Il progetto GUADO Luciana G. Angelini – DAGA Univ ... - Enrico Avanzi

Agricoltura no food: presentazione dei risultati di alcuni progetti di ricercaIl progetto GUADOLuciana G. Angelini – DAGA Univ. Pisaangelini@agr.unipi.itgiovedì’ 29 aprile 2010Centro Interdipartimentale di Ricerche Agro-Ambientali “Enrico Avanzi” Università di Pisa

Obiettivo: Ottimizzazione della coltivazione del guado (Isatis tinctoria L.)e valutazione delle potenzialità produttive di nuove piante da colorantinaturali nella Valtiberina ToscanaDirigente Responsabile del Contratto di RicercaDr Carlo ChiostriReferente per conto di ARSIADr Paolo BottazziEnte territoriale di riferimentoComunità Montana Valtiberina ToscanaAziende Agricole della ValtiberinaAzienda agricola “La Ginestra” di Polverini M.e M”Azienda agricola Paolo RossiAzienda agricola Andrea GiorniAzienda agricola Carlo e Michele LigiAzienda Aboca di V. MercatiGruppo di ricercaLuciana G. AngeliniSabrina TozziNicoletta NassiSilvia TavariniImporto contratto19.800 €+IVADurata2005-2006 proroga 2008

Le linee di ricerca hanno riguardato-Caratterizzazione e selezione di popolazioni di guado (Isatis tinctoria),reseda (Reseda luteola) e robbia (Rubia tinctorum) ai fini di aumentarela resa e la qualità dei composti coloranti;-Moltiplicazione del materiale selezionato e allestimento dellasperimentazione in campo presso alcuni agricoltori della ValtiberinaToscana;-Raccolta e prima trasformazione del prodotto;-Valutazioni qualitative e prove di tintura.Azioni di ricerca e di sviluppo, congiuntamente ad iniziative diformazione degli agricoltori e divulgazione delle conoscenze

Linea di ricerca 1. Ottimizzazione della coltivazione del guado edell’estrazione dell’indaco in Valtiberina ToscanaL’attività relativa al guado nei due anni di durata del progetto si è articolata neiseguenti punti:1.Produzione e selezione della semente di guado da colture realizzate a Pisa presso ilDAGA e fornitura di seme agli agricoltori della Valtiberina Toscana;2.Definizione di linee guida di produzione di biomassa e di estrazione dell’indaco;3. Realizzazione di prove di pieno campo per ottimizzare alcuni aspetti della tecnicacolturale;4.Visite presso le aziende coinvolte nella coltivazione di guado, incontri con gli agricoltorie assistenza tecnica nelle fasi di coltivazione ed estrazione del colorante;5.Controllo del processo di produzione, estrazione dell’indaco e controllo di qualità.6.Raccolta ed elaborazione dei dati raccolti e stesura di report e divulgazione dei risultati.

Linea di ricerca 1. Ottimizzazione della coltivazione del guado edell’estrazione dell’indaco in Valtiberina ToscanaSono stati discussi con gli agricoltori i diversi aspetti dell’agrotecnica e fornite indicazioni perottimizzare alcuni aspetti della coltivazione, con particolare riferimento all’epoca di semina ealle tecniche di controllo meccanico della flora infestante e dei parassiti.L’attività di sperimentazione di campo relativa al guado ha previsto larealizzazione delle seguenti prove:‣ Prova di coltivazione, raccolta ed estrazione del guado coltivato presso l’azienda agricola“La Ginestra”di Polverini Marcello&Mauro, San Sepolcro (loc. Gragnano) con semina nellaprimavera 2006;‣ Prova di coltivazione, raccolta ed estrazione del guado presso l’azienda agricola Carlo eMichele Ligi,San Sepolcro (Loc. San Leo) con semina nell’autunno 2006;‣ Prova di coltivazione, raccolta ed estrazione del guado presso l’azienda agricola Carlo eMichele Ligi,San Sepolcro (Loc. San Leo) con semina nella primavera del 2007;‣ Prova di coltivazione in biologico presso l’azienda agricola Aboca, San Sepolcro (Loc.Motina) con semina nella primavera 2007 ed estrazione dell’indaco;‣ Prova di coltivazione, raccolta ed estrazione del guado presso l’azienda agricola Carlo eMichele Ligi, San Sepolcro (Loc. San Leo) con semina nell’autunno 2007.

Prove semina primavera 2006 azienda La Ginestra di Polverini Marcello&Mauro,San Sepolcro (loc. Gragnano)

Prove semina autunno 2006 azienda Ligi Carlo&Michele, San Sepolcro (loc. S.Leo)

I Precursori e la formazione dell’indaco‣I precursori sono composti che contengono un indossile. Durantel’estrazione, l’indossile viene idrolizzato e ossidato a formare indaco.

