La ricerca SIGRAD
sul grano duro:
un modello per la filiera
Progetto SIGRAD
D.M. 1 agosto 2003 MIPAAF
LUGLIO 2010
A cura di
Roberto Ranieri
Clara Berdini
I curatori desiderano ringraziare Guido Arlotti, Maroun Atallah, Irene Della
Ghezza, Marco Silvestri, Giovanni Tribuzio di Barilla G. e R. Fratelli S.p.A.
Per la foto di copertina Marco Bon della Società Produttori Sementi S.p.A.
Roberto Ranieri dal 1 luglio 2010 è Amministratore Unico di Open Fields Srl,
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“Il maestro dà al ragazzo tutto quello in cui crede, ama e spera.
Il ragazzo, crescendo, ci aggiunge qualche cosa e così l’umanità va avanti”
Don Lorenzo Milani
Lettera a una professoressa, 1967
Indice
Introduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
R. Ranieri, N. Pogna, M. Carcea
1
Introduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
M. Corsini, F. Vitali, H. Lavorano
3
I Progetti di Ricerca SIGRAD
I progetti di Ricerca SIGRAD “uno strumento per migliorare
la competitività della filiera nazionale del grano duro” . . . . . . . . . . . . . . . . .
S GRAD RESEARCH PROJECTS “A VALID INSTRUMENT TO IMPROVE DURUM WHEAT CHAIN
SI
COMPETITIVENESS”.
M. Atallah, G. Arlotti, M. Silvestri, M.G. D’Egidio, S. Ravaglia, P. Meriggi,
I. Della Ghezza, C. Berdini, R. Ranieri.
7
Sicurezza Alimentare
Indagine sulla presenza di tossine di Fusarium (DON, T-2 e HT-2) nelle
produzioni nazionali di grano duro e di pasta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
OCCURRENCE OF FUSARIUM TOXINS (DON, T-2 AND HT-2) IN ITALIAN DURUM WHEAT AND PASTA.
M. Pascale, M. Haidukowski, G. Panzarini, R. Schena, A. Visconti, M. Silvestri,
R. Ranieri.
Effetto dei processi di molitura e pastificazione sulla contaminazione
da micotossine tossine T-2 e HT-2 nei prodotti e sottoprodotti derivati
del grano duro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
DISTRIBUTION OF T-2 AND HT-2 TOXINS IN PRODUCTS AND BY-PRODUCTS OF DURUM WHEAT
PROCESSING.
M. Pascale, M. Haidukowski, M.T.V. Lattanzio, M. Atallah, I. Della Ghezza,
M. Silvestri, A. Visconti.
29
Valutazione di alcune possibilità di difesa dei cereali immagazzinati . . . . 41
EVALUATION OF DIFFERENT TECHNIQUES TO CONTROL INSECT PESTS IN STORED GRAINS.
L. Süss, D.P. Locatelli, S. Savoldelli, M. Stampini, M. Atallah, M. Silvestri, R. Ranieri.
Valutazione dell’efficacia di Spinosad nella disinfestazione del grano duro . .
EFFICACY OF SPINOSAD AGAINST SOME INSECT PESTS OF STORED DURUM WHEAT.
L. Süss, D.P. Locatelli, S. Savoldelli, M. Silvestri.
61
V
INDICE
Impiego di Xylocoris galactinus Fieber (Heteroptera: Anthocoridae)
nella lotta contro insetti nei magazzini di cereali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
ACTIVITY OF XYLOCORIS GALACTINUS FIEBER (HETEROPTERA: ANTHOCORIDAE)
ON STORED-PRODUCT INSECTS.
L. Süss, S. Savoldelli, M. Atallah.
Prove di conservazione di grano duro con silobags . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
PRELIMINARY STUDY FOR EVALUATION OF DURUM WHEAT STORAGE IN SILOBAGS.
D.P. Locatelli, L. Süss, M. Stampini, S. Savoldelli, I. Della Ghezza, M. Atallah,
P. Meriggi.
67
73
Caratterizzazione di linee di grano duro per l’accumulo
di metalli pesanti nella cariosside . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
CHARACTERIZATION OF DURUM WHEAT LINES FOR THE HEAVY METAL ACCUMULATION IN THE KERNEL.
G. Dal Corso, A. De Montis, M. Bellotti, M. Atallah, M. Silvestri, A. Furini.
Metodologie di miglioramento genetico per l’ottenimento di nuove
varietà di grano duro tolleranti la fusariosi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
BREEDING APPROACHES TO THE IMPROVEMENT OF FUSARIUM HEAD BLIGHT RESISTANCE
IN DURUM WHEAT.
G. Ferrazzano, A. De Montis, A. Prodi, M. Silvestri, R. Ranieri.
99
La tracciabilità nella filiera grano duro: il sistema di controlli integrato
e razionale dalla produzione agricola al mulino . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
TRACEABILITY IN DURUM WHEAT SUPPLY CHAIN: INTEGRATED CONTROL SYSTEM FROM FARM TO MILL.
M. Atallah, D. Barnabè, A. Bianchini, M. Silvestri.
La tracciabilità nella filiera grano duro: come monitorare
il movimento dei lotti di cereale in un silo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
TRACEABILITY IN DURUM WHEAT SUPPLY CHAIN: SILO DISCHARGE CONTROL.
D. Barnabè , A. Bianchini , V. Casadei , C. Saccani , I. Della Ghezza, M. Atallah.
Filiera grano duro: AGricoltura – ENergia – Ambiente (AGENA)
Valorizzazione energetica di biomasse vegetali provenienti
da sottoprodotti della filiera del frumento duro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
ENERGETIC EVALUATION OF VEGETABLE BIOMASSES AS BY-PRODUCTS OF DURUM WHEAT SUPPLY
CHAIN.
F. Miglietta, F.P. Vaccari, S. Baronti, I. Criscuoli, A. Matese, P. Toscano, A. Zaldei,
M.Silvestri, M. Atallah, I. Della Ghezza, R. Ranieri.
Uso agricolo del Biochar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
BIOCHAR IN AGRICOLTURE.
F. Miglietta, F.P. Vaccari, S. Baronti, I. Criscuoli, A. Matese, P. Toscano, A. Zaldei,
M. Silvestri, R. Ranieri.
VI
INDICE
Agronomia
Identificazione di marcatori molecolari associati a QTL per
il contenuto proteico della granella in frumento duro . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
IDENTIFICATION OF MOLECULAR MARKERS ASSOCIATED WITH QTLS INVOLVED IN THE PROTEIN
CONTROL OF DURUM WHEAT KERNELS.
G. Mangini, M.A. Signorile, S. Ravaglia, A. Blanco.
Sviluppo di diaploidi in frumento duro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
DIAPLOID PRODUCTION IN DURUM WHEAT.
G. Mangini, L. Piarulli, R. Simeone, S. Ravaglia, A. Blanco.
Definizione di liste varietali di frumento duro
per sei areali di coltivazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
LIST OF DURUM WHEAT VARIETIES SUITED FOR CULTIVATION IN SIX ITALIAN ENVIRONMENTS.
A. Belocchi, M. Fornara, M.G. D’Egidio, F. Quaranta.
Schede varietali delle cultivar di frumento duro di maggior interesse
negli areali individuati in ambito SIGRAD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241
TECHNICAL SHEETS OF DURUM WHEAT VARIETIES SUITED FOR CULTIVATION IN THE SIX
ENVIRONMENTS DEFINED WITHIN THE SIGRAD PROJECT.
A. Belocchi, M. Fornara, M.G. D’Egidio, F. Quaranta.
Analisi dei risultati di una sperimentazione poliennale dell’interazione
tra difesa fogliare, concimazione azotata e genotipo in quattro areali
cerealicoli italiani . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271
A MULTI-YEAR EVALUATION OF DIFFERENT COMBINATIONS OF FUNGICIDE TREATMENTS, NITROGEN
FERTILIZATION LEVELS AND DURUM WHEAT CULTIVARS IN FOUR ITALIAN LOCATIONS.
R. Righetti, E. Bersani, M. Barbieri, F. Finiguerra, D. Pancaldi, S. Ravaglia.
Prodotti della prima trasformazione
Saggio preliminare volto al miglioramento delle caratteristiche
organolettiche, nutrizionali e salutistiche delle semole di grano duro
mediante reintegro di parti corticali derivanti dall’impiego della
decorticazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289
PRELIMINARY TRIAL TO IMPROVE ORGANOLEPTIC, NUTRITIONAL AND HEALTHY CHARACTERISTICS
OF DURUM WHEAT FLOUR THROUGH THE RE INTEGRATION OF FIBER FRACTIONS
FROM DECORTICATIONS MILLING STEP.
D. Minervini, C. Rizzello.
Appendice
Partner e Consulenti dei Progetti di Ricerca . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305
VII
INTRODUZIONE
Sotto la spinta delle richieste dei consumatori per prodotti alimentari genuini di alta
qualità, la cerealicoltura nazionale nell’ultimo quinquennio è cambiata significativamente.
L’eliminazione o la riduzione di contaminanti agricoli quali metalli pesanti, fusariotossine (soprattutto il deossinivalenolo o DON), residui antiparassitari o bromuro di metile, la
tracciabilità/rintracciabilità dei prodotti alimentari, le proprietà nutrizionali, dietetiche e
persino terapeutiche degli alimenti sono stati gli argomenti dominanti del recente dibattito
tra decisori politici, agricoltori, industriali, distributori, consumatori, medici e ricercatori. A
questi ultimi è stato chiesto di precisare i termini di una corretta alimentazione, ma anche
di innovare le materie prime, le macchine e le tecnologie in funzione dei nuovi obiettivi salutistici, ambientali e sociali. Parallelamente, nei paesi occidentali economicamente avanzati
è recentemente emersa la consapevolezza del valore strategico delle produzioni agricole
dopo anni in cui l’attenzione maggiore era stata rivolta alla conservazione dell’ambiente e
del paesaggio, alla tutela della biodiversità, al recupero di antiche colture marginali ed ai
prodotti tipici. Senza rinunciare a questi valori, dopo mezzo secolo l’incremento della produzione agricola è tornato ad essere un obiettivo prioritario.
Le ricerche scientifiche del progetto SIGRAD (Società Interprofessionale GRAno Duro)
relative alla filiera del grano duro, pur essendo state definite tra la fine del 2003 e l’inizio del
2004, si sono dimostrate particolarmente precorritrici dei tempi ed in perfetta sintonia con
i più recenti obiettivi strategici della politica agricola nazionale e comunitaria. Esse sono
state disegnate in base ai fabbisogni dei diversi operatori della filiera. I temi di ricerca sono
stati impostati seguendo un approccio di tipo pre-competitivo, individuando cioè gli elementi/problematiche di interesse per la maggior parte degli operatori, al fine di permettere una
crescita della conoscenza nell’intera filiera produttiva. Da qui una rilevante focalizzazione
sulle tematiche di sicurezza alimentare, sullo sfruttamento delle biomasse per impieghi
energetici, sulla selezione genetica e caratterizzazione varietale in funzione delle differenti
macroaree produttive nazionali. In particolare, le ricerche su alcune micotossine sono state
presentate nei forum europei sull’argomento (febbraio 2010) e hanno rappresentato uno
studio fondamentale per capire se la loro incidenza e l’intensità fossero tali da richiederne
la normazione. Analoga osservazione può essere fatta per il contaminante cadmio di cui la
commissione tecnica della Comunità Europea sta attualmente considerando la pericolosità
al fine di rivederne i limiti, dei quali verrà proposto molto probabilmente un abbassamento.
Anche il tema relativo all’ottenimento di energia dagli scarti della filiera del grano duro in
competizione con le attuali sorgenti, è stato posto con avvedutezza nel 2004 e negli ultimi
anni è stato affrontato da molti istituti di ricerca così come da società private. Infine, la
possibilità di esprimere con grande precisione il comportamento delle principali varietà di
grano duro sia dal punto di vista qualitativo sia per la resa agronomica in sei definite macroaree, è da ritenersi un approccio particolarmente innovativo.
Alcune delle tematiche proposte, nel corso degli anni sono state meglio definite ed alcune
sono state aggiunte ex-novo. Ciò è avvenuto grazie alla continua interazione tra i ricercatori
e i committenti della ricerca SIGRAD come pure per merito dei suggerimenti del Comitato
Tecnico Scientifico (CTS).
1
Il CTS ha monitorato le attività dei partner utilizzando sia la proposta iniziale dei progetti di ricerca sia le presentazioni relative agli stati di avanzamento annuali durante le
quali oltre all’esposizione delle relazioni scientifiche, è stato possibile incontrare tutti i fornitori di ricerca grazie ai seminari opportunamente organizzati da SIGRAD.
Sono stati infine organizzati due incontri tecnici (uno a Ponti di Cortona e l’altro a Pesaro
- 2009) con il preciso obiettivo di incominciare a diffondere i risultati delle ricerche presso i
soci SIGRAD ed i relativi apparati tecnici. Tale attività di divulgazione e diffusione della conoscenza sarà ulteriormente rafforzata dalla pubblicazione di questi proceedings, dalla loro
presentazione ufficiale, prevista a settembre 2010, come pure da una serie di pubblicazioni
sulle riviste tecniche di settore.
Questa collezione di ricerche di filiera, al di là degli specifici risultati ottenuti in ciascuna area, fornisce un modus operandi basato sulla cooperazione tra i differenti istituti di
ricerca e le aziende private, in grado di generare una rete d’informazione trasparente al
servizio della conoscenza di filiera. Questo approccio integrato è utilizzabile da tutti coloro
che vogliono guardare alla filiera come elemento di opportunità per risolvere in maniera
congiunta le problematiche pre-competitive emergenti allo scopo di rinforzare la competitività nazionale.
R. Ranieri, Barilla G. e R. Fratelli S.p.A., Via Mantova 166, 43122 Parma
.
N. Pogna, Consiglio per la Ricerca e la Sperimentazione in Agricoltura
Unità di ricerca per la valorizzazione qualitativa dei cereali
(CRA-QCE), Via Cassia 176 , 00191 Roma
M. Carcea, Istituto Nazionale di Ricerca per gli Alimenti e la Nutrizione
(INRAN), Via Ardeatina 546, 00178 Roma
2
INTRODUZIONE
L’attività svolta dalla Società Interprofessionale Grano Duro nel settore della ricerca
rappresenta una delle testimonianze più concrete del contratto di filiera che ha avuto come
obiettivo primario quello rivitalizzare la produzione del grano duro in Italia che negli ultimi
anni ha fatto denotare seri segnali di involuzione sia in termini qualitativi che quantitativi.
Non è certamente questa la sede per ricordare quali siano state le cause che hanno determinato il deterioramento degli interessi verso questa importante produzione agricola ma
è piuttosto quella per evidenziare il modello operativo posto in essere da SIGRAD per un
ritorno alla competitività del comparto.
Sulla base di questo contesto nel 2004 si costituisce SIGRAD, che tuttora rappresenta l’unica realtà interprofessionale nella filiera del grano duro, per dare attuazione ad un
insieme di iniziative per la realizzazione del primo contratto di filiera, cioè di quel nuovo
strumento di cofinanziamento pubblico, introdotto nel nostro ordinamento dalla legge finanziaria del 2003 che ha come prerogativa essenziale la partecipazione congiunta negli
investimenti di operatori sia di parte agricola che della trasformazione industriale,.il tutto
ovviamente su finalità ed obiettivi condivisi.
SIGRAD con il suo progetto ha inteso attuare un modello di sistema di qualità per il
grano duro che partendo dalla redazione di appositi disciplinari di coltivazione, dalla loro
corretta applicazione fino all’ottenimento della certificazione di sistema, riconosca, anche
mediante sistemi innovativi di determinazione del prezzo del grano duro cosi prodotto, un
ritorno economico più interessante per i produttori.
Non poteva a questo punto mancare una particolare attenzione anche al settore della
ricerca per la quale sono state impegnate oltre il venticinque per cento delle risorse.
I temi trattati hanno riguardato la sicurezza alimentare, come è ovvio che sia per una
produzione tanto influente nella nostra alimentazione nazionale sotto forma di pasta ma
anche argomenti agronomici e di genetica varietale che più direttamente incidono nel miglioramento dei bilanci aziendali cosi come nelle aspettative qualitative delle aziende trasformatrici.
Infine ci sembra anche opportuno sottolineare come un settore giustamente considerato
tra i più tradizionali non abbia trascurato di dedicare anche uno spazio alla ricerca di innovazione nello sfruttamento delle potenzialità del settore delle biomasse.
Con la pubblicazione del volume che compendia le ricerche, che sono state coordinate
magistralmente dal dr. Roberto Ranieri della Barilla G. e R. F.lli SpA e da una Commissione
scientifica di alto prestigio nel settore cerealicolo, SIGRAD ha inteso porre a disposizione un
patrimonio di conoscenze che ci si augura potranno contribuire ad elevare lo standard del
grano duro italiano per il buon nome della pasta, pilastro della dieta mediterranea.
M. Corsini, Presidente di Sigrad
F. Vitali, Responsabile della Comunicazione
e Segretario del CdA di Sigrad
H. Lavorano, Coordinatore Generale
3
I PROGETTI DI RICERCA
SIGRAD
I progetti di Ricerca SIGRAD:
uno strumento per migliorare
la competitività della filiera nazionale
del grano duro
M. Atallaha, G. Arlottia, M. Silvestria1, M.G. D’Egidiob, S. Ravagliac,
P. Meriggid, I. Della Ghezzaa, C. Berdinia, R. Ranieria.
a
Barilla G. e R. Fratelli S.p.A., Via Mantova 166, 43122 Parma.
Consiglio per la Ricerca e la Sperimentazione in Agricoltura-Unità di ricerca
per la valorizzazione qualitativa dei cerali (CRA-QCE), Via Cassia 176, 00191 Roma.
b
c
d
Società Italiana Sementi, Via Mirandola 5, 40068 S.Lazzaro di Savena (Bo).
Horta S.r.l., Spin Off Università Cattolica, Via Emilia Parmense 84, 49100 Piacenza.
Riassunto
La ricerca SIGRAD si propone come strumento per il miglioramento della competitività
della filiera del grano duro (Triticum turgidum var. durum Desf.), costruendo un’analisi dei
bisogni di ogni singolo passaggio per selezionare i temi prioritari su cui focalizzare la ricerca.
Barilla G. e R. Fratelli S.p.A., il Consiglio per la Ricerca in Agricoltura (CRA-QCE) di
Roma e la Società Italiana Sementi (SIS) di Bologna, in collaborazione con differenti partners pubblici e privati, hanno eseguito e coordinato i principali progetti di ricerca che, a
partire dal 2005/06, hanno caratterizzato il Consorzio SIGRAD.
La competitività è stata individuata come un obiettivo importante da perseguire al fine
di poter permettere ad una filiera come quella del grano duro, di primaria importanza per il
nostro paese, di sostenere il confronto con quelle di altre specie (es. mais e soia) che a livello
globale sono sicuramente caratterizzate da maggiori investimenti.
In questo contesto la sperimentazione e la ricerca di filiera giocano un ruolo di primo
piano ed è per questo che il Consorzio SIGRAD ha investito anche su queste aree.
Abstract
SIGRAD research activities is the tool to improve the durum wheat ((Triticum turgidum
var. durum Desf.) chain competitiveness, by building need analysis of each single step to select the most relevant issues on which focus the research.
Barilla G. e R. Fratelli S.p.A. (Barilla), Consiglio per la Ricerca in Agricoltura (CRAQCE) of Roma and the Società Italiana Sementi (SIS) of Bologna, have built and followed
the principals research projects from 2005/06, in collaboration with many other partners.
The competitivity has been identified as one of the major goal to give the chance to one very
important crop for Italy, to maintain a position in the trade in which other crops (eg. maize
and soy) have more dominant position at global level.
1
LA
Autore per la corrispondenza: Marco Silvestri, [email protected]
RICERCA
SIGRAD
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
7-14
7
M. ATALLAH
ET AL.
In this scenario the experimental and research activities within the chain plays a primary
role and for this the consortium SIGRAD have invested even on those areas.
***
Scenario
SIGRAD nasce come una società consortile in cui i soggetti aderenti hanno sottoscritto
un accordo quadro finalizzato a concordare le condizioni di produzione e scambio di grano
duro tra i soggetti agricoli e quelli industriali, stabilendo inoltre di demandare alla stessa
SIGRAD una serie di attività di supporto e di servizio, collegate alla realizzazione del contratto di filiera.
Obiettivo generale del progetto è la realizzazione di un Sistema Integrato di Filiera,
inteso come un insieme organico di azioni e strumenti che possa garantire la concreta valorizzazione della produzione agricola attraverso una efficace e permanente presenza sul
mercato (Figura 1).
La ricerca SIGRAD si colloca all’interno del progetto tra gli investimenti pre-competitivi
i cui risultati dovrebbero avere la funzione di creare know-how e valore aggiunto a favore della filiera del frumento duro e quindi generare innovazioni di business applicabili ai
diversi livelli della filiera stessa. In questo scenario, la divulgazione e disseminazione dei
risultati assume un ruolo di notevole importanza; questo aspetto è stato ampiamente considerato e concretamente realizzato da parte del Consorzio SIGRAD sia durante l’intera
durata del progetto, sia in particolare nella fase finale del progetto stesso.
Protagonisti
• Barilla G. e R. Fratelli S.p.A. (Barilla) – Parma
• Consiglio per la Ricerca e la Sperimentazione in Agricoltura-Unità di ricerca per la
valorizzazione qualitativa dei cerali di Roma (CRA-QCE) - Roma
• Società Italiana Sementi (SIS) – Bologna
• Agri2000 - Bologna
• Consiglio Nazionale delle Ricerche – Istituto di Scienze di Produzioni Alimentari, Consiglio Nazionale delle Ricerche di Bari (CNR-ISPA)
• Consiglio Nazionale delle Ricerche – Istituto per la BIomeMETeorologia (CNR-IBIMET) - Firenze
• Molini Tandoi Pellegrino S.p.A. – Bari
• Società Produttori Sementi Bologna (PSB) - Bologna
• Università di Milano – Dipartimento di Protezione dei Sistemi agroalimentare e urbano e Valorizzazione delle Biodiversità (DiPSA ) - Milano
• Università di Verona - Dipartimento di Biotecnologie - Verona
Altri contributi sempre sull’area ricerca di filiera da parte di altri soci SIGRAD finiranno
durante l’estate 2010 e quindi al momento non ci è possibile presentare un aggiornamento
dei lavori. Grazie alla sua esperienza di filiera integrata ed ai suoi investimenti nella ricerca varietale dei grani, la Barilla G. e R. F.lli S.p.A. ha sicuramente contribuito al progetto in
maniera maggiore e sotto diversi aspetti come quello del miglioramento genetico, dell’agronomia, della sicurezza alimentare e dello stoccaggio.
8
LA
RICERCA
SIGRAD
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
7-14
I
PROGETTI DI
RICERCA SIGRAD
Obiettivi specifici
La ricerca applicata alla filiera si è sviluppata in quattro tematiche:
1) Sicurezza Alimentare, suddivisa in quattro obiettivi realizzativi:
• Caratterizzazione di varietà/linee di grano duro per l’accumulo di cadmio;
• Messa a punto di un sistema di rintracciabilità integrato sull’intera filiera grano
duro/pasta;
• Metodologie di selezione per la tolleranza a Fusarium spp. tossigeni in grano duro
e monitoraggio delle principali micotossine indotte dalla fusariosi della spiga;
• La difesa del grano duro nello stoccaggio.
2) Sostenibilità (AGricoltura ENergia Alimentazione – AGENA), valorizzazione ad usi
energetici delle biomasse della filiera grano duro.
3) Ricerca e sperimentazione agronomica.
4) Ricerca e sperimentazione varietale.
Le diverse tematiche di ricerca prese in considerazione nell’ambito del progetto sono
schematizzate in Figura1, dove sono riportate anche altre attività preminenti realizzate
nonché i collegamenti tra i diversi operatori della filiera.
Figura 1. Il posizionamento della ricerca nel contesto di tutte le attività SIGRAD.
LA
RICERCA
SIGRAD
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
7-14
9
M. ATALLAH
ET AL.
Risultati
La ricerca Sigrad ha fornito risultati che potrebbero portare ad innovazioni significative
nella filiera. Le applicazioni potenziali possono essere individuate ed applicate in punti
diversi della filiera.
Nella fase del miglioramento genetico:
- individuazione di linee agronomiche avanzate per la resistenza alla Septoria spp. e di
sistemi di inoculo artificiale in campo delle specie di Fusarium;
- conferma della validità dell’uso di un marcatore molecolare (OPC-20) per determinare
linee a basso accumulo di Cd;
- sperimentazioni in campo sulle differenti varietà.
In campo:
- caratterizzazione delle varietà di grano duro in funzione della loro adattabilità in sei
macroaree nazionali e delle relative prestazioni qualitative;
- realizzazione di schede agronomiche idonee per identificare la varietà più adatta alla
zona e alle condizioni agro-climatiche;
- deposito di un brevetto per un combustibile solido ad alto potere calorifico ed approfondimento del processo di pirolisi particolare dei cruscami con relativa trasformazione in
biochar o carbone vegetale. L’applicazione del biochar sui suoli sembra aumentare gli
stock di nutrienti nella zona radicale del suolo, ridurre la lisciviazione dei nutrienti e
migliorare le rese agricole.
Durante lo stoccaggio:
- tecniche di insilaggio innovative in silobags, riducono il metabolismo degli insetti, ma
non hanno nessun effetto letale sulle larve o sulle uova;
- studi sulla gestione degli infestanti nei comuni magazzini verticali e piani;
- descrizione di flussi di svuotamento dei silos (FIFO or LIFO) con informazioni importanti a supporto della tracciabilità delle granelle al momento della consegna al mulino.
In post produzione :
- studi di pre-competitività su tematiche di sicurezza alimentare, quali l’applicazione di
metodiche utili alla determinazione di micotossine emergenti, tricoteceni gruppo A, che
ha permesso di soddisfare le richieste della comunità europea in termini di sicurezza
alimentare (Fusarium Toxin forum per T2 - HT2 a Bruxelles nel febbraio 2010).
Per la disseminazione dei risultati sono stati organizzati due seminari specifici (novembre 2009 e nel febbraio 2010) rispettivamente in Toscana e nelle Marche, un workshop
nell’ambito di Pasta Trend (Bologna, aprile 2010) e una conferenza finale di presentazione
dei risultati e di questo proceedings che si terrà nel settembre del 2010. In particolare a
Horta srl è stato affidato il compito di trasferire i risultati più rilevanti al mondo della produzione.
Ed infine, altro risultato importante è stata la formazione di manager di ricerca industriale: nell’ambito dei progetti di ricerca gestiti da Barilla sono stati ben quattro di cui
tre assunti a tempo indeterminato alla fine del periodo di formazione.
10
LA
RICERCA
SIGRAD
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
7-14
I
PROGETTI DI
RICERCA SIGRAD
Tabella 1. Confronto tra obiettivi del progetto e risultati conseguiti – specifiche
Risultati attesi / Tema
progettuale
Monitoraggio delle
principali micotossine
indotte dalla fusariosi della
spiga su grano duro
La difesa del grano duro
nello stoccaggio.
Specifiche da conseguire
Obiettivi realizzati
Valutazione della presenza
di fusario tossine (DON, T2 e
HT2) nel grano duro.
Effetto della molitura e
pastificazione sulla presenza
di Fusarium tossine nei
prodotti e sottoprodotti della
lavorazione del grano duro.
Il livello di abbattimento delle fusario
tossine presenti sulla granella di grano
duro nazionale durante il processo
di molitura comporta un significativo
abbattimento sulla semola ed una
maggiore concentrazione sui cruscami.
È stata fornita una risposta ad un
quesito della comunità europea, sul
livello di contaminazione dei tricoteceni
di classe A nel frumento duro italiano.
Individuazione di alcune
possibilità di difesa dello
stoccaggio.
La pre pulitura del cereale prima dello
stoccaggio dà buoni risultati nei riguardi
di insetti che depongono all’esterno
delle cariossidi; l’utilizzo di fosfina è
efficace, l’impiego di una polvere inerte
a base di zeoliti provoca mortalità su S.
oryzae e R. domenica.
L’utilizzo di X. galactinus come agente
di controllo biologico di coleotteri
in diversi ambienti e magazzini di
industrie alimentari è ipotizzabile in
alcune condizioni specifiche.
Valutazione dell’efficacia della
lotta biologica.
Prove di difesa con il prodotto
industriale Spinosad.
Valutazione della mortalità
degli infestanti in silosbag.
Lo SPINOSAD è un principio attivo
efficace anche se l’uso per cereali non è
ancora ammesso in Italia.
L’utilizzo di silobags senza introduzione
di anidride carbonica non garantisce
una sensibile diminuzione degli
infestanti, mentre la presenza di
anidride carbonica risulta efficace nel
ridurre l’infestazione di R. dominica e
S. oryzae.
LA
RICERCA
SIGRAD
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
7-14
11
M. ATALLAH
ET AL.
Caratterizzazione di
varietà/linee di grano duro
per l’accumulo di metalli
pesanti nelle cariossidi.
Studi sulla correlazione tra
colture idroponiche e a base
Zn, e la presenza di Cd nella
granella.
Identificazione di un
biomarcatore per varietà a
basso accumulo di Cd.
Esiste una proporzionalità diretta tra la
concentrazione del metallo nelle foglie
e quella nella cariosside.
Il marcatore OPC-20 può essere
utilizzato in programmi di selezione
assistita.
Miglioramento genetico per Messa a punto di metodiche
la tolleranza a Fusarium
di inoculo artificiale di specie
tossigeni.
di Fusarium per la selezione di
linee di grano duro tolleranti e
o resistenti .
E’ stata evidenziata tutta la complessità
della selezione che richiede investimenti
elevati e tempi lunghi per combinare
la resistenza alla fusariosi a buone
caratteristiche di produttività e qualità
tecnologica.
Sicurezza Alimentare della
Filiera del Grano Duro
Messa a punto di un sistema
di rintracciabilità integrato
sull’intera filiera grano duropasta.
Realizzazione di manuale per la
tracciabilità nella filiera del grano duro.
Individuazione dei flussi che regolano
lo scarico di silos verticali in funzione
dell’ampiezza della bocca di scarico e
dell’angolo della tramoggia - Mass flow
e Core flow.
Agricoltura – Energia –
Ambiente (AGENA)
Valorizzazione ad usi
Determinazione di metodi per il
energetici delle biomasse della riutilizzo della biomassa: centrale
filiera grano duro.
sperimentale di combustione a
biomasse.
Realizzazione di un brevetto per
combustibile solido ad alto potere
calorifico e la pirolisi degli scarti
di lavorazione della biomassa e la
trasformazione in biochar o carbone
vegetale.
L’applicazione del biochar sui suoli
sembra aumentare gli stock di nutrienti
nella zona radicale del suolo, ridurre la
lisciviazione dei nutrienti e migliorare le
rese agricole.
12
LA
RICERCA
SIGRAD
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
7-14
I
Ricerca e Sperimentazione
varietale
PROGETTI DI
RICERCA SIGRAD
Interazione tra scelta
varietale, difesa fogliare e
concimazione azotata.
Messa a punto di un protocollo
per la produzione in frumento
duro di linee diaploidi
mediante ibridazione con
mais.
Valutazione degli effetti
genotipici di cultivar italiane di
frumento duro alla produzione
di piante aploidi mediante
incrocio interspecifico.
Analisi della variabilità
fenotipica e genetica
del contenuto proteico
di frumento duro ed
identificazione di marcatori
molecolari associati a QTL
coinvolti nell’espressione
fenotipica del carattere.
Le scelte tecniche risultano decisive
per il conseguimento di elevati risultati
produttivi e qualitativi anche in
condizioni ambientali sfavorevoli.
È necessario costituire progenie F1 ad
hoc utilizzando possibilmente varietà
precedentemente valutate per la
risposta all’incrocio con mais.
Qualità, salubrità e
sostenibilità delle
produzioni di frumento
duro nei macro-areali
Nord, Centro e Sud
Individuazione delle migliori
varietà consigliabili nei sei
areali di coltivazione di
interesse SIGRAD.
Realizzazione di un supporto
tecnico.
Per ciascuna cultivar sono stati valutati
i seguenti parametri: produzione, peso
ettolitrico, contenuto proteico, SDS,
Gluten Index, W, colore della semola.
Realizzazione di Schede tecniche ad hoc
per ogni varietà considerata.
Prodotti della prima
e seconda molitura Industrializzazione
Rilevare le caratteristiche
salutistiche nutrizionali delle
frazioni ottenibili attraverso
l’applicazione della tecnologia
di decorticazione a passaggi
multipli.
Il processo di decorticazione in
molti casi consente l’asportazione
progressiva ed il recupero selettivo
degli strati periferici della cariosside,
ognuno caratterizzato da una peculiare
composizione chimica caratterizzata
da interessanti proprietà dieteticonutrizionali
LA
RICERCA
SIGRAD
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
Le cultivar Iride, Ciccio e Tiziana sono
risultate i genotipi con migliore risposta
alla ibridazione con mais.
Sui cromosomi 1A e 4A sono presenti
geni strettamente associati o geni con
effetti pleiotropici.
7-14
13
SEZIONE I
SICUREZZA
ALIMENTARE
Indagine sulla presenza di tossine
di Fusarium (DON, T-2 e HT-2)
nelle produzioni nazionali
di grano duro e di pasta
Michelangelo Pascalea1, Miriam Haidukowskia,
Giuseppe Panzarinia, Roberto Schenaa, Angelo Viscontia,
Marco Silvestrib, Roberto Ranierib
a
Istituto di Scienze delle Produzioni Alimentari, Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR-ISPA),
Via G. Amendola 122/O, 70126 Bari.
b
Barilla G. e R. Fratelli S.p.A., Via Mantova 166, 43122 Parma.
