Gli strumenti sofisticati e astratti della fisica teorica sono stati utilizzati in un innovativo progetto di ricerca applicata: identificare un colorante naturale per produrre "confetti" al cioccolato. Questo è stato il compito intrapreso dagli scienziati della Sissa e del Cnr-Iom in una ricerca che ha tradotto l'eccellenza scientifica in innovazione prodotta nel modo più raffinato e inaspettato. Il lavoro della Sissa e del Cnr-Iom faceva parte di una grande collaborazione internazionale i cui risultati sono stati appena pubblicati sulla rivista Science Advances.
Nella loro indagine, il gruppo di ricerca di Trieste ha utilizzato simulazioni al computer basate sui principi della meccanica quantistica per identificare il meccanismo molecolare alla base delle diverse sfumature di blu nelle piante, dalla delicata tinta dei fiori al viola intenso dei lamponi neri, melanzane o vino rosso. Nello specifico, il gruppo di ricerca ha scoperto quali cambiamenti dovevano essere apportati alla struttura degli antociani - il pigmento responsabile di questi colori - per ottenere diverse sfumature di colore. Questo lavoro ha consentito a un'importante azienda alimentare, Mars Wrigley, di brevettare un'alternativa naturale a base di antociani al "blu brillante" artificiale normalmente utilizzato per colorare le caramelle al cioccolato. In particolare, il lavoro svolto dalla Sissa e dal Cnr-Iom ha aiutato i chimici di laboratorio a puntare nella giusta direzione, suggerendo loro la struttura del pigmento che avrebbe prodotto la tonalità di colore desiderata. La molecola in questione è presente in abbondanza nel cavolo rosso, dal quale verrà estratta per produrre il colorante.
Fisica teorica per nuove applicazioni
“La particolarità di questo lavoro”, ha spiegato il professor Stefano Baroni, che guida la ricerca Sissa-Cnr-Iom “è che abbiamo utilizzato principi teorici estremamente sofisticati, normalmente impiegati per scopi completamente diversi, per trovare una soluzione a un problema apparentemente banale che ha avuto un grande impatto sull'industria alimentare. Questo progetto, in cui università e impresa hanno lavorato insieme per uno scopo comune, segna un percorso importante per la nostra scuola e per la scienza in generale. Sottolinea inoltre l'importanza della ricerca di base, che raramente porta ad un'applicazione diretta ma, allo stesso tempo, consente lo sviluppo di strumenti e idee che possono rivelarsi estremamente utili nei contesti più diversi, come è accaduto in questo caso."
Un solo tocco e il blu è più blu: alla ricerca di un colorante naturale
In questo progetto, i ricercatori sono partiti da un'osservazione: “nel mondo vegetale, il blu è un colore relativamente raro e molte delle sfumature dall'azzurro al viola scuro sono espresse dalla stessa classe di molecole: gli antociani. Perché la stessa colorazione naturale possa essere espressa in una gamma così ampia di toni diversi, tuttavia, era un mistero ", ha spiegato il professor Baroni. Gli antociani hanno una struttura chimica piuttosto semplice: le molecole sono formate da tre anelli costituiti principalmente da carbonio, a cui sono legati altri atomi o gruppi secondari come zuccheri e acidi organici. Grazie alle nostre simulazioni abbiamo visto che il colore prodotto dal pigmento è tanto più blu quanto maggiore è la distorsione dei legami chimici che uniscono i tre anelli. Funzionalizzando opportunamente le molecole con gruppi secondari che provocano questa “torsione” nella struttura in modo più o meno accentuato è possibile ottenere dei blu più o meno brillanti. Questa prova precedentemente sconosciuta ci ha permesso di indirizzare i chimici di laboratorio nella giusta direzione per ottenere il colore giusto. Abbiamo poi individuato questa proprietà nelle piante, in particolare nel cavolo rosso, in modo da estrarla per usarla per colorare le caramelle”.
Questa ricerca fa parte di uno sforzo internazionale che vede la legislazione europea sostituire gradualmente i coloranti artificiali con quelli naturali. In questo caso, la procedura è già stata brevettata.