Questi compostivengono estratti inacqua (Stoker et al.,1998).Le reazioni che portano alla formazione di indaco dagliindossili che si generano dalla idrolisi dei precursoriIn Isatis l’aggiunta dialcali all’acqua diestrazione, rilasciaindossili che formanoindaco dopo unavigorosa areazione.+ O2L’indaco è un compostoidrofobico e insolubile inacqua. Esso forma unprecipitato che puòessere facilmenteallontanato e seccato.

Fasi successive dell’estrazione dell’indaco dal guado presso il Centro fiere e servizidi San Sepolcro

controllo di qualità:analisi purezza e stardardizzazione

40% indaco puro30% suolo4% indirubina1% lipidi5% soluti vari0.06% proteine6-15% cellulosa

Resa in foglie e indaco di I.tinctoria coltivata in semina primaverile e autunnalepresso aziende agricole della Valtiberina Toscana nel 2006, 2007 e 2008Superficie(m 2)aziendaNumero diraccoltiResa fogliepeso fresco (kg)Resa indacogrezzo (kg)Resa fogliepeso fresco(kg m -2 )Resa indacogrezzo(g kg -1 ekg ha -1 )Purezza(% peso/peso)3446Polveriniseminaprimaverile3 (dal 25 luglio al6 ottobre 2006)4898 8,7 1,42 1,7825,27,8-19,0770Ligiseminaautunnale4 (dal 4 giugno al2 ottobre 2007)2140 4,5 2,80 2,158,416,2-32,910.000Abocabio seminaprimaverile2 (dal 22 agostoal 9 ottobre2007)7690 20,3 0,77 2,620,36,5-29,21260Ligiseminaautunnale3/4 (dal 15giugno al 1ottobre 2008)4500 6,48 3,57 1,4451,418,3-28,1Con semina autunnale rese medie di circa 30 t/ha di foglie fresche con rese diindaco grezzo intorno a 55 kg/ha

Rispetto alle precedenti prove di coltivazione con il guado in seminaprimaverile, la semina autunnale ha consentito una serie di vantaggi:1) una più precoce ripresa vegetativa all’inizio della primavera con un più rapidoritmo di accrescimento e con una più rapida chiusura dell’interfila;2) un anticipo del primo raccolto e la possibilità di effettuare 4 raccolti da giugnoad ottobre, contro i 3 della semina primaverile;3) un miglior controllo della flora infestante;4) un minore uso dell’acqua irrigua;5) una più elevata resa in indaco grezzo per unità di peso di foglie frescheprocessate;6) l’ottenimento di una resa stagionale di foglie fresche più elevata (in media 30t/ha per stagione);7) l’ottenimento di una resa in indaco stagionale più elevata (in media 55 kgindaco per ettaro per stagione) e di migliore qualità (fino a 30 g di indacopuro/100g di indaco grezzo);

Estrazione dell’indacoTavola riassuntiva delle fasi di estrazione e lavorazione per ricavare indaco da I.tinctoriacoltivata in semina autunnale presso l’azienda di Carlo e Michele Ligi in ValtiberinaToscana nel 2006/2007 e raccolta da giugno a ottobre 2007Raccolta20074 giugno10 luglioFogliefreschekgVolumeacquaLRapportopeso:volkg:Ltempomacerazioneore e min.temperaturainizialefinale(°C)EstrattodabasificareLNaOHaggiunto(kg)NaOH(g L -1 )Resaindacogrezzo(g /kg)270 3600 1:13,3 24h 30’ 20,3-21,3 3000 2 0,66 0,661 16,2270 3150 1:11,7 24 h 00’ 21,6-22,2 2680 3 1,12 0,756 28,2Purezza(%)17 agosto 710 5000 1:7 23 h 30’ 22,7-23,4 4250 5 1,18 1,917 32,92 ottobre 890 6570 1:7,4 26 h 00’ 18,4-18,9 5580 5 0,89 1,139 21,8Tavola riassuntiva delle fasi di estrazione e lavorazione per ricavare indaco daI.tinctoria coltivata in semina primaverile presso l’azienda Aboca ValtiberinaToscana nel 2007Raccolta200722 agostoFogliefreschekgVolumeacqualitriRapportopeso:voltempomacerazioneore e min.tempoossigenazioneore e min.temperaturainizialefinale(C)Estratto dabasificareLNaOHaggiunto(kg)2490 6660 1:2,7 24h 40Õ 4 h 22,3-22,6 5600 9 1,613000 17780 1:5,9 24 h 30Õ 7 h 30Õ 1500012000problemi di macerazione;le foglie sono state distribuite in due vasche: una con 1400 Kg di foglie e l'altra con 1600 Kg di foglie con 8640 e 9140 litri di acqua (rapportopeso:vol 1:6,2 e 1:5,7). Il processo di ossigenazione dell’estratto, è stato allungato (4h30’ e 3h rispettivamente) per movimentare tutto il volume diestratto. In questo caso le rese in indaco grezzo ottenute sono state molto alte;