Riassunto
Il deossinivalenolo (DON) e le tossine T-2 e HT-2 sono metaboliti secondari prodotti da
diverse specie di Fusarium che, in condizioni ambientali favorevoli, possono colonizzare
vari cereali. Il DON risulta essere uno dei più comuni contaminanti del frumento ed è stata
accertata la sua capacità nell’indurre effetti tossici di varia natura in diverse specie animali. Le tossine T-2 e HT-2, potenti inibitori della sintesi delle proteine, sono generalmente
ritrovate su un’ampia varietà di cereali quali avena, frumento, mais e orzo. Un attento
monitoraggio di questi contaminanti naturali nei cereali e prodotti derivati è quindi necessario per salvaguardare la salute del consumatore. Negli anni 2008 e 2009, nell’ambito del
progetto SIGRAD (Società Interprofessionale Grano Duro), è stata condotta un’indagine
sulla presenza di DON e tossine T-2 e HT-2 nel frumento duro nazionale e nella pasta. I
risultati ottenuti nei due anni di indagine hanno evidenziato che la provenienza geografica
e l’annata agraria influenzano fortemente frequenza di contaminazione e i livelli delle tossine di Fusarium nel frumento duro (Triticum turgidum var. durum Desf.). La pasta, infine,
è risultata essere completamente esente da tossine T-2 e HT-2, mentre il DON, pur se rilevabile con maggiore frequenza, mostra concentrazioni sempre abbondantemente al di sotto
del livello massimo ammissibile fissato a livello comunitario.
Abstract
Deoxynivalenol (DON) and T-2 and HT-2 toxins are mycotoxins produced by several species of Fusarium that, under favourable environmental conditions, can contaminate cereals
worldwide. DON is one of the most common contaminants of wheat and has been shown to
induce several toxic effects in various animal species. T-2 and HT-2 toxins are potent inhibitor of protein synthesis both in vivo and in vitro and have been found in several cereals such
as oats, wheat, maize and barley, as well as in cereal-based products. A careful monitoring of
1
LA
Autore per la corrispondenza: Michelangelo Pascale, [email protected]
RICERCA
SIGRAD
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
17-28
17
PASCALE
ET AL.
these natural contaminants in cereals and derived products is therefore necessary in order to
safeguard the health of consumers. In the years 2008 and 2009, within the SIGRAD project,
a survey on occurrence of DON, T-2 and HT-2 toxins in Italian durum wheat and pasta was
carried out. Results obtained in the two years of investigation showed that the geographical
origin and agricultural season influence both frequency and levels of contamination by Fu(
turgidum var. durum Desf.). Pasta was completely
sarium toxins in durum wheat (Triticum
free from T-2 and HT-2 toxins, whereas DON was more frequent but levels were well below
the maximum permitted levels established by the European Commission.
***
Premessa
Tra le malattie fungine che possono colpire il frumento, la “fusariosi della spiga” (Fusarium head blight, FHB) è una malattia particolarmente diffusa in tutte le aree cerealicole
del mondo ed è in grado di arrecare danni al raccolto, anche gravi, sia sotto l’aspetto quantitativo (scarse rese) che qualitativo (cariossidi striminzite e ridotto contenuto proteico).
Molte specie di Fusarium che causano questa malattia, inoltre, in condizioni ambientali
favorevoli, possono produrre vari metaboliti secondari (micotossine) dotati di attività tossica nei riguardi dell’uomo e degli animali. Tra le tossine di Fusarium, il deossinivalenolo
(DON), noto anche come vomitossina, è la micotossina più frequentemente ritrovata in frumento duro (Triticum turgidum var. durum Desf.). Minori sono invece le informazioni sulla
frequenza di contaminazione nel frumento da tossine T-2 e HT-2 (Tricoteceni appartenenti
al gruppo A).
Il rischio di contaminazione da micotossine nelle derrate alimentari rappresenta un problema rilevante per l’intera filiera del frumento, con gravi ripercussioni sia di carattere
socio-economico che sanitario, in misura tale da richiamare sempre maggiore attenzione da
parte delle varie organizzazioni preposte al controllo degli alimenti e di quelle di produttori
e consumatori (Visconti, 2001; Campagna et al., 2005). Una rigorosa indagine condotta in
Europa nell’ambito del progetto “SCOOP” per la valutazione del rischio per l’uomo dovuto
all’esposizione a tossine prodotte da Fusarium, ha mostrato che il 61% dei 6358 campioni di
frumento analizzati era contaminato da DON e il 21% di circa 1400 campioni di frumento
analizzati era contaminato da tossina T-2 (Schothorst e Van Egmond, 2004). La stessa indagine ha messo in evidenza che la situazione italiana risulta sorprendentemente anomala
rispetto agli altri Stati Membri, sia per l’assenza di dati sul DON (la micotossina più frequentemente riscontrata nel grano negli altri Paesi europei), sia per l’elevata frequenza di
contaminazione di tossina T-2 nei cereali di provenienza italiana, rispetto alle altre nazioni
europee. Quest’ultimo dato anomalo potrebbe essere attribuito all’incertezza del metodo di
analisi utilizzato nell’indagine (analisi ELISA).
Nel 1993 lo IARC (International Agency for Research on Cancer) ha concluso che le tossine di Fusarium non sono classificabili sulla base del rischio di indurre cancro nell’uomo.
Recentemente, tuttavia, il JECFA (Joint FAO/WHO Expert Committe on Food Additives) e
l’SFC (Scientific Committee for Food) della Commissione Europea hanno stabilito in maniera provvisoria un livello massimo tollerabile giornaliero di ingestione (PMTDI - Provisional
Maximum Tolerable Daily Intake) di tossina T-2 e HT-2 per l’uomo pari a 0,06 µg per kg di
peso corporeo e un livello massimo tollerabile giornaliero (TDI - Tolerable Daily Intake) di
18
LA
RICERCA
SIGRAD
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
17-28
INDAGINE
SULLA PRESENZA DI TOSSINE DI FUSARIUM
(DON, T-2
E HT-2) NELLE PRODUZIONI NAZIONALI DI GRANO DURO E DI PASTA
DON di 1,0 µg per kg di peso corporeo. Inoltre, gli studi sulla tossicità delle tossine di Fusarium hanno indotto la Commissione Europea a definirne i limiti massimi ammissibili in
cereali non processati e in alcuni alimenti destinati all’alimentazione umana (Regolamenti
CE N. 1881/2006 e 1126/2007). In particolare per il DON sono stati fissati i limiti di: 1250
ng/g per i cereali non processati diversi da frumento duro, avena e mais; 1750 ng/g per il
frumento duro e avena non processati; 750 ng/g per la farina di cereali, incluso farina di
mais, semola, spezzati di mais e semola di mais e per la pasta (secca); 500 ng/g per il pane,
biscotti, snack a base di cereali e cereali per colazione; 200 ng/g per gli alimenti per l’infanzia a base di cereali (peso secco). Per le tossine T-2 e HT-2 i limiti sono, invece, in corso di
discussione poiché, al momento i dati sulla loro presenza in cereali e prodotti derivati sono
ancora limitati (Visconti e Pascale, 2010).
Il frumento duro, materia prima dell’industria delle paste alimentari, pur se poco diffuso
a livello mondiale rispetto al frumento tenero, rappresenta il principale cereale coltivato nel nostro Paese. La superficie investita a frumento duro in Italia nell’annata agraria
2008-2009 è stata pari al 57% della superficie totale investita a cereali autunno-vernini
(2,30 milioni di ettari) con una produzione di circa 4,14 milioni di tonnellate. Il primato
produttivo spetta alla Puglia con 880.000 tonnellate, seguita dalla Sicilia (728.000), dalle
Marche (670.000), dall’Emilia Romagna (315.000), dalla Basilicata (314.000) e dalla Toscana (287.000) (Bollettino AGRIT 2009).
Le prime indagini condotte in Italia per valutare l’eventuale presenza di DON in frumento
risalgono all’annata agraria 1994-95 e sono relative alla produzione dell’Emilia Romagna e
di diverse regioni meridionali (Lops et al., 1998). Queste indagini evidenziarono una diffusa
contaminazione da DON nei campioni provenienti dall’Emilia Romagna, con concentrazioni
che talvolta superavano 1.000 ng/g, mentre non fu riscontrata alcuna positività nei campioni provenienti dalle regioni meridionali. In seguito, sono state condotte ulteriori indagini su
frumento, sia tenero che duro, e altri cereali ed oggi sono disponibili maggiori informazioni
sulla relazione tra clima, sviluppo della fusariosi della spiga ed accumulo di DON nelle
cariossidi. In particolare, sia l’incidenza e la gravità della malattia che la frequenza e i
livelli di contaminazione da DON nelle cariossidi dipendono fortemente dalla quantità di
inoculo presente sui residui colturali del terreno e soprattutto dalle condizioni climatiche
(alta temperatura, elevata umidità, piogge) che si verificano a partire dalla spigatura fino
a maturazione latteo-cerosa delle cariossidi. Inoltre è stato verificato che il frumento duro
generalmente mostra maggiore sensibilità a questa patologia e conseguentemente presenta
livelli di contaminazione tendenzialmente più elevati di quelli riscontrati nel frumento tenero. È stata anche dimostrata una stretta associazione tra fusariosi della spiga e presenza
di DON nelle cariossidi (Pascale et al., 2000; Pascale et al., 2002; Campagna et al., 2005; Desiderio et al., 2008; Aureli et al., 2009). Del tutto assenti, invece, sono le informazioni sulla
frequenza e i livelli di contaminazione da tossine T-2 e HT-2 nel frumento.
Il presente studio, svolto nell’ambito del progetto SIGRAD (Società Interprofessionale
Grano Duro), aveva come obiettivo principale proprio quello di colmare questa lacuna attraverso il monitoraggio di micotossine di interesse specifico del grano duro e della pasta
raccogliendo, tra l’altro, l’invito da parte della Commissione Europea a fornire maggiori dati
sulla presenza di tossina T-2 e HT-2 in cereali e prodotti derivati.
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SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
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PASCALE
ET AL.
Materiali e Metodi
Origine dei campioni
Sono stati analizzati 229 campioni di frumento duro (136 relativi all’annata agraria
2007-2008 e 93 all’annata agraria 2008-2009) provenienti da centri di stoccaggio di diverse
aziende dislocate sull’intero territorio nazionale. Il campionamento è stato eseguito, nel
2008 da Barilla prelevando, dopo la raccolta, aliquote rappresentative del grano stoccato
nei sili/magazzini di interesse. Nel 2009 il campionamento è stato eseguito da Enti Terzi di
campionamento secondo le modalità ufficiali previste dal Regolamento (CE) 401/2006. In
Tabella 1 è riportato il numero di campioni di frumento duro analizzati per area geografica.
Sono stati inoltre analizzati 179 campioni di pasta (29 prodotti con semola integrale, 145
con semola, 5 con farina di altri cereali) di differenti lotti e marche. I campioni sono stati
in parte acquistati in supermercati locali (108 campioni) ed in parte sono stati forniti da
Barilla G. e R. F.lli S.p.A. (71 campioni).
Tabella 1. Numero di campioni di frumento duro analizzati per area geografica.
2007-2008
2008-2009
Nord
51
35
Centro
32
31
Sud
53
27
Totale
136
93
Analisi del deossinivalenolo (DON)
Le analisi del DON, sia nel frumento duro che nella pasta, sono state effettuate utilizzando il metodo riportato da Pascale et al. (2002) basato sulla purificazione degli estratti con
minicolonne ad immunoaffinità e determinazione della tossina mediante HPLC (High Pressure Liquid Chromatography) con rivelatore UV a serie di diodi (DAD). Ciascun campione
macinato (25 g) di frumento o pasta, dopo aggiunta di 5 g di polietilenglicole (PEG 8000) e
100 mL di acqua distillata, è stato omogeneizzato ad alta velocità per 2 minuti. Gli estratti
sono stati filtrati con carta da filtro (Whatman N. 1) e poi con filtro a microfibre di vetro
(Whatman GF/A) e 2 mL di estratto filtrato sono stati caricati su minicolonna ad immunoaffinità DONtest™ HPLC (VICAM, Milford, MA,USA) ed eluiti lentamente ad un flusso di 1
goccia/secondo. Successivamente, la minicolonna è stata lavata con 5 mL di acqua distillata
ad un flusso di 2 gocce/secondo e portata a secco. La tossina, trattenuta dagli anticorpi monoclonali, è stata eluita con 1,5 mL di metanolo (per HPLC) ad un flusso di 1 goccia/secondo.
L’estratto raccolto in una provetta è stato portato a secco con flusso di azoto, e ripreso in 250
µL di fase mobile. 50 µL di questa soluzione sono stati iniettati in un cromatografo liquido
ad alta pressione (HPLC). L’analisi è stata eseguita mediante HPLC con rivelatore UV a
serie di diodi (DAD) impostato a 220 nm (Agilent Technology Series 1100) e colonna a fase
inversa Synergi Hydro RP 80A, 3 x 15 cm, 4 µm (Phenomenex, USA). Come fase mobile è
stata utilizzata una miscela isocratica acetonitrile-acqua (10/90, v/v) ad un flusso di 0,5 mL/
min. La quantificazione della tossina è stata effettuata mediante confronto con la retta di
20
LA
RICERCA
SIGRAD
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
17-28
INDAGINE
SULLA PRESENZA DI TOSSINE DI FUSARIUM
(DON, T-2
E HT-2) NELLE PRODUZIONI NAZIONALI DI GRANO DURO E DI PASTA
calibrazione ottenuta con soluzioni standard di DON a diversa concentrazione. Il limite di
rivelabilità del metodo per frumento duro e pasta è risultato di 20 ng/g (basato su un rapporto segnale:rumore di 3:1). I recuperi medi, ottenuti contaminando artificialmente con
DON campioni di controllo a livelli di 100 - 500 - 1000 e 2000 ng/g (4 repliche), sono stati
maggiori dell’85% con deviazioni standard relative (CV) minori del 10%.
Analisi delle tossine T-2 e HT-2 mediante HPLC-FD
Le analisi delle tossine T-2 e HT-2, sia nel frumento duro che nella pasta, sono state effettuate utilizzando il metodo riportato da Visconti et al. (2005) basato sulla purificazione degli
estratti con minicolonne ad immunoaffinità e determinazione della tossina mediante HPLC
con rivelatore a fluorescenza (FD) previa derivatizzazione pre-colonna con 1 antroilnitrile
(1-AN). Ciascun campione di matrice macinata (50 g), dopo aggiunta di 1 g di cloruro di
sodio (NaCl) e 100 mL di metanolo-acqua (90:10, v/v), è stato omogeneizzato ad alta velocità
per 2 minuti. L’estratto è stato filtrato con carta da filtro (Whatman N. 4). 10 mL dell’estratto sono stati diluiti con 40 mL di acqua distillata. L’estratto diluito è stato filtrato con filtro a
microfibre di vetro (Whatman GF/A). 10 mL di estratto filtrato sono stati caricati su minicolonna ad immunoaffinità T-2 test™ HPLC (VICAM, Milford, MA, USA) ed eluiti lentamente
ad un flusso di 1 goccia/secondo. Successivamente, la minicolonna è stata lavata con 10 mL
di acqua distillata ad un flusso di 2 gocce/secondo e portata a secco con aria. Le tossine T-2
e HT-2, trattenute dagli anticorpi monoclonali, sono state eluite dalla colonna con 1,5 mL di
metanolo ad un flusso di 1 goccia/secondo. L’estratto raccolto in un vial silanizzato e ambrato della capacità di 4 mL è stato portato a secco sotto flusso di azoto a 50 °C. Al residuo secco
sono stati aggiunti 50 µL della soluzione di DMAP (1 µg/µL) e 50 µL della soluzione di 1-AN
(1 µg/µL). La miscela di reazione è stata agitata con un agitatore vortex per 1 min e lasciata
reagire per 15 min a 50 °C in un blocco termostatato (Reacti-block, Pierce, USA). La miscela
di reazione è stata quindi raffreddata in ghiaccio per 10 min e portata a secco sotto flusso
di azoto a circa 50 °C e ricostituita con 1000 µL di una soluzione acetonitrile:acqua (70:30,
v/v). 20 µL della soluzione sono stati iniettati in HPLC. L’apparato strumentale è costituito
da un sistema binario, rivelatore a fluorescenza (FD) impostato ad una lunghezza d’onda λex
= 381 nm, λem = 470 nm, sistema ProStar (Varian Inc., Palo Alto, CA, USA), sistema d’iniezione “full loop” modello 7125, Rheodyne (Cotati, CA, USA), Star data system versione 6.20
(Varian Inc.) e colonna a fase inversa Phenyl-Hexyl Luna® (150 mm x 4,6 mm, 5 mm) (Phenomenex, USA). Come fase mobile è stato utilizzato un gradiente binario ad un flusso di 1,0
mL/min applicato come segue: la composizione iniziale della fase mobile, 70% acetonitrile /
30% acqua è stata mantenuta costante per 5 minuti, successivamente l’acetonitrile è stato
aumentato linearmente fino all’85% in 10 minuti e il flusso mantenuto costante per altri 10
minuti. Per pulire la colonna, l’acetonitrile viene portato al 100% in 2 minuti e il flusso mantenuto costante per altri 5 minuti. La quantificazione delle tossine è stata effettuata mediante confronto con la retta di calibrazione ottenuta con soluzioni standard di tossine T-2 e
HT-2 a diversa concentrazione. Il limite di rivelabilità del metodo per frumento duro e pasta
è risultato di 5 ng/g per la tossina T-2 e 3 ng/g per la tossina HT-2 (basato su un rapporto
segnale:rumore di 3:1). I recuperi medi, ottenuti contaminando artificialmente campioni di
controllo con tossine T-2 e HT-2 a un livello di 100 ng/g per ogni singola tossina (4 repliche),
sono stati maggiori dell’85% con deviazioni standard relative (CV) minori del 14%.
LA
RICERCA
SIGRAD
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
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21
PASCALE
ET AL.
Analisi delle tossine T-2 e HT-2 mediante LC-MS
Il 20% dei campioni risultati contaminati (e comunque tutti quelli contaminati a livelli
maggiori a 100 ng/g) da tossine T-2 e HT-2 sono stati rianalizzati mediante LC-MS (Liquid
Chromatography - Mass Spectrometry) quale metodo di conferma. L’estratto, dopo purificazione su colonnine ad immunoaffinità come descritto nel paragrafo precedente, è stato portato a secco con flusso di azoto e ricostituito con 200 µL di una soluzione 5mM CH3COONH4
in metanolo – 5mM CH3COONH4 in acqua (60:40, v/v). 20 µL della soluzione sono stati
iniettati in LC-MS previa aggiunta di standard interno (13C24-T-2 and 13C22-HT-2, Biopure,
Austria). L’analisi è stata eseguita mediante un sistema QTrap® MS/MS con interfaccia a
ionizzazione chimica a pressione atmosferica (APCI) (Applied Biosystems, Foster City, CA,
USA) e un sistema micro-LC (Agilent Technology Series 1100, Waldbronn, Germany). La colonna HPLC utilizzata per la separazione delle tossine T-2 e HT-2 è stata la Synergi Hydro
RP a fase inversa 80A, 150 x 30 mm, 4 µm (Phenomenex, Torrance, CA, USA) preceduta da
una precolonna Aqua C18, 4 mm x 2 mm, 10 µm (Phenomenex, Torrance, CA, USA). La fase
mobile è costituita da un gradiente binario (solvente A: 5 mM CH3COONH4 in H2O - solvente B: 5 mM CH3COONH4 in CH3OH), eluito ad un flusso di 350 µL/min applicato come
segue: la composizione iniziale della fase mobile, 40% acqua / 60% metanolo è stata mantenuta costante per 3 minuti, quindi il metanolo è stato aumentato fino all’80% in 1 minuto
e il flusso mantenuto costante per altri 5 minuti. Per pulire la colonna, il metanolo veniva
portato al 100% in 1 minuto e il flusso mantenuto costante per altri 5 minuti. Le condizioni
dello spettrometro di massa (ionizzazione chimica positiva) sono state: temperatura 380 °C,
gas di cortina (azoto) 30 psi, gas di nebulizzazione (aria) 50 psi, gas ausiliare (aria) 40 psi,
potenziale di scarica a corona + 3 µA. Lo spettrometro di massa operava in multiple reaction
monitoring (MRM) con i parametri riportati in Tabella 2. Per ciascun composto venivano
monitorate 3 transizioni con un dwell time di 100 msec (1 per l’analisi quantitativa e 2 per
l’identificazione qualitativa). La quantificazione delle tossine T-2 e HT-2 è stata effettuata
misurando l’area nel cromatogramma MRM e confrontandola con l’area dello standard interno (13C24-T-2 and 13C22-HT-2 rispettivamente per T-2 e HT-2). Il limite di rivelabilità del
metodo (basato su un rapporto segnale:rumore di 3:1) è risultato di 0,9 ng/g per la tossina
T-2 e 1,2 ng/g per la tossina HT-2 nel frumento duro e di 0,1 ng/g per la tossina T-2 e 0,2
ng/g per la tossina HT-2 nella pasta. I recuperi medi, ottenuti contaminando artificialmente
campioni di controllo con tossine T-2 e HT-2 a un livello di 100 ng/g per ogni singola tossina
(4 repliche), sono stati del 100% con deviazioni standard relative (CV) minori del 10%.
Tabella 2. Parametri MRM per T-2, HT-2,
Analita
Ione precursore
T-2
[T-2+NH4]+
13
C24-T-2 e
Q1 (m/z) Q3 (m/z)
13
C22-HT-2.
DP (V)
EP (V)
16
6,0
305,2
484,0
215,1(*)
185,3
322,2
C24-T-2
13
[13C24-T-2+NH4]+
508,0
229,2(*)
198,2
22
LA
RICERCA
SIGRAD
16
6,0
CE (V)
CXP (V)
19
19
26
26
26
26
19
19
26
26
26
26
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
17-28
INDAGINE
SULLA PRESENZA DI TOSSINE DI FUSARIUM
Analita
Ione precursore
(DON, T-2
E HT-2) NELLE PRODUZIONI NAZIONALI DI GRANO DURO E DI PASTA
Q1 (m/z) Q3 (m/z)
DP (V)
EP (V)
263,3(*)
HT-2
[HT-2+NH4]
+
442,0
245,2
16
4,5
215,1
278,2
(*)
C22-HT-2
13
[13C22-HT-2+NH4]+
464,2
260,2
16
229,2
4,5
CE (V)
CXP (V)
16
3,6
15
3,8
16
3,4
16
3,6
15
3,8
16
3,4
* transizione utilizzata per la quantificazione. Q1 primo quadrupolo; Q3 terzo quadrupolo; DP: declustering potential; EP:
entrance potential; CE: collision energy; CXP: collision cell exit potential
Risultati e Discussione
Monitoraggio dei livelli di deossinivalenolo (DON) e delle tossine T-2 e HT-2 nel
grano duro nazionale
I risultati del monitoraggio dei livelli di DON e tossine T-2 e HT-2 nei campioni di frumento duro prodotti nelle annate agrarie 2007-2008 e 2008-2009 e provenienti da aziende
dislocate su tutto il territorio nazionale sono riassunti nella Tabelle 3-6.
Tabella 3. Livelli di deossinivalenolo (DON) nel grano duro nazionale (annate agrarie
2007-2008 e 2008-2009).
DON*
2007-2008
2008-2009
136
93
Numero di campioni positivi
99 (73%)
67 (72%)
< 20 ng/g (LOD)
37 (27%)
26 (28%)
20-1.750 ng/g
71 (52%)
60 (65%)
28 (21%)
7 (7%)
1.170
672
Numero di campioni analizzati
> 1.750 ng/g
Media dei positivi (ppb)
Min (ng/g)
20
20
Max (ng/g)
8.240
3.460
* Metodo di analisi HPLC/DAD; LOD, limite di rivelabilità= 20 ng/g.
Nei due anni di sperimentazione, è stata osservata una frequenza di contaminazione da
DON abbastanza diffusa. Dei 136 campioni di grano duro dell’annata agraria 2007-2008, 99
campioni (73%) sono risultati contaminati da DON nell’intervallo 20-8.240 ng/g. Di questi
71 erano contaminati nell’intervallo 20-1.750 ng/g e 28 campioni (21%) a livelli >1.750 ng/g
(limite massimo ammissibile comunitario, Regolamento CE N. 1881/2006). Il valor medio
dei campioni positivi è stato di 1.170 ng/g.
Dei 93 campioni di grano duro dell’annata agraria 2008-2009, 67 campioni (72%) sono
risultati contaminati da DON nell’intervallo 20-3.460 ng/g. Di questi 60 erano contaminati
LA
RICERCA
SIGRAD
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
17-28
23
PASCALE
ET AL.
nell’intervallo 20-1.750 ng/g e 7 campioni (7%) a livelli >1.750 ng/g. Il valor medio dei campioni positivi è stato di 672 ng/g.
I livelli medi più elevati di contaminazione da DON riscontrati nei campioni relativi
all’annata agraria 2007-2008 sono in accordo con le particolari condizioni meteorologiche
(elevata umidità e piogge) che si sono registrate in prossimità della spigatura e fino a maturazione latteo-cerosa delle cariossidi e che sono state favorevoli allo sviluppo della fusariosi della spiga, soprattutto negli areali dell’Italia settentrionale. Tale andamento è meglio
evidenziato se si analizzano i dati dei due anni di indagine sulla distribuzione della contaminazione da DON nei campioni di frumento duro nazionale raggruppati per provenienza
geografica riportati in Tabella 5. Si osserva, infatti, per i campioni provenienti dal Nord
Italia, sia una elevata frequenza di contaminazione, sia un elevato valore medio di contaminazione, rispetto a quelli provenienti dal Centro e Sud Italia. In particolare, nel 2008 il 98%
dei campioni provenienti dal Nord Italia è risultato contaminato da DON con il 51% che
superava i 1.750 ng/g (valor medio dei positivi di 2.042 ng/g). Nello stesso anno solo il 17%
dei campioni provenienti dal Sud Italia è risultato contaminato da DON con un solo campione proveniente dall’Abruzzo che superava il valore di 1.750 ng/g (valor medio dei positivi
di 329 ng/g). Un analogo andamento è stato osservato anche nel 2009, sebbene i livelli di
contaminazione sono risultati più bassi sia nei campioni provenienti dal Nord Italia che dal
Centro-Sud Italia. Tali risultati confermano quelli già riportati in letteratura per analoghe
indagini condotte a livello nazionale sulla frequenza e sui livelli di contaminazione da DON
nel frumento duro (Pascale et al., 2002; Aureli et al., 2009).
Tabella 4. Livelli di tossine T-2 e HT-2 nel grano duro nazionale (annate agrarie 20072008 e 2008-2009).
T-2 + HT-2*
2007-2008
2008-2009
136
93
81 (60%)
54 (58%)
< 3 ng/g (LOD)
55 (40%)
39 (42%)
3-100 ng/g
77 (57%)
53 (57%)
4 (3%)
1 (1%)
27,3
24,8
Numero di campioni analizzati
Numero di campioni positivi
> 100 ng/g
Media dei positivi (ng/g)
Min (ng/g)
3
5
Max (ng/g)
122
108
* Metodo di analisi HPLC/FD; LOD, limite di rivelabilità (T-2)= 5 ng/g, (HT-2)= 3 ng/g.
Anche per le tossine T-2 e HT-2 si è osservata, nei due anni di sperimentazione, una frequenza di contaminazione abbastanza diffusa. Dei 136 campioni di grano duro analizzati
dell’annata agraria 2007-2008, 81 (60%) sono risultati contaminati da tossine T-2 e HT-2
nell’intervallo 3-122 ng/g, di questi 77 sono risultati contaminati a livelli minori di 100 ng/g
(somma di tossina T-2 e HT-2) e solo 4 campioni sono risultati contaminati a livelli maggiori
di 100 ng/g (somma di tossina T-2 e HT-2).
24
LA
RICERCA
SIGRAD
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
17-28
INDAGINE
SULLA PRESENZA DI TOSSINE DI FUSARIUM
(DON, T-2
E HT-2) NELLE PRODUZIONI NAZIONALI DI GRANO DURO E DI PASTA
Dei 93 campioni di grano duro dell’annata agraria 2008-2009, 54 campioni (58%) sono
risultati contaminati da tossine T-2 e HT-2 nell’intervallo 5-108 ng/g. Di questi solo un campione è risultato superiore a 100 ng/g.
Il valor medio dei campioni positivi è stato tuttavia trascurabile in entrambi gli anni di
sperimentazione: 27,3 ng/g nel 2008 e 24,8 ng/g nel 2009. Questi risultati mostrano una
contaminazione abbastanza diffusa, ma a livelli del tutto trascurabili e non preoccupanti
(Tabella 6). In particolare si osserva una maggiore frequenza di contaminazione per i campioni provenienti dal Centro-Sud Italia, rispetto a quelli provenienti dal Nord Italia con
percentuali abbastanza simili nei due anni di indagine: circa il 65% dei campioni provenienti dal Nord Italia è risultato non contaminato da tossine T-2 e HT-2, mentre circa il 70% dei
campioni provenienti dal Centro-Sud Italia è risultato contaminato da queste micotossine,
sebbene a livelli trascurabili.
Il 20% dei campioni risultati contaminati da tossina T-2 e HT-2 (e comunque tutti quelli
contaminati a livelli maggiori di 100 ng/g) sono stati verificati mediante analisi LC-MS/MS.
I risultati ottenuti hanno confermato i livelli di contaminazione determinati con il metodo
HPLC-FD.
Tabella 5. Distribuzione della contaminazione da deossinivalenolo (DON) nei campioni
di frumento duro nazionale di diversa provenienza geografica.
2007-2008
DON
2008-2009
n.
campioni
analizzati
<20
ng/g
20-1750
ng/g
>1750
ng/g
Media dei
positivi
(ng/g)
n.
campioni
analizzati
<20
ng/g
Nord
51
1
(2%)
24
(47%)
26
(51%)
2.042
35
0
(0%)
28
(80%)
7
(20%)
1.138
Centro
32
6
(19%)
25
(78%)
1
(3%)
376
31
10
(32%)
21
(68%)
0
(0%)
146
Sud
53
44
(83%)
8
(15%)
1
(2%)
329
27
16
(59%)
11
(41%)
0
(0%)
191
20-1750 >1750
ng/g
ng/g
Media dei
positivi
(ng/g)
LOD, limite di rivelabilità= 20 ng/g.
LA
RICERCA
SIGRAD
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
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PASCALE
ET AL.
Tabella 6. Distribuzione della contaminazione da tossine T-2 e HT-2 nei campioni di
frumento duro nazionale di diversa provenienza geografica.
2007-2008
T-2
+
HT-2
2008-2009
n.
campioni
analizzati
<3
ng/g
3-100
ng/g
>100
ng/g
Media dei
positivi
(ng/g)
n.
campioni
analizzati
<3
ng/g
3-100
ng/g
>100
ng/g
Media dei
positivi
(ng/g)
Nord
51
33
(65%)
18
(35%)
0
(0%)
13,3
35
22
(63%)
13
(47%)
0
(0%)
10,3
Centro
32
9
(28%)
21
(66%)
2
(6%)
33,5
31
9
(29%)
21
(68%)
1
(3%)
39,5
Sud
53
13
(24%)
38
(72%)
2
(4%)
30,2
27
8
(30%)
19
(70%)
0
(0%)
17,8
LOD, limite di rivelabilità= 5 ng/g (T-2), 3 ng/g (HT-2).
Monitoraggio dei livelli di deossinivalenolo (DON) e delle tossine T-2 e HT-2
nella pasta
I risultati del monitoraggio della contaminazione da DON nella pasta nazionale sono
riassunti in Tabella 7. È stata osservata una diffusa presenza di DON nei campioni di
pasta analizzati, sebbene a livelli trascurabili. L’80% dei 145 campioni di pasta di semola
presentava valori di DON che variavano da 20 ng/g a 530 ng/g (valor medio dei positivi di
112 ng/g), mentre il 66% dei 29 campioni di pasta integrale è risultato positivo all’analisi del
DON con valori che variavano da 40 ng/g a 410 ng/g (valor medio dei positivi di 157 ng/g).
Nessuno dei cinque campioni di pasta prodotta con farina di cereali diversi dal frumento
duro è risultato invece contaminato da DON.
È noto che il DON, quando presente, non ha una distribuzione omogenea nelle cariossidi
di frumento ma la tossina si concentra soprattutto nei tegumenti esterni che, con la molitura, vengono separate dalla semola e vanno a costituire la crusca. Nel caso invece di semole
integrali parte di questi tegumenti resta parte integrante dello sfarinato (Visconti et al.,
2004). In questa indagine, tuttavia, non sono state riscontrate differenze significative tra
i livelli di DON riscontrati nelle due tipologie di pasta. Questo risultato, a nostro avviso,
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LA
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SIGRAD
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
17-28
INDAGINE
SULLA PRESENZA DI TOSSINE DI FUSARIUM
(DON, T-2
E HT-2) NELLE PRODUZIONI NAZIONALI DI GRANO DURO E DI PASTA
dimostra l’efficacia del processo molitorio del frumento duro ed in particolare delle decorticazione, quando inserita nei diagrammi di macinazione, nel ridurre i livelli di DON (e di
altri possibili contaminanti) anche negli sfarinati e conseguentemente nella pasta integrale
(Aureli e D’Egidio, 2007).
Si ricorda che il Regolamento (CE) N. 1881/2006 fissa il limite massimo ammissibile di
DON nella pasta (secca) a 750 ng/g. L’indagine ha mostrato che nessun campione di pasta,
sia di semola che integrale, è risultato contaminato da DON a livelli superiori a questo
limite.
Tabella 7. Livelli di deossinivalenolo (DON) in diverse tipologie di pasta nazionale
campionata negli anni 2008 e 2009.
DON*
semola
integrale
mix di cereali
145
29
5
113 (80%)
19 (66%)
0 (0%)
< 20 ng/g (LOD)
32 (20%)
10 (34%)
5 (100%)
20-1.750 ng/g
113 (80%)
19 (66%)
-
0 (0%)
0 (0%)
-
112
157
-
Numero di campioni analizzati
Numero di campioni positivi
> 1.750 ng/g
Media dei positivi (ng/g)
Min (ng/g)
20
40
-
Max (ng/g)
530
410
-
* Metodo di analisi HPLC/DAD; LOD, limite di rivelabilità= 20 ng/g.
