Centro di Competenza Medl@ine

Le attività del progetto MEDLAINE sulle piante officinali hanno riguardato

Tutte le attività di progettazione dell'impianto sono state integrate, in collaborazione con la sezione analitica del Laboratorio Phytolab, Responsabile Scientifico Prof.ssa Annalisa Romani, e mira alla messa a punto di un impianto per l’estrazione di principi attivi naturali di interesse tessile-tintorio e fitoterapico.

Estrattore naviglio
Il processo di estrazione avviene attraverso un estrattore “modello Naviglio” e consiste nell’operare una fase di macerazione a caldo utilizzando acqua potabile come solvente per effettuare una macerazione/infusione di materiale vegetale fresco e/o essiccato dalla cui matrice vegetale da cui estrarre i principi attivi.
L’estrattore è completamente automatico ed il carico del veicolante, o del liquido di lavaggio, avviene autonomamente con l’ausilio di una pompa.
L’estrattore è stato progettato per utilizzare solo determinati prodotti come ad esempio:

  • tipologia di veicolante per l’estrazione: acqua (anche demineralizzata), alcol etilico, alcol metilico, glicerina, eventuali miscele di tali componenti.
  • tipologia di materiale da lavorare: sostanze pulite, con una granulometria superiore ai 100 micron e preferibilmente depolverizzate.

Lo scarico dell’estratto può essere effettuato con l’azoto a bassa pressione in modo da non ossidare l’estratto oppure con aria compressa opportunamente trattata. La macchina all’interno monta un filtro assoluto in modo da garantire che l’aria utilizzata per lo svuotamento del circuito estrattivo non presenti tracce di olio o di altri contaminanti.
Tutte le operazioni ed i relativi parametri, vengono selezionati dal pannello, modello touch screen di controllo montato sul quadro elettrico. La camera d’estrazione dove alloggiare il sacchetto contenente la matrice vegetale da estrarre, ha un volume di circa 200 litri. L’estrattore è provvisto di sistema di torchiatura ad azionamento pneumatico semiautomatico montato direttamente sulla camera d’estrazione. La pressione massima di torchiatura è di 200 bar.
Durante la fase dinamica si genera una percolazione forzata con ricircolo del liquido estraente (acqua osmotizzata) e nello stesso tempo viene evitata la formazione di canali preferenziali e la sovra-saturazione del prodotto.
Questa tecnologia è in grado di effettuare l’estrazione in tempi molto più brevi rispetto alle tradizionali metodiche, comportando la diminuzione delle probabilità dell’insorgere di processi di fermentazione ed ossidazione degli estratti acquosi che, in questo caso, si presentano come estratti limpidi pre - filtrati.
Una volta terminata questa operazione, la matrice vegetale fin qui trattata risulta praticamente esausta e quindi destinata allo smaltimento. Il solvente invece si troverà nella condizione di avere la concentrazione massima di molecole funzionali ricercate.
Elementi distintivi di questo tipo di tecnologia sono i bassi costi di esercizio sia da un punto di vista energetico che in termini di spreco di solvente.
Successivamente gli estratti ottenuti tramite questa tecnica industriale possono essere sottoposti ad un processo di concentrazione tramite evaporatore a pompa di calore industriale, ottenendo degli estratti molli.

  1. Un estrattore rapido modello NAVIGLIO ESTRATTORE presumibilmente da 200 LT.

    Evaporatore a pompa di calore

    L’evaporatore è un apparecchio che ha la funzione di concentrare il prodotto di interesse per poi poterlo recuperare dal fondo della camera di evaporazione.
    Il concentratore in esame utilizza il principio della pompa di calore, mantenendo la caldaia di ebollizione sotto vuoto (- 1 bar) e riducendo al minimo il consumo energetico.
    La depressione è garantita dalla presenza di una pompa del vuoto che permette di far evaporare la soluzione acquosa a basse temperature (35°C circa).
    Si ottiene così il primo effetto della distillazione: il passaggio del prodotto trattato dalla fase liquida a quella vapore. Il vapor d’acqua che si è liberato nella camera di ebollizione si sposta verso la zona più fredda della camera di condensazione dove cede il suo calore al refrigerante.
    Questo scambio termico produce due effetti: da un lato, si ha la condensazione del vapore acqueo presente e dall’altro, si ottiene l’evaporazione del refrigerante che, a basse pressioni, è rinviato nel ramo di aspirazione del compressore frigorifero.
    Il distillato, allo stato liquido, è raccolto sul piatto posto in caldaia e da qui inviato a un barilotto di accumulo dal quale viene scaricato mediante l’uso di una pompa centrifuga.
    Il sistema è mantenuto sottovuoto da un’apposita pompa che evacua l’aria presente in caldaia aspirando dal barilotto di accumulo del distillato.
    Per effetto della depressione presente in caldaia, il prodotto da trattare viene aspirato con continuità in funzione del livello ottimale per lo scambio termico senza l’utilizzo di pompe aggiuntive.
    Alcune soluzioni, specialmente quelle organiche, durante la fase del carico di prodotto in caldaia, potrebbero formare delle schiume che andrebbero a rompere il vuoto nella camera di evaporazione causando il trascinamento di alcune molecole importanti nel distillato che andrebbero perse.
    L’ingresso in caldaia della soluzione acquosa di antischiuma è garantita dalla presenza di una pompa dosatrice automatica.
    La geometria dell’impianto prevede la possibilità di concentrare il refluo sino al raggiungimento di un fango secco; il fango viene rimosso manualmente e, per garantire una più facile espulsione del prodotto trattato, lo scarico avviene dal basso mediante l’ausilio di un sistema di raschiatore a parete con paletta inferiore azionato da un motoriduttore.
    Il distillato è raccolto, allo stato liquido, sul piatto posto nella caldaia e da qui inviato al barilotto di accumulo dal quale viene scaricato per mezzo di un’apposita pompa centrifuga.
    La concentrazione di grandi volumi di soluzioni comporta un notevole consumo di energia termica, per ridurre al minimo tale consumo energetico, l’evaporazione viene fatta utilizzando il principio della pompa di calore e mantenendo la caldaia di ebollizione sottovuoto. Il vuoto viene effettuato utilizzando una pompa specifica che permette di raggiungere una pressione assoluta in caldaia pari a circa 33 mbar, a questa pressione si riesce a far evaporare l’acqua presente nella soluzione da concentrare a temperature molto bassa (circa 35°C).