‣Insorgono problemi soprattutto quando il volume di foglie da processare èelevato e di conseguenza si hanno elevati volumi di estratto da “gestire” in tempirapidi e con un controllo adeguato di diversi parametri.‣ Le attrezzature di cui gli agricoltori dispongono non sono ottimali e non sempresi ha il controllo del processo relativamente ad alcuni parametri quali la temperatura ela tensione di ossigeno nell’estratto.‣ La temperatura è un fattore critico dato che l’estrazione viene fatta con acqua atemperatura ambiente utilizzando tempi lunghi di macerazione, invece che con acquacalda e con tempi più brevi.‣Il processo di estrazione può pertanto essere ulteriormente ottimizzato mediante unmiglioramento delle attrezzature in dotazione e della logistica generale.‣La costruzione di un Centro di lavorazione e di estrazione dei coloranti, come daprogetto approvato dalla G.E. della Comunità Montana avrebbe messo gli agricoltorinelle condizioni migliori di operare con particolare riferimento al passaggio da unaestrazione a freddo ad una estrazione a caldo in tempi più brevi e con un maggiorcontrollo dei fattori.

Risultati significativi relativi all’ottimizzazione della resa che possiamoriassumere nei seguenti punti:1. la tecnica colturale è stata ottimizzata grazie alla possibilità di disporre di semente selezionataper alta resa e contenuto di colorante, che per le sue elevate caratteristiche germinative;2. l’uso di seme puro e senza siliquetta ha consentito di ottimizzare la tecnica di impianto e diridurre la presenza di infestanti, contrariamente all’uso di seme auto-riprodotto dalle aziende inpassato;3. l’adozione della semina autunnale invece di quella primaverile ha consentito di ridurre lacompetizione da parte delle infestanti, anticipare la prima raccolta e consentire un complessivomiglioramento della resa in termini quantitativi;4. la tecnica di estrazione dell’indaco è stata ottimizzata sia in termini di resa che di qualità intermini di purezza, compatibilmente con le attrezzature e i mezzi disponibili presso il CentroServizi;5. l’indaco ottenuto è stato in parte utilizzato per le prove di tintura svolte in collaborazione conaltri Enti e/o aziende e in parte venduto dagli agricoltori con garanzie di qualità e di tracciabilità;6. relativamente alla fase estrattiva permangono i problemi legati alla inadeguatezza deglistrumenti e delle attrezzature disponibili, che richiedono un intervento dell’Ente comunitario intermini di adeguamento al fine di contribuire alla realizzazione di un “Centro di Lavorazione edestrazione di Colori Naturali e di un Laboratorio di tintura con Colori Naturali”7. Gestione adeguata dei reflui

Gestione dei refluiFoglie esausteN % P % K %Prima3,6 0,45 0,70dellÕestrazioneDopo lÕestrazione 3,5 0,43 0,54Acque reflueIl refluo richiede un adeguato recupero e trattamento prima di esseresmaltito tal quale in quanto presenta caratteristiche di pH non conformi aquanto ammesso dai valori limite delle acque reflue (6-9,5). Anche il valoredi B.O.D. 5 è superiore al valore limite di 25 mg O 2 L -1 ammesso dalla D.L.152/2006.

Nella sede di una grande azienda che produce denim sono stati tinti 2000 m difilato di cotone organico con guado

Linea di ricerca 2. Le piante da coloranti gialli. Introduzione di reseda( Reseda luteola L.) in Valtiberina Toscana: sperimentazione agronomica eindagini fitochimicheL’attività relativa alla reseda si è articolata nei seguenti punti:1.Valutazione del germoplasma di reseda disponibile presso la banca del germoplasmadel DAGA sia in termini di produzione che contenuto di flavonoidi e moltiplicazione delmateriale riproduttivo in quantità sufficiente per rendere possibile la coltivazione nelterritorio della Valtiberina Toscana;2. Sopralluoghi e caratterizzazione dei siti di coltivazione. Redazione di una schedatecnico scientifica per la corretta coltivazione e raccolta di reseda, fornita e illustrata agliagricoltori coinvolti nella sperimentazione;3. Fornitura di piantine di reseda per prove di coltivazione in Valtiberina, raccoltacampioni e valutazione della resa;4.Visite presso le aziende coinvolte nella coltivazione di resedae assistenza per l’ottimizzazione della produzione;5.Analisi del contenuto di principi coloranti dalle piante di resedacoltivate nelle diverse prove;6.Raccolta e elaborazione dei dati e stesura di report.