Sugli stessi campioni di pasta è stata effettuata anche l’analisi HPLC per determinare
i livelli di tossine T-2 e HT-2. Nessuno dei campioni di pasta (mix di cereali, integrale e di
semola) è risultato contaminato da tossine T-2 e HT-2 (LOD per T-2 di 5 ng/g e per HT-2 di
3 ng/g).
Conclusioni
L’indagine condotta nell’ambito del progetto SIGRAD ha confermato le informazioni già
note in letteratura sulla frequenza e i livelli di contaminazione da DON nel frumento duro
nazionale in relazione a provenienza geografica e annata agraria. Nuove sono invece le
informazioni relative alla contaminazione da tossine T-2 e HT-2, sia nel frumento duro, sia
nella pasta integrale e di semola.
I risultati di queste indagini hanno messo in evidenza la sicurezza d’uso del frumento
duro nazionale, per quanto riguarda la contaminazione da tossine T-2 e HT-2 e della pasta,
per quanto riguarda il rischio di contaminazione da DON e tossine T-2 e HT-2. È consigliabile invece un attento monitoraggio delle produzioni nazionali di frumento duro per quanto
riguarda il DON, soprattutto per quegli areali climaticamente più predisposti allo sviluppo
della fusariosi della spiga e in annate particolarmente piovose durante la fioritura del grano, quando è maggiore la sensibilità della pianta a questa patologia.
LA
RICERCA
SIGRAD
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27
PASCALE
ET AL.
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28
LA
RICERCA
SIGRAD
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
17-28
Effetto dei processi di molitura
e pastificazione sulla contaminazione
da tossine T-2 e HT-2 nei prodotti
e sottoprodotti derivati del grano duro
Michelangelo Pascalea1, Miriam Haidukowskia,
Maria Teresa Veronica Lattanzioa, Maroun Atallahb,
Irene della Ghezzab, Marco Silvestrib, Angelo Viscontia
a
Istituto di Scienze delle Produzioni Alimentari, Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR-ISPA),
Via G. Amendola 122/O, 70126 Bari.
b
Barilla G. e R. Fratelli S.p.A., Via Mantova 166, 43122 Parma.
Riassunto
Le tossine T-2 e HT-2, potenti inibitori della sintesi delle proteine, sono micotossine di
Fusarium che possono essere ritrovate in diversi cereali quali avena, frumento, mais e
orzo. Nell’ambito del progetto SIGRAD (Società Interprofessionale Grano Duro) è stato
condotto uno studio per valutare l’effetto dei processi di molitura e di pastificazione sulla
contaminazione da tossina T-2 e HT-2 nei prodotti e sottoprodotti derivati del frumento
duro (Triticum turgidum var. durum Desf.). Lo studio ha messo in evidenza che tali processi
comportano una ridistribuzione delle due tossine nelle diverse frazioni di macinazione
con un accumulo soprattutto nella crusca e negli scarti di pulitura, mentre si è osservata
un’importante riduzione dei livelli di contaminazione nelle varie frazioni di molitura e
nella pasta. I risultati di questo studio sono stati presentati in sede di Commissione Europea al VII Fusarium Forum 2010 e hanno contribuito alla discussione sui limiti massimi
ammissibili di queste micotossine in cereali e prodotti derivati, tali da salvaguardare la
salute dei cittadini europei senza penalizzare la filiera del grano duro.
Abstract
T-2 and HT-2 toxins, potent inhibitor of protein synthesis both in vivo and in vitro,
o are
Fusarium toxins that can contaminate several cereals such as oats, wheat, maize and barley,
as well as cereal-based products. Within the SIGRAD project, a study has been conducted to
assess the effect of processing (milling and pasta production) on T-2 and HT-2 toxin contamination in durum wheat ((Triticum turgidum var. durum Desf.) products and by-products. The
study has shown that these processes involve a redistribution of the two toxins in the various milling fractions with toxin accumulation especially in bran and screenings, whereas
an important reduction of levels of contamination in all milling fractions and in pasta has
been observed. Results of this study were presented at the European Commission in the VII
1
LA
Autore per la corrispondenza: Michelangelo Pascale, [email protected]
RICERCA
SIGRAD
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
29-40
29
PASCALE
ET AL.
Fusarium Forum 2010 contributing to the debate on maximum admissible limits for these
mycotoxins in order to safeguard the health of European citizens without penalizing the
durum wheat/pasta chain.
***
Premessa
Le tossine T-2 e HT-2 sono micotossine a struttura tricotecenica prodotte prevalentemente da Fusarium sporotrichioides, Fusarium poae e Fusarium langsethiae, specie fungine
associate alla “fusariosi della spiga” (Fusarium head blight, FHB), che possono contaminare
un’ampia varietà di cereali, quali frumento, mais, avena e orzo e i loro prodotti derivati (Canady et al., 2001; Schothorst e Van Egmond, 2004). Una recente indagine europea condotta
nell’ambito del progetto “SCOOP” ha evidenziato la contaminazione da tossine T-2 e HT-2
rispettivamente nel 20% di 3.490 campioni analizzati e nel 14% di 3.032 campioni analizzati. In particolare i cereali maggiormente contaminati erano mais (28%), frumento (21%)
e avena (21%) per la tossina T-2 e avena (41%), mais (24%) e riso (17%) per la tossina HT-2.
La stessa indagine ha mostrato che circa il 21% di 1.400 campioni di frumento analizzati
era contaminato da tossina T-2 (Schothorst e Van Egmond, 2004).
I numerosi effetti tossici di queste micotossine sugli animali sono stati ampiamente documentati. In particolare, la tossina T-2 è un potente inibitore della sintesi delle proteine, della
sintesi del DNA ed RNA sia in vitro che in vivo, ha effetti ematotossici ed immunosoppressivi (Visconti, 2001; Canady et al., 2001). Studi sull’esposizione cutanea hanno dimostrato
che la tossina T-2 provoca effetti estremamente tossici sull’epidermide e sulla superficie
delle mucose (Sudakin, 2003). Recentemente il JECFA (Joint FAO/WHO Expert Committee
on Food Additives) ha enfatizzato gli effetti tossici della tossina T-2, affermando che gli effetti tossici delle tossine T-2 e HT-2 non possono essere differenziati e che la tossicità della
tossina T-2 in vivo può essere almeno parzialmente attribuita alla tossina HT-2. Il JECFA
ha inoltre evidenziato che molti dei dati riportati in letteratura sulla contaminazione di
tossine T-2 e HT-2 sono di scarsa qualità e non dovrebbero essere usati per la valutazione
del rischio di esposizione per l’uomo in quanto la sensibilità dei metodi analitici utilizzati
non risulta sufficientemente elevata (Canady et al., 2001). Tuttavia a scopo precauzionale,
la stessa Commissione insieme all’SFC (Scientific Committee for Food) della Commissione
Europea hanno stabilito in maniera provvisoria un livello massimo tollerabile giornaliero
di ingestione di tossina T-2 e HT-2 per l’uomo di 0,06 µg per kg di peso corporeo. I limiti
massimi ammissibili per queste tossine in cereali e in alimenti destinati all’alimentazione
umana sono in corso di discussione presso la Commissione Europea poiché, nonostante sia
ben nota la loro elevata tossicità, al momento i dati sulla loro presenza in cereali e prodotti
derivati sono ancora limitati (Visconti e Pascale, 2010).
Il frumento duro (Triticum turgidum var. durum Desf.), materia prima dell’industria delle
paste alimentari, pur se poco diffuso a livello mondiale rispetto al frumento tenero, riveste
un primario interesse nel nostro Paese (Bollettino AGRTI 2009). Una recente indagine condotta in Italia nell’ambito del progetto SIGRAD ha messo in evidenza una frequenza di contaminazione abbastanza diffusa per le tossine T-2 e HT-2 nel frumento duro (il 59% dei 229
campioni analizzati è risultata contaminata da tossina T-2 o HT-2), sebbene a livelli di contaminazione trascurabili (media: 27,3 ng/g nel 2008 e 24,8 ng/g nel 2009) (Pascale et al., 2010).
30
LA
RICERCA
SIGRAD
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
29-40
EFFETTO
DEI PROCESSI DI MOLITURA E PASTIFICAZIONE SULLA CONTAMINAZIONE DA TOSSINE T-2 E HT-2
È stato dimostrato che i normali processi di lavorazione e trasformazione dei cereali
possono contribuire ad abbattere l’eventuale presenza di micotossine nella materia prima.
Alcuni studi hanno già mostrato che i processi di pulitura e di molitura del frumento comportano una ridistribuzione del deossinivalenolo (DON), una tossina di Fusarium che può
contaminare il frumento, nelle diverse frazioni di macinazione e che, nel caso del grano
duro, la concentrazione della tossina si riduce ulteriormente in seguito alla cottura della
pasta (Visconti et al., 2004).
Con il presente lavoro, svolto nell’ambito del progetto SIGRAD, si è voluto investigare
l’influenza dei processi di lavorazione (molitura e pastificazione) sulla contaminazione da
tossine T-2 e HT-2 nei prodotti e sottoprodotti derivati del grano duro. È questo un argomento di grande interesse, sia per la definizione dei limiti di tolleranza nei prodotti trasformati,
sia perché sono questi prodotti che vengono utilizzati nell’alimentazione sia umana che
animale.
Materiali e Metodi
Origine dei campioni
Sono stati utilizzati 11 campioni di una singola varietà di frumento duro (cv Levante) provenienti da prove parcellari inoculate artificialmente con Fusarium sporotrichioides
(ITEM 707, ww.ispa.cnr.it/Collection) produttore di tossine T-2 e HT-2 dopo trattamento
con fungicidi. In particolare, i campioni utilizzati per questo studio presentavano concentrazioni di tossine T-2 e HT-2 (somma) pari a: 100, 220, 235, 450, 510, 590, 640, 720, 1.160,
1.440, 5.950 ng/g. I livelli di contaminazione sono stati determinati con il metodo LC-MS/
MS descritto in seguito. I campioni contaminati a livelli di 100, 235, 450 e 590 ng/g sono
stati ottenuti miscelando aliquote di campioni contaminati con un campione di grano duro
della stessa varietà non contaminato da tossine T-2 e HT-2. Si è potuto quindi disporre di
un ampio intervallo di concentrazioni di tossine T-2 e HT-2 rappresentativo sia dei livelli
rilevabili in natura, sia di valori difficilmente riscontrabili, ma fondamentali per ottenere
risultati robusti e rappresentativi. In aggiunta un campione di grano duro (cv. Levante) non
contaminato da tossine T-2 e HT-2 è stato sottoposto a molitura per ottenere i prodotti e i
sottoprodotti di molitura da utilizzare negli esperimenti di recupero.
I campioni di grano sono stati puliti mediante ventilazione e setacciatura (pulitore Rationel Kornservice modello M 220 V) e, dopo condizionamento (17 ore, umidità del 17%), sono
stati sottoposti a molitura utilizzando il molino Bühler modello MLU 202 e semolatrice
Namad. La semola è stata quindi impastata con l’aggiunta del 28% di acqua ed estrusa
(Sercom pasta press) per la preparazione della pasta (Figura 1).
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Figura 1. Schema del processo di molitura e frazioni ottenute.
Analisi delle tossine T-2 e HT-2 mediante LC-MS/MS
Tutti i prodotti e sottoprodotti di molitura sono stati analizzati utilizzando il metodo
LC-MS/MS di seguito riportato. Ciascun campione di matrice macinata (50 g per cariossidi, farinetta, semola e pasta; 25 g per farinaccio e scarti di pulitura; 15 g per crusca),
dopo aggiunta di 1 g di cloruro di sodio (NaCl) e 100 mL di metanolo-acqua (90:10, v/v), è
stato omogeneizzato ad alta velocità per 2 minuti. L’estratto è stato filtrato con carta da
filtro (Whatman N. 4). 10 mL dell’estratto sono stati diluiti con 40 mL di acqua distillata.
L’estratto diluito è stato filtrato con filtro a microfibre di vetro (Whatman GF/A) e 10 mL
di estratto filtrato sono stati caricati su minicolonna ad immunoaffinità T-2 test™ HPLC
(VICAM, Watertown, USA) ed eluiti lentamente ad un flusso di 1 goccia/secondo. Successivamente, la minicolonna è stata lavata con 10 mL di acqua distillata ad un flusso di 2
gocce/secondo e portata a secco con aria. Le tossine T-2 e HT-2, trattenute dagli anticorpi
monoclonali, sono state eluite dalla colonna con 1,5 mL di metanolo ad un flusso di 1 goccia/secondo. L’estratto raccolto in un vial silanizzato e ambrato della capacità di 4 mL è
stato portato a secco con flusso di azoto e ricostituito con 200 µL di una soluzione 5mM
CH3COONH4 in metanolo - 5mM CH3COONH4 in acqua (60:40, v/v). 20 μL della soluzione
sono stati iniettati in LC-MS previa aggiunta di standard interno (13C24-T-2 and 13C22HT-2, Biopure, Austria). L’analisi è stata eseguita mediante un sistema QTrap® MS/MS
con interfaccia a ionizzazione chimica a pressione atmosferica (APCI) (Applied Biosystems,
Foster City, CA, USA) e un sistema micro-LC (Agilent Technology Series 1100, Waldbronn,
Germany). La colonna HPLC utilizzata per la separazione delle tossine T-2 e HT-2 è stata
la Synergi Hydro RP a fase inversa 80A, 150 x 30 mm, 4 µm (Phenomenex, Torrance, CA,
USA) preceduta da una precolonna Aqua C18, 4 mm x 2 mm, 10 µm (Phenomenex, Torrance, CA, USA). La fase mobile è costituita da un gradiente binario (solvente A: 5 mM
CH3COONH4 in H2O - solvente B: 5 mM CH3COONH4 in CH3OH), eluito ad un flusso di
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EFFETTO
DEI PROCESSI DI MOLITURA E PASTIFICAZIONE SULLA CONTAMINAZIONE DA TOSSINE T-2 E HT-2
350 µL/min applicato come segue: la composizione iniziale della fase mobile, 40% acqua /
60% metanolo è stata mantenuta costante per 3 minuti, quindi il metanolo è stato aumentato fino all’80% in 1 minuto e il flusso mantenuto costante per altri 5 minuti. Per pulire la
colonna, il metanolo viene portato al 100% in 1 minuto e il flusso mantenuto costante per
altri 5 minuti. Le condizioni dello spettrometro di massa (ionizzazione chimica positiva)
sono state: temperatura 380 °C, gas di cortina (azoto) 30 psi, gas di nebulizzazione (aria)
50 psi, gas ausiliare (aria) 40 psi, potenziale di scarica a corona + 3 µA. Lo spettrometro
di massa operava in multiple reaction monitoring (MRM) con i parametri riportati in Tabella 1. Per ciascun composto venivano monitorate 3 transizioni con un dwell time di 100
ms (1 per l’analisi quantitativa e 2 per l’identificazione qualitativa). La quantificazione
delle tossine T-2 e HT-2 è stata effettuata misurando l’area nel cromatogramma MRM e
confrontandola con l’area dello standard interno (13C24-T-2 and 13C22-HT-2 rispettivamente
per T-2 e HT-2).
Tabella 1. Parametri MRM per T-2, HT-2,
Analita
Ione precursore
T-2
[T-2+NH4]+
13
C24-T-2 e
Q1 (m/z) Q3 (m/z)
13
C22-HT-2.
DP (V)
EP (V)
16
6,0
305,2
484,0
215,1(*)
185,3
322,2
C24-T-2
13
[13C24-T-2+NH4]+
508,0
229,2(*)
16
6,0
198,2
263,3
(*)
HT-2
[HT-2+NH4]
442,0
+
245,2
16
4,5
215,1
278,2
(*)
C22-HT-2
13
[ C22-HT-2+NH4]
13
+
464,2
260,2
16
229,2
4,5
CE (V)
CXP (V)
19
19
26
26
26
26
19
19
26
26
26
26
16
3,6
15
3,8
16
3,4
16
3,6
15
3,8
16
3,4
* transizione utilizzata per la quantificazione. Q1 primo quadrupolo; Q3 terzo quadrupolo; DP: declustering potential; EP:
entrance potential; CE: collision energy; CXP: collision cell exit potential.
Sono stati effettuati esperimenti di recupero delle tossine T-2 e HT-2 da cariossidi, scarti
di pulitura, crusca, farinaccio, farinetta, semola e pasta (tre ripetizioni per tipologia di matrice). Gli esperimenti di recupero sono stati effettuati in triplicato contaminando artificialmente con tossine T-2 e HT-2 a un livello di 100 ng/g per ogni singola tossina i vari prodotti
e sottoprodotti di molitura non contaminati. I campioni artificialmente contaminati sono
stati lasciati tutta la notte a temperatura ambiente per permettere l’evaporazione del solvente prima dell’estrazione con metanolo-acqua (90:10, v/v).
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Risultati e Discussione
Metodo LC-MS/MS per la determinazione delle tossine T-2 e HT-2 nei prodotti e sottoprodotti derivati del grano duro
Il metodo HPLC-FD per la determinazione simultanea delle tossine T-2 e HT-2, basato sulla purificazione degli estratti con minicolonne ad immunoaffinità e derivatizzazione
pre-colonna con 1 antroilnitrile (1-AN) (Visconti et al., 2005), non è risultato applicabile a
tutte le matrici della filiera del grano duro. In particolare, nei cromatogrammi degli scarti
di pulitura, farinaccio e crusca è stata osservata la presenza di picchi interferenti al tempo
di ritenzione della tossina HT-2 che non permettevano una accurata quantificazione della
tossina. È stata quindi verificata l’applicabilità di un metodo HPLC con rivelazione a spettrometria di massa (MS) alla determinazione simultanea delle tossine T-2 e HT-2 in tutti
prodotti della filiera del grano duro.
Il metodo, basato sempre sulla purificazione degli estratti con colonnine ad immunoaffinità contenente anticorpi specifici per le tossine T-2 e HT-2, è risultato applicabile a tutti i
prodotti e sottoprodotti di molitura e alla pasta.
In Tabella 2 sono riportati i valori di recupero ottenuti per le cariossidi, i prodotti e i sottoprodotti della molitura e per la pasta.
Tabella 2. Valori di recupero da campioni contaminati con T-2 (100 ng/g) e HT-2 (100
ng/g) e deviazioni standard relative.
T-2
HT-2
Campione
Recuperi
(%)
RSD
(%)
Recuperi
(%)
RSD
(%)
Cariossidi
104
3
107
2
Farinetta
92
5
85
5
Farinaccio
103
14
91
7
Scarti di pulitura
98
3
85
6
Crusca
90
5
92
9
Semola
102
3
101
5
Pasta
101
10
102
2
RSD= deviazione standard relativa (n = 3)
I recuperi medi ottenuti per tutte le matrici sono risultata maggiori dell’85%, sia per la
tossina T-2 che HT-2 con deviazioni standard relative (RSD) minori del 14%. I valori dei
limiti di rivelabilità (LOD) del metodo (basati su un rapporto segnale:rumore di 3:1) per le
diverse matrici sono riportati in Tabella 3.
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EFFETTO
DEI PROCESSI DI MOLITURA E PASTIFICAZIONE SULLA CONTAMINAZIONE DA TOSSINE T-2 E HT-2
Tabella 3. Valori dei limiti di rivelabilità (LOD) del metodo LC-MS/MS per le cariossidi, i
prodotti e sottoprodotti di molitura e la pasta per le tossine T-2 e HT-2.
Campione
LOD (ng/g)
T-2
HT-2
Cariossidi
0,5
0,7
Farinetta
0,9
1,5
Farinaccio
0,9
1,4
Scarti di pulitura
1,5
1,7
Crusca
0,6
0,9
Semola
0,5
0,7
Pasta
0,1
0,2
Distribuzione delle tossine T-2 e HT-2 nei prodotti di molitura e nella pasta
In Figura 2, a titolo di esempio, sono riportati i livelli di tossine T-2 e HT-2 nelle varie
frazioni e scarti di molitura del campione di frumento duro contaminato a livelli di 221 ±
10 ng/g (58 ± 5 ng/g di tossina T-2 e 163 ± 13 ng/g di tossina HT-2) e nella pasta prodotta
con la semola ottenuta da tale campione. Si può notare un’importante riduzione dei livelli
di contaminazione nelle cariossidi a seguito della pulitura (da 221 ± 10 ng/g a 68 ± 6 ng/g).
Con tale processo vengono eliminati infatti tutti i materiali estranei e vengono allontanate
le cariossidi maggiormente contaminate che, in genere, si presentano striminzite, di piccole
dimensioni, scolorite, malformate e più leggere. Una ulteriore riduzione dei livelli di contaminazione è stata osservata nella farinetta (46 ± 3 ng/g) e nella semola (23 ± 2 ng/g). Nella
pasta il livello di contaminazione è risultato del tutto trascurabile (2 ± 0,2 ng/g). Le tossine
T-2 e HT-2, come già evidenziato in studi analoghi per altre micotossine (Trigo-Stockli et
al., 1996; Scudamore et al., 2003; Visconti et al., 2004; Kushiro 2008), si accumulano nella
crusca (317 ± 34 ng/g) e negli scarti di pulitura (834 ± 80 ng/g).
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Figura 2. Livelli di tossine T-2 e HT-2 nelle frazioni di molitura del grano duro e nella
pasta. I valori, espressi in ng/g, rappresentano la media di 4 determinazioni
indipendenti per tipologia di matrice.
Figura 3. Distribuzione % della tossina T-2 nelle frazioni di molitura del grano duro e
nella pasta. I valori rappresentano la media di 11 livelli di contaminazione
nell’intervallo 35 - 785 ng/g (esperimenti in quadruplicato).
Nelle Figure 3, 4 e 5 è riportata la distribuzione percentuale rispettivamente di tossina
T-2, tossina HT-2 e della somma delle tossine T-2 e HT-2 nei prodotti di molitura del grano
duro e nella pasta. I risultati rappresentano il valore medio dei dati degli 11 campioni di
grano duro (4 analisi per campione) nell’intervallo di contaminazione considerato: 97 – 5954
ng/g (somma di tossina T-2 + HT-2).
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EFFETTO
DEI PROCESSI DI MOLITURA E PASTIFICAZIONE SULLA CONTAMINAZIONE DA TOSSINE T-2 E HT-2
Figura 4. Distribuzione della tossina HT-2 nelle frazioni di molitura del grano duro e
nella pasta. I valori rappresentano la media di 11 livelli di contaminazione
nell’intervallo 62 – 5169 ng/g (esperimenti in quadruplicato).
I risultati delle analisi mostrano che le tossine T-2 e HT-2 si accumulano nella crusca (circa
3 volte in più rispetto a quanto si riscontra nel grano duro non pulito) e negli scarti di pulitura
(circa 6 volte in più rispetto a quanto si riscontra nel grano duro non pulito), ed evidenziano
un’importante riduzione dei livelli delle tossine durante le operazioni di molitura. I livelli
medi di tossine T-2 e HT-2 (somma) nelle varie frazioni di molitura risultano inferiori del 52%
nel grano duro pulito, del 78% nella farinetta e dell’88% nella semola, rispetto al valore di tossina T-2 e HT-2 (somma) nel grano non pulito. Una ulteriore riduzione dei livelli di tossine T-2
e HT-2 è stata osservata nella pasta, con percentuali di circa il 90% rispetto ai livelli riscontrati nella semola. Questo risultato, abbastanza anomalo, necessita di ulteriori approfondimenti.
Figura 5. Distribuzione della somma delle tossine T-2 e HT-2 nelle frazioni di molitura
del grano duro. I valori rappresentano la media di 11 livelli di contaminazione nell’intervallo 97 – 5954 ng/g (esperimenti in quadruplicato).
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Conclusioni
Questo studio ha evidenziato un’importante riduzione dei livelli di tossina T-2 e HT-2 nella semola e nella pasta in seguito ai processi di molitura e di pastificazione, mentre è stato
osservato un accumulo di queste tossine negli scarti di pulitura e nella crusca.
Il notevole abbattimento dei livelli di tossine T-2 e HT-2 che si è osservato nelle semole e nella pasta deve tranquillizzare il consumatore finale sull’eventuale rischio connesso
all’esposizione a queste tossine. Va ricordato, inoltre che la maggior parte dei campioni utilizzati per questa sperimentazione erano contaminati artificialmente con tossine T-2 e HT-2
a livelli che non sono comunemente ritrovati in natura e che per quei campioni contaminati
a livelli inferiori a 200 ng/g, la quantità di tossine T-2 e HT-2 riscontrate nella semola e soprattutto nella pasta erano del tutto trascurabili.
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EFFETTO
DEI PROCESSI DI MOLITURA E PASTIFICAZIONE SULLA CONTAMINAZIONE DA TOSSINE T-2 E HT-2
BIBLIOGRAFIA
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RICERCA
SIGRAD
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Valutazione di alcune possibilità di difesa
dei cereali immagazzinati
Luciano Süssa1, Daria P. Locatellia, Sara Savoldellia,
Massimiliano Stampinia, Maroun Atallahb,
Marco Silvestrib, Roberto Ranierib
a
Dipartimento di Protezione dei Sistemi agroalimentare e urbano e Valorizzazione
delle Biodiversità, Università degli Studi di Milano, Via G. Celoria 2, 20133 Milano.
b
Barilla G. e R. Fratelli S.p.A., Via Mantova 166, 43122 Parma.
Riassunto
Vengono riferiti i risultati di alcune sperimentazioni effettuate per prevenire infestazioni
da insetti nel grano duro (Triticum turgidum var. durum Desf.) in magazzino. In particolare
sono stati sviluppati quattro sotto progetti attraverso i quali è stato possibile ottenere un
quadro generale degli elementi da tenere in considerazione per l’applicazione di tecniche di
difesa dei cereali immagazzinati.
Nel dettaglio si è evidenziato che è necessario effettuare il monitoraggio delle aree
esterne ai magazzini di stoccaggio, ove si annidano coleotteri e lepidotteri; la pre-pulitura
del cereale prima dello stoccaggio dà buoni risultati nei riguardi di insetti che depongono
all’esterno delle cariossidi, ma non su Sitophilus spp. che depone le uova all’interno delle
cariossidi; la fosfina è efficace, se utilizzata a dose piena, sia su cereali pre-puliti che non
pre-puliti; infine l’impiego di una polvere inerte a base di zeoliti ha provocato mortalità su
Sitophilus oryzae L. e Rhyzopertha dominica F., ma le dosi necessarie per ottenere buoni
risultati sono state eccessivamente elevate.
Abstract
Results of trials to prevent infestations on durum wheat ((Triticum turgidum var. durum
Desf.) from stored-product insects have been reported. Four different subprojects have been
developed to obtain data on the different applied techniques to protect stored grain.
In detail, outside monitoring of warehouses was essential to collect data on the presence
of coleoptera and lepidoptera pests. The pre-cleaning operation before stocking wheat gave
good results for insects laying eggs outside the kernels, but not towards Sitophilus spp., that
lays eggs inside the kernels.
Phosphine was effective against insects, if used at full-dose, both for pre-cleaning wheat
and unclean wheat. Zeolite dust caused mortality on Sitophilus oryzae L. and Rhyzopertha
dominica F. but the dosage to obtain good results were too high.
***
1
LA
Autore per la corrispondenza: Luciano Süss, [email protected]
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SÜSS
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Premessa
Gli attacchi parassitari nei sili verticali o in magazzini piani ad opera di numerosi insetti, cui si possono aggiungere acari e roditori, provocano perdite, anche rilevanti, sia sotto
l’aspetto quantitativo che qualitativo.
I problemi connessi con la conservazione sono aumentati in tutto il mondo, con l’incremento delle produzioni e con la necessità di prolungare il periodo che intercorre tra i raccolti e l’utilizzo dei cereali stessi. Il reciproco e constante condizionamento delle infestazioni
risultano essere elementi di base da valutare per sviluppare nuove strategie di difesa. Immagazzinando cereali in granella, è indispensabile prendere in considerazione sia le variazioni microclimatiche dell’ambiente in cui viene effettuata la conservazione, che il tipo di
struttura in cui i cereali stessi vengono conservati.
Nelle partite di frumento possono rinvenirsi specie definite come “ospiti primari”, in grado di attaccare direttamente le cariossidi ed altre specie, definite come “ospiti secondari”,
viventi solo su detriti delle cariossidi stesse.
Infine, come evidenziato in letteratura (Cangardel, 1978), possono sopravvivere gli “ospiti terziari”, ovvero insetti dal regime dietetico zoonecrofago, insetti e acari predatori o parassitoidi di infestanti primari e secondari oppure, di materia organica di origine vegetale
in decomposizione (Figura 1).
Figura 1. Successione degli infestanti in un magazzino di cereali (ridisegnato da Cangardel, 1978).
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LA
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VALUTAZIONE
DI ALCUNE POSSIBILITÀ DI DIFESA DEI CEREALI IMMAGAZZINATI
Partendo da tali conoscenze, sono state effettuate alcune sperimentazioni per verificare
quali risultati si potessero ottenere nella conservazione dei cereali attuando pratiche tradizionali o innovative, per contenere le infestazioni sopra citate. In particolare lo studio si è
articolato come descritto nei seguenti quattro sotto progetti:
A. Efficacia della pre-pulitura del cereale prima dello stoccaggio;
B. Monitoraggio degli insetti in un centro di stoccaggio del grano duro;
C. Disinfestazione con fosfina di grano duro non prepulito e prepulito;
D. Impiego di polveri inerti nella protezione e disinfestazione di partite di grano duro.
A. Efficacia della pre-pulitura del cereale prima dello stoccaggio
Materiali e metodi
La preparazione del materiale biologico ed i successivi controlli sono stati effettuati presso i Laboratori del DiPSA (Dipartimento di Protezione dei Sistemi agroalimentare e urbano
e Valorizzazione delle Biodiversità) dell’Università degli Studi di Milano.
Sono stati preparati 4 contenitori, contenenti ciascuno 5 kg di grano duro biologico.
In ognuno di essi sono stati messi rispettivamente 100 adulti di Sitophilus oryzal L. e 100
di Rhyzopertha dominica F.; sono stati aggiunti inoltre 100 adulti delle 2 specie Tribolium
castaneum Herbst e Tribolium confusum J. du Val.
I contenitori sono stati posti in un ambiente non condizionato, a temperatura di 22-24°C.
Dopo 4 settimane due contenitori sono stati sottoposti a prepulitura mediante aspirazione
e vagliatura presso i Laboratori di Barilla G. e R. Fratelli S.p.A. I restanti due contenitori
sono stati tenuti nei laboratori dell’Università in modo da costituire i campioni non trattati.
Dopo il trattamento i contenitori con il grano prepulito e lo scarto derivato dalla prepulitura sono stati riportati nel locale non condizionato dell’Università.
I controlli del cereale sottoposto al trattamento, dello scarto e di quello non trattato sono
stati effettuati a 7, 30 e 60 giorni dalla pre-pulitura.
Risultati
In Tabella 1 è riportata la media degli individui rinvenuti vivi dopo 7, 30 e 60 giorni dal
trattamento, presenti nei contenitori di grano, sia non sottoposto a pre-pulitura che prepulito. Sono riportati anche i risultati relativi al materiale asportato con la pre-pulitura,
che viene definito come “scarto”.
Nel grano prepulito, dopo 7 giorni, non si evidenziano adulti. La pre-pulitura è riuscita
infatti ad allontanare con lo “scarto” gli individui adulti delle diverse specie, in parte morti
a causa dello stress meccanico.
Al controllo dopo 30 giorni si osservano pochi adulti vivi, comunque in maggior numero
nel cereale non pre-pulito. Trascorsi 60 giorni, il grano duro non pre-pulito presenta un
numero elevato di adulti della nuova generazione di Rhyzopertha dominica, che si sono
sviluppati nell’interno delle cariossidi.
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SÜSS
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Tabella 1. Numero medio di adulti vivi di Tribolium spp., S. oryzae, R. dominica dopo
7, 30 e 60 giorni nel grano duro non prepulito, prepulito e nello scarto derivante dalla prepulitura.
Giorni
Specie
7
30
60
Numero medio di individui vivi
Non prepulito
Prepulito
Scarto
Tribolium spp.
100
0
73,5
Sitophilus oryzae
98
0
77,5
Rhyzopertha dominica
85,5
0
48,5
Tribolium spp.
2,5
0
0,5
Sitophilus oryzae
12
3,5
1
Rhyzopertha dominica
15,5
1
1
Tribolium spp.
426
1
27
Sitophilus oryzae
74,5
67
14
Rhyzopertha dominica
1344,5
195,5
33
Il grano prepulito presenta un solo individuo di Tribolium spp. poiché la carenza di polveri ostacola lo sviluppo dell’insetto, soprattutto nelle prime età larvali. Negli scarti di pulitura, dove invece è presente della polvere, sono stati evidenziati 27 adulti vivi, di nuova
generazione.
Non si sono osservate sensibili differenze nel numero di adulti di Sitophilus oryzae presenti nel cereale pre-pulito o non. Durante il processo di pulitura, infatti, vengono allontanati solo gli adulti, mentre le uova, deposte all’interno delle cariossidi, non vengono allontanate.
Il ritrovamento di 1344 adulti di Rhyzopertha dominica nel grano non pre-pulito e di
195 nel pre-pulito è strettamente connesso con la biologia di questa specie. Nel processo di
pre-pulitura le uova presenti sulla superficie del cereale possono essere allontanate meccanicamente e quindi destinate a non sopravvivere. Inoltre, l’esigua presenza di polveri
diminuisce la possibilità di sopravvivenza anche delle larve.
Nello “scarto” vengono allontanate anche alcune cariossidi che possono essere state infestate. Infatti, in tale porzione del materiale analizzato sono stati rilevati individui vivi sia
di Sitophilus oryzae, che di Rhyzopertha dominica.
Conclusioni
Dai risultati ottenuti si evidenzia che la prepulitura, permette di diminuire sensibilmente un’infestazione attribuibile ai Triboli e a Rhyzopertha dominica, ma ha un’efficacia limitata nel caso dei Sitofili, deponenti all’interno delle cariossidi, quando non viene effettuata
tempestivamente.
