Liquid nitrogen as a suitable alternative to pistachios peeling process [Azoto liquido come alternativa sostenibile per il processo di pelatura del pistacchio]

The growing demand for high-quality, minimally processed foods has driven research into innovative preservation and processing methods that maintain nutritional, sensory, and functional properties while reducing environmental impact. Pistachio (Pistacia vera L.), a high-value nut rich in unsaturated fatty acids, proteins, minerals, and bioactive compounds, is particularly sensitive to postharvest handling and processing. Conventional peeling methods, such as blanching, can lead to oxidative deterioration, loss of thermolabile bioactive compounds, and significant water consumption. This doctoral research investigated an innovative peeling method based on the use of liquid nitrogen (LN₂), or cryopeeling, as a sustainable alternative, focusing on its effects on efficiency, kernel quality, and the preservation of phenolic compounds present in the skin. Trials conducted on a commercial pistachio sample and on the PDO Bronte Green Pistachio cultivar demonstrated that LN₂ treatment enabled efficient peeling while maintaining kernel structure, reducing peroxide values by approximately 50% compared to conventional methods, and limiting surface damage. Colorimetric analysis revealed improved chromatic characteristics in both cultivars, with increases in lightness (L*) and greenness (a*), especially in the Bronte variety. Regarding the bioactive profile, LN₂ peeling generally enhanced the retention of phenolic compounds in the skin. In the case of the Bronte pistachio, the total polyphenol content was nearly four times greater, and anthocyanin levels were more than fifteen times greater compared to hot-water treated samples. The antioxidant capacity of the skin was also tripled, highlighting their potential for by-product valorisation. Microstructural and thermal analyses confirmed the preservation of tissue integrity and chemical stability over time, supporting the theoretical advantages of rapid freezing. These findings underline LN₂ cryopeeling as a promising technology for the pistachio industry, offering combined benefits in terms of quality preservation, by-product enhancement, and reduced environmental impact. This work also provides a replicable model for the application of cryogenic technologies to other nuts products.

La crescente domanda di alimenti di alta qualità e minimamente processati ha stimolato la ricerca di metodi innovativi di conservazione e trasformazione che preservino le proprietà nutrizionali, sensoriali e funzionali, riducendo al contempo l’impatto ambientale. Il pistacchio (Pistacia vera L.), frutta secca di alto valore ricca di acidi grassi insaturi, proteine, minerali e composti bioattivi, risulta particolarmente sensibile alla gestione post-raccolta e ai trattamenti tecnologici. I metodi convenzionali di pelatura, come il blanching, possono causare deterioramento ossidativo, perdita di composti termolabili e un significativo consumo idrico. Questa ricerca di dottorato ha analizzato l’impiego dell’azoto liquido (LN₂) come metodo criogenico di pelatura sostenibile, o cryopeeling, valutandone gli effetti sull’efficienza, sulla qualità della granella del prodotto pelato e sulla conservazione dei composti antiossidanti nelle skin. Le prove condotte sia su un campione commerciale sia sul pistacchio Verde di Bronte DOP hanno dimostrato che il trattamento con LN₂ consente una pelatura efficace, mantenendo l’integrità strutturale della granella, riducendo i valori di perossidi di circa il 50% rispetto al metodo convenzionale e limitando i danni superficiali. L’analisi colorimetrica ha evidenziato un miglioramento in entrambi i campioni, con un aumento della luminosità (L*) e della componente verde (a*), in particolarmente nel pistacchio di Bronte. Riguardo i composti bioattivi presenti nelle cuticole (skin), la pelatura criogenica ha generalmente aumentato il contenuto dei composti fenolici e l’attività antiossidante. Nel caso del pistacchio di Bronte, il contenuto di polifenoli totali è risultato quasi quattro volte superiore, mentre i livelli di antociani sono risultati oltre quindici volte maggiori rispetto ai campioni trattati con acqua calda. Anche la capacità antiossidante delle bucce è risultata triplicata, evidenziando un potenziale interessante per la valorizzazione degli scarti. Le analisi microstrutturali e termiche hanno confermato il mantenimento dell’integrità dei tessuti e della stabilità chimica nel tempo, avvalorando i vantaggi teorici della pelatura criogenica. Questi risultati indicano l’LN₂ come una tecnologia promettente per l’industria del pistacchio, in grado di preservare la qualità del prodotto finale e, contestualmente, valorizzare i sottoprodotti riducendo dell’impatto ambientale. Il lavoro fornisce inoltre un modello replicabile per l’applicazione delle tecnologie criogeniche non solo nel pistacchio, ma estendibile a tutta la frutta a guscio.