Valorizzazione della qualità della produzione nazionale di frutta: studio di una nuova tecnologia di conservazione post-raccolta a base di formulati vegetali funzionalizzati (VALE)

Coordinatore: 
Partecipanti al progetto: 
Ente finanziatore: 
MIUR
Data inizio: 
01/01/2002
Data fine: 
31/12/2004

Obiettivo principale del progetto è la definizione di prospettive applicative per il sistema glucosinolati-mirosinasi (GL-MIR) nella difesa dei prodotti frutticoli durante la fase del post-raccolta. Particolare attenzione è stata rivolta alla possibilità di sostituire taluni fungicidi sintetici d’impiego corrente, meno sicuri per la salute dei consumatori ed ad elevato impatto ambientale non solo durante il loro impiego, ma anche nel corso della loro produzione industriale. In particolare, sono state studiate le potenzialità della glucoerucina, GL caratteristico del seme di rucola (Eruca sativa spp oleiformis, (cv. Nemat)), della sinigrina, GL caratteristico dei semi di Brassica carinata e Brassica rapa, e della gluconapina tipico di alcune varietà di Brassica juncea. Il progetto si basa sulle notevoli attività fungicide registrate in test in vitro ed in vivo per i prodotti d’idrolisi di glucoerucina, sinigrina e gluconapina, che sono rispettivamente il 4-metil-tiobutil-isotiocianato, l’allil-isotiocianato e il but-3-enil-isotiocianato su due importanti funghi patogeni degli ortofrutticoli in post-raccolta quali la Monilinia laxa (agente del marciume bruno delle drupacee) e il Penicillium expansum(agente della muffa verde delle pomaceae).

In collaborazione con ditte specializzate e con il supporto di CRPV e CRIOF, è stato realizzato da CRA-CIN (ex ISCI) un impianto pilota per il trattamento dei frutti in post-raccolta con molecole naturali. Nello specifico, in un laboratorio tecnologico del CRA-CIN sono state installate due celle frigorifere di circa 15 m3e di 30 m3, rispettivamente per il trattamento e la conservazione dei frutti. Alla prima è stato collegato un prototipo di reattore per la produzione degli isotiocianati da farine di semi di Brassicaceae. Nello spazio tra le due celle è stato inoltre installato il sistema di monitoraggio del principio attivo prodotto nel reattore e convogliato nella cella di trattamento dei frutti. Tale sistema è costituito da un apparato di campionamento automatico dei gas, collegato ad un gas-cromatografo. Nello stesso sito, è stato collocato il PC per il controllo del funzionamento e del condizionamento delle celle medesime.
 

Inizialmente è stata studiata l’azione fungicida dei sei isotiocianati considerati nel progetto, successivamente sono state condotte le prove per la determinazione della dose minima di efficacia e e quelle necessarie per la valutazione della durata minima efficace del trattamento. Gli isotiocianati (ITC) impiegati, non reperibili in commercio sono stati preparati a partire da glucosinolati e mirosinasi puri nei laboratori del CRA-CIN. Parallelamente sonostate preparate le farine disoleatedi B. carinata (da utilizzare nel reattore dell’impianto), operando su piccola scala in modo da garantire la conservazione del sistema GL-MIR, mentre sono state reperite quantità sufficienti di farine disoleate della stessa Brassicacea di tipo industriale con una ridotta capacità di produzione di allil-isotiocianato (AITC). Allo stesso tempo è stata prodotta una sufficiente quantità di farine di senape (S. alba) come fonte di MIR. Le farine disoleate sono state caratterizzate per valutare il contenuto dei principali costituenti del sistema enzimatico GL-MIR che rappresenta la loro capacità di produrre i composti attivi di interesse per il progetto. Il seme necessario alla produzione delle farine è stato prodotto presso le aziende sperimentali del CRA-CIN.
 

Le prove sperimentali di trattamento sono state condotte sia su piccola scala (cabina da 100 litri), sia nell’impianto pilota che è stato modificato in corso d’opera per migliorarne le prestazioni e superare i punti critici che sono emersi durante lo svolgimento delle prove. I frutti utilizzati sono stati pesche, nettarine e pere. Le prove prevedevano un’inoculazione artificiale dei frutti con M. laxa o P. expansum, il trattamento per circa 8 ore con ITC, la conservazione a 20°C per 3 – 7 gg per pesche e nettarine  e di 2-3 mesi per le pere ed infine la valutazione del grado di infezione.
 