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LA
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VALUTAZIONE
DI ALCUNE POSSIBILITÀ DI DIFESA DEI CEREALI IMMAGAZZINATI
B. Monitoraggio degli insetti in un centro di stoccaggio del grano duro
Premessa
Prevenire le infestazioni è sicuro elemento di successo nella fase di conservazione dei
cereali in magazzino. Diverse indicazioni, riepilogate in Tabella 2, sono fornite in proposito
da Mueller (1998) e Süss e Locatelli (2001).
Tabella 2. Pratiche per prevenire le infestazioni in magazzini di cereali.
Prevenzione
pulizia dei silos vuoti
pre-pulitura dei cereali
rifiuto delle partite di cereali di scarsa qualità
refrigerazione
aerazione
movimentazione dei cereali
separazione delle nuove partite di cereali da quelle immagazzinate da tempo
controllo dell’umidità
mantenimento della pulizia e dell’ordine nell’area attorno ai silos
chiusura delle porte quando non utilizzate
utilizzo di reti alle finestre per impedire l’ingresso di infestanti
La prevenzione si attua sia con una progettazione “igienica” dei magazzini, sia respingendo partite di cereali che risultino già infestate.
Lo stivaggio viene effettuato in magazzini piani o in silos verticali. Questi ultimi, a loro
volta, possono essere costruiti in metallo o in cemento. Ognuna delle diverse situazioni
presenta peculiarità che possono influenzare negativamente la fase di conservazione, favorendo o meno lo sviluppo non solo di insetti ed acari, ma anche di microrganismi, a volte
addirittura potenzialmente patogeni. È quindi indispensabile poter effettuare un costante
monitoraggio delle partite di cereali, per verificare tempestivamente se si presentano elementi di perturbazione di questo ecosistema.
A tal proposito, sono state sperimentate e messe a punto varie metodiche. Si ricordano,
in particolare, l’utilizzo di sonde per prelevare in profondità dalla massa le cariossidi, oppure per rilevare l’omogeneità della temperatura esistente attraverso l’utilizzo di sonde
calorimetriche. In altri casi si utilizzano invece sonde in grado di rilevare variazioni nella
percentuale di CO2 presente (variazioni dovute alla attività metabolica degli insetti e al
conseguente sviluppo di processi fermentativi, con aumento dell’umidità) (Cangardel, 1978;
Gelosi e Süss, 1991). Anche l’utilizzo di trappole a caduta, o attivate con feromoni, può essere di grande ausilio.
Speciali sonde provviste di piccoli fori (Probe Trap), atte a consentire l’annidamento di
Coleotteri infestanti i cereali, sono da tempo disponibili in commercio. Analogamente si
possono utilizzare trappole a feromone per la cattura dei maschi dei principali lepidotteri
infestanti (Pagani et al., 2009; 2010).
È evidente che il monitoraggio sui sili verticali può essere attuato con tali strumenti,
LA
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SÜSS
ET AL.
mentre risulta pressoché impossibile in magazzini piani, per comprensibili motivi logistici.
Nel caso preso in considerazione, si è voluto operare appunto in un magazzino piano, per
valutare possibilità e limiti del monitoraggio in tale realtà.
Materiali e metodi
Lo studio è stato effettuato in un Centro di Stoccaggio, sito in Toscana, prendendo in
considerazione un ambiente di circa 1200 m3, con una capienza di 850-900 tonnellate di
grano duro.
Il magazzino è stato opportunamente svuotato, ripulito e disinfestato con idrogeno fosforato, prima dell’introduzione del grano duro di nuovo raccolto. Completato lo stivaggio,
è stata verificata l’impossibilità pratica di installare trappole a feromone e di utilizzare
trappole a sonda in modo razionale, in quanto, in particolare, la partita sarebbe stata progressivamente ridotta per consegnare il grano duro ai Committenti a seguito degli ordini di
acquisto. Conseguentemente, ci si è accordati con i Gestori dell’impianto per la consegna di
campioni di grano duro, di mano in mano che veniva prelevato, per verificarne l’eventuale
infestazione in laboratorio, dopo stazionamento in ambiente condizionato a 26°C e 70%
u.r. per 45 giorni. Poiché diverse ricerche hanno evidenziato la possibilità di infestazioni a
causa di insetti presenti all’esterno dei magazzini (Savoldelli et al., 2008; Süss et al., 2008),
si è proceduto nel contempo ad installare 9 trappole a feromone per lepidotteri (Trap Test)
e 9 per Coleotteri (Dome Trap) lungo il perimetro del magazzino (Figura 2). Le trappole
sono state posizionate il 27 luglio 2009, e i monitoraggi sono stati effettuati dopo 30, 50 e
90 giorni.
Allo svuotamento del magazzino sono stati infine effettuati prelievi di cereale in diversi
punti sul pavimento, per verificare l’eventuale presenza di insetti.
Figura 2. Posizionamento delle trappole sul perimetro esterno del Centro di stoccaggio. In ogni punto è stata sistemata una trappola per coleotteri e una per
lepidotteri.
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LA
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VALUTAZIONE
DI ALCUNE POSSIBILITÀ DI DIFESA DEI CEREALI IMMAGAZZINATI
Risultati
I dati dei monitoraggi sono illustrati nelle Tabelle 3-4-5. Tutti i monitoraggi hanno evidenziato la presenza di un gran numero di coleotteri e lepidotteri, infestanti primari e
secondari dei cereali. In particolare, anche le Trap Test, specifiche per lepidotteri, hanno
catturato diversi adulti di coleotteri in grado di volare. La specie più frequente e numerosa
è risultata Oryzaephilus surinamensis, insetto detriticolo che attacca cariossidi di cereali
danneggiate.
Nel corso del primo monitoraggio sono stati ritrovati anche infestanti primari dei cereali
quali Rhyzopertha dominica (Trap Test) e Sitophilus granarius (Dome Trap). Tra gli infestanti secondari sono stati ritrovati Tribolium castaneum, Tribolium confusum, Cryptolestes spp. che, come Oryzaephilus surinamensis, si nutrono di cariossidi spezzate e di detriti
polverulenti di cereali, ed inoltre Typhaea stercorea che si rinviene su cereali e derivati
ammuffiti.
Nel corso del secondo monitoraggio sono state osservate numerose larve mature di Plodia
interpunctella, sui muri del magazzino e diversi adulti sono stati catturati dalle trappole.
Tabella 3. Risultati del 1° monitoraggio a 30 giorni dal posizionamento delle trappole.
LA
Trappola
Trap Test per Lepidotteri
Dome Trap per Coleotteri
1
Danneggiata da pioggia
0
2
0
2 Cryptolestes spp.
3
0
1 Sitophilus granarius
1 Oryzaephilus surinamensis
4
40 Plodia interpunctella
0
5
0
7 Oryzaephilus surinamensis
2 Cryptolestes spp.
6
12 Plodia interpunctella
1 Rhyzopertha dominica
4 Oryzaephilus surinamensis
4 Cryptolestes spp.
0
7
2 Rhyzopertha dominica
24 Cryptolestes spp.
4 Oryzaephilus surinamensis
1 Sitophilus granarius
20 Tribolium castaneum
14 Oryzaephilus surinamensis
6 Cryptolestes spp.
8
1 Plodia interpunctella
4 Oryzaephilus surinamensis
9
83 Plodia interpunctella
1 Rhyzopertha dominica
1 Oryzaephilus surinamensis
29 Oryzaephilus surinamensis
RICERCA
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SÜSS
ET AL.
Tabella 4. Risultati del 2° monitoraggio a 50 giorni dal posizionamento delle trappole.
Trappola
Trap Test per Lepidotteri
Dome Trap per Coleotteri
1
35 Plodia interpunctella
Numero medio di larve di P. interpunctella
su muro: 10/m2
30 Oryzaephilus surinamensis
8 Tribolium confusum
2
12 Oryzaephilus surinamensis
2 Tribolium confusum
Numero medio di larve di Plodia interpunctella
su muro: 4/m2)
15 Oryzaephilus surinamensis
3
3 Oryzaephilus surinamensis
10 Oryzaephilus surinamensis
4
140 Plodia interpunctella
3 Oryzaephilus surinamensis
2 Cryptolestes ferrugineus
0
5
2 Oryzaephilus surinamensis
0
6
12 Plodia interpunctella
0
7
3 Oryzaephilus surinamensis
0
8
10 Plodia interpunctella
2 Oryzaephilus surinamensis
9
Numero medio di larve di Plodia interpunctella
su muro: 10/m2
25 Oryzaephilus surinamensis
12 Tribolium confusum
Tabella 5. Risultati del 3° monitoraggio a 90 giorni dal posizionamento delle trappole.
48
Trappola
Trap Test per Lepidotteri
Dome Trap per Coleotteri
1
80 Oryzaephilus surinamensis
65 Oryzaephilus surinamensis
8 Tribolium castaneum
2
10 Oryzaephilus surinamensis
1 Typhaea stercorea
24 Oryzaephilus surinamensis
2 Tribolium castaneum
1 Typhaea stercorea
3
3 Oryzaephilus surinamnesis
1 Oryzaephilus surinamensis
4
2 Oryzaephilus surinamensis
0
5
34 Plodia interpunctella
0
6
1 Oryzaephilus surinamensis
1 Tribolium castaneum
1 Oryzaephilus surinamensis
7
0
29 Oryzaephilus surinamensis
2 Tribolium castaneum
1 Typhaea stercorea
8
0
7 Oryzaephilus surinamensis
9
43 Oryzaephilus surinamensis
2 Tribolium castaneum
48 Oryzaephilus surinamensis
3 Tribolium castaneum
LA
RICERCA
SIGRAD
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VALUTAZIONE
DI ALCUNE POSSIBILITÀ DI DIFESA DEI CEREALI IMMAGAZZINATI
In occasione della progressiva consegna ai clienti del grano duro, sono stati effettuati dei
campionamenti di cereale, per verificare l’eventuale presenza di insetti infestanti. I risultati di tali analisi sono riepilogati in Tabella 6. Nei due campioni consegnati a marzo sono
stati trovati alcuni adulti morti di Sitophilus spp., R. dominica e Tribolium spp. e un solo
adulto vivo di R. dominica. La prova biologica, con incubazione del cereale in cella climatizzata per 45 giorni, ha invece evidenziato la presenza di un gran numero di adulti di S.
oryzae, originariamente presenti nelle cariossidi come uova, larve o pupe.
Un campione prelevato a maggio ha evidenziato una elevata infestazione di R. dominica;
dopo 45 giorni sono infatti stati ritrovati oltre 1.000 adulti. La presenza di questi infestanti
primari è stata evidenziata anche dai dati di monitoraggio.
Tabella 6. Numero e specie di insetti rilevati nei campioni di grano duro esaminati.
Invio Data
Peso (g)
Specie
Morti Vivi
Adulti vivi sfarfallati
FOSFINA (febbraio 2009)
11/3
16
1
0
Sitophilus spp.
37
0
470
Tribolium spp.
2
0
0
Cryptolestes spp.
2
0
0
1350
Sitophilus spp.
2
0
450
1250
TEST BIOLOGICO
1
Rhyzopertha dominica
2
15/4
1150
Assenti
0
0
3
29/4
1200
“
0
0
1150
“
0
0
1200
“
0
0
1200
Rhyzopertha dominica
1
0
1106
1100
Assenti
0
0
0
1150
“
0
0
0
1000
“
0
0
0
4
7/5
0
0
0
0
Al termine dello svuotamento del magazzino sono stati effettuati 7 prelievi del cereale
rimasto, direttamente sul pavimento (Figura 3).
LA
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ET AL.
Figura 3. Posizioni di campionamento del cereale sul pavimento del magazzino.
Anche in questo caso i risultati hanno confermato la presenza degli infestanti primari R.
dominica e S. oryzae, di insetti detriticoli quali O. surinamensis, T. castaneum e di larve del
lepidottero Plodia interpunctella, monitorati anche con le trappole a feromone (Tabella 7).
Tabella 7. Numero di insetti vivi rinvenuti nei campioni di cereale prelevati dal pavimento del magazzino.
Posizione
Peso (g)
Insetti vivi
A
1900
4 Oryzaephilus surinamensis
13 Rhyzopertha dominica
1 Sitophilus oryzae
2 Tribolium castaneum
B
1500
0
C
1700
0
2000
1 Oryzaephilus surinamensis
2 Sitophilus oryzae
E
1950
1 Oryzaephilus surinamensis
1 Rhyzopertha dominica
3 Sitophilus oryzae
1 Larva di Plodia interpunctella
F
1700
1 Rhyzopertha dominica
1 Larva di Plodia interpunctella
G
1600
0
D
50
LA
RICERCA
SIGRAD
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VALUTAZIONE
DI ALCUNE POSSIBILITÀ DI DIFESA DEI CEREALI IMMAGAZZINATI
Conclusioni
L’installazione di trappole a feromone all’esterno del magazzino ha permesso di evidenziare la presenza di una diversificata entomofauna, con forte presenza di Plodia interpunctella, anche se non trascurabili sono risultate le catture di Coleotteri infestanti “primari”,
quali Sitophilus oryzae e Rhyzopertha dominica. Anche il numero di individui appartenenti
a specie essenzialmente detritivore (infestanti “secondari”) è risultato elevato. In particolare, si evidenziano le catture di Oryzaephilus surinamensis e Tribolium castaneum.
Le verifiche effettuate sui campioni di grano duro, prelevati al momento della spedizione,
hanno pure confermato la presenza non solo di infestanti “secondari”, ma anche di Sitophilus oryzae e Rhyzopertha dominica. Tutto ciò malgrado fosse stata effettuata una disinfestazione generale del magazzino, utilizzando fosfina, nel mese di febbraio, precedente lo
stivaggio del grano duro.
Allo svuotamento del magazzino, l’esame dei campioni di cereali prelevati ha confermato
che si era ormai insediata una popolazione di diversi infestanti primari e secondari che
hanno richiesto un successivo trattamento con fosfina, prima di un nuovo riempimento del
magazzino stesso.
Il fatto può essere dovuto a cause diverse. In particolare, potrebbe essersi trattato di mancanza di adeguate pulizie del magazzino prima del suo utilizzo, oppure di incompleta azione
esercitata dalla fosfina. È altresì noto che il primo insediarsi di insetti infestanti in una partita di frumento può essersi determinato nel corso della mietitura o sui mezzi di trasporto,
non puliti e disinfestati. Il rilievo di un gran numero di insetti all’esterno del magazzino porta
però a ipotizzare che sia stata questa la principale causa di infestazione del frumento.
Ne consegue che risulta sempre indispensabile effettuare il monitoraggio anche delle
aree esterne ai magazzini di conservazione dei cereali, provvedendo ad includere tali zone
nei programmi di pulizia e disinfestazione generali.
C. Disinfestazione con fosfina di grano duro non prepulito e prepulito
Premesse
L’impiego di fosfina per la disinfestazione dei cereali immagazzinati è diffuso in tutto il
mondo ormai da decenni. Il ripetuto utilizzo sugli insetti infestanti le derrate ha portato a
volte alla selezione di ceppi resistenti al gas tossico; in diversi casi si è cercato di sopperire
con l’utilizzo di dosi più alte di quelle normalmente indicate, con il risultato, tra l’altro, di
avere nei cereali così trattati residui di idrogeno fosforato superiori ai limiti di accettabilità.
Questa sperimentazione è risultata necessaria per esaminare la possibilità di utilizzo
di quantità di fosfina più basse di quelle normalmente utilizzate nella disinfestazione, per
ridurre il rischio di residui nel cereale.
Materiali e metodi
Le prove sono state effettuate presso il Consorzio Agrario Provinciale di Ferrara. Sono
stati predisposti 8 contenitori in propilene contenenti ciascuno 100 kg di grano duro, precisamente 4 tal quale, e 4 contenitori con grano precedentemente prepulito. In ogni contenitore sono stati introdotti 2000 adulti di Sitophilus granarius in popolazione mista e 250 adulti
di Rhyzopertha dominica, pure in popolazione mista. Gli insetti provenivano da allevamenti
LA
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51
SÜSS
ET AL.
effettuati presso il DiPSA, con popolazioni non resistenti al fumigante.
I contenitori sono stati lasciati in un magazzino a temperatura variabile fra i 20 e i 24°C;
ogni settimana sono stati arieggiati per permettere la deposizione delle uova. Solitamente
nei trattamenti convenzionali si utilizzano da 12 a 15 g/t di fosfuro di alluminio o di magnesio, a seconda delle condizioni di temperatura, in questa sperimentazione sono state
valutate la concentrazione più elevata e due più basse, precisamente 15, 10 e 7 g/t.
Dopo una decina di giorni sono stati effettuati 3 prelievi, da 1 kg ciascuno, per ogni contenitore; i campioni, raccolti prelevando le cariossidi mediante sonda a diverse profondità,
sono stati trasferiti nelle celle termostatate del DiPSA, effettuando un primo controllo dopo
20 giorni dalla fine del trattamento ed un secondo a 60 giorni.
Risultati
I risultati sono illustrati nelle Tabelle 8-9. Come si nota, il primo controllo non ha evidenziato alcuna sopravvivenza al trattamento. Il secondo controllo, dopo 60 giorni, ha permesso
di raccogliere un adulto di Sitophilus granarius nel grano duro non prepulito e 1 adulto di
Rhyzopertha dominica in quello prepulito.
Tabella 8. Insetti vivi rinvenuti dopo 20 giorni dal trattamento con fosfina alle diverse
dosi utilizzate.
Dose (g/t)
7
10
15
Campioni
Numero di adulti vivi
Grano non prepulito
Grano prepulito
1
0
0
2
0
0
3
0
0
1
0
0
2
0
0
3
0
0
1
0
0
2
0
0
3
0
0
Tabella 9. Insetti vivi rinvenuti dopo 60 giorni dal trattamento con fosfina alle diverse
dosi utilizzate.
Dose (g/t)
Campioni
Numero di adulti vivi
Grano non prepulito
Grano prepulito
0
1 R. dominica
2
0
0
3
1 S. granarius
0
1
7
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LA
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SIGRAD
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VALUTAZIONE
10
15
DI ALCUNE POSSIBILITÀ DI DIFESA DEI CEREALI IMMAGAZZINATI
1
0
0
2
0
0
3
0
0
1
0
0
2
0
0
3
0
0
Nel complesso, non sono state osservate differenze fra grano pulito e non, relativamente
all’efficacia del trattamento con fosfina. Le polveri presenti nel grano non pre-pulito non
hanno ostacolato la diffusione della fosfina, caratterizzata da eccellente capacità di penetrazione, ragion per cui è risultata in grado di raggiungere e di impedire la sopravvivenza
di tutti gli stadi di sviluppo delle specie considerate, sebbene presenti all’interno delle cariossidi.
Conclusioni
L’utilizzo di concentrazioni più basse di quelle notoriamente consigliate, oltre che non
risultare completamente efficace, come si è potuto osservare utilizzando 7 g/t di fosfuro di
alluminio, potrebbero a loro volta indurre negli insetti fenomeni di resistenza alla fosfina,
ragion per cui tale pratica risulta sconsigliabile.
D. Impiego di polveri inerti nella protezione e disinfestazione di partite di grano
duro
Premesse
L’utilizzo di polveri derivanti dalla macinazione di alcune rocce, allo scopo di ottenere la
disidratazione di insetti infestanti è stato sperimentato ripetutamente. I silicati più comuni
sono le bentoniti, le kaoliniti, le zeoliti e le sepioliti. Differiscono tra di loro per diverse caratteristiche chimico-fisiche, ma sono accomunate dall’essere composte da particelle estremamente ridotte e dall’essere fortemente igroscopiche.
In particolare, anche in Italia sono stati riferiti alcuni risultati ottenuti con impiego di
bentoniti e zeoliti di origine diversa (Grandori et al., 1948; Grandori et al., 1950; Contessi e
Mucciolini, 1998; Pagani et al., 1998).
In numerosi casi si è verificata la totale mortalità degli insetti, in tutti gli stadi di sviluppo, in tempi più o meno lunghi, mentre in altri i risultati non sono stati altrettanto postivi.
Gli Autori concordano nell’attribuire tali insuccessi per lo più ad una elevata umidità del
cereale, che finisce con il “neutralizzare” l’azione abrasiva della polvere impiegata, senza
dimenticare però che anche una diversa micronizzazione del minerale può condizionare i
risultati (Boukouvala e Tomanovic, 2007; Athanassiou et al., 2008; Vayias et al., 2009).
Malgrado ciò, l’impiego pratico di alcune formulazioni, in particolare di bentoniti, nel corso dello stoccaggio dei cereali, viene effettuato in diversi Paesi, sia come completa alternativa all’uso di insetticidi che, in “associazione” con principi attivi di cui è nota l’efficacia, ma a
loro volta utilizzati a concentrazioni più basse di quelle proprie di un impiego tradizionale
(Athanassiou et al., 2008).
LA
RICERCA
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SÜSS
ET AL.
Come si è detto, alcune esperienze hanno preso in considerazione, a confronto con le bentoniti, anche delle zeoliti, sostanze minerali che appartengono alla classe mineralogica dei
silicati. Le zeoliti naturali sono infatti un gruppo di minerali costituito da 52 specie mineralogiche, definite chimicamente “allumino-silicati idrati di elementi alcalini e/o alcalino-terrosi” (essenzialmente, Na, K e Ca) e strutturalmente costituenti la famiglia dei tettosilicati
con feldspati, feldspatoidi e minerali della silice.
In Italia, si ricordano le esperienze riferite da Contessi e Mucciolini (1998), che hanno confrontato l’efficacia di alcune bentoniti e di 2 zeoliti, queste ultime di provenienza
del Nord America, denominate “Zeolite A” e “Zeolite B”, senza specificarne però le esatte
caratteristiche. Lo studio venne effettuato su Sitophilus oryzae, Rhyzopertha dominica e
Tribolium castaneum e si evidenziò l’efficacia di tali polveri disseccanti come tecnica di
prevenzione delle infestazioni di cereali.
Nelle nostre ricerche è stata utilizzata una zeolite a chabasite.
Materiali e metodi
La zeolite proviene da una cava italiana ed è stata successivamente essiccata e vagliata,
con granulometria selezionata.
Il prodotto è stato utilizzato nella granulometria inferiore a 200 µm. I test sono stati
effettuati impiegando adulti di Sitophilus oryzae e Rhyzopertha dominica. 4 kg di frumento
sono stati infestati con 100 adulti di S. oryzae e 4 kg con 100 adulti di R. dominica. Dopo 3
settimane gli adulti sono stati eliminati e per ciascuna specie il frumento infestato è stato
suddiviso in 8 campioni da 500 g ognuno. I 4 campioni sono stati trattati con zeolite, altri 4
campioni non sono stati trattati (testimone non trattato). La zeolite è stata distribuita sul
cereale alla dose dell’1%. In ogni campione sono stati quindi aggiunti 10 nuovi adulti (di S.
oryzae o di R. dominica).
Successivamente è stata effettuata una seconda prova con R. dominica, con le stesse
modalità sopra descritte, ma utilizzando la zeolite al 2%.
Le verifiche sulla mortalità indotta e sugli sfarfallamenti dalle cariossidi sono state effettuate dopo 7, 15, 30 e 45 giorni.
Risultati
I risultati hanno evidenziato una buona mortalità su S. oryzae, soprattutto dopo 30 giorni dall’applicazione (Figura 4). La mortalità su R. dominica all’1% è invece stata del tutto
insufficiente, se paragonata al frumento non trattato (Figura 5).
Osservando il numero complessivo di adulti vivi e morti si può notare che su frumento
trattato con zeolite all’1% la crescita di S. oryzae è stata molto limitata (Figura 6), mentre R.
dominica è stata in grado comunque di svilupparsi, in quanto il numero complessivo degli
adulti vivi è stato superiore a quello dei morti (Figura 7).
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LA
RICERCA
SIGRAD
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
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VALUTAZIONE
DI ALCUNE POSSIBILITÀ DI DIFESA DEI CEREALI IMMAGAZZINATI
Figura 4. Numero medio di adulti morti di S. oryzae su frumento non trattato (TNT) e
su frumento trattato con zeolite all’1%, dopo 7, 15, 30, 45 giorni dal trattamento.
Figura 5. Numero di adulti morti di R. dominica su frumento non trattato (TNT) e su
frumento trattato con zeolite all’1%, dopo 7, 15, 30, 45 giorni dal trattamento.
LA
RICERCA
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SÜSS
ET AL.
Figura 6. Confronto tra numero complessivo di adulti morti e vivi di S. oryzae dopo 45
dal trattamento del frumento con zeolite all’1%.
Figura 7. Confronto tra il numero complessivo di adulti morti e vivi di R. dominica
dopo 45 giorni dal trattamento del frumento con zeolite all’1%.
La prova su R. dominica, impiegando la zeolite al 2%, ha evidenziato un ridottissimo
numero di individui vivi a confronto con il frumento non trattato, dopo 45 giorni dal trattamento stesso (Figure 8-9).
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LA
RICERCA
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VALUTAZIONE
DI ALCUNE POSSIBILITÀ DI DIFESA DEI CEREALI IMMAGAZZINATI
Figura 8. Numero di adulti morti di R. dominica su frumento non trattato (TNT) e su
frumento trattato con zeolite al 2%.
Figura 9. Confronto tra il numero complessivo di adulti morti e vivi di R. dominica
dopo 45 giorni dal trattamento del frumento con zeolite al 2%.
Questi risultati confermano quanto evidenziato in precedenza (Contessi e Mucciolini,
1997; Pagani et al., 1997).
LA
RICERCA
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SÜSS
ET AL.
Conclusioni
La sperimentazione effettuata porta alla conclusione che la zeolite sperimentata agisce,
seppur lentamente, in modo significativo su S. oryzae (adulti) già all’1% e molto meno su R.
dominica, anche se utilizzata in concentrazione del 2%.
Conclusioni generali
Queste ricerche portano complessivamente alle seguenti considerazioni.
Si è evidenziato quanto sia importante effettuare il monitoraggio delle aree esterne di
un magazzino di stoccaggio del frumento, ove possono essere presenti insetti che, attratti
dalle cariossidi accumulate, rapidamente si insediano nel deposito vanificando i risultati di
trattamenti, anche drastici, effettuati in pre-stoccaggio.
La pre-pulitura del cereale è una pratica che dà sicuramente buoni risultati come fattore
di prevenzione nei riguardi di insetti, quali Rhyzophertha dominica e Tribolium spp., che
depongono all’esterno delle cariossidi, mentre non risulta analogamente efficace sui Sitofili,
che depongono le uova all’interno delle cariossidi stesse. Ne consegue la necessità di immagazzinare cereali non infestati da tali Coleotteri.
Per quanto riguarda la fosfina, deve essere raccomandato l’impiego delle dosi e dei tempi
stabiliti dall’ampia letteratura sull’argomento. Dosi più basse non danno risultati di completa efficacia, anche su ceppi di insetti “non resistenti” alla fosfina stessa, ma possono
invece aumentare il rischio che si sviluppino ceppi ”resistenti”. A tal proposito, è sempre
raccomandabile un test preventivo per valutare, prima dell’impiego generalizzato, se si ha
a che fare con individui resistenti al gas tossico in questione.
Infine, l’impiego di polveri inerti, quali la zeolite sperimentata, possono essere di ausilio
nel contenere le infestazioni. Le dosi e le modalità di utilizzo di queste polveri devono tener
conto che quantità troppo elevate possono comportare problemi collaterali, quali costi e
difficoltà di gestione, tali da rendere il metodo praticamente inattuabile.
Ringraziamenti
Si ringraziano: Toscana Cereali, viale Europa 1, Loc. Due Ponti 53100 Siena, nella persona del Presidente Adio Assunto Marretti, per aver messo a disposizione i centri di stoccaggio nei quali sono state eseguite le prove;
Il Consorzio Agrario di Ferrara; Sede Centrale Via Marconi 218, 44100 Ferrara, nella
persona di Claudio Caselli, per aver messo a disposizione i centri di stoccaggio nei quali
sono state eseguite le prove;
Radis, Via Faentina 280, 48100 S. Michele (RA), nella persona di Claudio Correale per
aver dato la possibilità di svolgere le prove con la fosfina.
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LA
RICERCA
SIGRAD
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
41-60
VALUTAZIONE
DI ALCUNE POSSIBILITÀ DI DIFESA DEI CEREALI IMMAGAZZINATI
BIBLIOGRAFIA
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LA
RICERCA
SIGRAD
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
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Valutazione dell’efficacia di Spinosad
nella disinfestazione del grano duro
Luciano Süssa1, Daria P. Locatellia, Sara Savoldellia,
Marco Silvestrib
a
Dipartimento di Protezione dei Sistemi agroalimentare e urbano e Valorizzazione
delle Biodiversità, Università degli Studi di Milano, Via G. Celoria 2, 20133 Milano.
b
Barilla G. e R. Fratelli S.p.A., Via Mantova 166, 43122 Parma.
Riassunto
È stata valutata l’efficacia di Spinosad, attualmente non autorizzato sui cereali stoccati
in Italia, su grano duro (Triticum turgidum var. durum Desf.) nei confronti dei diversi stadi
di sviluppo di Sitophilus oryzae L. e Rhyzopertha dominica F. Le prove sono state effettuate
utilizzando 1 mg di Spinosad per kg di cereale. I risultati relativi agli insetti adulti sono stati
valutati mediante conteggio degli individui, vivi e morti, di ciascuna specie, a 1, 2, 3 e 7 giorni
dal trattamento. Per quanto riguarda gli stadi giovanili sono stati conteggiati settimanalmente, a partire dal trentesimo giorno, gli adulti sfarfallati, vivi e morti, presenti nel cereale.
Il contatto degli adulti di S. oryzae e R. dominica con grano duro trattato con Spinosad
ne ha determinato la progressiva mortalità, che ha raggiunto il 100% dopo 7 giorni dal
trattamento.
Per quanto riguarda il cereale infestato con i differenti stadi giovanili si è osservato, per
entrambe le specie, il 100% di mortalità entro 6 settimane dal trattamento.
Abstract
The efficacy of Spinosad, actually not authorized on stored cereals in Italy, was evaluated
against eggs, larvae, pupae and adults of Sitophilus oryzae and Rhyzopertha dominica on
durum wheat ((Triticum turgidum var. durum Desf.). Tests were carried out at 1 mg Spinosad/kg wheat. Adult mortality was evaluated after 1, 2, 3 and 7 days from the treatment,
for each species. After 30 days from the treatment, new-born adults were counted, both living
and dead.
The mortality of S. oryzae and R. dominica adults was 100% after 7 days from the treatment. The mortality of adults, born from wheat infested with eggs, larvae and pupae, reached
100% within 6 weeks.
***
Premessa
Spinosad è un prodotto di origine naturale, costituito dalla miscela di due metaboliti,
1
LA
Autore per la corrispondenza: Luciano Süss, [email protected]
RICERCA
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ET AL.
spinosina A e spinosina D, prodotti dall’Actinomicete Saccharopolyspora spinosa Mertz &
Yao. La sua azione avviene prevalentemente per ingestione, secondariamente per contatto,
producendo interferenze a livello del sistema nervoso. Gli insetti colpiti, già alla comparsa
dei primi sintomi cessano di nutrirsi.
Spinosad, attualmente non autorizzato sui cereali stoccati in Italia, è caratterizzato da
ampio spettro di azione su insetti appartenenti a diversi ordini sistematici ed ha tossicità
acuta orale molto bassa (3783-5000 mg/kg, su ratto) (Muccinelli, 2008); ne è consentito l’utilizzo anche in programmi di agricoltura biologica. Per quanto si riferisce a possibili utilizzi
in post raccolta, numerosi studi, utilizzando dosi variabili da 1 a 20 mg di p.a./kg di cereale,
ne hanno attestato l’efficacia nei riguardi di Rhyzopertha dominica F., Sitophilus oryzae L.,
Tribolium confusum J. du Val, Oryzaephilus surinamensis L., Plodia interpunctella (Hbn.)
(Subramanyam et al.,1999; Fang et al., 2002).
Risultati positivi sono stati ottenuti su grano duro (Triticum turgidum var. durum Desf.),
con la totale mortalità degli adulti di R. dominica, sottoposti alla dose di 1 mg di p.a./kg di
cereale, già ad 8 giorni dal trattamento. La mortalità di tutti gli adulti di S. oryzae, invece, è
stata riscontrata a 14 giorni dal trattamento. Su larve di P. interpunctella sempre alla dose
di 1 mg di p.a./kg di cereale, Spinosad ha impedito lo sfarfallamento degli adulti. O. surinamensis e T. castaneum (Herbst) risultano le specie meno suscettibili a Spinosad; sottoposte
alle dosi sopraindicate mostrano rispettivamente un tasso di mortalità dal 60 al 90% e dal
22 al 71% e una riduzione della progenie (Subramanyam et al., 1999; Fang et al., 2002).
Anche la temperatura influisce sensibilmente sul tasso di mortalità di S. oryzae. Infatti,
utilizzando la stessa dose di principio attivo (p.a.), ad un aumento di temperatura da 20°C
a 30°C, corrisponde un incremento di mortalità del 30% (Athanassiou, 2008).
In questa sperimentazione è stata valutata l’efficacia di Spinosad su grano duro nei confronti dei diversi stadi di sviluppo di S. oryzae e R. dominica.
Materiali e metodi
Le prove sono state effettuate utilizzando 1 mg di Spinosad per kg di cereale. Sono stati predisposti 4 campioni per specie e stadio di sviluppo, al fine di ottenere 3 repliche e
1 controllo. Ogni replicazione è stata posta sotto cappa, ben distesa e trattata con 10 ml
di soluzione di Spinosad, prestando molta attenzione a bagnare completamente il cereale.
Terminato il trattamento, il grano duro è stato lasciato ad asciugare sotto cappa per 2 ore.
Le prove con le uova e gli stadi giovanili sono state preparate utilizzando per ogni replica
50 g di grano infestato; quelle con gli adulti ponendo in ogni replica 100 individui in 50 g di
grano duro. Per il testimone non trattato è stata utilizzata la medesima quantità di cereale
utilizzato per la preparazione del materiale infestato procedendo analogamente al trattato.
