ETD

• antioxidant activity,
• applicazioni ambientali
• applicazioni industriali
• attività antiossidante
• betalaini
• betalains
• cam metabolism
• cladodes
• cladodi
• effetti ipoglicemizzanti
• environmental applications
• hypoglycemic effects
• industrial applications
• metabolismo cam
• Opuntia ficus-indica
• polifenoli
• polyphenols

Opuntia ficus-indica, commonly known as the prickly pear cactus, is a species native to Mexico that has subsequently spread to numerous regions of the world. The plant is characterized by a marked ability to adapt to arid and semi-arid environmental conditions, due to specific anatomical, physiological, and metabolic adaptations, including CAM photosynthetic metabolism, which allows for high water-use efficiency.
The fruit presents a nutritional composition characterized by a high content of water and carbohydrates in the pulp, fibers in the peel, and proteins, lipids, and mineral salts in the seeds. It is also a significant source of bioactive compounds, particularly polyphenols and betalain pigments, which are responsible for antioxidant and anti-inflammatory activities documented also by clinical studies in humans. Peels and seeds, considered agro-industrial by-products, represent potential sources of antioxidants; moreover, peels can be valorized as a source of natural pigments, while the seeds yield an oil used in food and cosmetic applications.
The cladodes are traditionally consumed as food in various regions of the world, but overall they are less studied than the fruits from a nutritional and functional perspective, despite their large biomass. They present a nutritional profile characterized by a high content of water, fibers (soluble and insoluble), mucilages, vitamins, mineral salts, and bioactive compounds.
At the human level, the most consolidated evidence concerns the effect of cladodes on carbohydrate metabolism, particularly their hypoglycemic activity supported by clinical studies. Numerous other biological activities, such as antioxidant, anti-inflammatory, hypolipidemic, and prebiotic effects, are instead mainly based on in vitro studies and animal models.
Beyond food and functional uses in humans, the soluble polysaccharide fraction has been studied for applications related to its film-forming, additive, and protective properties, with uses in the food, cosmetic, and materials fields, as well as in environmental remediation, including the removal of contaminants from water. The insoluble fibrous fraction, on the other hand, is of interest for applications based on materials and structural matrices, particularly in the cementitious field. Considered as a whole, the cladodes and the rest of the plant are evaluated for erosion control and soil stabilization, as well as for energy applications, ranging from bioenergy production to bioelectrochemical systems for electricity generation in arid environments.
The thesis highlights how the cladodes of Opuntia ficus-indica, long considered secondary compared to the fruits, represent a resource of considerable nutritional, industrial, and environmental interest, whose potential is broad but not yet fully explored.

Opuntia ficus-indica, comunemente nota come fico d’India, è una specie originaria del
Messico e successivamente diffusa in numerose aree del mondo. La pianta è caratterizzata da una marcata capacità di adattamento a condizioni ambientali aride e semi-aride, dovuta a specifici adattamenti anatomici, fisiologici e metabolici, tra cui il metabolismo fotosintetico CAM, che consente un’elevata efficienza d’uso idrico.
Il frutto presenta una composizione nutrizionale caratterizzata da un elevato contenuto di acqua e carboidrati nella polpa, fibre nella buccia e proteine, lipidi e sali minerali nei semi. È inoltre una fonte rilevante di composti bioattivi, in particolare polifenoli e pigmenti betalainici, responsabili di attività antiossidanti e anti-infiammatorie documentate anche da studi clinici sull’uomo. Bucce e semi,considerati sottoprodotti agroindustriali, rappresentano potenziali fonti di antiossidanti, inoltre le
bucce sono valorizzabili come fonte di pigmenti naturali, mentre dai semi si ottiene un olio ad uso alimentare e cosmetico.
I cladodi sono tradizionalmente consumati come alimento in diverse aree del mondo, ma risultano complessivamente meno studiati rispetto ai frutti dal punto di vista nutrizionale e funzionale, nonostante la loro ampia biomassa. Essi presentano un profilo nutrizionale caratterizzato da un elevato contenuto di acqua, fibre (solubili e insolubili), mucillagini, vitamine, sali minerali e composti bioattivi.
A livello umano, le evidenze più consolidate riguardano l’effetto dei cladodi sul metabolismo glucidico, in particolare l’attività ipoglicemizzante supportata da studi clinici. Numerose altre attività biologiche, quali effetti antiossidanti, anti-infiammatori, ipolipidemizzanti e prebiotici, risultano invece basate prevalentemente su studi in vitro e su modelli animali.
Oltre agli impieghi alimentari e funzionali sull’uomo, la frazione polisaccaridica solubile è stata studiata per applicazioni legate alle proprietà filmogene, additivanti e protettive, con impieghi in ambito alimentare, cosmetico e nei materiali, oltre che nel risanamento ambientale, inclusa la rimozione di contaminanti dalle acque. La frazione fibrosa insolubile risulta invece di interesse per impieghi basati su materiali e matrici strutturali, in particolare in ambito cementizio. Considerati nel loro complesso, i cladodi e il resto della pianta sono valutati per la riduzione dell’erosione e la stabilizzazione del suolo, nonché per applicazioni energetiche, dalla produzione di bioenergia ai sistemi bioelettrochimici per la generazione di elettricità in ambienti aridi.
La tesi evidenzia come i cladodi di Opuntia ficus-indica, a lungo considerati secondari rispetto ai frutti, rappresentino una risorsa di notevole interesse nutrizionale, industriale e ambientale, il cui potenziale risulta ampio ma non ancora completamente esplorato.