Nel corso dell’ultimo anno di progetto si è operato con prove di più ampia scala, in stabilimenti industriali dell’APOFRUIT. Questa attività ha riguardato la conservazione e la valutazione dell’efficacia del trattamento mentre si è ritenuto più utile eseguire il trattamento vero e proprio utilizzando l’impianto pilota installato presso il CRA-CIN opportunamente modificato. Una cooperativa di trasporto si è occupata del trasferimento dei frutti da trattare dagli stabilimenti dell’APOFRUIT al CRA-CIN e, dopo trattamento, dei frutti trattati dal CRA-CIN agli stabilimenti APOFRUIT con mezzi refrigerati. Le prove hanno complessivamente interessato diverse tonnellate di frutta. Dopo il trattamento, sui frutti trattati sono stati valutati, da parte dell’ARPA di Ferrara, i residui di principio attivo. La prima fase di ogni analisi è stato il campionamento definendone le modalità. E’ stato quindi definito un metodo di analisi degli ITC nella frutta considerando vari aspetti: i) impiego di una tecnologia reperibile nella maggior parte dei laboratori, pubblici e privati; ii) procedimento analitico semplice e poco pericoloso per gli operatori; iii) raggiungimento di una sensibilità analitica compatibile con le esigenze che determinano il controllo; iv) applicazione di una metodica adatta all’applicazione in routine; v) attuazione di una metodica appropriata ad eventuali controlli ambientali per la verifica del contenuto di ITC.
 

Infine, la procedura definita è stata utilizzata per la valutazione dei residui nei frutti trattati nelle prove su larga scala presso gli stabilimenti industriali. In aggiunta, la stessa ARPA ha fornito indicazioni per la classificazione del rifiuto residuo del reattore costituito da una miscela di farine esauste e acqua dopo l’eliminazione dell’AITC.
 

A conclusione delle prove sperimentali, sono stati valutati attentamente non solo i risultati tecnico-scientifici, ma anche i costi di una eventuale applicazione della tecnologia su scala industriale. Dal confronto tra la situazione attuale che prevede l’impiego della tecnologia tradizionale (ex ante) e quello che ipotizza invece l’utilizzo della nuova tecnologia messa a punto nell’ambito del progetto (ex post) si evince chiaramente la convenienza economica di quest’ultima.
 

Tuttavia, si può affermare che gli obiettivi prefissati del progetto sono stati raggiunti solo in parte e che la tecnica studiata appare promettente ma ancora da ottimizzare. Infatti, sia su pesche e nettarine, sia su pere è stata ottenuta una riduzione del numero di frutti colpiti dai funghi M. laxa e P. expansum in misura variabile dal 100 al 40%. Alla buona efficacia del trattamento, anche su frutti infettati naturalmente, si associano i bassi residui (≤ 3ppb) del principio attivo, concentrati essenzialmente sulla buccia, ed il rallentamento dell’intenerimento dei frutti.
Infine, le prove su larga scala sono state influenzate da numerosi fattori colturali, ambientali e strutturali che non hanno permesso una buona riproducibilità dei risultati, soprattutto nel corso del quarto anno di progetto. Rimangono alcuni punti critici che richiedono ulteriori indagini, primo fra tutti l’elevata sensibilità al trattamento con allil-isotiocianato da parte dei frutti, ed in special modo delle pere, sottoposti a conservazione prolungata a bassa temperatura (0°C) che a volte produce marcate manifestazioni di fitotossicità su frutti refrigerati.

Palmieri S. 2002. The myrosinase-glucosinolate system in plants: a good tool for biofumigation.   Conference to the Anhui Academy of Agricultural Sciences. Hefei (China) 15.11.2002.

Palmieri S. 2002. Opportunità ed orientamento per lo sviluppo di alcune colture alternative e dei prodotti derivati per usi speciali. Rivista di Agronomia 36, 77-79.

Mari M., Leoni O., Iori R., Cembali T.2002 Antifungal vapour-phase activity of allyI-isothiocyanate against Penicillum expansum in pears. Plant Pathol. 51,231-236.

Palmieri S. 2003. Chimica verde e agroindustria: Ostacoli, sinergie, benefici. Chimica e Industria. 85 (4), 47-50.

Palmieri S. 2005. Biofumigation: a new technology based on the use of sulphur-containing metabolites in Brassica plants. Proceedings of         International Conference on Industrial Crops and Rural Development- 17-21 September       2005, Murcia, Spain pp. 201-214.

