Convegno 18/04/2014
Misura 124 del PROGRAMMA DI SVILUPPO RURALE 2007–2013
”Cooperazione per lo sviluppo di nuovi prodotti, processi e tecnologie nei settori
agricolo e alimentare, e in quello forestale”
CUP G66D11000200009
Im.Pr.O.N.T.E
(Imprese per la Produzione Organizzata di Nuove Tinture Ecologiche)
Riscoperta ed Utilizzazione dei Coloranti Naturali
Azione 2: Monitoraggio della produzione dei pigmenti
e processo di trasformazione del prodotto
Francesco Pappalardo
Parco Scientifico e Tecnologico della Sicilia - Z.I. Blocco Palma I, Stradale V. Lancia, 57 Catania
Obiettivo
Sviluppo di protocolli per estrazione di pigmenti e
caratterizzazione delle sostanze cromofore per applicazione
nel campo della tessitura
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Riscoperta ed Utilizzazione dei Coloranti Naturali
Le piante utilizzate
da progetto
per l’estrazione dei coloranti
Specie
Isatis
tinctoria
Nome
comune
Famiglia
Botanica
Origine
Parte
utile
Colore
Guado
Brassicaceae
Europa sud
Occidentale
Foglie
Blu
Asteraceae
Asia
occidentale
Fiori
Giallo
e
Rosso
Cartamo
Carthamus
o
tinctorium Zafferanone
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Riscoperta ed Utilizzazione dei Coloranti Naturali
Utilizzo nella storia dell’indaco
L’impiego di indaco naturale ha da sempre caratterizzato la storia di molte civiltà, presente
in Europa durante tutto il Medioevo ed il Rinascimento. La coltivazione ed il commercio del
pigmento fresco fecero la fortuna di numerose città europee come Urbino e San Sepolcro
in Italia e Tolosa in Francia non solo per il commercio di tessuti e manufatti ma anche per
le implicazioni socio-culturali che rappresentava.
Dal punto di vista artistico l’ indaco lo ritroviamo nella
tela «La Madonna del parto» di Piero della Francesca,
Anche Leonardo Da Vinci riporta nel "Codice Atlantico" la ricetta
"per fare l’indaco" per ottenere diverse gradazioni di tinta
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Riscoperta ed Utilizzazione dei Coloranti Naturali
Utilizzo nella storia del cartamo
Il cartamo o zafferanone originario dell'India Orientale, già conosciuto come pianta
tintoria dagli antichi Egizi, che lo utilizzavano per tingere le bende delle mummie, ma è
stata largamente coltivata in tutto il bacino del Mediterraneo e commerciata in pani,
proveniente da Egitto e Persia.
Conosciuto anche dagli Arabi e dai Greci ma si hanno
notizie sulla sua coltura anche in Italia. Nonostante
questo le notizie sul suo impiego in tintoria sono
scarse forse perché debole alla luce.
Attualmente il cartamo ha importanza soprattutto come pianta oleifera; il suo interesse
per l'Italia è solo potenziale. L'olio di cartamo è un olio che si estrae dai semi. I semi
contengono il 60% in olio. L'olio contiene il 75% di acido omega 6 (acido linoleico) e
vitamina K.