  2. EVAPORATORE Modello ES500.
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Daphne gnidium L.
Reseda luetola L.
Lavandula stoechas L.
Rubia peregrina L.
Helicrysum italicum L.
Castanea sativa Mill.
Punica granatum L.
Crocus sativus L.
    • Proprietà anti-UV di tessuti di lana, cotone e lino dopo l’applicazione di tinture naturali

L'esposizione cronica alla radiazione UV causa anche varie alterazioni degenerative su cellule, tessuto fibroso e vasi sanguigni della pelle. Tra queste ci sono le efelidi e i nevi che sono aree di diffusa pigmentazione marrone. Questi mutamenti portano all'invecchiamento precoce della pelle ed alla graduale perdita dell'elasticità che genera rughe e pelle secca (WHO, 2002).
Gli effetti cronici sulla pelle di maggiore rilevanza sanitaria sono i tumori. Ogni anno, nel mondo, si manifestano da due a tre milioni di tumori della pelle non melanocitici (carcinomi cutanei) e circa 132.000 melanomi.
La protezione della pelle dalla radiazione UV del sole, dunque, è di fondamentale importanza: negli ultimi anni, infatti, è sempre più diffuso l’utilizzo di creme solari per la protezione della pelle in ambienti ad alta radiazione UV (spiagge, montagna, ecc.). Tuttavia, la protezione maggiore e più sicura è offerta dagli abiti. Misurazioni relative alla penetrabilità ai raggi UV effettuate sui vestiti, rivelano enormi differenze nelle proprietà protettive in funzione della composizione del tessuto (fibre naturali, artificiali o sintetiche), delle sue caratteristiche (porosità, peso e spessore) e della sua colorazione (colori naturali o sintetici, concentrazione del colore, proprietà di assorbimento dell’UV, ecc.). La composizione del tessuto è il primo fattore che determina le potenzialità protettive dalla radiazione ultravioletta: le fibre, per la loro struttura, hanno una capacità di assorbire, e quindi non trasmettere i raggi UV, diversa tra loro. Un ruolo fondamentale è svolto dalla colorazione del tessuto: tingere i tessuti ne aumenta le potenzialità protettive e il fattore di protezione aumenta ulteriormente se la tinta ha un’alta concentrazione di colorante (Driscoll, 2000). In genere colorazioni chiare, più riflettenti di quelle scure, consentono alla radiazione incidente sul tessuto di penetrare più internamente mediante una serie di azioni di riflessione (scattering) (Gambichler et al., 2001).
La radiazione solare rappresenta la sorgente d’energia per tutti i processi biologici e contribuisce a determinare il clima della Terra. Essa è distinta in tre componenti a seconda della lunghezza d’onda (Figura 1): l’Ultravioletto (da 100 nm a 400 nm), il Visibile (da 400 nm a 750 nm) e l’Infrarosso (da 750 nm a 3000 nm). La radiazione che arriva al suolo è quella la cui frequenza è compresa fra 290 nm e 1550 nm, la restante viene assorbita dallo strato di ozono, dall’anidride carbonica e dalle nubi. Lo spettro della radiazione UV si estende nell'intervallo di lunghezze d'onda che va da 100 a 400 nm e, a sua volta, è diviso in tre bande: UVA (da 315 nm a 400 nm), UVB (da 280 nm a 315 nm) ed UVC (da 100 nm a 280 nm). La componente UVC, corrispondente a lunghezze d’onda minori, è la più dannosa dal punto di vista biologico per il suo alto valore energetico, ma nel passaggio attraverso l'atmosfera essa, insieme a circa il 90% della componente UVB, viene assorbita dall'ozono, dal vapore acqueo, dall'ossigeno e dall'anidride carbonica.
Le prime prove sperimentali sono state eseguite per definire le caratteristiche protettive nei confronti della radiazione UV di un tessuto di flanella di lana che è stato tinto con due diversi coloranti naturali: dafne (Dafne gnidium) e elicriso (Helichrysum italicum Roth). Le misure in laboratorio sono state eseguite mediante una sfera integratrice (Jasco UV/VIS Spectrophotometer V-560) su tre campioni (3 cm x 1 cm) per ogni tipo di tessuto colorato, oltre ad un campione di riferimento non tinto. Le misure di trasmissione sono state fatte nell’intervallo spettrale 240-400 nm con un passo di 1 nm. A partire da tali misure sono stati calcolati i relativi UPF (Ultraviolet Protection Factor).
Tutti i tessuti tinti, indipendentemente dalla concentrazione di colorante utilizzato, in base hai valori di trasmittanza misurati, hanno mostrato valori di UPF molto superiori a 50 corrispondente ad un livello di protezione eccellente.
Altre sperimentazioni sono state condotte con estratti di origine vegetali ottenuti nell’ambito del progetto MEDL@ine e applicati a tessuti quali lino e cotone.