Bernardi R., Mari M., Leoni O., Casalini L., Cinti S. and S. Palmieri 2005. Biofumigation with glucosinolate derived products from Brassica meal for controlling post-harvest fruit pathogens. Proceedings of 2005 Annual Meeting of the Association for the Advancement of Industrial Crops: international Conference on Industrial Crops and Rural Development (17-21 September 2005, Murcia, Spain)  pp 467-474
Mari M., Leoni O., Bernardi R., Neri F., Palmieri S. 2008. Control of brown rot on stonefruit by synthetic and glucosinolate-derived isothiocyanates. Postharvest Biology and Technology 47, 61-67

Obiettivo principale del progetto è la definizione di prospettive applicative per il sistema glucosinolati-mirosinasi (GL-MIR) nella difesa dei prodotti frutticoli durante la fase del post-raccolta. Particolare attenzione è stata rivolta alla possibilità di sostituire taluni fungicidi sintetici d’impiego corrente, meno sicuri per la salute dei consumatori ed ad elevato impatto ambientale non solo durante il loro impiego, ma anche nel corso della loro produzione industriale. In particolare, sono state studiate le potenzialità della glucoerucina, GL caratteristico del seme di rucola (Eruca sativa spp oleiformis, (cv. Nemat)), della sinigrina, GL caratteristico dei semi di Brassica carinata e Brassica rapa, e della gluconapina tipico di alcune varietà di Brassica juncea. Il progetto si basa sulle notevoli attività fungicide registrate in test in vitro ed in vivo per i prodotti d’idrolisi di glucoerucina, sinigrina e gluconapina, che sono rispettivamente il 4-metil-tiobutil-isotiocianato, l’allil-isotiocianato e il but-3-enil-isotiocianato su due importanti funghi patogeni degli ortofrutticoli in post-raccolta quali la Monilinia laxa (agente del marciume bruno delle drupacee) e il Penicillium expansum(agente della muffa verde delle pomaceae).


In collaborazione con ditte specializzate e con il supporto di CRPV e CRIOF, è stato realizzato da CRA-CIN (ex ISCI) un impianto pilota per il trattamento dei frutti in post-raccolta con molecole naturali. Nello specifico, in un laboratorio tecnologico del CRA-CIN sono state installate due celle frigorifere di circa 15 m3e di 30 m3, rispettivamente per il trattamento e la conservazione dei frutti. Alla prima è stato collegato un prototipo di reattore per la produzione degli isotiocianati da farine di semi di Brassicaceae. Nello spazio tra le due celle è stato inoltre installato il sistema di monitoraggio del principio attivo prodotto nel reattore e convogliato nella cella di trattamento dei frutti. Tale sistema è costituito da un apparato di campionamento automatico dei gas, collegato ad un gas-cromatografo. Nello stesso sito, è stato collocato il PC per il controllo del funzionamento e del condizionamento delle celle medesime.

 

Inizialmente è stata studiata l’azione fungicida dei sei isotiocianati considerati nel progetto, successivamente sono state condotte le prove per la determinazione della dose minima di efficacia e e quelle necessarie per la valutazione della durata minima efficace del trattamento. Gli isotiocianati (ITC) impiegati, non reperibili in commercio sono stati preparati a partire da glucosinolati e mirosinasi puri nei laboratori del CRA-CIN. Parallelamente sonostate preparate le farine disoleatedi B. carinata (da utilizzare nel reattore dell’impianto), operando su piccola scala in modo da garantire la conservazione del sistema GL-MIR, mentre sono state reperite quantità sufficienti di farine disoleate della stessa Brassicacea di tipo industriale con una ridotta capacità di produzione di allil-isotiocianato (AITC). Allo stesso tempo è stata prodotta una sufficiente quantità di farine di senape (S. alba) come fonte di MIR. Le farine disoleate sono state caratterizzate per valutare il contenuto dei principali costituenti del sistema enzimatico GL-MIR che rappresenta la loro capacità di produrre i composti attivi di interesse per il progetto. Il seme necessario alla produzione delle farine è stato prodotto presso le aziende sperimentali del CRA-CIN.

 

Le prove sperimentali di trattamento sono state condotte sia su piccola scala (cabina da 100 litri), sia nell’impianto pilota che è stato modificato in corso d’opera per migliorarne le prestazioni e superare i punti critici che sono emersi durante lo svolgimento delle prove. I frutti utilizzati sono stati pesche, nettarine e pere. Le prove prevedevano un’inoculazione artificiale dei frutti con M. laxa o P. expansum, il trattamento per circa 8 ore con ITC, la conservazione a 20°C per 3 – 7 gg per pesche e nettarine  e di 2-3 mesi per le pere ed infine la valutazione del grado di infezione.