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Riscoperta ed Utilizzazione dei Coloranti Naturali
Messa a punto di protocolli di estrazione
isatis e cartamo
Utilizzo di acqua come solvente
Utilizzo del solvente tramite
seguendo due tipologie di
estrattore Soxhlet (sistema semi-
macerazioni
automatico) di estrazione
 A caldo
 A caldo
 A freddo
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Riscoperta ed Utilizzazione dei Coloranti Naturali
Macerazione a caldo su isatis
Azioni
Fasi
Preparazione foglie
Lavaggio delle foglie ed
eliminazione dei corpi estranei
Macerazione a caldo
Aumento del pH e ossigenazione
Aggiunta di HCl e viraggio di
colore da verde a blu
Sedimentazione del pigmento ed
essiccazione
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Riscoperta ed Utilizzazione dei Coloranti Naturali
Macerazione a caldo su isatis
Azioni
Fasi
Preparazione foglie
Le foglie una volta immerse in
acqua vengono portate a 80°C per
20 minuti, successivamente filtrate
e la soluzione viene raffreddata in
maniera forzata
Macerazione a caldo
Aumento del pH e ossigenazione
Aggiunta di HCl e viraggio di
colore da verde a blu
Sedimentazione del pigmento ed
essiccazione
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Riscoperta ed Utilizzazione dei Coloranti Naturali
Macerazione a caldo su isatis
Azioni
Fasi
Preparazione foglie
Una volta raffreddata la soluzione si
aggiunga una soluzione di Idrossido
di calcio per aumentare il pH fino a
9 - 10 e si insuffla aria per circa 2
ore
il
quale
favorisce
la
precipitazione del pigmento
Macerazione a caldo
Aumento del pH e ossigenazione
Aggiunta di HCl e viraggio di
colore da verde a blu
Sedimentazione del pigmento ed
essiccazione
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Riscoperta ed Utilizzazione dei Coloranti Naturali
Macerazione a caldo su isatis
Azioni
Fasi
Preparazione foglie
Macerazione a caldo
Aumento del pH e ossigenazione
Dopo circa 24 ore si ha la
formazione di un corpo di fondo, il
surnatante viene allontanato e sul
fondo della beuta viene aggiunto
una soluzione di HCl 10 % che fa
cambiare il colore del sedimento
con la formazione del pigmento
Aggiunta di HCl e viraggio di
colore da verde a blu
Sedimentazione del pigmento ed
essiccazione
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Macerazione a caldo su isatis
Azioni
Fasi
Successivamente all’aggiunta della
soluzione acida si fa sedimentare il
pigmento. La fase di essiccazione è
stata eseguita in due fasi:
 Per filtrazione
Preparazione foglie
Macerazione a caldo
Aumento del pH e Ossigenazione
 Per liofilizzazione
Aggiunta di HCl e viraggio di
colore da verde a blu
Sedimentazione del pigmento ed
essiccazione
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Macerazione a freddo su isatis
Fasi
Preparazione foglie
Macerazione a freddo in acqua
acidula
Aumento del pH e ossigenazione
Sedimentazione del pigmento di
colore blu ed essiccazione
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Riscoperta ed Utilizzazione dei Coloranti Naturali
Macerazione a caldo/freddo su cartamo
Fasi
Preparazione dei petali
Macerazione in acqua
Aumento pH e ossigenazione
Sedimentazione e liofilizzazione
del pigmento di colore giallo ed
arancione
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Riscoperta ed Utilizzazione dei Coloranti Naturali
La modalità di estrazione per sviluppi futuri legati al
trasferimento al livello industriale si è visto essere la
macerazione a freddo in quanto:
 presenta maggiore resa dal punto di vista di ottenimento
del pigmento i valori di indaco grezzo sono di circa lo
0,11%, mentre per il cartamo oscillano tra il 3 - 5 %
anche se nella maggior parte dei casi viene utilizzato tal
quale
 bassa tecnologia
 basso impatto ambientale
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Riscoperta ed Utilizzazione dei Coloranti Naturali
Messa a punto del protocollo con estrattore
Soxhlet
Il processo di estrazione dei pigmenti è stato condotto con estrattore automatico Soxhlet il
quale avviene in tre step (estrazione, lavaggio, essicazione), il solvente utilizzato è stato
l’acetato di etile
Preparazione del
campione
Estrazione
Allontanamento del solvente ed
ottenimento del pigmento
Isatis
Cartamo
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Riscoperta ed Utilizzazione dei Coloranti Naturali
Caratterizzazione dei Pigmenti
La caratterizzazione dei pigmenti è stata effettuata mediante l’utilizzo di due tecniche
La prima è la spettrofotometria UV/Vis, la quale
tecnica evidenzia il numero ed il tipo di gruppi
cromofori presenti complessivamente nella molecola, i
quali forniscono il colore alla sostanza
La seconda è la spettrometria di massa abbinata a