Il materiale biologico è stato posto in termostato alle condizioni di 24±1°C, 70±5% u.r., in
assenza di luce.
I risultati relativi agli insetti adulti sono stati valutati mediante conteggio degli individui, vivi e morti, di ciascuna specie, a 1, 2, 3 e 7 giorni dal trattamento. Per quanto riguarda
gli stadi giovanili sono stati conteggiati settimanalmente gli adulti sfarfallati vivi e morti
presenti nel cereale, a partire dal trentesimo giorno.
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VALUTAZIONE
DELL’EFFICACIA DI
SPINOSAD
NELLA DISINFESTAZIONE DEL GRANO DURO
Risultati e discussione
Il contatto degli adulti di S. oryzae e R. dominica con grano duro trattato con Spinosad
ne ha determinato la progressiva mortalità, che ha raggiunto il 100% dopo 7 giorni dal
trattamento (Tabella 1).
Per quanto riguarda il cereale infestato con i differenti stadi giovanili di S. oryzae, a 4
settimane dal trattamento, si osserva la presenza di un numero di adulti analogo a quello
osservato sul testimone non trattato; la percentuale di mortalità del trattato, a differenza
del testimone non trattato in cui gli individui sfarfallati sono vivi, è superiore all’80%, variabile a seconda dello stadio (Tabella 2). Entro 6 settimane si raggiunge il 100% di mortalità, a conferma che il p.a. ha anche un’azione residuale (Subramanyam et al., 2007). Questi
dati evidenziano come l’azione insetticida si manifesta nel momento in cui gli stadi giovanili
raggiungono lo stadio adulto e fuoriescono dalla cariosside, entrando così in contatto con il
principio attivo.
Per quanto riguarda R. dominica dopo 4 settimane dall’infestazione si osserva una percentuale di adulti sfarfallati dai vari stadi molto ridotta, non superiore al 5% degli individui
sfarfallati dal testimone non trattato. Gli individui, provenienti dai vari stadi, risultano
morti, eccetto le larve di I età che muoiono entro 6 settimane (Tabella 3).
Il numero esiguo di individui sfarfallati dallo sviluppo dei vari stadi si verifica in quanto
le uova di R. dominica sono deposte sul cereale e le larve di I età, solo dopo qualche giorno,
provvedono ad entrare nella cariosside; di conseguenza in questo periodo le larve e le uova
sono esposte all’azione del principio attivo.
Nel caso invece di S. oryzae il numero degli adulti sfarfallati è analogo a quello del testimone non trattato, in quanto la femmina, dopo aver deposto l’uovo, chiude il foro con un
opercolo, impedendo l’entrata del p.a.
Tabella 1. Percentuale media di mortalità (± DS) degli adulti di Sitophilus oryzae e
Rhyzopertha dominica dopo 1, 2, 3 e 7 giorni dal trattamento di grano duro
con Spinosad (1 mg p.a./kg cereale).
% Mortalità (± DS)
Giorni
LA
Sitophilus oryzae
Rhyzopertha dominica
1
64,0 ± 12,77
75,3 ± 2,52
2
81,7 ± 5,51
90,3 ± 2,09
3
84,0 ± 5,57
98,0 ± 1,00
7
100,0 ± 0,00
100,0 ± 0,00
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ET AL.
Tabella 2. Percentuale media di mortalità di adulti di Sitophilus oryzae sfarfallati dopo
4-6 settimane dal trattamento del cereale infestato da uova, larve di I, II,
III età e pupe, trattato con Spinosad (1 mg p.a./kg cereale).
% Mortalità (± DS)
settimane
trascorse
Uova
4
% Mortalità (± DS) Età larvale
Pupe
I
II
III
82,4 ± 2,0
99,8 ± 0,3
100,0 ± 0,0
98,3 ± 0,8
98,9 ± 1,0
5
99,2 ± 0,9
100,0 ± 0,0
-
98,8 ± 1,3
99,3 ± 1,2
6
100,0 ± 0,0
-
-
100,0 ± 0,0
100,0 ± 0,0
Tabella 3. Percentuale media di mortalità di adulti di Rhyzopertha dominica sfarfallati
dopo 4-6 settimane dal trattamento del cereale infestato da uova, larve di
I, II, III età e pupe, trattato con Spinosad (1 mg p.a./kg cereale).
% Mortalità (± DS)
settimane
trascorse
Uova
4
Età larvale
Pupe
I
II
III
100,0 ± 0,0
90,2 ± 11,7
100,0 ± 0,0
100,0 ± 0,0
100,0 ± 0,0
5
-
96,7 ± 5,3
-
-
-
6
-
100,0 ± 0,0
-
-
-
Conclusioni
La sperimentazione ha confermato che Spinosad è un principio attivo molto interessante
per il controllo di insetti infestanti i cereali in post raccolta. La progressiva riduzione di
disponibilità dei principi attivi attualmente autorizzati per la lotta antiparassitaria nei
magazzini, rende auspicabile la disponibilità di tale sostanza anche per il nostro Paese.
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VALUTAZIONE
DELL’EFFICACIA DI
SPINOSAD
NELLA DISINFESTAZIONE DEL GRANO DURO
Dalla letteratura si evidenzia che l’associazione di Spinosad e di altri p.a., con polveri
inerti di diatomee esalta i risultati ottenibili, anche utilizzando dosi molto basse di formulato (Chintroglou et al., 2008). È possibile che risultati analoghi si possano ottenere sostituendo alle polveri di diatomee delle zeoliti, rendendo in tal modo praticamente applicabile
l’utilizzo di tali polveri inerti che, come è stato evidenziato nel lavoro di Vaylas et al. (2009),
prevede attualmente quantità d’uso eccessivamente elevate delle polveri stesse.
LA
RICERCA
SIGRAD
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65
SÜSS
ET AL.
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SIGRAD
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
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Impiego di Xylocoris galactinus Fieber
(Heteroptera: Anthocoridae)
nella lotta contro gli insetti
nei magazzini di cereali
Luciano Süssa1, Sara Savoldellia, Maroun Atallahb
a
Dipartimento di Protezione dei Sistemi agroalimentare e urbano e Valorizzazione
delle Biodiversità, Università degli Studi di Milano, Via G. Celoria 2, 20133 Milano.
b
Barilla G. e R. Fratelli S.p.A., Via Mantova 166, 43122 Parma
Riassunto
Xylocoris galactinus Fieber (Hemiptera: Anthocoridae) è un attivo predatore di acari e
di stadi giovanili di coleotteri, presente in magazzini di derrate ed industrie alimentari. Un
ceppo di questo insetto è stato isolato in una partita di cereali e posto in allevamento a 26°C
e 70% u.r. È stata quindi valutata l’attività di predazione su larve di Tribolium confusum
J. du Val e Tribolium castaneum (Herbst) a diverse temperature (19°C, 24°C, 30°C), nonché
il tempo di sviluppo. È stata inoltre valutata l’attività predatoria nei confronti di adulti di
Rhyzopertha dominica F. e Sitophilus oryzae L..
Sono state effettuate alcune prove utilizzando substrati diversi, quali farina 00 e semola
di grano duro, valutando la capacità del predatore di spostarsi e trovare le sue vittime. In
base alle conoscenze acquisite si può ipotizzare l’utilizzo di X. galactinus come agente di
controllo biologico di coleotteri in diversi ambienti e magazzini di industrie alimentari.
Abstract
Xylocoris galactinus (Fieber) (Hemiptera Anthocoridae) is an active predator of mites and
larvae of beetles. It was found in a silos of cereals, collected and reared at 26°C and 70% r.h.
Effects of three constant temperatures (19°C, 24°C and 30°C) on the development, and on its
predatory activity against larvae of Tribolium confusum J. du Val e Tribolium castaneum
(Herbst) were investigated. The predatory activity against Rhyzopertha dominica F. and Sitophilus oryzae L. adults was evaluated. The activity of X. galactinus was observed in two
different foodstuffs infested by Tribolium: flour and semolina. The possibility to use this
predator as a control agent for stored product insects is discussed.
***
Premessa
Negli ultimi anni la diffusione della produzione biologica ha incrementato l’interesse
nell’utilizzo di antagonisti naturali per il contenimento degli infestanti. Tra questi un im-
1
LA
Autore per la corrispondenza: Luciano Süss, [email protected]
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ET AL.
portante contributo può essere dato da Xylocoris galactinus (Fieber) e Xylocoris flavipes
(Reuter), più volte segnalati come predatori di coleotteri in silos e magazzini.
X. galactinus è un insetto cosmopolita, in Italia noto già da tempo (Servadei 1967). Le
notizie che si hanno a disposizione sono comunque scarse, mentre molto più numerosi sono
i lavori relativi al consimile X. flavipes, noto per la sua intensa attività predatoria di stadi
preimmaginali di coleotteri e lepidotteri infestanti le derrate immagazzinate (Arbogast et
al., 1971; Abdel-Rahman et al., 1983; Brower e Mullen, 1990; Russo et al., 2004); indigeno di
aree tropicali, è attualmente diffuso anche nelle regioni temperate (Péricart, 1972).
X. galactinus in natura lo si può rinvenire in cumuli di letame, tra la paglia delle stalle,
nei magazzini di cereali o in ogni altro habitat in cui la temperatura sia sufficientemente
alta da consentirne lo sviluppo e in cui possa trovare acari o insetti per alimentarsi (Hall,
1951). Prove di laboratorio hanno evidenziato come X. galactinus possa svilupparsi, oltre
che su larve di Musca domestica L., anche su larve di Tribolium confusum J. du Val (Afifi e
Ibrahim, 1991).
In questo lavoro si è voluto precisare la durata dello sviluppo post-embrionale, l’attività
di predazione degli stadi giovanili e la fecondità degli adulti di X. galactinus su larve di Tribolium castaneum Herbst e Tribolium confusum, a diverse temperature. Sono state inoltre
effettuate prove per valutare l’influenza della granulometria sullo sviluppo e la capacità
di predazione dell’Antocoride e sulle capacità di predazione nei riguardi di adulti di Rhyzopertha dominica F. e Sitophilus oryzae L., affinché possa essere utilizzato come agente
di contenimento di Coleotteri in programmi di lotta integrata, in ambienti e magazzini di
industrie alimentari, come il consimile X. flavipes (Press et al., 1975; Lecato et al., 1977;
Brower e Press, 1992).
Materiali e metodi
Il ceppo di Xylocoris galactinus utilizzato nelle prove è stato rinvenuto in Italia nel 2005,
in un magazzino di frumento infestato da Tribolium spp. e Sitophilus spp. L’antocoride
è stato raccolto e posto in allevamento su larve di Tribolium spp., in cella climatizzata a
26±1°C e 70±5% u.r. Le prove di laboratorio sono state condotte a 19±1°C, 24±1°C, 30±1°C
e 70±5% u.r.
La schiusura è stata valutata osservando giornalmente allo stereoscopio le uova (deposte da non più di 14 ore), mentre le neanidi neonate sono state isolate singolarmente in
capsule Petri areate (Ø = 5,5 cm), insieme a 4 larve di T. confusum o T. castaneum e ad un
piccolo strato di semola di grano duro, quale alimento per le larve dei tribolii. Osservazioni
quotidiane hanno consentito di contare le larve predate e sostituirle con altre vive. Per ogni
temperatura sono state effettuate 30 repliche. La fecondità è stata valutata isolando separatamente in capsule Petri 10 coppie di adulti per ogni temperatura e contando il numero
totale di uova deposte per femmina. Per ottenere adulti neosfarfallati, le ninfe sono state
isolate singolarmente dagli allevamenti in capsule Petri con larve di tribolio come preda.
Per valutare il potenziale impiego di X. galactinus come agente di contenimento sono stati
utilizzati recipienti in plastica da 3 L riempiti con 500 g di farina tipo 00 o 500 g di semola
di grano duro, infestati con 30 adulti di T. confusum ognuno. Dopo 2 settimane sono state
aggiunte 10 coppie di X. galactinus. Il testimone era costituito da contenitori con farina, o
semola, infestati da tribolio, ma senza l’antocoride. Le prove sono state effettuate a temperatura e umidità costanti (27±1°C, 70±5% u.r.); al termine del test, durato 8 settimane, tutti
68
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IMPIEGO
DI
XYLOCORIS
GALACTINUS NELLA LOTTA CONTRO GLI INSETTI NEI MAGAZZINI DI CEREALI
gli adulti di tribolio e dell’antocoride sono stati contati, calcolando la riduzione di popolazione di T. confusum dovuta all’attività di X. galactinus. I dati sono stati elaborati tramite
ANOVA e test di Duncan (SPSS per Windows, 13.0).
La capacità di predazione nei riguardi di adulti di Rhyzopertha dominica e Sitophilus
oryzae è stata valutata ponendo 5 adulti in una capsula Petri in presenza di un adulto di
X. galactinus. I controlli sono stati effettuati giornalmente fino alla predazione di tutti gli
adulti di coleottero o alla morte del predatore. Sono state effettuate 2 repliche per ciascuna
specie, in cella climatizzata a 26±1°C e 70±5% u.r.
Risultati e discussione
Il ciclo di sviluppo da uovo ad adulto è significativamente influenzato dalla temperatura,
variando da circa 13 giorni a 30°C fino 30-31 giorni a 19°C (Tabella 1). L’analisi statistica dei dati evidenzia che non vi sono differenze significative tra lo sviluppo di individui
cresciuti predando larve di T. castaneum o di T. confusum. La mortalità delle neanidi è
aumentata al diminuire della temperatura e, sebbene a 19°C abbia raggiunto quasi il 50%
nelle prove con T. confusum (Tabella 1), l’antocoride è stato in grado di completare il ciclo di
sviluppo a questa temperatura, a differenza di quanto osservato per X. flavipes (Russo et al.,
2002). Questo risultato è importante nel caso di impiego pratico di X. galactinus in ambienti
e magazzini di climi temperati, anche se pare che l’attività di questo antocoride diminuisca
drasticamente durante i mesi invernali (Tawfik e El-Husseini, 1971).
Tabella 1. Tempo medio di sviluppo (giorni ± E.S.) degli stadi giovanili di X. galactinus su larve di T. castaneum e T. confusum e percentuale di mortalità delle
neanidi, a diverse temperature. I valori medi seguiti dalla stessa lettera non
sono significativamente diversi (Test di Duncan, P < 0,05).
T. castaneum
T. confusum
Temperatura
°C
Giorni ± E.S.
% Mortalità neanidi
Giorni ± E.S.
% Mortalità neanidi
19
30,4 ± 1,3 c
37
31,6 ± 1,7 c
47
24
19,2 ± 0,2 b
7
19,3 ± 0,2 b
10
30
12,9 ± 0,2 a
0
12,7 ± 0,1 a
0
Il numero di larve predate da X. galactinus per completare lo sviluppo è risultato significativamente influenzato dalla temperatura. Il valore più alto si riscontra a 30°C, sia su T.
castaneum che su T. confusum, il più basso si registra a 19°C (Tabella 2).
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SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
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SÜSS
ET AL.
Tabella 2. Numero medio di larve di T. castaneum e T. confusum predate da X. galactinus per raggiungere lo stadio adulto, a diverse temperature. I valori
medi seguiti dalla stessa lettera non sono significativamente diversi (Test di
Duncan, P < 0,05).
Temperatura
°C
N. larve T. castaneum predate ± E.S.
N. larve T. confusum predate ± E.S.
19
7,6 ± 0,3 a
7,5 ± 0,5 a
24
9,8 ± 0,1 b
9,6 ± 0,2 b
30
11,0 ± 0,4 c
11,4 ± 0,5 c
Le prove per valutare se questo antocoride possa essere utilizzato come agente di contenimento di Tribolium spp. sono state effettuate su farina e semola. I due substrati sono
caratterizzati da diversa granulometria e hanno evidenziato come X. galactinus sia in grado di muoversi più facilmente su semola che non su farina; nel contempo è da sottolineare
però come T. confusum si sviluppi più facilmente su farina che non su semola (Figura 1).
La riduzione di popolazione di T. confusum su farina e semola, rispetto al testimone, è stata
rispettivamente del 27% e 64% mentre il numero di antocoridi adulti ritrovati nei due substrati è stato rispettivamente di 108 e 167.
Figura 1. Numero di adulti di T. confusum sviluppatisi su farina e semola senza X.
galactinus (TNT) e in presenza dell’antocoride.
Le prove di predazione nei confronti di adulti di R. dominica e S. oryzae hanno evidenziato una buona attività predatoria su R. dominica, ma del tutto assente nel caso di S. oryzae
(Tabella 3).
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IMPIEGO
DI
XYLOCORIS
GALACTINUS NELLA LOTTA CONTRO GLI INSETTI NEI MAGAZZINI DI CEREALI
Tabella 3. Numero medio di adulti di R. dominica e S. oryzae predati da un adulto di
X. galactinus. Il numero tra parentesi indica il numero complessivo di coleotteri presenti.
N. medio adulti predati
R. dominica
N. medio adulti predati
S. oryzae
1
0 (5)
0 (5)
2
1,5 (5)
0 (5)
3
1,5 (5)
0 (5)
4
3 (5)
0* (5)
5
3 (5)
-
6
3 (5)
-
7
3 (5)
-
8
3,5 (5)
-
9
4 (5)
-
10
5 (5)
-
Giorni
* morte di X. Galactinus.
Conclusioni
Il ceppo di X. galactinus utilizzato in queste prove sembra essere molto attivo alle alte
temperature. A 30°C ha completato il ciclo di sviluppo in meno di 13 giorni, con bassa mortalità delle neanidi ed elevato numero di larve predate. L’antocoride è stato in grado di
raggiungere lo stadio adulto anche a 19°C, sebbene non si sia riprodotto. L’attività di questa
specie è risultata fortemente influenzata dal substrato, in quanto l’insetto si è mostrato più
attivo su semola che non su farina. Questo dato è da tenere presente per quanto concerne
la possibilità di un allevamento massale. Per quanto riguarda invece un possibile impiego
pratico, viste le sue caratteristiche e la facilità di allevamento, può essere preso in considerazione come potenziale agente di contenimento di popolazioni di insetti delle derrate.
L’applicazione potrebbe riguardare magazzini di stoccaggio di cereali “secondari” dopo le
operazioni di pulizia e prima del riempimento con il cereale stesso, o magazzini di industrie
alimentari, ove siano presenti sui pavimenti detriti con presenza di coleotteri detritivori.
LA
RICERCA
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SÜSS
ET AL.
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RICERCA
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SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
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Prove di conservazione di grano duro
in silobags
Daria P. Locatellia1, Luciano Süssa, Massimiliano Stampinia,
Sara Savoldellia, Irene Della Ghezzab,
Maroun Atallahb, Pierluigi Meriggic
a
Dipartimento di Protezione dei Sistemi agroalimentare e urbano e Valorizzazione
delle Biodiversità, Università degli Studi di Milano, Via G. Celoria 2, 20133 Milano.
b
c
Barilla G. e R. Fratelli S.p.A., Via Mantova 166, 43122 Parma.
Horta S.r.l., Spin Off Università Cattolica, Via Emilia Parmense 84, 49100 Piacenza.
Riassunto
Lo stoccaggio di grano duro (Triticum turgidum var. durum Desf.) in silobags è una tecnica che si sta rapidamente diffondendo anche in Italia. Durante il periodo di permanenza nei
sacconi, le cariossidi producono naturalmente anidride carbonica. In questa sperimentazione si è voluto verificare l’azione della CO2, naturalmente prodotta dall’attività metabolica
delle cariossidi, nei riguardi di due infestanti primari del grano duro, Sitophilus oryzae L.
e Rhyzopertha dominica F.
Nella prima prova sono stati allestiti 9 silobags (3 da 15 m; 6 da 50 m) con all’interno un
contenitore con 2 kg di grano duro, 100 adulti di S. oryzae, 100 adulti di R. dominica e altri
100 g di cereale contenente gli stadi giovanili delle due specie. Tre silobags sono stati aperti
dopo 15 giorni dal riempimento, tre dopo 30 giorni e gli ultimi tre dopo 45 giorni. Dopo 15 e
30 giorni non si sono evidenziate differenze sostanziali rispetto ad un cereale immagazzinato in estate. Dopo 45 giorni il numero di infestanti si è ridotto di circa la metà.
La seconda prova, effettuata con le medesime modalità e con le stesse specie, ha previsto
l’introduzione artificiale di CO2 in due sacconi, con un tempo di contatto di 22 giorni; si è
così verificato che la CO2 diminuisce progressivamente nel tempo. Partendo da una concentrazione media del 55%, si è raggiunto il 35% dopo 22 giorni, e comunque gli adulti di
S. oryzae e R. dominica non sono sopravvissuti. Una concentrazione minore (CO2 iniziale:
50%; finale: 27%) non è stata sufficiente per controllare completamente gli stadi giovanili
di S. oryzae.
Abstract
Storage of durum wheat ((Triticum turgidum var. durum Desf.) in silobags is an new technique in Italy. The aim of this work was to verify the efficacy of CO2, naturally produced by
kernel metabolism, against Sitophilus oryzae L. and Rhyzopertha dominica F. In the first
trial 9 silobags of durum wheat have been prepared (3 of 15 m, 6 of 50 m). A steel container
e 100 adults of R. dominica
with 2 kg of durum wheat infested with 100 adults of S. oryzae,
and 100 g of cereal infested with young instars of both of the species, was put in each silobag.
1
LA
Autore per la corrispondenza: Daria P. Locatelli, [email protected]
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LOCATELLI
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Three silobags have been opened after 15 days from filling up, three after 30 days and the
last three after 45 days. After 15 and 30 days no significant differences have been observed,
compared to a cereal stored during summer time. After 45 days insect number has been decreased of about an half. In the second trial, made at the same conditions, artificial CO2 was
put in two silobags. The concentration decreased during the time, from 55% to 35% after 22
days of contact. The adults of S. oryzae and R. dominica died. A lower concentration (initial
CO2 50%; after 22 days 27%) was not enough to control young instars of S. oryzae.
***
Premessa
L’impiego di silobags è una tecnica che prevede lo stivaggio del cerale in sacconi di polietilene a tre strati, chiusi ermeticamente, in grado di contenere diverse tonnellate di cereale.
Con tale metodo diviene superflua la necessità di avere magazzini piani o sili verticali, in
quanto i silobags possono essere lasciati, allineati, su una semplice platea in calcestruzzo,
all’aperto, anche per molti mesi. Possono essere riparati in caso di rotture accidentali e presentano tempi ridotti di riempimento e svuotamento.
Poiché le cariossidi comunque presentano una seppur lenta attività metabolica, si verifica una produzione di anidride carbonica (CO2) all’interno della massa, che contribuisce a
limitare il proliferare delle infestazioni. Si verifica inoltre un’attività inibitoria di sviluppo
delle muffe e quindi di eventuale produzione di micotossine.
Il controllo della temperatura e della CO2 all’interno dei silobags risulta agevole.
Il sistema, messo a punto in Canada una decina di anni orsono, applicato principalmente
in Argentina, Australia e USA, si sta rapidamente diffondendo (Navarro et al., 1993; Villers
et al., 2006; Stefani, 2008; Villers et al., 2008). Il metodo, anche se con alcune varianti, è del
tutto innovativo per il nostro Paese e la sperimentazione effettuata ha voluto verificarne
possibilità pratiche e potenzialità d’uso nelle realtà italiane.
Materiali e metodi
Le prove sono state svolte in località Villanova di Ravenna presso un centro di stoccaggio
per cereali della società “Molino Boschi Srl”, in un piazzale appositamente predisposto ad
ospitare silobags.
Valutazione della mortalità indotta dall’incremento naturale della concentrazione di CO2.
Una prima serie di prove effettuate durante il periodo estivo (luglio-agosto 2009) ha previsto l’allestimento di 3 silobag contenenti grano duro (Triticum turgidum var. durum Desf.)
da 15 m (circa 40 t) e 6 da 50 m (circa 120 t), nel piazzale del molino.
L’allestimento è risultato veloce e semplice; i silobags sono stati posizionati sull’apposito
supporto che ne ha permesso la graduale distensione per la saldatura a caldo di una estremità ed un’ulteriore distensione dell’involucro per la lunghezza programmata.
Nei silobags così costituiti, ad una estremità, sono stati posizionati dei contenitori cilindrici di acciaio inox (ø: 14 cm; h: 16 cm), dotato di un coperchio appositamente forato e provvisto di una rete in metallo di 20 mesh, per permettere l’entrata dell’aria, ma con maglie tali
da impedire il passaggio di insetti. Anche alla base del contenitore sono stati effettuati dei
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DI CONSERVAZIONE DI GRANO DURO IN SILOBAGS
fori, chiusi con la medesima rete metallica.
In ogni contenitore sono stati posti 2 kg di grano duro, in cui sono stati inseriti 100 adulti
di Sitophilus oryzae L. e 100 di Rhyzopertha dominica F.. Sono stati inoltre aggiunti, per
ognuna delle specie, 100 g di cereale precedentemente infestato, per poter valutare l’azione
della CO2, naturalmente prodotta dall’attività metabolica delle cariossidi, sugli stadi giovanili delle due specie.
Nei silobags da 50 metri è stata misurata la concentrazione della CO2 in posizione centrale e ad un’estremità, mentre in quelli da 15 metri la misura è stata effettuata solo in
posizione centrale (Figura 1). Tre silobags sono stati aperti dopo 15 giorni, 3 dopo 30 giorni e
gli ultimi 3, dopo 45 giorni. Il materiale biologico nei contenitori in acciaio è stato osservato
nel laboratorio del Dipartimento DiPSA dell’Università degli Studi di Milano, dove sono
stati conteggiati gli individui vivi e morti.
Figura 1. Punti di rilevamento della concentrazione di CO2 nei silobags.
Valutazione della mortalità indotta da introduzione di CO2 a diverse concentrazioni.
Una seconda serie di prove è stata effettuata in ottobre 2009, per verificare la mortalità
indotta sugli insetti test dall’aggiunta di CO2 nei silobags, in due diverse concentrazioni.
Sul piazzale del molino sono stati predisposti 3 silobags da 25 metri, contenenti ciascuno
una quantità di grano duro tra 48 e 63 tonnellate. Le modalità di allestimento dei silobags
sono le stesse descritte sopra. Al momento dell’insaccamento è stata misurata la temperatura presente all’interno della massa di grano duro, che è risultata pari a 21 - 22°C per tutti
i campioni. Ad una delle estremità di ogni silobag è stato posizionato il contenitore con il
materiale biologico con 100 adulti di Sitophilus oryzae e 100 di Rhyzopertha dominica in 2
kg di grano duro, oltre a 100 g di cereale infestato con gli stadi giovanili delle due specie.
La CO2, contenuta in bombole, prima dell’immissione, è stata riscaldata, allo scopo di
favorirne la diffusione e per evitare il raffreddamento della massa nel punto di insufflaggio.
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Iniziata l’introduzione di gas (estremità A), nel punto più distante possibile dal contenitore
con gli insetti, si è rapidamente formato un rigonfiamento all’estremità opposta del silobag
(estremità B), dovuto all’aria spostata dall’ingresso della CO2; è stato quindi necessario
creare due fori di uscita per permettere l’allontanamento dell’aria stessa. La quantità di
CO2 all’estremità B veniva costantemente monitorata mediante sonda collegata ad un rilevatore.
Successivamente, mediante analizzatore portatile per analisi a campione di ossigeno ed
anidride carbonica combinati (CheckPoint della Dansensor), la concentrazione di CO2 è
stata misurata a intervalli di tempo predefiniti, in vari punti del saccone, per valutare la
diffusione del gas. In questo modo si è evidenziato che dai fori praticati per lo sfogo, insieme
all’aria fuoriusciva una notevole quantità di CO2, prima che la percentuale generale presente nel silobag raggiungesse il valore richiesto.
Essendo la CO2 un gas più pesante dell’aria, appena insufflata, si è depositata alla base
del silobag. Quando la concentrazione di CO2 rilevata all’estremità B, in basso, ha raggiunto
circa il 40%, è stata interrotta l’erogazione. La concentrazione ottenuta è stata misurata
in 9 punti del saccone (Figura 2) ed è stato calcolato un valore medio fino a giungere a un
valore intorno al 50%.
Figura 2. Sezione del silobag con dislocazione dei punti di rilevazione della CO2.
Successivamente si è deciso di utilizzare una metodica leggermente modificata per introdurre il gas nel secondo silobag; infatti, considerando sempre A l’estremità di introduzione
e B l’estremità in cui sono allocati gli insetti, all’estremità B è stato applicato un dispositivo
di aspirazione, allo scopo sia di eliminare l’aria presente nel silobag in modo più efficiente
e controllato, consentendo allo stesso tempo sia di mantenere un flusso più elevato di gas
in entrata, sia di creare una leggera depressione, per accelerare la diffusione della CO2 nel
saccone.
Il sistema ha portato ad un notevole miglioramento del processo, sia dal punto di vista
della quantità di CO2 dispersa, che per il tempo impiegato.
Nel silobag 2 la concentrazione media alla fine dell’immissione del gas è stata del 54,8%.
Nel frattempo è stata fatta una nuova misurazione nei nove punti di campionamento nel
silobag 1, riscontrando una buona ripartizione della CO2, sia in altezza che in orizzontale,
arrivando a una concentrazione media del 50% in quasi tutti i punti del saccone. Nel silobag
3 non è stata introdotta alcuna quantità di CO2.
Al termine della prova, durata 22 giorni, i contenitori con gli insetti sono stati trasportati
nei laboratori del DiPSA, dell’Università degli Studi di Milano per la verifica della morta76
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DI CONSERVAZIONE DI GRANO DURO IN SILOBAGS
lità. Dopo aver allontanato gli adulti vivi e morti, il cereale è stato messo in una cella climatizzata a 26±1°C e 70±5% u.r. e controllato dopo 7 e 50 giorni, per verificare se gli adulti
delle due specie avessero fatto in tempo ad ovideporre prima di morire e, comunque, se le
concentrazioni di CO2 utilizzate fossero state sufficienti a determinare mortalità sugli stadi
preimmaginali.
Risultati
Valutazione della mortalità indotta dall’incremento naturale della concentrazione di CO2.
Dopo 15 giorni di permanenza dei contenitori con gli insetti-test nel silobag si è potuto osservare che il numero di individui non era diminuito sensibilmente (Tabella 1). Dalla media
dei rilevamenti della CO2 si osserva che la concentrazione non ha superato il 3,5% (Figure
3-11). Dopo 30 giorni il numero degli individui vivi e morti non differisce in modo sostanziale da quanto osservato in un contenitore con cereale infestato, analogo a quelli inseriti
nei silobag, ma mantenuto in laboratorio (Testimone) (Tabella 2). La concentrazione della
CO2 è salita quasi al 4% nei silobags lunghi 50 m, mentre in quello di 15 m ha superato di
poco il 2%. Nel rilievo a 45 giorni si nota che, rispetto a quanto osservato dal testimone in
un contenitore mantenuto in laboratorio, gli individui vivi sono circa la metà (Tabella 3). Il
contenuto di CO2 arriva a quasi il 5% nei silobags da 50 m e si ferma a valori inferiori al 3%
per quello da 15 m.
Figura 3. Andamento della concentrazione di CO2 nel silobag 1.
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Figura 4. Andamento della concentrazione di CO2 nel silobag 2.
Figura 5. Andamento della concentrazione di CO2 nel silobag 3.
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DI CONSERVAZIONE DI GRANO DURO IN SILOBAGS
Figura 6. Andamento della concentrazione di CO2 nel silobag 4.
Figura 7. Andamento della concentrazione di CO2 nel silobag 5.
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Figura 8. Andamento della concentrazione di CO2 nel silobag 6.
Figura 9. Andamento della concentrazione di CO2 nel silobag 7.
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Figura 10. Andamento della concentrazione di CO2 nel silobag 8.
Figura 11. Andamento della concentrazione di CO2 nel silobag 9.
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Tabella 1. Numero di adulti vivi e morti di Rhyzopertha dominica F. e Sitophilus oryzae
L., dopo 15 giorni di permanenza in silobag.
Silobag
R. dominica
S. oryzae
Vivi
Morti
Vivi
Morti
1
99
3
99
10
2
98
6
100
8
3
97
9
98
12
Tabella 2. Numero di adulti vivi e morti di Rhyzopertha dominica (F.) e Sitophilus oryzae (L.), dopo 30 giorni di permanenza in silobag, a confronto con il Testimone non Trattato (TNT).
Silobag
R. dominica
S. oryzae
Vivi
Morti
Vivi
Morti
4
90
32
63
59
5
89
40
59
65
6
81
43
70
54
TNT*
92
36
74
48
* Il TNT è stato tenuto in un magazzino del molino dove è stata effettuata la sperimentazione.
Tabella 3. Numero di adulti vivi e morti di Rhyzopertha dominica (F.) e Sitophilus oryzae (L.), dopo 45 giorni di permanenza in silobag, a confronto con il Testimone non Trattato (TNT).
Silobag
R. dominica
S. oryzae
Vivi
Morti
Vivi
Morti
7
80
28
141
42
8
95
35
155
53
9
91
39
139
51
TNT
226
48
341
50
* Il TNT è stato tenuto in un termostato a 26±1°C e 70±5% u.r.
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SIGRAD
13,2 38,7 13,1 38,8 13,0 39,5 13,5 37,2 13,3 37,8 13,2 38,5 15,3 28,5 15,2 29,0 14,9 30,6 13,9 35,4
17/11/2009
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
73-88
* aggiunta ulteriore di CO2.