 

Nel corso dell’ultimo anno di progetto si è operato con prove di più ampia scala, in stabilimenti industriali dell’APOFRUIT. Questa attività ha riguardato la conservazione e la valutazione dell’efficacia del trattamento mentre si è ritenuto più utile eseguire il trattamento vero e proprio utilizzando l’impianto pilota installato presso il CRA-CIN opportunamente modificato. Una cooperativa di trasporto si è occupata del trasferimento dei frutti da trattare dagli stabilimenti dell’APOFRUIT al CRA-CIN e, dopo trattamento, dei frutti trattati dal CRA-CIN agli stabilimenti APOFRUIT con mezzi refrigerati. Le prove hanno complessivamente interessato diverse tonnellate di frutta. Dopo il trattamento, sui frutti trattati sono stati valutati, da parte dell’ARPA di Ferrara, i residui di principio attivo. La prima fase di ogni analisi è stato il campionamento definendone le modalità. E’ stato quindi definito un metodo di analisi degli ITC nella frutta considerando vari aspetti: i) impiego di una tecnologia reperibile nella maggior parte dei laboratori, pubblici e privati; ii) procedimento analitico semplice e poco pericoloso per gli operatori; iii) raggiungimento di una sensibilità analitica compatibile con le esigenze che determinano il controllo; iv) applicazione di una metodica adatta all’applicazione in routine; v) attuazione di una metodica appropriata ad eventuali controlli ambientali per la verifica del contenuto di ITC.

 

Infine, la procedura definita è stata utilizzata per la valutazione dei residui nei frutti trattati nelle prove su larga scala presso gli stabilimenti industriali. In aggiunta, la stessa ARPA ha fornito indicazioni per la classificazione del rifiuto residuo del reattore costituito da una miscela di farine esauste e acqua dopo l’eliminazione dell’AITC.

 

A conclusione delle prove sperimentali, sono stati valutati attentamente non solo i risultati tecnico-scientifici, ma anche i costi di una eventuale applicazione della tecnologia su scala industriale. Dal confronto tra la situazione attuale che prevede l’impiego della tecnologia tradizionale (ex ante) e quello che ipotizza invece l’utilizzo della nuova tecnologia messa a punto nell’ambito del progetto (ex post) si evince chiaramente la convenienza economica di quest’ultima.

 

Tuttavia, si può affermare che gli obiettivi prefissati del progetto sono stati raggiunti solo in parte e che la tecnica studiata appare promettente ma ancora da ottimizzare. Infatti, sia su pesche e nettarine, sia su pere è stata ottenuta una riduzione del numero di frutti colpiti dai funghi M. laxa e P. expansum in misura variabile dal 100 al 40%. Alla buona efficacia del trattamento, anche su frutti infettati naturalmente, si associano i bassi residui (≤ 3ppb) del principio attivo, concentrati essenzialmente sulla buccia, ed il rallentamento dell’intenerimento dei frutti.

Infine, le prove su larga scala sono state influenzate da numerosi fattori colturali, ambientali e strutturali che non hanno permesso una buona riproducibilità dei risultati, soprattutto nel corso del quarto anno di progetto. Rimangono alcuni punti critici che richiedono ulteriori indagini, primo fra tutti l’elevata sensibilità al trattamento con allil-isotiocianato da parte dei frutti, ed in special modo delle pere, sottoposti a conservazione prolungata a bassa temperatura (0°C) che a volte produce marcate manifestazioni di fitotossicità su frutti refrigerati.
Pubblicazioni: 


Palmieri S. 2002. The myrosinase-glucosinolate system in plants: a good tool for biofumigation.   Conference to the AnhuiAcademy of Agricultural Sciences. Hefei (China) 15.11.2002.

Palmieri S. 2002. Opportunità ed orientamento per lo sviluppo di alcune colture alternative e dei prodotti derivati per usi speciali. Rivista di Agronomia 36, 77-79.

Mari M., Leoni O., Iori R., Cembali T.2002 Antifungal vapour-phase activity of allyI-isothiocyanate against Penicillum expansum in pears. Plant Pathol. 51,231-236.

Palmieri S. 2003. Chimica verde e agroindustria: Ostacoli, sinergie, benefici. Chimica e Industria. 85 (4), 47-50.

Palmieri S. 2005. Biofumigation: a new technology based on the use of sulphur-containing metabolites in Brassica plants. Proceedings of         International Conference on Industrial Crops and Rural Development- 17-21 September       2005, Murcia, Spain pp. 201-214.

Bernardi R., Mari M., Leoni O., Casalini L., Cinti S. and S. Palmieri 2005. Biofumigation with glucosinolate derived products from Brassica meal for controlling post-harvest fruit pathogens. Proceedings of 2005 Annual Meeting of the Association for the Advancement of Industrial Crops: international Conference on Industrial Crops and Rural Development (17-21 September 2005, Murcia, Spain)  pp 467-474

Mari M., Leoni O., Bernardi R., Neri F., Palmieri S. 2008. Control of brown rot on stonefruit by synthetic and glucosinolate-derived isothiocyanates. Postharvest Biology and Technology 47, 61-67

Tecniche:

Recensioni: 
Info varie: 

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