UV protective properties of cotton and flax fabrics dyed with multifunctional plant extracts Dyes and Pigments 06/2014; 105:89-96

    • Proprietà antitarma conferita a tessuti di lana dopo l’applicazione di tinture naturali.

Le tarme sono sempre state considerate un problema di notevole gravità per l’uomo che si è trovato a difendersi da tali insetti sin dall’inizio dell’epoca storica. Delle diverse specie conosciute che vivono a spese di tessuti, arredi e di derivati animali quali pelli, pellicce e lane, la tarma comune dei panni [Tineola bisselliella (Hummel, 1823)] è quella sicuramente più dannosa e più diffusa al mondo. I metodi di difesa usati nel passato non potevano che far riferimento a repellenti e insetticidi di origine vegetale che venivano utilizzati anche per combattere le pulci e le cimici dei letti (Guarrera, 1999; Argüello van de Putte, 2005; Moore e Debboun, 2007). Sino alla scoperta degli insetticidi chimici di sintesi durante gli anni ’30, le piante e i loro derivati erano infatti le uniche armi contro i parassiti dell’uomo e gli infestanti in ambiente urbano. Attualmente la difesa delle lane e dei manufatti lanosi è affidata quasi esclusivamente a pesticidi con alto potere residuale che agiscono sia per contatto sia per ingestione. La conoscenza dei principali problemi associati all’uso degli insetticidi convenzionali, quali la tossicità nei confronti degli organismi non bersaglio, uomo compreso, e la possibile selezione di popolazioni dell’insetto resistenti alle molecole più comunemente utilizzate (Robinson, 1971; Kerr, 1977), ha portato la ricerca verso la caratterizzazione e la selezione di sostanze di derivazione vegetale con efficace attività anti-tarmica associata ad un basso impatto ambientale (Isman, 2006; Khoshnoud et al., 2008).
L’uso degli estratti di origine vegetale per la colorazione delle lane ha una tradizione millenaria ed è ampiamente diffuso in tutto il bacino del Mediterraneo.
Nel progetto è stato approfondito l’aspetto relativo allo studio dell’attività insetticida di Daphne gnidium L. (dafne) e Helichrysum italicum (Roth) G. Don. (elicriso), in quanto piante molto comuni nel Mediterraneo e utilizzate per la colorazione dei manufatti in lana. In particolare è stata studiata la capacità dei pigmenti estratti da tali piante di conferire sia la resistenza ai tessuti lanosi nei confronti di T. bisselliella sia di inibire la deposizione delle uova.
Sono stati condotti test di resistenza dei tessuti seguendo il protocollo edito dall’American Association of Textile Chemists and Colorists (AATCC Test method 24-2004) che prevede l’utilizzo di campioni di lana e metodologie ben definite sia nell’allevamento dell’insetto test sia nell’esecuzione della prova. Sugli stessi campioni analizzati per la resistenza alle tarme, è stato inoltre verificato se i pigmenti coloranti avessero o meno un’attività repellente tale da inibire la deposizione delle uova.

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Riferimenti bibliografici

  1. Argüello van de Putte J., (2005) “Toxic, ichthyotoxic, insect-repellent, and beeattractant plants used in the Serra do Açor (Portugal)”. Journal of Ethnobiology 25(2): 228–239.
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  14. Vender, C., (2001) “Indagine sulla produzione di piante officinali in Italia [Survey on medicinal andaromatic plant production in Italy]. Comunicazioni di ricerca ISAFA (3):1-72.
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