54,4
63,1
63,7
9,7
7,8
7,7
9,9
53,2
54,4 10,7 50,2 10,5 51,4 10,4 51,4 12,3 42,6 11,6 45,9 11,2 47,6 10,6 50,2
62,7 10,7 49,7 10,7 49,7 10,5 50,9 12,1 43,0 11,8 44,8 10,1 52,6
63,4 11,5 46,6 10,9 49,3 10,6 50,7 14,7 32,5 14,4 33,7 13,5 38,0 10,9 49,1
67,3 10,3 51,4 10,3 51,8 10,3 51,3 13,6 36,6 13,6 36,8 12,6 41,3 10,2 52,3
54,8
CO2
12,4 41,9 12,4 40,8 12,4 42,3 12,8 39,6 12,8 39,5 12,7 40,4 15,1 29,0 15,1 28,6 14,6 30,7 13,4 37,0
9,7
7,8
7,6
6,8
9,6
O2
13/11/2009
CO2
11,5 46,6 11,6 46,2 11,6 46,5 12,6 41,4 12,5 41,8 12,4 43,0 15,0 29,9 14,9 30,0 14,2 33,6 12,9 39,9
O2
10/11/2009
CO2
11,1 49,6 11,1 49,2 11,1 49,3 11,8 46,0 11,6 47,0 11,6 46,7 14,4 33,7 14,1 34,8 13,7 37,6 12,3 43,8
O2
06/11/2009
CO2
10,6 51,0 10,5 50,6 10,5 51,0 11,2 47,9 10,9 49,1 10,8 49,8 13,4 36,4 13,4 37,5 12,9 40,2 11,6 45,9
O2
58,1 13,8 36,0 13,3 38,3 11,7 45,5
CO2
05/11/2009
54,0
62,7
63,8
67,2
8,5
O2
media
9,7
CO2
Punto 9
02/11/2009
O2
Punto 8
7,9
CO2
Punto 7
30/10/2009
O2
71,5 10,3 51,8 10,1 52,8
CO2
Punto 6
7,6
6,9
5,9
O2
Punto 5
30/10/2009*
66,8
69,9
CO2
Punto 4
7,6
6,2
O2
Punto 3
29/10/2009
69,2
CO2
Punto 2
6,4
O2
Punto 1
28/10/2009
DATA
Tabella 4. Concentrazioni di O2 e CO2 rilevate nel tempo nei 9 punti del silobag 1. Nell’ultima colonna è riportato il
valore medio delle concentrazioni.
PROVE
DI CONSERVAZIONE DI GRANO DURO IN SILOBAGS
83
84
LA
O2
CO2
O2
CO2
9,8
O2
O2
CO2
O2
CO2
Punto 8
O2
CO2
Punto 9
O2
CO2
media
53,2 13,1 35,6 13,1 38,8 12,4 42,0 10,5 49,7
CO2
Punto 7
56,8 11,1 47,7 11,4 47,4 11,1 47,9 13,1 38,9 13,3 38,3 13,2 38,8 11,1 47,6
62,7 11,2 47,3 11,0 48,2
CO2
Punto 6
RICERCA
SIGRAD
13,3 38,8 13,3 38,4 13,3 38,4 14,0 34,5 14,0 34,1 13,9 34,8 14,4 31,0 14,5 31,1 14,5 31,3 13,9 34,7
14,0 34,0 14,0 34,1 14,0 34,2 14,9 29,7 14,9 29,5 14,6 30,8 14,8 29,7 14,8 29,5 14,8 29,8 14,5 31,3
14,9 30,2 15,0 30,5 14,8 30,3 15,0 28,8 15,1 28,8 14,9 28,9 14,9 28,3 14,9 28,4 14,9 28,3 14,9 29,2
16,0 24,8 15,9 25,5 15,8 25,9 15,2 27,8 15,4 27,0 15,3 27,4 15,2 27,0 15,1 27,2 15,1 27,3 15,4 26,7
06/11/2009
10/11/2009
13/11/2009
17/11/2009
53,9 11,5 45,8 11,8 44,5 11,6 45,7 13,3 37,5 13,3 37,7 13,3 37,9 11,5 45,6
12,7 40,2 12,7 40,1 12,7 40,1 13,6 36,0 13,7 35,0 13,6 36,0 14,5 31,7 14,4 31,5 14,3 32,1 13,6 35,9
9,6
05/11/2009
54,0
11,7 44,8 12,0 43,8 11,7 44,8 12,7 40,4 12,8 39,6 12,7 40,2 14,3 32,8 14,2 32,8 14,2 32,9 12,9 39,1
9,7
02/11/2009
53,8
10,5 51,7 10,5 51,3 10,4 52,1 12,2 43,7 12,4 42,8 12,1 44,0 13,8 34,2 14,0 35,6 14,0 35,6 12,2 43,4
8,7
7,7
O2
Punto 5
30/10/2009
56,6
61,2
CO2
Punto 4
9,7
9,0
8,1
O2
Punto 3
29/10/2009
56,3
58,0
CO2
Punto 2
9,0
8,5
O2
Punto 1
28/10/2009
27/10/2009
DATA
Tabella 5. Concentrazioni di O2 e CO2 rilevate nel tempo nei 9 punti del silobag 2. Nell’ultima colonna è riportato il
valore medio delle concentrazioni.
LOCATELLI
ET AL.
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
73-88
PROVE
DI CONSERVAZIONE DI GRANO DURO IN SILOBAGS
Valutazione della mortalità indotta da introduzione di CO2 a diverse concentrazioni
La concentrazione di CO2 nei sacconi 1 e 2 è progressivamente diminuita nel tempo, fino
a raggiungere rispettivamente i valori medi di 35,4% e 26,7%, dopo 22 giorni (Tabelle 4 e 5).
I risultati delle prove effettuate con aggiunta di CO2 evidenziano la mortalità totale degli
adulti di S. oryzae nel controllo effettuato dopo 2 giorni dalla fine della prova, tranne che per
un adulto vivo nel campione in cui non è stata aggiunta la CO2. Il controllo del cereale dopo
50 giorni di permanenza in termostato evidenzia l’assenza di adulti sfarfallati nel silobag
con una concentrazione iniziale di 54,8% di CO2 aggiunta e un numero esiguo di adulti vivi,
rispetto al testimone non trattato, in quello del silobag con una concentrazione iniziale del
49,7% di CO2 (Tabella 6).
Tabella 6. Numero di adulti vivi e morti di Sitophilus oryzae L., dopo 22 giorni di
permanenza in silobags 1 e 2 (con aggiunta di CO2) e nel silobag 3 (senza
aggiunta di CO2) a 2 giorni dalla fine del trattamento e, successivamente,
dopo 7 gg e 50 gg di permanenza in termostato a 26±1°C e 70±5% u.r.
Silobag
2 gg
7 gg
50 gg
Vivi
Morti
Vivi
Morti
Vivi
Morti
1
0
148
3
4
0
0
2
0
131
0
0
24
7
3
1
141
3
3
298
5
È stata rilevata nel campione senza aggiunta di CO2 la sopravvivenza di diversi adulti
di R. dominica e di un solo adulto nel silobag 2 (Tabella 7). I controlli successivi dopo permanenza in termostato hanno evidenziato la presenza di adulti vivi sia dopo 7 che dopo 50
giorni nel silobag 3.
LA
RICERCA
SIGRAD
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
73-88
85
LOCATELLI
ET AL.
Tabella 7. Numero di adulti vivi e morti di Rhyzopertha dominica F., dopo 22 giorni di
permanenza in silobags 1 e 2 (con aggiunta di CO2) e nel silobag 3 (senza
aggiunta di CO2) a 2 giorni dalla fine del trattamento e, successivamente,
dopo 7 gg e 50 gg di permanenza in termostato a 26±1°C e 70±5% u.r.
Silobag
2 gg
7 gg
50 gg
Vivi
Morti
Vivi
Morti
Vivi
Morti
1
0
85
0
1
0
5
2
1
81
0
1
0
4
3
17
49
10
1
4
1
Conclusioni
I risultati delle prove effettuate per valutare la mortalità indotta dall’incremento naturale della concentrazione di CO2 in silobags, non hanno evidenziato differenze sostanziali
(nel periodo di 15 e 30 giorni) rispetto a un cereale immagazzinato in estate. La permanenza
in silobags per 45 giorni ha invece ridotto il numero di infestanti di circa la metà, rispetto
a quanto è stato osservato nel caso di analogo materiale biologico, mantenuto in una cella
termostata a 26°C e 70±5% u.r.
Questa metodica pare quindi ideale per insilare grano con un basso grado di infestazione. Indubbiamente valori anche bassi di CO2, naturalmente prodotta dal cereale stoccato,
rallentano notevolmente lo sviluppo degli insetti, ma non risultano adatti come metodo di
disinfestazione.
Le prove effettuate con l’introduzione di CO2 nei silobags hanno evidenziato una riduzione progressiva della concentrazione con il trascorrere del tempo. In ogni caso si è visto
che, partendo da una concentrazione media del 55%, che diminuisce progressivamente a
35% dopo 22 giorni, non sopravvivono gli adulti. Si verifica invece lo sfarfallamento, dopo
permanenza in termostato, di individui di S. oryzae che evidentemente, al momento del
trattamento, si trovavano allo stadio pupale.
Il valore di CO2 che si è registrato nel silobag a minor concentrazione (CO2 iniziale: 50%;
finale: 27%) non è stato invece sufficiente per controllare completamente gli stadi giovanili
di S. oryzae; infatti, dopo 50 giorni in termostato sono stati conteggiati 24 adulti vivi. È da
evidenziare come gli stadi giovanili di S. oryzae, che compiono lo sviluppo all’interno della
cariosside, siano meno suscettibili alla CO2, in particolare le pupe.
R. dominica F., ad entrambe le concentrazioni è risultata più sensibile ai trattamenti:
è stato infatti trovato un solo individuo vivo nel silobag alla minor concentrazione di CO2.
Questi risultati sono in accordo con Annis (1987) che riferisce come una concentrazione
costante di CO2 al 40% per 17 giorni sia sufficiente per determinare la mortalità completa
di S. oryzae e R. dominica.
In conclusione, mentre l’utilizzo di silobags senza introduzione di CO2 non garantisce in
un tempo breve una sensibile diminuzione degli infestanti, la presenza di CO2 alle concentrazioni sperimentate, protratta per almeno 3 settimane, sebbene i valori del gas introdotto
86
LA
RICERCA
SIGRAD
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
73-88
PROVE
DI CONSERVAZIONE DI GRANO DURO IN SILOBAGS
diminuiscano progressivamente nel tempo, risulta efficace nel ridurre l’infestazione di R.
dominica e S. oryzae.
Ringraziamenti
Si ringrazianono il Dr. Emilio Antonellini della Società Boschi Servizi Srl ed il Dr. Andrea
Padovani della Società Molino Boschi S.r.l., per aver messo a disposizione le strutture dove
sono state svolte le prove.
LA
RICERCA
SIGRAD
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
73-88
87
LOCATELLI
ET AL.
BIBLIOGRAFIA
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Proceedings 4th International Working Conference on Stored Product Protection, Tel Aviv, Israel, Sept 1986: 128-148.
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LA
RICERCA
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Brazil, 15-18 October 2006: 719-729.
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sealed flexible storage structures. In: Daolin G.,
Navarro S., Jian Y., Cheng T., Zuxun J., Yue L.,
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and Fumigation in Stored Products, 21-27 September 2008, Chengdu, Cina: 649-654.
SIGRAD
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
73-88
Caratterizzazione di linee di grano duro
per l’accumulo di metalli pesanti
nella cariosside
Giovanni Dal Corsoa, Andrea De Montisb, Massimo Bellottib,
Maroun Atallahc, Marco Silvestric, Antonella Furinia1
a
b
Università degli Studi di Verona, Dipartimento di Biotecnologie,
Strada Le Grazie 15, 37100 Verona.
Produzione Sementi Bologna, Via Macero 1, 40050 Argelato (Bo).
c
Barilla G. e R. Fratelli S.p.A., Via Mantova 166, 43122 Parma.
Riassunto
Il cadmio è un contaminante ambientale prontamente assorbito dalle radici delle piante.
Coltivato su terreno contenente questo metallo pesante, il grano duro (Triticum turgidum
var. durum Desf.) ne accumula nella granella quantità che possono avere un impatto sulla
salute umana. In questo studio sono state considerate linee di grano duro comunemente
coltivate e ne è stata caratterizzata la capacità di accumulare cadmio in coltura idroponica
e in regime di fertilizzazione a zinco. Lo studio ha dimostrato che esiste una proporzionalità
diretta, tra la concentrazione del metallo nelle foglie e quella nella cariosside, suggerendo
la possibilità di eseguire screening precoci, già allo stadio di quattro foglie, delle varietà che
si vogliono selezionare per programmi di incrocio. Inoltre, l’analisi della co-segregazione
del marcatore OPC20 con il carattere di alto accumulo di cadmio ha dimostrato che questo
marcatore può essere utilizzato in programmi di selezione assistita.
Abstract
Cadmium is a heavy metal and dangerous contaminant of agricultural soils. It is promptly absorbed by durum wheat ((Triticum turgidum var. durum Desf.) and it accumulates in
the grains. It therefore poses a serious problem for human health. In this study, a variety of
durum wheat lines have been considered for their cadmium accumulation when cultured in
the model hydroponic system. Also the effect of the zinc fertilization on cadmium accumulation has been analysed. This work demonstrated that there is a direct correlation between
the concentration of the metal in leaves and grains suggesting the possibility that early
screenings can be applied at the 4-leaf stage, reflecting the accumulation in the grains. Moreover, the analysis of the OPC20 marker showed its co-segregation with the high-cadmiumaccumulation trait, demonstrating that OPC20 could be useful during a marker assisted
selection program.
***
1
LA
Autore per la corrispondenza: Antonella Furini, [email protected]
RICERCA
SIGRAD
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
89-98
89
DAL CORSO
ET AL.
Premessa
Con il termine di metallo pesante ci si riferisce a quegli elementi metallici che hanno
una elevata densità. I metalli pesanti sono componenti naturali della crosta terrestre e con
la rivoluzione industriale il loro rilascio nell’ambiente è drasticamente aumentato. Le fonti
principali di inquinamento da metalli pesanti sono associate all’attività antropica, e spaziano dall’utilizzo di combustibili fossili all’incenerimento dei rifiuti urbani, dall’estrazione e
fusione di minerali metalliferi all’impiego di fertilizzanti e pesticidi. Alcuni metalli pesanti,
tra i quali il rame, il ferro, il manganese, il nickel e lo zinco, sono essenziali micronutrienti
degli organismi animali e vegetali, mentre altri, come l’arsenico, il mercurio, il piombo ed
il cadmio non rivestono alcuna funzione biologica nota e sono tossici anche a basse concentrazioni.
Il cadmio
Vista la sua elevata idrosolubilità ed ubiquità nell’ambiente naturale, il cadmio è un pericoloso inquinante ambientale. Negli ambienti naturali questo metallo pesante è presente
in concentrazioni minori a 0,1-0,5 mg/kg e viene rilasciato in associazione a piombo e zinco
durante le reazioni di mineralizzazione e dai residui depositatisi dalle fonti di contaminazione naturali (Schützendübel e Polle, 2002). D’altra parte, in un suolo contaminato la
concentrazione di cadmio può avvicinarsi facilmente ai 150 mg/kg, superando talvolta i 400
mg/kg in terreni altamente inquinati (Farinati et al., 2009). Nel suolo, il cadmio in soluzione
viene assorbito dalle radici delle piante ed entra quindi nella catena alimentare.
La tossicità del cadmio per gli organismi animali e l’uomo
Nell’uomo, il cadmio viene assimilato attraverso l’alimentazione, l’inalazione di fumi tossici (quali il fumo delle sigarette, per esempio) e in minima parte per assorbimento cutaneo.
L’assorbimento gastrointestinale da acque e cibi contaminati rimane comunque il principale meccanismo di deposito nel corpo umano. Una volta assimilato, il cadmio si accumula
soprattutto nei polmoni, nei reni, nel fegato, nel pancreas e nelle ghiandole salivari. Nel
sistema circolatorio questo metallo è trasportato in coniugazione con cisteina, glutatione
o proteine quali l’albumina o peptidi solforati definiti metallotioneine, sintetizzate in risposta alla presenza del metallo pesante. Durante l’intossicazione acuta, quando il cadmio
è veicolato da fumi o gas, la sintomatologia a carico del sistema respiratorio varia da difficoltà respiratorie all’edema polmonare. L’accumulo cronico di cadmio determina danni
ai metabolismi renale ed epatico e malfunzionamento dell’apparato muscolo-scheletrico.
L’intera biologia e fisiologia dell’organismo animale sono quindi negativamente influenzate
dal cadmio e si sono documentati casi di insorgenze tumorali e sterilità (Godt et al., 2006).
La tossicità del cadmio per gli organismi vegetali
Il cadmio influisce negativamente sia sulla fisiologia che sulla biochimica degli organismi vegetali. Il primo sintomo associato con la cadmio-tossicità è una clorosi generalizzata,
accompagnata saltuariamente da maculature necrotiche sulle foglie. Il cadmio induce deficienze di micronutrienti quali il ferro, il fosforo e il manganese (DalCorso et al., 2008). Inoltre, interferendo con i trasportatori di membrana, il globale assorbimento e trasporto dei
nutrienti metallici viene ridotto con conseguente inibizione della crescita e dello sviluppo
vegetale. A livello cellulare gli effetti negativi del cadmio sono dovuti principalmente alla
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LA
RICERCA
SIGRAD
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
89-98
CARATTERIZZAZIONE
DI LINEE DI GRANO DURO PER L’ACCUMULO DI METALLI PESANTI NELLA CARIOSSIDE
sua affinità con i gruppi sulfidrilici delle proteine ed alla sua similarità chimica con il rame,
importante cofattore di enzimi e proteine coinvolte nel signalling cellulare. Il cadmio causa
la degenerazione dei mitocondri, una pronunciata vacuolizzazione, la perossidazione dei
lipidi di membrana con conseguente anomalie funzionali dei sistemi di membrane cellulari.
Non da ultimo, anche la comunicazione inter- ed intra-cellulare vengono negativamente
influenzate dal cadmio, determinando la perdita del normale sviluppo e funzionalità cellulare (DalCorso et al., 2008). Un grave stress da contaminazione da cadmio genera danni
irrimediabili alla produttività della pianta, che spesso ne causano la morte.
Il cadmio ed il frumento duro
Quando coltivati su terreni contaminati, i cereali accumulano cadmio nella cariosside,
la parte utilizzata per la produzione delle farine. Alcuni studi hanno dimostrato che il frumento duro presenta l’attitudine genetica ad accumulare quantità di cadmio nella granella
eccedenti i livelli di sicurezza alimentare ammissibili per il commercio internazionale di 0.1
mg/kg (Penner et al., 1995). In riferimento a questo aspetto, la ricerca si è orientata su due
fronti principali, (I) studiando l’interazione pianta-suolo, per dimostrare che l’accumulo del
metallo dipende dalla sua biodisponibilità nella rizosfera e dalla sua mobilità, entrambe
influenzate dalle caratteristiche del suolo, dalla presenza di consortia batterici particolari,
e dalle relazioni di questi ultimi con le piante ed il suolo stesso; (II) indagando le variazioni
genotipiche e l’ereditabilità del carattere responsabile della bassa concentrazione di cadmio
accumulato nella granella. Esperimenti di incrocio tra linee ad elevato accumulo di cadmio
nella cariosside con linee a basso accumulo ed analisi condotte sulle risultanti popolazioni
segreganti, hanno dimostrato che il carattere bassa concentrazione di cadmio (low cadmium accumulation) è controllato dall’espressione di un singolo gene con effetto dominante
e ad alta ereditabilità (Clarke et al., 2002).
L’accumulo del cadmio in pianta è enormemente influenzato dalle pratiche agronomiche:
l’aggiunta di fertilizzanti a base di zinco, per esempio, modifica l’accumulo del metallo in
frumento duro. Si è ipotizzato, e studi recenti lo confermano, che lo zinco inibisce l’assorbimento del cadmio già a livello del plasmalemma delle cellule radicali (Hart et al., 2006).
Inoltre, studiando il pattern di distribuzione del metallo tra radici, tessuti vegetativi e cariosside è stato possibile ipotizzare che il carattere low cadmium accumulation sia responsabile del processo fisiologico che causa un’inibizione del trasporto del cadmio dalla radice
alla parte epigea (Hart et al., 2006).
Obiettivo del lavoro
La variabilità genotipica osservata nel frumento duro per l’accumulo di cadmio suggerisce che la tecnologia dei marcatori molecolari e di mappatura dei QTL possano essere
utilizzate per l’identificazione di marcatori strettamente associati al carattere che governa
l’accumulo di cadmio nella granella. I marcatori molecolari sono necessari per il cosiddetto
marker assisted breeding (MAB), praticato per la costituzione di varietà di frumento duro a
basso contenuto in cadmio, quindi sicure e commerciabili, seppur coltivate in aree ricche di
questo metallo pesante. OPC-20, un marcatore derivato da RAPD (Random Amplification
of Polymorphic DNA), è stato identificato ed associato al carattere che governa l’accumulo
di cadmio in pianta (Penner et al., 1995). Inoltre un QTL principale per l’accumulo di Cd è
stato localizzato sul cromosoma 5BL (Knox et al., 2003). L’analisi genetica ha mostrato che
LA
RICERCA
SIGRAD
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
89-98
91
DAL CORSO
ET AL.
il carattere “basso accumulo di Cd” è altamente ereditabile, e mappa sul QTL principale
identificato sul cromosoma 5BL responsabile per 80% della variabilità fenotipica (Knox et
al., 2003).
L’obiettivo del lavoro qui descritto è stato quello di analizzare alcune varietà di frumento duro per la propensione ad accumulare cadmio. Si è potuto verificare quindi se il basso
contenuto di tale metallo pesante, normalmente accumulato dalle varietà in esame, fosse
dovuto alla sua scarsa presenza nei nostri terreni agricoli o alla presenza, nel genoma, dei
determinanti genetici responsabili della bassa concentrazione di cadmio. L’esperimento è
stato condotto su linee di grano duro coltivate in serra in condizioni controllate, in coltura
idroponica con l’aggiunta di cadmio, sottoforma di CdSO4 al mezzo di coltura. Oltre a quantificare il cadmio accumulato nei diversi organi della pianta, e l’effetto della fertilizzazione
a zinco sulla quantità di cadmio accumulata, su tali linee si è altresì saggiata la bontà del
marcatore OPC20 per verificarne l’efficacia in programmi di MAB.
Materiali e Metodi
Coltura in agriperlite
I semi di ogni linea sono stati seminati in scatole Petri, imbibiti in acqua e lasciati al
buio a 4° C per 24 ore. La germinazione è avvenuta al buio a temperatura ambiente. Due
giorni dopo la germinazione le piante sono state poste in agriperlite, imbibita di soluzione
Hoagland a mezza forza (0,5mM KH2PO4, 2,5mM KNO3, 2,5mM Ca(NO3)2, 1,0mM MgSO4,
4,5µM MnSO4, 0,35µM ZnSO4, 0,15µM CuSO4, 0,05µM NH4MoO4, 23µM H3BO3, 24µM
FeNaEDTA, pH 5,7) e trattate con 0,5µM CdSO4 fino al raggiungimento della maturazione
della granella.
Coltura in soluzione idroponica
L’esperimento sopra riportato si è ripetuto in soluzione idroponica. Le piante dopo la
germinazione dei semi sono state poste in soluzione Hoagland a mezza forza in vasche su
un supporto galleggiante e provviste di sistema di areazione radicale e trattate con 0,5µM
CdSO4 fino al raggiungimento della maturazione della granella.
Coltura in soluzione idroponica per analisi della relazione cadmio-zinco
L’esperimento è stato condotto in serra da gennaio ad aprile. I semi di ogni linea sono
stati seminati in piastre Petri, imbibiti in acqua e lasciati al buio a 4º C per 24 ore. La germinazione è avvenuta al buio a temperatura ambiente. Due giorni dopo la germinazione
le plantule sono state poste su un supporto galleggiante di polistirolo, in vasche contenenti la seguente soluzione per la coltura idroponica (1mM KNO3, 1mM Ca(NO3)2, 20µM
NH4H2PO4, 250µM MgSO4, 100µM NH4NO3, 50µM KCl, 12,5µM H3BO3, 0,1µM NH4MoO4,
0,1µM NiSO4, 0,4µM MnSO4, 1,6µM CuSO4, 0,6µM Fe(NO3)3).
A tre settimane dalla semina sono iniziati i trattamenti con Cd e Zn aggiungendo alla soluzione nutritiva i seguenti composti: I prova (0,5µM CdSO4, 118µM HEDTA, 2,0µM Mes,
1,0µM ZnSO4), II prova (0,5µM CdSO4, 118µM HEDTA, 2,0µM Mes, 10,0µM ZnSO4). La
soluzione nutritiva è stata cambiata settimanalmente il primo mese e ogni tre giorni dopo
il primo mese di coltivazione. Le piante delle diverse linee sono state distribuite in tutte le
vasche per annullare gli eventuali errori sperimentali. Si è quindi provveduto alla prima
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LA
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CARATTERIZZAZIONE
DI LINEE DI GRANO DURO PER L’ACCUMULO DI METALLI PESANTI NELLA CARIOSSIDE
raccolta dei campioni da analizzare alla spigatura, quando le piante presentavano la spiga
emersa dallo stelo, verde e priva di granella (circa 1 mese dall’inizio del trattamento con
cadmio e zinco). A questo stadio per ogni linea si sono separate spighe, steli e foglie e si è
provveduto a determinarne il contenuto in cadmio.
Quantificazione del contenuto in cadmio e zinco
Il contenuto in cadmio e zinco è stato determinato nelle foglie e nella granella delle
piante di grano duro coltivate come descritto nei paragrafi precedenti. Ogni analisi è stata
condotta in triplicato. I campioni sono stati pesati e seccati in stufa per 3 giorni a 85°C.
I campioni disidratati sono stati omogeneizzati prima dell’analisi del contenuto in metalli, condotta dopo digestione assistita da microonde (EPA 3052, 1996) tramite analisi in
spettrometro di massa con plasma ad accoppiamento induttivo (EPA 2008).
Estrazione del DNA genomico
I tessuti vegetativi sono stati raccolti e congelati in azoto liquido, quindi finemente macinati aggiungendo tampone di estrazione (200mM Tris-Cl pH 8; 250mM NaCl;1% v/v SDS;
25mM EDTA; 10mM -Mercaptoetanolo). Dopo centrifugazione a 16.000 g per 10 min a
temperatura ambiente, al supernatante è stato aggiunto un ugual volume di isopropanolo.
La precipitazione del DNA genomico è stata eseguita a temperatura ambiente per 15 min,
seguita da una centrifugazione a 16.000 g per 15 min. Dopo un lavaggio con 75% etanolo,
il pellet di DNA è stato risospeso in acqua bidistillata sterile ed incubato a 55°C per 5 min.
Il DNA ottenuto è stato quantificato ed utilizzato per le successive reazioni di PCR.
PCR ed amplificazione di OPC20
Sul DNA genomico di ogni linea testata sono state condotte reazioni di PCR utilizzando un set di primers per amplificare il marcatore OPC20 (5’-acttcgccactccagatgtact-3’ e
5’-acttcgccaccatggtcaca-3’). Ogni reazione di PCR è avvenuta in tampone di PCR (1X PCR
Buffer, 1,5mM dNTPs, 5nM primer senso, 5nM primer in antisenso, 0,15U Taq polimerasi,
20ng DNA genomico) secondo il seguente ciclo di amplificazione: 5 min iniziali a 94°C seguiti dalla ripetizione per 32 volte degli steps di denaturazione per 30 sec a 94°C, annealing
per 30 sec a 60°C ed estensione per 45 sec a 72°C.
Risultati
Accumulo di cadmio in coltura su agriperlite
Nella prima parte di questo lavoro sperimentale sono state prese in esame cinque linee
di grano duro considerate a basso accumulo di cadmio (Low Cadmium Accumulation - LCA:
Biodur, Nile, Strongfield, Svevo e YU803-52) e cinque linee ad alto accumulo di cadmio (High
Cadmium Accumulation - HCA: Alamo, Atil, Kofa, Kronos e Kyle) oltre alla linea Havasu ed
a ulteriori 12 linee derivanti dall’incrocio della linea Kofa con la Svevo. Dopo 2 settimane di
coltura in agriperlite imbibita con soluzione nutritiva e CdSO4, le piante sono state raccolte
allo stadio di 4 foglie vere, e se ne è determinato il contenuto in cadmio. I risultati ottenuti
hanno evidenziato che tutte le linee ritenute HCA manifestano un alto contenuto di cadmio, mentre tra le linee classificate come LCA, solamente le linee Strongfield e YU803-52
godevano effettivamente di un basso contenuto del metallo pesante. Le linee Biodur, Nile
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e Svevo infatti presentavano un contenuto di cadmio paragonabile alle linee HCA, mentre
Havasu può essere considerata una linea LCA. Tra le linee generate dall’incrocio di Svevo x
Kofa, sono presenti delle linee a basso accumulo (KS 54, 90, 131, 156, 175 e 251) (Figura 1).
Figura 1. Accumulo di cadmio nei germogli di 5 linee considerate HCA (Kyle, Atil, Kofa,
Kronos ed Alamo), 5 LCA (Nile, Biodur, Strongfield, Svevo e YU803-52), la
linea Havasu e 12 linee generate dall’incrocio di Kofa x Svevo. I valori sono
le medie di due ripetizioni (barre: SD) di tre piante ognuna.
Accumulo di cadmio in coltura idroponica
Per eliminare completamente eventuali effetti chelanti dell’agriperlite, le piante sono
state coltivate su supporti in polistirolo galleggianti sulla soluzione nutritiva idroponica
pura e sono state eseguite le stesse prove di accumulo del cadmio. Come si dimostra in
Figura 2, in coltura idroponica la quantità di cadmio accumulata aumenta, pur rimanendo
costante il trend di assimilazione.
Figura 2. Accumulo di cadmio nei germogli di 5 linee considerate HCA (Kyle, Atil, Kofa,
Kronos ed Alamo), 5 LCA (Nile, Biodur, Strongfield, Svevo e YU803-52), la linea Havasu e 12 linee generate dall’incrocio di Kofa x Svevo. I valori sono le
medie di due ripetizioni (barre: SD) di tre piante ognuna. Tutte le linee sono
coltivate in coltura idroponica.
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DI LINEE DI GRANO DURO PER L’ACCUMULO DI METALLI PESANTI NELLA CARIOSSIDE
Nella seconda parte del lavoro, si sono prese in esame le linee LCA (Nile, Svevo, YU80352 e Havasu) ed HCA (Alamo, Kofa) ed è stata aggiunta la linea Rio Colorado. Due giorni
dopo la germinazione le plantule sono state poste su un supporto galleggiante di polistirolo, in vasche contenenti soluzione Hoagland per la coltura idroponica, senza il supporto
dell’agriperlite. Si è quindi provveduto alla prima raccolta dei campioni da analizzare alla
spigatura, quando le piante presentavano la spiga completamente emersa dallo stelo.
A questo stadio per ogni linea si sono separate spighe, steli e foglie e si è provveduto a
determinarne il contenuto in cadmio. L’analisi del contenuto del metallo pesante nei diversi
organi della pianta ha permesso di definire se esiste una correlazione tra la quantità di
cadmio presente nelle foglie e quella presente nelle spighe o negli steli. È necessario sottolineare che le diverse linee hanno presentato velocità di crescita differenti e quindi hanno
raggiunto lo stadio prescelto per la prima raccolta in tempi diversi. I risultati delle analisi
sul contenuto in cadmio nello stelo, nelle spighe e nelle foglie sono riportati in Figura 3. Si
osserva che le linee HCA presentano un elevato contenuto di cadmio sia nella spiga che
nello stelo. Come dimostrato in precedenza, le linee Havasu e YU803-52, sono quelle a più
basso accumulo di cadmio, caratteristica condivisa con la linea Rio Colorado, mentre le linee
Nile e Svevo presentano valori di accumulo medi.
Figura 3. Contenuto in cadmio nello stelo, nelle spighe e nelle foglie misurato all’emissione della spiga nelle linee Alamo, Kofa, Havasu, Nile, Svevo, YU 803-52
e Rio Colorado. I valori riportati rappresentano le medie di due ripetizioni
(barre: SD) di tre piante ognuna.
Tutte le linee sono coltivate in coltura idroponica.
Analisi molecolare del marcatore OPC20
Tre piante di ogni linea presa in esame sono state seminate e coltivate in suolo per 20
giorni. Campioni di foglie sono stati prelevati in batch da tutte e tre le piante per ogni linea
e i tessuti sono stati macinati in azoto liquido. È stato estratto il DNA genomico sul quale è
stata condotta l’analisi PCR sul marcatore OPC20.
Come confermato dalla Figura 4, l’analisi molecolare è in accordo con i dati ottenuti
sull’accumulo del metallo pesante: il prodotto di PCR ottenuto con primers specifici sul
marcatore OPC20, co-segrega infatti con l’elevato contenuto di cadmio nelle foglie (Figura
1, superiore a 4 mg/kg). Viceversa, il frammento di PCR è assente nelle linee che allo stadio
di 4 foglie vere presentano un basso accumulo di cadmio, vale a dire inferiore a 2 mg/kg,
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considerando i dati in Figura 1. L’unica eccezione è rappresentata dalla linea 156 generata
dall’incrocio Kofa x Svevo (KS 156) che pur esibendo un contenuto in cadmio inferiore a 2
mg/kg presenta il prodotto di PCR.
Figura 4. Analisi molecolare del genotipo delle linee utilizzate. La banda visualizzata
su gel, corrispondente a circa 400 bp, corrisponde al prodotto di PCR amplificato utilizzando primers specifici sul marcatore OPC20.
Relazione tra l’accumulo di cadmio e la presenza di zinco
È noto che l’assorbimento di cadmio da parte della pianta è influenzato dalla disponibilità di altri microelementi nel suolo. Per questa ragione nell’ultima parte di questo lavoro
sperimentale si sono prese in esame tre linee di grano duro già caratterizzate per la loro
propensione ad accumulare metallo: Alamo (tipica HCA) Svevo (media) e Rio Colorado (tipica LCA) e si è analizzato l’accumulo di cadmio in presenza di due diverse concentrazioni di
zinco in coltura idroponica, 1µM e 10µM ZnSO4.
Il contenuto in cadmio è stato misurato negli steli, nelle foglie, nelle spighe e nella granella a piena maturazione. I risultati delle analisi sono riportati in Figura 5. In generale si
può osservare che l’aggiunta di zinco alla soluzione idroponica è associata ad un maggior
accumulo del cadmio in tutte le linee esaminate.