L’attività di sperimentazione di campo relativa alla reseda ha previsto leseguenti prove:1. Prove di coltivazione, caratterizzazione del germoplasma eriproduzione delle seme dalle linee più produttive presso il DAGA aPisa negli anni 2005 e 2006;2. Prova di coltivazione, raccolta e prima lavorazione della reseda pressol’azienda agricola Carlo e Michele Ligi, San Sepolcro (Loc. San Leo)con impianto nell’autunno 2006;3. Prova di coltivazione, raccolta e prima lavorazione della reseda pressol’azienda agricola Carlo e Michele Ligi, San Sepolcro (Loc. San Leo)con impianto nella primavera del 2007;4. Controllo di qualità mediante analisidel contenuto di principi colorantiin HPLC dalle piante di reseda coltivatein Valtiberina Toscana.

Sviluppo in altezza e rese produttive (g/pianta, valore medio e deviazione standard fra parentesi) della resedacoltivata in Valtiberina in semina autunnale raccolta a maggio a confronto con le rese ottenute a Pisa.Parti estratteCaratteriValtiberinaseminaautunnaleAltezza pianta (cm) 146,0(5,54)Peso fresco (g pta -1 ) 487,72(69,5)Pisa seminaprimaverile76,89(4,52)392,07(26,72)Peso Secco (g pta -1 ) 129,66(19,78)% s.s. 26,6 27,7P.secco infiorescenza (g pta -1 ) 46,63(6,62)P.secco foglie (g pta -1 ) 23,40(4,60)P.secco stelo (g pta -1 ) 59,63(10,7)Luteolina(g/100g di pesosecco)Resa(g /pianta pesosecco)Luteolina(g /pianta pesosecco)Fusti 0,179 59,63 0,1067377Foglie 1,376 23,4 0,321984Infiorescenze 1,268 46,63 0,5912684totale 129,66 1,020Fusti 0,183 70,24 0,1285392Foglie 1,457 32,85 0,4786245Infiorescenze 1,524 58,53 0,8919972totale 161,62 1,500108,67(16,7)48,30(9,66)20,47(1,32)39,90(19,2)Contenuto di luteolina nei diversi organi delle piante di reseda coltivata in Valtiberina sia nei trapianti autunnaliche nel trapianto primaverile. Campioni raccolti il il 28 maggio 2007.

La sperimentazione condotta nel biennio ha consentito di valutare la capacità di adattamentoe la risposta produttiva della reseda (in termini di resa in pianta e colorante) alle condizionipedo-climatiche della Valtiberina Toscana attraverso la sua moltiplicazione e l’allestimento disperimentazioni di campo.L’impianto in autunno con raccolta a fine maggio dell’anno successivo, ha consentito diconseguire i migliori risultati produttivi con rese di prodotto utile, superiore o comparabile aquello ottenuto in altri contensti pedo-climatici.La resa della reseda si aggira normalmente da 1-3 t per ettaro, in materiale essiccato,tuttavia le potenzialità produttive della specie sembrano anche superiori arrivando anche a 5t ha -1 come si è osservato in queste prove condotte su terreno fertile ed in condizioni irrigue.La produzione a pianta è stata di circa 130 g di biomassa secca rappresentata da oltre il50% di foglie e infiorescenze.La raccolta dell’intera superficie mediante falciacaricatrice semovente e successivaessicazione in essiccatoi a 40°C a circolazione d’aria, ha consentito di quantificare in 4,97 tha-1 la resa epigeica secca.La reseda contiene in tutte le sue parti la luteolina(siacomeaglicone checomeluteolin-7-glucoside o luteolin 3’,7-diglucoside), come principale componente di un insieme diflavonoidi, il cui contenuto può variare ampiamente in relazione a diversi fattori, oltre cheall’organo della pianta.

La possibilità di meccanizzare tutte le operazioni colturali, dal trapianto alla raccolta, consuccessiva essiccazione in condizioni controllate presso l’azienda Aboca, ha consentito agliagricoltori di produrre e valorizzare un prodotto tintoriale richiesto sempre di più dall’industriatessile fornendo all’industria utilizzatrice garanzie di qualità e di tracciabilità.La reseda prodotta è stata utilizzata per effettuare prove di tintura e in parte venduta.

