crop Center) consisting of vesicular-arbuscular mycorrhizae, beneficial rhizosphere bacteria (Bacillus spp BP 79 Bacillus subtilis BR62 Streptomyces spp SB14 Streptomyces spp SP80), saprophytic fungi (Trichoderma harzianum TH01 Trichoderma spp TV60) and yeasts (Pichia pastoris PP59) in symbiotic type relationship with plant roots.
Prove agronomiche I
Per due annualità (2020-2021 e 2021-2022) sono state realizzate attività sperimentali presso due aziende agricole allo scopo di verificare l’effetto di biostimolanti microbici in frutticoltura biologica. La sperimentazione nell'azienda 1 ha interessato un impianto di pere Williams di 14 anni. In autunno tutto l’impianto viene fertilizzato con Phenix (concime organico Italpollina). Presso l'azienda 2 la sperimentazione ha riguardato un impianto di nettarine var. Alma di 12 anni. In autunno tutto l’impianto viene fertilizzato Letame maturo aziendale (10 t/ha).
In base ad una ricerca sui prodotti presenti sul mercato, sono stati selezionati due consorzi microbici:
i) Ceres Biotics (Simbiotik Npk - Nutribio N), ammendante organico semplice non compostato costituito da micorrize (2%) e batteri della rizosfera azotofissatori (Azotobacter salinestris ceppo CECT 9690; Bacillus megaterium (CB1802 strain);
ii) MICOSAT (Centro Colture Sperimentali) costituito da micorrize vescicolo-arbuscolari, batteri benefici della rizosfera (Bacillus spp BP 79 Bacillus subtilis BR62 Streptomyces spp SB14 Streptomyces spp. SP80), funghi saprofiti (Trichoderma harzianum TH01 Trichoderma spp TV60) e Lieviti (Pichia pastoris PP59) in rapporto di tipo simbiotico con le radici delle piante.
Contacts
Project coordinator
-
Open Fields srl
Project coordinator
Project partners
-
Azienda agricola Cà de Frà
Project partner
-
Azienda agricola Punto Verde
Project partner
-
Azienda agricola Vespignani Sara
Project partner
-
Centoform s.r.l.
Project partner
-
EcorNaturaSì
Project partner
-
Università degli Studi di Parma
Project partner