Figura 5. Accumulo di Cd nelle linee Alamo, Svevo e Rio Colorado in presenza di 1,0
μM ZnSO4 (a sinistra) e 10 μM ZnSO4 (a destra). I risultati rappresentano la
media di tre ripetizioni tecniche, derivate da circa 30 piante ciascuna.
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Conclusioni
I risultati ottenuti dalla prima parte del lavoro hanno dimostrato che esiste una correlazione positiva tra l’accumulo di cadmio durante prime fasi di sviluppo della pianta e la
presenza di un prodotto di PCR, OPC20, associato ad un particolare genotipo, infatti OPC20
co-segrega con l’alto contenuto di cadmio. Si è ritenuto opportuno analizzare l’accumulo di
Cd in linee di frumento duro normalmente considerate HCA e LCA, durante lo sviluppo
della pianta e soprattutto nella cariosside. I risultati finora ottenuti permettono di fare due
considerazioni principali: (I) esiste una correlazione positiva tra il contenuto di Cd nella
foglia, nello stelo e nella spiga, (II) si possono suddividere le linee in esame in basso, medio
e alto accumulo di cadmio. In particolare le linee Alamo e Kofa sono high Cd uptake, Nile e
Svevo sono medium Cd uptake mentre Havasu, YU 803-52 e Rio Colorado sono da considerarsi low Cd uptake. Sulla base di questi risultati si può affermare che è possibile effettuare
un rapido screening molecolare per distinguere le linee LCA da quelle HCA.
È interessante notare che in letteratura i dati che riguardano l’effetto della fertilizzazione sull’accumulo del cadmio sono contrastanti e questo può essere ricondotto, almeno in
parte, ai diversi piani sperimentali utilizzati. Per esempio, prove condotte su near-isogenic
lines di frumento duro hanno dimostrato che l’aggiunta di zinco riduce la concentrazione
di cadmio nei tessuti della pianta in quanto inibisce l’assorbimento dello stesso dalle radici
(Hart et al., 2006). In opposizione, applicazioni di azoto e fosforo determinano un aumento
del cadmio nella granella, che però non viene influenzata dall’applicazione di zinco (Grant
et al., 1998). Altri studi riportano che non c’è relazione tra l’accumulo di zinco o di altri
cationi e l’accumulo di cadmio (Clarke et al., 2002). Recentemente, prove condotte sull’assorbimento di cadmio e zinco nelle prime 60 ore dal trattamento, su piantine di grano duro,
una settimana dopo la germinazione, hanno evidenziato che le traslocazioni dei due metalli
sono indipendenti (Harris e Taylor, 2004). I risultati delle prove presentate in questo studio,
su Alamo, Svevo e Rio Colorado indicano che la presenza costante di cadmio e zinco durante
tutto il ciclo ontogenetico induce un aumento dell’assorbimento di cadmio.
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Metodologie di miglioramento genetico
per l’ottenimento di nuove varietà
di grano duro tolleranti la fusariosi
Gianluca Ferrazzanoa1, Andrea De Montisa, Antonio Prodic,
Marco Silvestrib, Roberto Ranierib
a
b
c
Divisione Ricerca, Società Produttori Sementi S.p.A.
Bologna, Via Macero 1, 40050 Argelato (BO).
Barilla G. e R. Fratelli S.p.A., Via Mantova 166, 43122 Parma.
Università di Bologna, Dipartimento di Scienze e Tecnologie Agroambientali,
Via Fanin 44, 40127 Bologna.
Riassunto
La fusariosi della spiga è una delle più importanti patologie del frumento ed è presente
in molte aree dell’Europa, Italia compresa. Tale patologia è responsabile di notevoli danni
alla produzione, poiché riduce sia la quantità che la qualità del raccolto. Essa è causata da
diverse specie del genere Fusarium, e si sviluppa quando vi sono precipitazioni piovose nel
periodo che va dalla spigatura alla fioritura seguite da condizioni di elevata umidità atmosferica. Al danno produttivo e qualitativo si associa spesso un problema di sicurezza alimentare, determinato dall’accumulo di micotossine che possono dare luogo a patologie acute o
croniche nell’uomo. Non esistono pratiche colturali in grado di controllare totalmente la
fusariosi della spiga, a cui le varietà di grano duro (Triticum turgidum var. durum Desf.)
attualmente coltivate sono molto suscettibili. Ne deriva che, la costituzione di nuove varietà
resistenti ed a ridotto accumulo di micotossine, porterebbe notevoli vantaggi ai coltivatori
ed ai consumatori in modo sostenibile sia a livello economico che ambientale.
È noto che alcune varietà di grano tenero (Triticum aestivum L.), prevalentemente di origine cinese, sono dotate di buona resistenza nei confronti della fusariosi della spiga. Società
Produttori Sementi ha condotto un programma di miglioramento genetico per l’ottenimento
di nuove varietà di grano duro utilizzando una di queste varietà esotiche (Ning 7840) come
donatrice di fattori di resistenza a tale patologia. Il percorso seguito per giungere a selezionare genotipi di frumento duro resistenti alla fusariosi della spiga è iniziato con la messa
a punto di metodi efficaci d’inoculazione artificiale in serra climatizzata. Per questo scopo è
stata utilizzata una miscela di ceppi virulenti e tossigeni di F. culmorum e F. graminearum.
Tramite questi metodi, sono stati selezionati materiali genetici di grano duro dotati di resistenza alla fusariosi nettamente superiore a quella delle migliori varietà commerciali. Grazie all’utilizzo di marcatori molecolari, associati a regioni cromosomiche responsabili della
resistenza parziale alla fusariosi (QTL), si è potuto accertare il trasferimento di alcuni di
questi QTL da grano tenero a grano duro. Successivamente, le caratteristiche agronomiche
e qualitative di questi primi materiali genetici di grano duro tolleranti sono state migliorate
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Autore per la corrispondenza: Gianluca Ferrazzano, [email protected].
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incrociandoli con varietà commerciali elite. Da questi incroci sono derivate famiglie segreganti, le cui piante hanno dimostrato di possedere, oltre alla resistenza alla fusariosi della
spiga, caratteristiche di coltivabilità non molto diverse da quelle delle varietà attualmente
in commercio. È quindi stata avviata un’attività volta a selezionare, nell’ambito delle famiglie così ottenute, linee fissate di grano duro resistenti alla fusariosi della spiga e competitive, rispetto alle varietà attualmente in commercio. La tolleranza verso la patologia dei
primi materiali creati dal programma di miglioramento genetico è stata testata e validata
anche con due cicli di selezione in campo per dimostrare l’effettiva validazione del metodo
adottato in serra e l’adattabilità del materiale alle condizioni di coltivazione dell’ambiente
italiano ed in particolare della pianura padana.
Abstract
Fusarium head blight (FHB) is a wheat disease that causes severe losses of grain yield
and reductions of quality in many growing areas in Europe and Italy. The disease is caused
by various fungi including several Fusarium species. FHB also causes the contamination
of the grain with mycotoxins, which represents a real risk for human and animal health
due to their known toxic effects. Severe FHB often occurs when favourable environmental
conditions (rainfall) for infection coincide with vulnerable crop growth stages. There are no
agronomic practices which can totally control the disease, which heavily affects commercial
durum wheat ((Triticum turgidum var. durum Desf.) varieties more than common wheat ((Triticum aestivum L.) varieties. Therefore, the release of new cultivar, which are resistant to
FHB and less affected by mycotoxins contamination, is the most efficient way to contrast the
disease with no additional cost for the farmers, and with advantages for both the environment and the consumers’ health.
It is well known that some exotic cultivars of common wheat, mostly from China are resistant to FHB. Società Produttori Sementi used one of these varieties (Ning 7840) as donor of
resistance in interspecific crosses.
The key point for the selection of FHB resistant durum genotypes is the development of
an efficient method to assess the genetic resistance. The first point was to establish a good
method of artificial inoculation in controlled environment. We used a mixture of virulent and
toxigenic strains of F. culmorum and F. graminearum. This allowed to select durum wheat
materials with higher resistance to FHB than commercial varieties. We also applied marker
assisted selection to introgress in durum wheat QTLs responsible for partial resistance to
FHB from the common wheat. From these crosses were obtained families of plants which
were resistant to FHB and were able to compete with commercial varieties for agronomic
and qualitative traits. We are now selecting within these genetic materials, genotypes resistant to FHB and able to compete successfully with ordinary commercial varieties in terms
of yield and quality. The selection is carried out in the field with artificial inoculation and
mist irrigation. These experiments allowed to validate the selection methods and to assess
the real attitude of the selected genotypes to be cultivated in the Italian and especially in the
Po valley environment.
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DI MIGLIORAMENTO GENETICO PER L’OTTENIMENTO DI NUOVE VARIETÀ DI GRANO DURO TOLLERANTI LA FUSARIOSI
Premessa
La fusariosi della spiga è una patologia, diffusa in molti areali di produzione del frumento, compresi Europa ed Italia. È responsabile di notevoli danni, poiché riduce la produttività, la qualità tecnologica della granella e contamina la produzione con micotossine dannose
per la salute dei consumatori, fra le quali la più diffusa è il deossinivalenolo (DON). Agenti
causali della patologia, sono diverse specie fungine del genere Fusarium, fra le quali: F.
graminearum, F. culmorum e altre specie considerate attualmente di minore importanza.
Si sviluppa quando, a piogge nel periodo dell’antesi seguono condizioni di tempo caldo ed
umido. Si manifesta con un rapido disseccamento delle parti infette della spiga, facilmente
distinguibili da quelle sane che invece restano verdi. L’entità e il tipo di danno provocato
dagli agenti della fusariosi dipende dalla precocità dell’attacco: un’infezione molto precoce
causa sterilità, mentre un attacco tardivo porta allo sviluppo di cariossidi striminzite con
aspetto e colorazione particolari dovuti alla presenza del fungo e contenenti micotossine.
Un attacco tardivo, invece, non modifica sostanzialmente l’aspetto della granella, che però
ospita comunque il fungo, il quale può sviluppare quantità significative di micotossine.
Alcune pratiche colturali possono contribuire a ridurre lo sviluppo della malattia, ma non
consentono di controllarla totalmente. Inoltre, le varietà di grano duro (Triticum turgidum
var. durum Desf.) coltivate e disponibili sul mercato sono suscettibili alle diverse specie di
Fusarium. La costituzione e diffusione, quindi, di nuove varietà dotate di elevata tolleranza
alla fusariosi della spiga e ridotta attitudine all’accumulo di micotossine, sarebbe il mezzo
più efficiente per controllare la malattia, con costi ridotti per gli agricoltori e vantaggi per
l’ambiente e la salute dei consumatori.
Sono note varietà esotiche di grano tenero (Triticum aestivum L.), principalmente di
origine cinese ma anche brasiliana e giapponese, che essendo dotate di buoni livelli di resistenza nei confronti della fusariosi, possono essere utilizzate in programmi di reincrocio per
trasferire questo carattere al grano duro. Vi sono due componenti principali di resistenza
alla fusariosi della spiga: la resistenza di tipo I e II. La resistenza di tipo I è la resistenza
all’infezione primaria, che viene verificata tramite la nebulizzazione dell’inoculo sulle spighe. La resistenza di tipo II è la resistenza alla diffusione del patogeno entro la spiga dopo
l’infezione e si determina iniettando le sospensioni conidiche direttamente nelle spighette
ed osservando il progredire dei sintomi a diversi intervalli di tempo.
Ci sono inoltre, altri tre tipi di resistenza che sono meno noti e studiati e sui quali i
patologi e i breeders non sempre concordano (Mesterhazy, 1995). La resistenza di tipo III
determina una riduzione della frequenza di granelli danneggiati (“fusariati”) e si esprime
durante lo sviluppo della granella. La resistenza di tipo IV, riduce l’accumulo di micotossine e l’ultima è quella che induce tolleranza consentendo di ottenere produzioni accettabili
anche in presenza della malattia.
Inoculare i conidi del fungo tramite nebulizzazione diretta sulle piante in fioritura aiuta
a verificare sia la resistenza di tipo I che quella di tipo II e simula meglio quello che succede
naturalmente in campo rispetto a un’inoculo puntiforme all’interno di una spighetta. Sulla
manifestazione della malattia, inoltre, sono fondamentali le condizioni ambientali. La fusariosi, infatti, si sviluppa ed evidenzia sintomi solo quando le condizioni di temperatura ed
umidità sono favorevoli. Le condizioni ambientali naturali di campo non sempre consentono
un adeguato sviluppo della patologia e quindi di eseguire una efficiente selezione (Anderson
et al., 2001). Per migliorare il processo di selezione, si può operare con inoculi artificiali del
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patogeno in condizioni di temperatura e umidità controllate, che garantiscono lo sviluppo
della malattia (Buerstmayr et al., 2002). Un altro utile strumento è rappresentato dalla
selezione assistita da marcatori molecolari associati a regioni cromosomiche responsabili
della resistenza parziale alla fusariosi (QTL). Le difficoltà principali nella selezione per
resistenza alla fusariosi sono: la ridotta ereditabilità del carattere; l’interazione genotipoambiente e possibili escapes dovuti alla suscettibilità ristretta allo stadio fenologico di fioritura. Per tali limiti della valutazione fenotipica, la resistenza alla fusariosi della spiga è fra
quelle che più si prestano alla selezione assistita con i marcatori molecolari (MAS).
Su quest’ultimo argomento la maggioranza delle informazioni riguarda il grano tenero, ed
in particolare cultivar di origine cinese, per le quali è stato mappato un QTL sul braccio corto
del cromosoma 3B, avente un notevole impatto sul livello di resistenza di tipo II (Buerstmayr
et al., 2003; Otto et al., 2002). Sul materiale originale questo QTL spiega oltre il 50% della
variazione fenotipica. Questo QTL, recentemente rinominato come Fhb1, è stato validato
da tempo anche in diversi materiali genetici, e sarà a breve il primo gene di resistenza alla
fusariosi della spiga ad essere clonato. Per avere una buona resistenza in campo, le piante di
frumento devono essere dotate anche di resistenza di tipo I. Per valutare le due resistenze
congiuntamente, conviene spruzzare l’inoculo in sospensione, sulle spighe, simulando il più
possibile quanto avviene in natura. In effetti, da precedenti lavori in serra è risultato che
spruzzando l’inoculo sulle spighe, l’effetto del QTL sul cromosoma 3BS è inferiore. A conferma di questo, è stato accertato che, nel caso della selezione per la presenza contemporanea
dei due tipi di resistenza, un secondo QTL presente nel cromosoma 5A ha un’importanza paragonabile a quello presente sul 3BS (Garvin et al., 2003). Anche per il QTL sul 5A, è in corso
la validazione in background genetici diversi. Non è stato ancora chiaramente dimostrato un
chiaro effetto di questi QTL per resistenza per quanto riguarda l’accumulo di micotossine
quali DON. La varietà cinese Sumai 3 ed alcuni suoi derivati sono dotati degli alleli favorevoli ai QTL sul 3B e 5A, (Anderson et al., 2001). Sul grano duro le informazioni sono limitate
ma è dimostrata la maggiore suscettibilità rispetto al tenero. Sono state mappate alcune
fonti di resistenza in Triticum dicoccoides e Triticum dicoccum il cui effetto sembra però
limitato (Stack et al., 2003; Gladysz et al., 2003). La variabilità genetica in questi materiali
è, in ogni caso, ancora largamente da esplorare. L’introgressione di QTL di resistenza dal
grano tenero al grano duro ha dato finora risultati contrastanti (Buerstmayr et al., 2009). In
ogni caso, l’introgressione di fattori di resistenza da materiali esotici non adattati alle condizioni di coltivazione italiane in varietà elite è sicuramente una strategia percorribile. La
selezione è però complicata dal fatto che questi materiali esotici sono portatori di numerosi
difetti, quali: scarsa produttività, suscettibilità ad altre patologie, etc. Il loro impiego richiede
perciò numerosi cicli di reincrocio, procedura lunga e molto costosa. L’impiego dei marcatori
molecolari, permette di accelerare ed aumentare l’efficienza delle diverse fasi della selezione.
L’obiettivo di questa ricerca è proprio la messa a punto di un metodo di inoculazione su
cereale affidabile per la l’ottenimento di genotipi di grano duro che in prospettiva possano
dare origine a varietà commerciali dotate di resistenza e quindi coltivabili anche negli areali dove è frequente la presenza della fusariosi della spiga. Per raggiungere questo obiettivo
è necessaria la messa a punto e la successiva applicazione di metodi d’inoculazione artificiale che, garantendo un buon livello di infezione, consentano di selezionare, nell’ambito di
progenie segreganti, le piante più resistenti alle specie più comuni di Fusarium tossigeni (F.
graminearum e F. culmorum in particolare).
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DI MIGLIORAMENTO GENETICO PER L’OTTENIMENTO DI NUOVE VARIETÀ DI GRANO DURO TOLLERANTI LA FUSARIOSI
Materiali e Metodi
Prove e disegni sperimentali
Le prove sperimentali del progetto sono state condotte presso le serre ed i campi dell’azienda sperimentale della Produttori Sementi Bologna di Argelato (Bo).
Sperimentazione in serra
La sperimentazione con inoculazioni artificiali è stata eseguita in una porzione di serra
climatizzata isolata. Il materiale è stato disposto secondo un disegno sperimentale costituito da due blocchi randomizzati. Ogni replica era formata da 6 piante e tutti i rilievi sono
stati effettuati su singola pianta determinando un valore medio per replica.
Sperimentazione in campo
La sperimentazione in campo, è stata condotta seminando materiali genetici diversi (linee in selezione e varietà testimoni) in parcelle elementari costituite da file binate lunghe
2,5 m distanti 12,5 cm. Tale prova è stata denominata AGGD09Arg (Figura 1).
Figura 1. Campo sperimentale di Argelato ad inizio levata, prova AGGD09Arg.
Le parcelle sono state replicate 3 volte disponendole secondo disegno sperimentale a blocchi randomizzati. Sui lati della prova, era presente un bordo di una varietà di grano duro
suscettibile alla fusariosi della spiga (varietà Simeto), che fungeva anche da controllo della
presenza della patologia. Il numero totale delle tesi era 146, delle quali 17 varietà testimoni
e 129 linee avanzate, per un totale di 438 parcelle. Il campo sperimentale è stato seminato
nella seconda decade di novembre 2008 dopo aratura ed affinamento del terreno. Sono stati
eseguiti i diserbi e sono stati apportate in totale 150 unità di N/ha. Sono anche state prese
in considerazione nel presente lavoro due prove sperimentali condotte in diverse località e
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SIGRAD
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
99-114
103
FERRAZZANO
ET AL.
denominate ADGD09 e AEGD09 in cui erano in valutazione varietà commerciali ed alcune
linee avanzate derivate da un precedente programma di selezione varietale. Tali prove comprendevano 25 tesi replicate 3 volte ciascuna prova e sono state condotte in tre ambienti
tipici di coltivazione del grano duro, soggetti frequentemente alla fusariosi della spiga; ossia
una località in provincia di Ancona (Falconara), una località in provincia di Ferrara (Poggio
Renatico) ed una località in provincia di Bologna (Argelato). Nelle prime due località la precessione culturale era mais mentre nella terza era Favino da sovescio.
Materiali genetici
Tutte le linee fissate in valutazione, sia in serra che in campo, provenivano da incroci
effettuati nelle serre della Società Produttori Sementi Bologna. I materiali inclusi nelle
sperimentazioni, erano stati precedentemente selezionati sia fenotipicamente (Figura 2)
che genotipicamente in fasi successive che possono essere così schematizzate:
Figura 2. Selezione assistita con marcatori di piante F2 in serra climatizzata.
• screening genotipico dei parentali ricorrenti per verificarne il polimorfismo ai marcatori
molecolari utilizzati nel presente programma di selezione assistita;
• generazione F1; selezione genotipica per accertare l’eterozigosi per gli alleli dei marcatori
associati ai loci di interesse;
• generazione F2; semina in serra e selezione per pianta singola su base genotipica a favore degli omozigoti per i marcatori associati alla resistenza ai QTL localizzati sui cromosomi 3Bs e 5A e fenotipica in serra per le caratteristiche morfologiche generali e per
resistenza ad altri patogeni, quali Oidio (Blumeria Graminis);
• generazione F3; semina in serra e selezione fenotipica per le caratteristiche morfo-fisiologiche generali e per resistenza ad altri patogeni;
• generazione F4; semina in serra e selezione fenotipica per famiglia replicata in condizione di inoculo artificiale con ceppi selezionati di F. culmorum e F. graminearum (Figura 3);
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METODOLOGIE
DI MIGLIORAMENTO GENETICO PER L’OTTENIMENTO DI NUOVE VARIETÀ DI GRANO DURO TOLLERANTI LA FUSARIOSI
Figura 3. Famiglie F4 in serra climatizzata dopo inoculo e selezione.
• generazione F5-F6; semina di allevamenti replicati in campo e selezione fenotipica per
caratteristiche agronomiche di linee fissate in condizioni di inoculo artificiale;
• generazione F7; semina di parcelle replicate in campo e selezione per produzione, caratteristiche agronomiche e qualitative nonché verifica della resistenza alla fusariosi in
prove condotte in campi con precessione colturale mais.
Metodi d’inoculazione artificiale
La sperimentazione ha previsto l’impiego di due tipi diversi d’inoculazione, una per la
sperimentazione in serra e una specifica per la sperimentazione in campo. Va detto che
differenti isolati fungini possono differire per aggressività e produzione di micotossine, ma
fino ad ora non sono state rilevate razze biologiche con una specifica interazione ospitepatogeno. Quindi la resistenza alla fusariosi è di natura orizzontale o non specifica.
Inoculazione in serra
Gli inoculi artificiali sono stati prodotti dal Dipartimento di Scienze e Tecnologie Agroambientali dell’Università di Bologna, che ha mantenuto e moltiplicato isolati di F. culmorum e di F. graminearum forniti dall’Istituto di Scienze delle Produzioni Alimentari del
CNR di Bari. Per ognuna delle due specie di Fusarium sono stati isolati ceppi provenienti
dall’Italia Settentrionale, Centrale e Meridionale (uno per ogni area), che fossero altamente
virulenti e altamente tossigeni. Presso il Laboratorio di Micologia Fitopatologica del DISTA, gli isolati di F. culmorum e di F. graminearum, sono stati allevati separatamente, su
substrati di crescita liquidi ed inducenti la sporificazione delle colonie, in agitatori termostatati a temperatura controllata di 25° C, in alternanza di luce, per un periodo di circa due
settimane. La sospensione conidica di ciascun isolato è stata ottenuta per filtrazione e le
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diverse sospensioni sono state miscelate per ottenere l’inoculo di utilizzo. Per grano duro è
stata calibrata una sospensione macroconidica con concentrazione di 104 macroconidi /ml
(la concentrazione è 10 volte inferiore a quella utilizzata per il grano tenero per tenere conto
della maggiore suscettibilità del grano duro).
L’inoculazione è stata eseguita spruzzando nelle ore più fresche del giorno la sospensione
conidica sulle spighe in antesi. Allo scopo, è stata utilizzata una pompa a spalla evitando di
applicare una pressione troppo elevata. Al fine di mantenere elevata l’umidità relativa in
serra si provvede a mantenere bagnati i filtri su cui poggiano i vasi con le piante. Due ore
prima dell’inoculazione artificiale viene eseguito un trattamento di irrigazione nebulizzata
per 5 minuti; questo contribuisce ad aumentare e mantenere condizioni di elevata umidità.
Le spighe inoculate vengono mantenute umide effettuando 3-4 cicli di nebulizzazione al
giorno con acqua distillata con la stessa pompa a spalla usata per l’inoculo. Queste nebulizzazioni vengono effettuate nei 3 giorni successivi all’inoculazione.
La serra è stata mantenuta ad una temperatura media diurna di circa 23°C e notturna
di circa 19°C, in condizioni di elevata umidità relativa. Queste condizioni favoriscono il
massimo sviluppo della patologia.
Per tenere conto delle differenze esistenti tra le diverse piante in termini di epoca di spigatura, l’inoculazione viene ripetuta quattro volte a distanza di 5-7 giorni. Una settimana
dopo l’ultima inoculazione, viene ridotta l’umidità relativa in serra sospendendo la bagnatura dei feltri e viene aumentata la temperatura media portando la diurna a circa 25°C e la
notturna a circa 21°C. In questo modo si facilita lo sviluppo del fungo all’interno dei tessuti
delle piante attaccate e si evita la formazione di micelio e di corpi fruttiferi sulla spiga.
Inoculazione in campo
Il campo sperimentale è invece stato artificialmente inoculato spargendo, poco prima
della fase di botticella, paglia e glume di piante infette provenienti dalla serra.
Per favorire la diffusione e lo sviluppo della patologia, dalla fine della fase di botticella
fino alla fine della fase di maturazione lattea si è provveduto a mantenere un’elevata umidità utilizzando postazioni fisse di spruzzatori “sprinklers”. Questi irrigatori hanno un raggio
di azione di circa 5 m e distribuiscono circa 2,8 litri di acqua al minuto. Sono stati posizionati a 1,5 m dal suolo, per favorire la copertura uniforme della prova in campo. Il sistema di
irrigazione era gestito in quattro cicli di 7 minuti ciascuno controllato da un programmatore
Hunter EC. La pressione di esercizio del sistema era di circa 2 atmosfere. Questo influiva
notevolmente sulla dimensione delle gocce erogate in campo, che erano di due tipi: relativamente grandi con effetto battente (adatto a favorire la diffusione dell’inoculo) e molto
fini con “effetto nebbia” e quindi adatte a favorire lo sviluppo della patologia, mantenendo
elevata l’umidità a livello della spiga (Figura 4).
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DI MIGLIORAMENTO GENETICO PER L’OTTENIMENTO DI NUOVE VARIETÀ DI GRANO DURO TOLLERANTI LA FUSARIOSI
Figura 4. Campo prova irrigato con springlers.
I quattro cicli erano distanziati di 5 ore a partire dal tardo pomeriggio per meglio sfruttare il noto fenomeno naturale di deposizione delle spore sulle piante durante le ore più
fresche della giornata.
È stata inoltre effettuata una inoculazione artificiale con ceppi di F. graminearum e F.
culmorum. Questi ceppi, presenti nella collezione micologica del DISTA, sono stati però isolati da piante naturalmente infette di frumento coltivato in pianura padana e caratterizzati
come produttori di 15-DON. La sospensione conidica (concentrazione di 1 * 103 conidi per
ml), preparata dal Laboratorio di Micologia Fitopatologica, è stata distribuita con pompa a
spalla in due momenti successivi ossia al 25% e al 75% delle spighe costituenti la parcella
elementare in piena fioritura. Sono stati distribuiti in totale circa 300 ml di sospensione
conidica per parcella. L’elevato livello di umidità mantenuto nel campo, oltre a favorire la
fusariosi della spiga, favorisce anche forti attacchi da parte di altri patogeni, quali oidio e
ruggine bruna (Puccinia triticina) che vanno controllati con fungicidi che non agiscono su
Fusarium spp.
Rilievi effettuati e fenotipizzazione della fusariosi
La qualità nella fenotipizzazione per resistenza alla fusariosi è alla base di tutto il lavoro
di miglioramento genetico; il problema principale della fenotipizzazione è la riproducibilità
del rilievo.
La valutazione fenotipica in serra ha riguardato famiglie in generazione F4. Per ogni
famiglia sono state valutate dodici piante, suddivise in due repliche di sei piante ciascuna,
sistemate in blocchi randomizzati. Questo approccio migliora sensibilmente l’affidabilità
della valutazione consentendo l’analisi statistica dei dati ottenuti.
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Il rilievo dell’infezione viene effettuato circa 20 giorni dopo la seconda inoculazione partendo dalle piante testimoni di bordo, che sono disposte ai due lati delle corsie che ospitano
le piante sottoposte a selezione. Le piante coltivate nei bordi appartengono a varietà molto
suscettibili e vengono valutate per avere indicazioni sull’efficacia dell’inoculazione artificiale. Successivamente inizia la valutazione delle piante sottoposte a selezione partendo da
quelle più precoci. Il valore di infezione viene attribuito utilizzando una scala da 1 a 5, al
valore 1 corrispondono piante con spighe totalmente sane o con una, massimo due spighette
colpite, ma con infezione che non raggiunge il rachide. Il valore 5 viene attribuito a piante
con almeno 1 spiga caratterizzata da più del 50% delle spighette colpite, con infezione che
interessa buona parte del rachide.
A maturazione, le spighe vengono raccolte e sgranate a mano, evitando l’eliminazione dei
semi danneggiati da Fusarium come avverrebbe con una normale ventilazione, per poi effettuare la valutazione delle caratteristiche del seme. Durante la raccolta vengono scartati
i culmi di accestimento tardivi e quindi soggetti ad escapes.
Le piante di ogni replica vengono raccolte in bulk. Di ogni pianta viene annotato il numero di spighe. Dopo la sgranatura viene contato il numero di semi prodotti che vengono anche
pesati. Il rilievo successivo, di tipo visivo, mette in evidenza il numero di semi fusariati o
molto striminziti per pianta.
Oltre al rilievo dei sintomi per le famiglie in valutazione sono rilevati anche: n° di culmi
totali, n° di semi totali, n° semi fusariati totali ed indirettamente: n° di culmi per pianta,
peso seme per pianta e per spiga, n° semi per pianta e n° semi fusariati per pianta.
Sul materiale in campo invece dopo circa 25 giorni dalla distribuzione del primo inoculo
su ogni parcella sono stati avviati i rilievi di infezione visiva. Questi sono il rilievo di gravità
della patologia che è la media della valutazione espressa in punteggio da 1 (spiga sana), a
5 (sintomi sull’intera spiga), di un campione di 20 spighe scelte a caso per valutare la resistenza di tipo 2 alla diffusione del patogeno nella spiga. L’incidenza di patologia, esprime la
percentuale di spighe con sintomi (su un campione di 20 spighe scelte a caso) e permette di
valutare resistenza di tipo 1. Dall’interazione dei due indici otteniamo un dato definito Indice di Fusarium (valori da 1 a 9) che fornisce informazioni sulla tolleranza o suscettibilità
del genotipo.
Oltre ai rilievi specifici della fusariosi sono stati rilevati: altezza media delle piante,
allettamento e data di spigatura. A maturazione le parcelle sono state raccolte a macchina
mantenendo una ventilazione minima e ripulendo a mano da paglia e pula il campione
di granella raccolto. Successivamente, il campione è stato pesato ed è stato determinato
il peso ettolitrico (PH). Successivamente dai campioni di ogni singola parcella sono stati
prelevati 15 gr che sono stati macinati con macinello Cyclotec. Sullo sfarinato integrale così
ottenuto è stato determinato il contenuto in DON mediante test immunoenzimatico ELISA
R-Biopharm Fast DON. Sono stati inoltre determinati i seguenti parametri della qualità
tecnologica:
• contenuto proteico (% sulla sostanza secca), valutato mediante la riflessione nel vicino
infrarosso utilizzando strumento NIR calibrato;
• micro-test di sedimentazione in SDS che è positivamente correlato alla forza del glutine.
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Risultati e Discussione
Messa a punto della tecnica di coltivazione in serra e campo per favorire la
presenza della fusariosi della spiga e della metodica di selezione per resistenza
La resistenza genetica di una pianta è l’insieme dei caratteri ereditabili in grado di opporsi allo sviluppo del patogeno, mentre la tolleranza è la capacità della pianta di tollerarne
la presenza senza riportare danno o subendo danni limitati.
L’analisi dei dati rilevati nell’ambito della prova AGGD09Arg (Tabella 1) evidenzia in
generale elevata significatività delle differenze fra le tesi (entry). I valori elevati del coefficiente di variazione (CV) e l’ereditabilità per il contenuto in DON, mettono però in evidenza
come la selezione per questo carattere risulta complessa e richiederebbe numerose repliche
ed ambienti. Questo contrasta con i costi elevati della gestione di prove specifiche e dell’analisi dei campioni. L’Indice di Fusarium ha una ereditabilità maggiore. Nella stessa tabella si
evidenzia come il peso ettolitrico sia un parametro con buona ereditabilità e CV.
Tabella 1. Analisi della varianza prova AGGD09Arg.
Variabile Fenotipica: contenuto in DON ppm
Prova: AGGD09
Località: Argelato
Source
df
SS
MS
F-value
Pr> F
Total
437
662.406
BLOC
2
32.762
16,381
22,45
0,0000
ENTRY
145
418.015
2,883
3,95
0,0000
Residual
290
211,629
0,730
CV = 56,99%
Herit. = 0,496
MS
F-value
Pr> F
R-squared = 0,6805
Grand mean = 1,499
Variabile Fenotipica: Indice di Fusarium
Prova: AGGD09
Località: Argelato
Source
df
SS
Total
437
2129,253
BLOC
2
4,123
2,062
1,15
0,3181
ENTRY
145
1605,253
11,071
6,18
0,0000
Residual
290
519,877
1,793
CV = 31,79%
Herit. = 0,633
Grand mean = 4,212
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R-squared = 0,7558
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Variabile Fenotipica: Peso ettolitrico
Prova: AGGD09
Località: Argelato
Source
df
SS
MS
F-value
Pr> F
Total
426
4020,213
BLOC
2
97,781
48,891
13,38
0,0000
ENTRY
144
2899,053
20,132
5,51
0,0000
Residual
280
1023,379
3,655
CV = 2,54%
Herit. = 0,600
R-squared = 0,7454
Grand mean = 75,130
In Tabella 2 si riportano i valori di correlazione fra i diversi parametri rilevati nell’ambito della prova AGGD09Arg.
La data di fioritura e l’altezza delle piante sono caratteristiche che influenzano lo sviluppo della fusariosi della spiga. Questo è confermato anche dai valori di correlazione con gli
indici di fusariosi ed il contenuto in DON. Il peso ettolitrico in se non è significativamente
correlato con i parametri della fusariosi. Questo in considerazione del fatto che vi è variabilità genetica del carattere dovuta anche ad altri fattori. Bisognerebbe determinare la
riduzione di peso ettolitrico dovuta alla potologia, con un confronto con i valori rilevati in
prove con copertura da parte di fungicidi. La produttività invece non è significativamente
correlata con alcuno dei parametri della fusariosi.