tecniche di separazione cromatografiche o molecolare
LC/MS/MS questa tecnica tramite la misura del
rapporto carica/massa degli ioni permette di
identificare
composti sconosciuti fornendo
informazioni utili sulle proprietà strutturali e chimiche
delle molecole come il peso molecolare
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Caratterizzazione dell’ indaco
L’indaco contenuto nelle foglie si trova sotto forma di glucoside detto
indicano che per idrolisi acida si scinde in glucosio e indossile, il quale
ultimo, per ossidazione con l’ossigeno dell’aria, si ossida,
trasformandosi in azzurro indaco insolubile, che si deposita sotto forma
di fanghiglia scura
Indossile
Indaco
Indicano
L’idrolisi del glucoside indicano e l’ossidazione dell’indossile inducono un riassetto della
molecola formando la struttura dell’ indaco
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Caratterizzazione UV/Vis dell’indaco
Si evidenziano nello spettro dei
picchi a 286, 340 e 615 che
raffigurano i gruppi funzionali C=C
e C=O
I gruppi amminici auxocromi (N─H), grazie alle
forme di risonanza che sviluppano, determinano
la maggiore intensità del colore indaco
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Caratterizzazione dello spettro di massa
indaco
Lo strumento utilizzato LC/MS/MS - Liquid Chromatography/Mass Spectrometry - fornisce
informazioni qualitative complementari fra loro sia sulla struttura dell’analita, sia sulla
presenza di eventuali gruppi funzionali. La modalità di acquisizione utilizzata nella
determinazione delle sostanze cromofore ricercate, SRM - Selected Reaction Monitoring,
in cui dopo la selezione di un ione precursore si seguono una o più frammentazioni
caratteristiche, questo ci ha permesso di aumentare notevolmente la selettività delle
determinazioni
C16H10N2O2
Formula bruta
Formula di struttura
peso molecolare indaco 262,27
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Caratterizzazione dello spettro di massa
indaco
Nel profilo cromatografico al tempo di ritenzione 12,35 minuti si evidenzia la
presenza della sostanza cromofora
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Caratterizzazione dello spettro di massa
indaco
Nello spettro di massa si evidenzia il picco a 263 che sarebbe
[Mw+H+] (picco molecolare più un idrogeno)
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Caratterizzazione UV/Vis cartamo
I petali del cartamo sono di colore giallo e di
colore rosso in quest’ultima è presente la
cartamina come principio colorante difficile da
ottenere per questo è molto costoso e produce un
colore effimero. Negli spettri del cartamo si
evidenzia l’assorbimento dei gruppi funzionali C=C
nella regione compresa tra 400 – 408 nm sia per il
cartamo Yellow che Orange
La verifica della sostanza cromofora gialla proveniente dal
Carthamus tinctorius è stata discriminata utilizzando uno
standard commerciale Safflomin A (chiamato Giallo cartamo A)
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Caratterizzazione dello spettro di massa
cartamo
La modalità di acquisizione utilizzata nella determinazione delle sostanza cromofore
ricercata SRM (Selected Reaction Monitoring) utilizzata per la determinazione dell’indaco
Formula di struttura
C27H32O16
Formula bruta
peso molecolare cartamo 610,05
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Caratterizzazione dello spettro di massa cartamo
Profilo Cromatografico dove
al tempo di ritenzione: 14,00
si è evidenziata la presenza
della sostanza cromofora
Nello spettro di massa si
evidenzia il picco a 611,9
che sarebbe [Mw+ H+]
(picco molecolare più
idrogeno)
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In conclusione
Utilizzo dei colori naturali
Normative per settori di impiego
• Alimentare: Direttiva CEE n° 94/36 del 30.06.1994. Le sostanze che possono essere
impiegate sono quelle indicate dalla tabella in allegato alla normativa, e quando si
utilizzano in campo alimentare devono essere indicate nell’etichetta con la sigla
comprendente la lettera E seguita da un numero compreso tra 100 e 199;
• Cosmetico e dell’igiene: Direttiva CEE n° 76/768 del 27.07.1976, recepita con legge
nazionale n° 713 del 11.10.1986;
• Farmaceutico: Direttiva CEE n° 78/25 del 12.12.1977;
• Zootecnico: Direttiva CEE n° 70/524 del 03.11.1970, recepita con DPR n° 228 del
01.03.1992;
• Tessile:
In America una recente normativa tutela la
produzione dei capi di abbigliamento per bambini utilizzando i
coloranti naturali
Proposta è in discussione nel Parlamento Europeo
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Grazie per
l’attenzione
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