Solidità alla luce (xenotest) e al lavaggio di filati tinti confoglie e infiorescenze di R. luteolaSpecie cotone seta lana LavaggioReseda 3 4 4 5Luce:Range 1-8Valori accettabili 4-7

Linea di ricerca 3. Le piante da coloranti rossi. Introduzione di robbia( Rubia tinctorum L.) in Valtiberina Toscana: sperimentazione agronomicae indagini fitochimicheL’attività relativa alla reseda nei due anni di durata del progetto si è articolata neiseguenti punti:1.Valutazione del germoplasma di robbia disponibile presso la banca del germoplasma delDAGA sia in termini di produzione che contenuto di composti antrachinonici emoltiplicazione del materiale in quantità sufficiente per rendere possibile la coltivazionenel territorio della Valtiberina Toscana;2. Sopralluoghi e caratterizzazione dei siti di coltivazione. Redazione di una schedatecnico scientifica per la corretta coltivazione e raccolta di robbia, fornita e illustrata agliagricoltori coinvolti nella sperimentazione;3. Fornitura di piantine di robbia per prove di coltivazione in Valtiberina, raccoltacampioni e valutazione della resa;4.Visite presso le aziende coinvolte nella coltivazione di resedae assistenza per l’ottimizzazione della produzione;5.Analisi del contenuto di principi coloranti dalle radici di robbia;6.Raccolta e elaborazione dei dati e stesura di report.

L’attività di sperimentazione di campo relativa alla robbia ha previstole seguenti prove:1. Prove di coltivazione, caratterizzazione del germoplasma eriproduzione delle linee più produttive presso il DAGA a Pisa negli anni2005 e 2006;2. Prova di coltivazione, raccolta e prima lavorazione della robbia pressol’azienda agricola Paolo Rossi in località Gricignano, Sansepolcro, conimpianto nella primavera 2007;3. Controllo di qualità mediante analisi del contenuto di principi colorantiin HPLC dalle radici di robbia coltivata in Valtiberina Toscana.

Resa epigeica ed ipogeica di robbia raccolta al secondo anno di età nelle prove in atto aGricignano, Sanseplolcro. Valori medi ± deviazione standardPeso secco g/m 2Organo della piantaPeso frescog/m 2Porzione epigeica (foglie, fusti) 611,3±28,8 175,76±11,4Porzione ipogeica (rizomi) 932±31,2 151,60 ±9,5Alizarina (libera) 1mg/g di radice seccaAlizarina (legata) 2mg/g di radice seccaAlizarina totale bmg/g di radice secca1Come aglicone;2Come glicoside (acido ruberitrico).3,307± 0,11 3,409± 0,15 6,716 ± 0,1613Rese in radici comparabili, a parità di età, con quelle registarte in altre sperimentazioni.Obiettivo di resa 3 t/ha di radi secche.Oltre all’alizarina le radici fresche contengono altri antrachinoni in forma agliconica (adesempio pseudopurpurina, rubiadina) e glicosidi antrachinonici dei quali la lucidina (1,3-diidrossi-2-idrossimetil,9,10-anthrachinone) è stato dimostrato possedere una potente attivitàmutagenaTutti i composti coloranti presenti nella robbia sono compresi tra il 2,3 e il 4,4%

La prova di introduzione della robbia in coltivazione nella Valtiberina Toscanadimostra come la specie si sia ben adattata alle condizioni pedo-climatichedell’ambiente di riferimento fornendo al secondo anno di età, rese quantiqualitativecomparabili a quelle realizzate nella pianura pisana.Gli agricoltori si sono dimostrati interessati a conoscere questa nuova specie e adavviarne la coltivazione a livello sperimentale.La raccolta delle radici alla fine del terzo anno di età è stata difficoltosa.Gli agricoltori non dispongono di attrezzature adatte (scavatuberi), così come diessiccatori e di attrezzature adeguate per il lavaggio della radice e la sua primalavorazione.Si auspica che nel prosieguo dell’attività, anche con il contributo della ComunitàMontana e di altri soggetti territoriali, questi problemi possano essere affrontatiin maniera collegiale e risolti.

Solidità alla luce (xenotest) e al lavaggio di filati tinti con radici di R. tinctorumSpecie cotone seta lana LavaggioRobbia 3/4 4 4 5Lavaggio:Range 1-5Valori accettabili 4-5Luce:Range 1-8Valori accettabili 4-7

Grazieperl ‘attenzioneLuciana AngeliniDipartimento di Agronomia e Gestione dell’AgroecosistemaUniversità di PisaTel 050 2218901Fax 050 2218970angelini@agr.unipi.it