Tabella 2. Matrice di correlazione Lineare Prova AGGD09Arg.
Produzione
Data di
Peso
Indice di Contenuto Incidenza
Altezza Allettamento
spigatura
ettolitrico Fusarium in DON
fusariosi
Data di
spigatura
-0,24
**
Altezza
0,12
*
0,26
**
Allettamento
-0,26
**
-0,01
n.s.
0,22
**
Peso
ettolitrico
0,45
**
-0,09
n.s.
0,20
**
-0,24
**
Indice di
Fusarium
0,00
n.s.
-0,47
**
-0,55
**
-0,04
n.s.
-0,09
n.s.
Contenuto in
DON
0,10
n.s.
-0,37
**
-0,28
**
-0,08
n.s.
-0,01
n.s.
0,53
**
Incidenza
fusariosi
-0,09
n.s.
-0,38
**
-0,51
**
-0,03
n.s.
-0,11
*
0,86
**
0,40
**
Severità
fusariosi
0,06
n.s.
-0,46
**
-0,50
**
-0,05
n.s.
-0,05
n.s.
0,93
**
0,56
**
0,64
**
* significatività < 0.05; ** significatività < 0.01
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LA
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SIGRAD
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In Tabella 3 si riporta l’analisi della varianza per la variabile contenuto in DON delle
due prove parcellari condotte in diverse località con inoculo naturale e senza irrigazione. Si
nota come, in entrambe le prove, non solo sia molto significativa la differenza fra tesi ma
anche l’interazione genotipo per ambiente. Questo può essere spiegato da possibili escapes
o da diversa suscettibilità a specie e ceppi diversi di Fusarium.
Tabella 3. Analisi della varianza per la variabile DON.
Variabile Fenotipica: DON ppm
Prova: ADGD09
Località: Argelato, Poggio Renatico, Falconara
Source
df
SS
MS
F-value
Pr> F
Total
224
1127,971
LOC
2
833,043
416,522
568,69
0,0000
BLOC
2
11,998
5,999
8,9
0,0004
ENTRY
24
94,502
3,938
5,38
0,0000
LOC by ENTRY
48
80,028
1,667
2,28
0,0001
Residual
148
108,399
0,732
CV = 39,21%
Herit. = 0,593
MS
F-value
Pr> F
Grand mean = 2,182
R-squared = 0,9039
Variabile Fenotipica: DON ppm
Prova: AEGD09
Località: Argelato, Poggio Renatico, Falconara
Source
df
SS
Total
224
1014,293
LOC
2
691,670
345,835
412,97
0,0000
BLOC
2
1,359
0,679
0,81
0,4463
ENTRY
24
117,140
4,881
5,83
0,0000
LOC by ENTRY
48
80,184
1,670
1,99
0,0009
Residual
148
123,940
0,837
CV = 31,2%
Herit. = 0,617
Grand mean = 2,933
R-squared = 0,8778
La valutazione in condizioni di inoculo naturale necessita quindi di prove condotte in
molte località e per diversi anni.
LA
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SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
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Conclusioni
Per quanto riguarda il frumento tenero la selezione di varietà resistenti alla fusariosi
della spiga, sia basata sulla valutazione fenotipica che mediante l’impiego di marcatori
molecolari, ha prodotto buoni risultati in particolare grazie al’adozione di inoculazione artificiale. Per quanto riguarda il frumento duro, le fonti di resistenza sono ancora limitate
quindi è necessaria molta attività volta all’identificazione di germoplasma resistente. Lo
studio condotto ha comunque dimostrato che anche in frumento duro è possibile selezionare genotipi con buona resistenza. È comunque stata evidenziata tutta la complessità della
selezione che richiede investimenti elevati e tempi lunghi per combinare la resistenza alla
fusariosi a buone caratteristiche di produttività e qualità tecnologica. Rimane comunque
indispensabile un approccio integrato al controllo della patologia che preveda oltre alla
coltivazione di genotipi resistenti o tolleranti anche l’adozione di una appropriata tecnica
agronomica.
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LA
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METODOLOGIE
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Fusarium head blight. In: Proceedings of the
tenth International Wheat Genetics Symposium,
3, 1257-1259.
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La tracciabilità nella filiera grano duro:
il sistema di controlli integrato e razionale
dalla produzione agricola al mulino
Maroun Atallaha1, Davide Barnabèb, Augusto Bianchinic,
Marco Silvestria
a
Barilla G. e R. Fratelli S.p.A., Via Mantova 166,43122, Parma.
b
c
Agri 2000 soc. coop., Via Indipendenza 74, 40121 Bologna.
Plant Engineering S.r.l., Via Bagnolo 17, 26838 Tavazzano (Lo).
Riassunto
Nell’ambito del progetto SIGRAD è stata svolta un’attività di ricerca dedicata alla rintracciabilità del grano duro (Triticum turgidum var. durum Desf.), dalla produzione agricola
al mulino.
I temi affrontati hanno un carattere immediatamente applicativo e riguardano lo studio:
A.
Delle modalità più opportune per registrare e rintracciare le informazioni sulle
pratiche agronomiche effettuate nella coltivazione del grano duro;
B.
Dei sistemi di controllo applicati nella filiera che va dalla produzione agricola del
grano duro al semolificio, e della possibilità di migliorare l’affidabilità e la razionalizzazione dei controlli effettuati.
I temi di studio sono stati sviluppati con il coinvolgimento di alcuni operatori della filiera
SIGRAD (produttori agricoli, centri di stoccaggio e mulini) che hanno costituito la cosiddetta “Filiera pilota”.
Lo studio sulle modalità più opportune di registrazione e di rintracciabilità dei dati della
produzione agricola è stato condotto attraverso il supporto di una scheda agronomica su due
gruppi di agricoltori appartenenti a due diversi areali (Pesaro e Foggia).
La scheda agronomica, così definita, è stata di supporto anche alla fase di informatizzazione della filiera.
Lo studio sui sistemi di controllo è stato eseguito identificando lungo la filiera, dal produttore agricolo al mulino, di punti critici per la prevenzione dei rischi relativi alla qualità
e alla sicurezza alimentare del prodotto. Attraverso queste verifiche sono state identificate
le fasi critiche della filiera nelle quali vi è un minor livello di affidabilità, a causa delle
circostanze del processo (es. tempi ristretti per i controlli in fase di ritiro) e/o di fattori organizzativi (es. mancanza di pianificazione degli stoccaggi).
Per ciascuna di queste fasi sono state identificate alcune opportunità di miglioramento
attraverso l’inserimento di soluzioni tecniche o l’applicazione di modelli di organizzazione
innovativi.
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Autore per la corrispondenza: Maroun Atallah, [email protected]
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Il lavoro svolto, oltre a indicare una serie di soluzioni tecniche e organizzative, ha permesso di evidenziare come uno sviluppo stabile e duraturo delle relazioni di filiera sia ottenibile soprattutto con la crescita imprenditoriale degli attori della filiera stessa. I momenti
di confronto organizzati nell’ambito del progetto SIGRAD e gli eventi di formazione, hanno
permesso la crescita della consapevolezza degli operatori e soprattutto la crescita della propria capacità di valutare il mercato e le strategie più opportune, anche quelle che possono
portare ad accordi interprofessionali di lungo periodo.
L’importanza dell’attività di formazione e di confronto reciproco è pertanto una delle
risorse più interessanti e prospettiche del progetto SIGRAD.
Abstract
One of the major issue of the SIGRAD project, is the research on the traceability of durum
wheat ((Triticum turgidum var. durum Desf.), from agricultural production to the mill.
The topic investigated in this study are the study of:
A.
best methods to record and trace information on agronomic practices used in the
cultivation of durum wheat;
B.
control systems used in the chain, from the agricultural production of durum wheat
to the semolina factory with a view to improving the reliability and rationalization
of the checks carried out.
The studies were developed with the collaboration of some operators in the SIGRAD production Chain (agricultural producers, storage centres and mills), which constitutes the socalled “Pilot Chain”.
The study of the best method of recording and tracing agricultural production data was
carried out through the experimentation of an agronomic report on two groups of farmers,
from two different geographical production areas (Pesaro and Foggia).
The resulting agronomic data sheet was used as a source of information for the traceability software.
The study of the control systems was carried out by identifying the critical control points
in relation to the risk prevention concerning product safety and quality implemented at different stages in the production chain, from the field to the mill. This analysis was tested with
several experts and privileged witnesses from the production chain.
Through these different tests, specific phases in the production chain were less reliable (e.g.
tight inspection deadlines in the collection phase) or due to organizational factors (e.g. lack
of planning in storage). For each of these phases, improvement opportunities were identified
by means of technical solutions or innovative organization models.
The opportunities of exchanging experiences and the training activities, organized within
the SIGRAD project, helped to increased awareness of the people involved in the production
chain, and above all it enhanced their ability to assess the market and the best strategies,
especially so as to foster lasting professional relationships.
The importance of the training activities and mutual exchanges thus represents one of the
most interesting and forward looking outcomes of the SIGRAD project.
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Premessa
La tracciabilità ha una valenza nota per gli aspetti di sicurezza alimentare ed esistono
norme cogenti ben precise (Reg. CEE 178/2002) che prevedono l’obbligo per tutte le imprese
alimentari di identificare i fornitori delle materie prime e i clienti dei prodotti finiti.
A supporto della tracciabilità è stato dedicato un settore di ricerca per l’innovazione dei
sistemi di controllo e di tracciabilità del grano duro dalla coltivazione al mulino, attraverso
la costituzione di una filiera pilota (produttori e centri di stoccaggio) in cui sono state verificate e sperimentate soluzioni innovative per la tracciabilità.
I punti di lavoro che sono stati sviluppati sono i seguenti:
A.
Le informazioni sulla rintracciabilità e sulle pratiche agronomiche registrate presso le aziende agricole e le modalità di gestione di queste registrazioni, svolta in fase di approvvigionamento di mezzi tecnici (sementi in particolare) e
di conduzione dell’attività agricola. In aggiunta a questa attività è stato fornito un
supporto di analisi e di applicazione sul campo agli strumenti per informatizzare le
informazioni generate dalle imprese agricole della filiera (scheda agronomica).
B.
Le modalità di controllo del prodotto dal ritiro dai produttori alla consegna al mulino. Il controllo del prodotto costituisce una delle voci di costo principale della fase di ritiro e stoccaggio, pertanto è opportuno verificare le opportunità
di razionalizzare i controlli, rendendo quelli che si fanno realmente affidabili ed
efficaci. Questo lavoro di razionalizzazione deve tenere conto del diverso livello di
dotazione tecnologica dei centri di stoccaggio. In ogni caso può portare a un miglioramento nella gestione delle interfacce tra centri di stoccaggio e mulini.
Un ulteriore attività di ricerca ha riguardato le modalità di identificazione dei lotti nei
centri di stoccaggio, sia nei centri di ritiro che nei centri allocati presso i mulini, poichè
una delle problematiche della filiera è l’identificazione dei lotti che dovrebbe essere resa
univoca in ogni segmento della filiera. L’identificazione dei lotti presenta delle problematiche di carattere tecnologico (capacità dei centri di stoccaggio di garantire la separazione
dei lotti, possibilità di gestire i magazzini e i silos in una logica di lotti di prodotto, dimensione dei silos) e problematiche di carattere organizzativo (programmazione dei turni
di ritiro al centro di stoccaggio, ritiro in successione o comunque in giorni diversi delle
diverse varietà, etc.). In questo ambito è stata impostata una vera e propria attività di
ricerca sulle possibilità tecnologiche esistenti per identificare i lotti di prodotto nelle celle
di stoccaggio.
Materiali e metodi
A. Organizzazione delle informazioni provenienti dalle imprese agricole
Le esperienze in merito alla tenuta di registri e quaderni di campagna sono ormai consolidate in Italia, soprattutto grazie all’applicazione in diverse regioni di programmi di produzione integrata. In tali programmi, infatti, il riconoscimento di marchi di identificazione o di
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contributi alle imprese agricole è subordinato alla possibilità di risalire a tutte le operazioni
agronomiche effettuate e registrate.
Tenendo conto di queste premesse, è stata realizzata, una scheda agronomica in cui i
produttori agricoli devono registrare le operazioni svolte.
La scheda agronomica è parte integrante del disciplinare di produzione SIGRAD.
All’interno del progetto la possibilità di avere un proprio disciplinare e una propria scheda agronomica permettono di:
- garantire al consumatore un elevato livello di sicurezza;
- garantire agli utilizzatori a valle della filiera un prodotto di qualità;
- essere in grado di fornire tutte le informazioni relative alla sicurezza e alla qualità del
prodotto;
- facilitare gli scambi lungo la filiera grazie a un sistema standardizzato di registrazione
e scambio dei dati.
L’attività svolta è consistita in primo luogo nella redazione di una scheda agronomica
sperimentale per valutare la fattibilità della raccolta di registrazioni utili a conseguire gli
obiettivi definiti da SIGRAD nell’ambito della produzione primaria. La scheda agronomica sperimentale è stata messa a punto partendo dalla scheda inizialmente adottata da
SIGRAD e implementata con un gruppo di produttori, con i quali sono stati organizzati
diversi incontri. In aggiunta, nell’ambito di un viaggio studio in Francia, è stato possibile
visionare altri esempi di approccio alla raccolta e al controllo dei dati relativi alle operazioni
agronomiche.
B. Indagine sulle problematiche principali dei controlli nella filiera del grano
duro
Uno degli obiettivi della filiera pilota è stato quello di verificare la pianificazione dei controlli da effettuare a diversi livelli della filiera, per garantire le caratteristiche di sicurezza
e di qualità.
Il sistema di controlli deve avere le seguenti caratteristiche:
- garantire il monitoraggio e la verifica dei punti critici di controllo per il mantenimento
dei requisiti di qualità e sicurezza alimentare (questi ultimi definiti secondo il metodo
HACCP – Hazard Analisys Critical Control Point);
- adottare sistemi di campionamento e analisi affidabili, sia dal punto di vista tecnico che
organizzativo;
- essere impostato su una razionalizzazione dei controlli, evitando le duplicazioni inutili.
Il sistema di controlli considerato in questo progetto va dalla fase di produzione agricola
fino alla consegna del prodotto al mulino, applicando l’approccio del metodo HACCP alle
attività. Si è cercato di associare al livello del pericolo legato a fattori chimici, fisici e biologici, il pericolo legato ai fattori tecnici e organizzativi dipendenti dalla gestione del processo.
La risoluzione sistematica di questi problemi che potremmo definire “gestionali”, rappresenta un elemento decisivo, in prospettiva, per migliorare l’efficienza e la competitività
della filiera del grano duro.
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La prima fase di lavoro è stata condotta con tre obiettivi essenziali:
- identificare le operazioni effettuate lungo la filiera del grano duro;
- verificare i fattori di rischio per la qualità e l’igiene del prodotto;
- valutare gli aspetti che possono rendere difficili o poco affidabili le strategie di controllo.
Questi argomenti sono stati il contenuto di diversi incontri con esperti e testimoni privilegiati della filiera, in Italia e all’estero.
Per l’identificazione dei pericoli si è tenuto conto di tutti i fattori che possono partecipare
a generare problemi:
- prodotto: problemi che vengono ereditati dalla fase precedente, (es. impurità, umidità
elevata, etc.);
- materiali, attrezzature, impianti: materiali con caratteristiche improprie (es. prodotti
fitosanitari non registrati), attrezzature non ben regolate o impianti inadeguati (es.
mancata tenuta delle celle);
- processi: metodi di lavoro scorretti per mancata o sbagliata pianificazione;
- operatori: mancata applicazione dei corretti protocolli di lavoro;
- ambiente: contaminazioni ambientali o condizioni climatiche che favoriscono il potenziale di sviluppo di malattie fungine.
In ogni fase del processo sono state identificate le azioni preventive e di monitoraggio
che hanno lo scopo di evitare il concreto verificarsi del pericolo. Sulla base dell’analisi dei
rischi e dell’effettiva capacità di una misura preventiva di ridurre in maniera efficace un
determinato rischio, sono stati identificati i punti critici di controllo (CCP). In questa analisi
il metodo è stato applicato anche ai parametri qualitativi del prodotto, cioè a quei parametri
che hanno rilevanza nella valutazione delle caratteristiche merceologiche e tecnologiche del
prodotto.
Il metodo HACCP prevede anche momenti di verifica. Si tratta normalmente di analisi
che per i tempi di esecuzione o per i costi, non possono essere realizzate su tutte le partite
di prodotto. I pericoli, i punti di monitoraggio e di verifica vengono identificati come “qualitativi” o “igienico sanitari” a seconda che i parametri coinvolti siano da attribuire all’uno o
all’altro obiettivo di interesse.
È importante precisare che questo lavoro identifica possibili pericoli lungo la filiera,
misure preventive e di controllo. Tuttavia ogni organizzazione interessata, pur prendendo
spunto eventuale dai contenuti di questo rapporto, ha l’obbligo di pianificare e attuare un
piano di autocontrollo sulla base della propria situazione specifica in termini di organizzazione, impianti e infrastrutture.
Sulla base di questo lavoro, sono state preparate delle schede di sintesi in cui sono evidenziati, per ogni operazione prevista nelle varie fasi della filiera:
- il possibile pericolo per la sicurezza igienico sanitaria o per la qualità;
- l’origine del pericolo (materie prime, ambiente, personale, processi, materiali e attrezzature);
- le azioni preventive adottate;
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- la documentazione eventualmente producibile per documentare l’azione preventiva.
Nel caso in cui nell’operazione si prefiguri una azione di controllo, per tale azioni si precisa:
- la natura del controllo: monitoraggio (controllo di tutte le partite di prodotto) o verifica
(controllo periodico);
- il parametro controllato;
- i limiti di accettabilità dei risultati del controllo;
- la procedura di controllo (metodi di campionamento e analisi);
- la frequenza di questo controllo;
- la funzione responsabile del controllo;
- le azioni correttive previste per il prodotto che non rispetta i parametri;
- la documentazione in cui è reperibile la registrazione dei risultati del controllo.
Molte fasi di controllo e verifica della filiera del grano duro devono fare i conti con le
difficoltà organizzative legate alle circostanze concrete in cui questi controlli devono essere
eseguiti. La più impegnativa è sicuramente la raccolta e il ritiro del prodotto, ma anche
altre fasi non sono più facili da gestire, sia per la ridotta presenza di personale, sia per la
sovrapposizione di diversi adempimenti per diversi prodotti negli stessi centri di stoccaggio.
È stata pertanto condotta un’analisi delle difficoltà specifiche connesse con le varie fasi del
processo che interessa il grano duro per identificare possibili strategie di miglioramento.
Per ciascun elemento di criticità sono state avanzate proposte di soluzione che potranno
essere sperimentate nell’ambito della filiera pilota SIGRAD.
Risultati
A. Organizzazione delle informazioni provenienti dalle imprese agricole
Il primo risultato del lavoro è stata l’adozione di una nuova scheda agronomica che verrà
introdotta in fase sperimentale in tutta la filiera SIGRAD.
La scheda rappresenta un punto di equilibrio tra completezza dei dati raccolti, tramite
la registrazione di tutte le informazioni con un valore preciso per la rintracciabilità e la
qualità del prodotto, facilità e rapidità di utilizzo; è stato favorito un formato compatto,
che in una sola pagina permetta di abbracciare tutte le informazioni richieste. La scheda è
allegata al presente lavoro (Allegato 1).
Questo contributo all’ informatizzazione si è concretizzato in un lavoro di analisi sulle
modalità di registrazione e aggregazione dei dati, condotto anche presso i centri di stoccaggio e con iniziative di divulgazione organizzate da SIGRAD, per formare gli operatori e i
tecnici dei centri di stoccaggio nell’utilizzo e nella diffusione dello strumento.
Nell’ambito degli incontri effettuati con i produttori agricoli è stata effettuata un’indagine per conoscere la loro posizione e i loro comportamenti rispetto alle strategie di valorizzazione del prodotto.
Il risultato di questo lavoro di indagine è illustrato nei grafici che seguono.
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Figura 1. Distribuzione delle aziende per SAU e superficie a grano duro.
Le aziende intervistate rappresentano imprese dinamiche, la maggior parte è tra i 20 e
i 100 ettari di SAU, solo alcune superano i 100 ettari e ancor meno di queste arrivano oltre
i 500 ettari.
Da osservare come per quasi tutte le aziende la superficie a grano duro rappresenti la
principale destinazione colturale dell’azienda. Fino al limite di ritenere critiche le rotazioni
adottate.
Di un certo interesse è la distribuzione delle risposte relativamente a cosa viene considerato un prodotto di qualità. La maggior parte delle risposte si distribuisce tra le caratteristiche merceologiche del prodotto considerate nel dettaglio (peso specifico, proteine,
colore, glutine, esente da malattie) o nel complesso. Seguono le risposte mirate sui concetti
della soddisfazione delle richieste dei clienti (mercato) e sul miglioramento della redditività
(reddito). Scarso interesse hanno raccolto i requisiti legislativi e di sistema (certificazione,
tracciabilità, requisiti di legge, sicurezza alimentare). Due risposte hanno anche puntato
l’interesse sulla produttività.
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Figura 2. “Che caratteristiche deve avere un prodotto di qualità?”
In considerazione di questa distribuzione di risposte, è utile osservare le considerazioni
degli imprenditori sull’importanza della rintracciabilità per la produzione di grano duro.
Figura 3. “Quali sono gli obiettivi della rintracciabilità di un prodotto?”
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La maggior parte delle risposte identifica il miglioramento del reddito quale obiettivo
importante della rintracciabilità del prodotto. Questo elemento è da tenere presente nelle
iniziative di presentazione e di coinvolgimento verso i produttori. Non nel senso di presentare la rintracciabilità di per sé come elemento di maggior valore del prodotto, ma in quanto
strumento per diversificare e quindi valorizzare potenzialmente le produzioni finali. Alcune
risposte, del resto, indicano già una consapevolezza abbastanza precisa di questo (distintività, trasparenza, garanzie per il consumatore, sicurezza alimentare).
Figura 4. Difficoltà nella registrazione dei dati della scheda agronomica.
Le valutazioni sulla difficoltà di registrazione dei dati della scheda agronomica evidenziano le maggiori criticità sui dati di analisi del terreno, sullo stato fitosanitario della coltura, sulle fertilizzazioni. Il problema delle analisi del terreno è legato principalmente al
costo delle analisi stesse mentre i dati sullo stato fitosanitario e sulle fertilizzazioni sono
probabilmente più difficili da registrare perché solitamente affidati alla memoria del produttore e raramente trascritti.
Un dato ulteriore e molto importante per le strategie di sviluppo della rintracciabilità è
la disponibilità di personal computer e di un collegamento ad internet. Meno del 50% delle
aziende intervistate ne dispone. Questo dato è piuttosto critico in quanto fa presupporre che
per una vasta applicazione di registrazioni di campo puntuali e affidabili sia indispensabile
ricorrere ancora per molto tempo al lavoro di tecnici esterni all’azienda.
L’indagine è stata utile sia per avere indicazione sui punti di maggiore attenzione e sensibilità delle aziende agricole, ma anche per avere indicazioni su come procedere nella direzione dell’obiettivo strategico fondamentale per la gestione della fase di campo di SIGRAD:
il coinvolgimento di tutti i produttori agricoli della filiera. Una rintracciabilità credibile e
adeguate garanzie in termini di sicurezza e qualità del prodotto finito, infatti, sono possibili
a condizione che tutti i lotti di prodotto che entrano nei sili di stoccaggio siano corredati
dello stesso livello di informazioni e soggetti ai medesimi controlli.
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B. Indagine sulle problematiche principali dei controlli nella filiera del grano
duro
Uno dei risultati della prima fase di lavoro è rappresentato dallo schema che segue nel
quale sono rappresentati sotto forma di diagramma di flusso i processi della filiera, distinti
per impresa coinvolta. Questo schema è stato costruito anche grazie ai risultati del gruppo
di lavoro SIGRAD che si è occupato della costruzione del manuale di rintracciabilità.
Figura 5. Diagramma di flusso dei processi della filiera del grano duro.
La qualità e le caratteristiche dei grani raccolti risentono dell’influenza di vari fattori.
Alcuni di questi sono tuttavia al di fuori della possibilità di controllo dei produttori (come
l’andamento climatico). La gran parte del prodotto viene ricevuta presso i centri di stoccaggio subito dopo la raccolta. Non molto diffuso, ma presente, è lo stoccaggio effettuato
direttamente presso i magazzini delle aziende agricole. In questo caso le azioni preventive
e di controllo necessarie sono le medesime, con alcune semplificazioni possibili dovute alla
diversa situazione organizzativa.
Nell’Allegato 2 sono contenute le schede di sintesi che derivano dall’attività di analisi dei
rischi e di identificazione dei punti di controllo critici per la qualità del prodotto e per la sua
sicurezza. Le schede sono distinte per le diverse fasi di lavoro e per la tipologia di pericolo
che investe il prodotto o in processo.
In ogni fase della filiera esistono punti di controllo e particolari attività su cui insistono
fattori di criticità di cui occorre tenere conto per garantire l’affidabilità dei campionamenti,
dei controlli e delle registrazioni, relativamente ai vari parametri oggetto di controllo.
Di seguito cerchiamo di valutare questi fattori e le modalità più adeguate per gestirli
efficacemente.
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Compilazione della scheda agronomica
Nell’ambito della filiera pilota una specifica attività è stata dedicata a definire una scheda agronomica che riunisse caratteristiche di praticità e semplicità di compilazione alla
completezza dei dati necessari per adempiere agli obblighi di legge e per verificare i processi
legati alla qualità del prodotto. La scheda è riportata in allegato al presente documento
(Allegato 1).
Un documento snello e semplice, tuttavia non è sufficiente a far sì che le registrazioni
vengano sempre eseguite. È indispensabile agire costantemente sulla formazione e la sensibilizzazione dei produttori.
Un altro supporto importante per il produttore è la possibilità di utilizzare uno strumento informatico per la registrazione dei dati agronomici.
Nella preparazione della scheda agronomica, uno degli aspetti che è stato oggetto di particolare approfondimento è stato l’ambito di registrazione dei dati. Sulla base delle verifiche
e delle prove effettuate in fase di applicazione pratica si suggerisce di riferire la scheda
agronomica all’appezzamento definito dall’insieme delle superfici appartenenti allo stesso
centro aziendale, con caratteristiche pedologiche sufficientemente omogenee, coltivate con
la stessa varietà di grano duro e gestite con le stesse pratiche agronomiche di difesa e fertilizzazione. Con questa definizione un appezzamento può essere costituito anche da superfici
non contigue tra di loro, con caratteristiche pedologiche molto simili.
Analisi del terreno
La classificazione pedologica dei terreni di un centro aziendale può rappresentare facilmente un altro punto critico in quanto presuppone la realizzazione accurata di analisi
del terreno. Uno dei risultati dell’attività della filiera pilota è stata la preparazione di una
istruzione operativa per il campionamento dei terreni da destinare all’analisi presso laboratori qualificati. Tuttavia uno dei principali ostacoli alla realizzazione delle analisi del
terreno è rappresentata dal loro costo.
Regolazione e pulizia della mietitrebbia
Nella raccolta dei cereali a paglia risulta determinante una buona regolazione degli elementi trebbianti quali la velocità di rotazione del battitore, la distanza fra battitore e controbattitore e la velocità di rotazione (600-1000 giri al minuto), che vanno regolate in funzione dell’umidità della pianta. In particolare passando dalle ore più calde della giornata
a quelle più fresche notturne, si deve passare da un basso numero di giri ed una distanza
elevata fra gli elementi trebbianti, ad un numero di giri più elevati e distanze più contenute.
Nel caso del frumento duro va tenuta una distanza tra battitore e controbattitore superiore
a quella media per il frumento tenero, a causa della maggiore tenacità della spiga del primo.
La gestione delle regolazioni della mietitrebbia risulta spesso molto difficile da fare per le
condizioni di grande affollamento di impegni da parte dei contoterzisti, i quali sono portati
naturalmente a privilegiare i rendimenti di produzione per unità di tempo rispetto all’ottimo di qualità per il prodotto.
La medesima considerazione si può proporre per il controllo della pulizia della mietitrebbia. Molte organizzazioni cooperative pianificano i ritiri da parte dei propri soci in funzione
dei programmi di lavoro delle trebbiatrici, sia quelle gestite dai terzisti, sia quelle gestite
direttamente dalla cooperativa.
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Occorrerebbe che in questa attività di pianificazione venisse previsto in anticipo un controllo sistematico della regolazione delle parti trebbianti e della pulizia della mietitrebbia,
con registrazione sulla scheda agronomica delle situazioni in cui tale regolazione non si è
resa possibile o inefficace (per es. per guasto).
Campionamento e controlli al ricevimento
I controlli al ricevimento al centro di stoccaggio sono tra i più importanti in quanto in
tutto il processo resteranno i controlli più capillari effettuati sulle masse nei magazzini.
Occorre anche considerare che questi controlli vengono eseguiti in condizioni particolari.
La raccolta del frumento dura per un periodo limitato durante il quale tutte le aziende che
convergono su un centro di stoccaggio devono consegnare il prodotto. I tempi a disposizione
per lo scarico sono così di solito contingentati e definiti da fattori su cui è difficile esercitare
influenza: la disponibilità di autotrasportatori, l’andamento climatico (che provoca a volte
concentrazioni eccezionali nelle consegne), le mietitrebbie che operano sul territorio, etc.
Gli operatori si trovano perciò a lavorare in condizioni di forte pressione sul fronte dei
tempi e anche dei risultati dei controlli che effettuano, dato che da essi dipende direttamente la classificazione qualitativa del prodotto del conferente e di conseguenza il prezzo che
verrà stabilito in funzione dei premi per la qualità.
La pressione sui tempi può ostacolare la realizzazione di campionamenti affidabili, anche
disponendo di una sonda pneumatica come ormai in molti centri è presente. Un campionamento affidabile infatti, dovrebbe essere fatto secondo le indicazioni della norma UNI
10243:1994, con il prelievo di campioni elementari da determinati punti della massa di
ogni motrice o di ogni rimorchio in entrata. Per esempio, secondo lo schema seguente, per
rimorchi fino a 15 tonnellate.
L’esecuzione dei controlli richiede la corretta esecuzione di procedure su strumenti di
misura ed anche valutazioni visive che richiedono un buon grado di esperienza (valutazione
delle impurità e delle cariossidi difettose). È facile immaginare come queste operazioni siano rese difficoltose da condizioni di lavoro critiche. Una prima azione di miglioramento che
dovrebbe essere condotta in ogni caso è quella di definire procedure dettagliate e rigorose e
formare adeguatamente gli operatori. La formazione dovrebbe essere ripetuta almeno ogni
anno, preferibilmente basandosi sui risultati e i problemi affrontati nell’annata appena
conclusa.
Un’altra opportunità di miglioramento potrebbe essere quella di integrare i controlli effettuati al momento dello scarico presso il centro di stoccaggio con sopralluoghi effettuati
sulle colture ancora in campo. Ovviamente questo sistema di campionamento richiede una
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maggiore pianificazione da parte del centro di stoccaggio, che deve conoscere in anticipo
almeno buona parte dei propri conferitori.
La strategia migliore sarebbe quella di poter raccogliere campioni di prodotto in campo
da sottoporre a prova; purtroppo la maggior parte dei centri non dispone di personale e organizzazione per poter effettuare rilievi siffatti in prossimità della raccolta.
Per completare il quadro si segnala una tecnica messa a punto da uno spin off dell’Università di Padova, GraiNit S.r.l. (http://www.grainit.it/). Si tratta di una strumentazione
ideata per essere montata su una mietitrebbia, per misurare le caratteristiche del prodotto
in continuo, su una porzione del flusso del prodotto trebbiato pari a circa il 5%.
Lo strumento si basa sul principio del “NIT” (Near Infrared Trasmittance), in grado di
analizzare le lunghezze d’onda che filtrano attraverso il flusso di prodotto analizzato.
Con questa strumentazione è possibile avere dati sulle caratteristiche del prodotto in
tempo reale, in anticipo sui tempi di ricevimento. Questo permette di pianificare la collocazione del prodotto in arrivo e gli eventuali trattamenti (pulizia, ventilazione, etc.) necessari.
Controllo della contaminazione da micotossine
Il controllo della contaminazione da micotossine in fase di ricevimento rappresenta un
fattore particolarmente critico. Non esistono parametri visivi o velocemente misurabili correlati in maniera sufficientemente precisa con la contaminazione da micotossine. Le analisi
che danno i risultati più attendibili sono il metodo immunoenzimatico (test ELISA) o, ancora più preciso, il metodo HPLC. Il metodo immunoenzimatico è meno costoso e più veloce del
metodo HPLC, tuttavia è anch’esso incompatibile con i tempi a disposizione in fase di ritiro.
Per questa ragione in questo momento l’unica strategia per dare assicurazioni sulla presenza di contaminazioni da micotossine è attualmente la formazione di un campione di
massa in fase di ricevimento e, dopo un certo tempo, in fase di stoccaggio, e la sua analisi in
laboratorio. Anche questo controllo pone tuttavia due problematiche: il metodo di campionamento e il metodo di analisi.
Attualmente i centri di ritiro e stoccaggio del cereale meglio organizzati creano per ogni
cella di stoccaggio un coacervo nel quale è presente una frazione di prodotto prelevato da
ogni partita di ritiro, proporzionale al quantitativo di prodotto della partita stessa. Il coacervo diviene così un campione rappresentativo di una cella di stoccaggio. Su una frazione del
coacervo vengono effettuate le analisi per verificare le contaminazioni chimiche e biologiche
che hanno origine in campo.
Per verificare le contaminazioni che hanno origine o si sviluppano in fase di stoccaggio
occorre creare un altro campione di massa con prelievi distribuiti in maniera omogenea
nella massa in stoccaggio, attraverso, per esempio, un ricircolo nel corso del quale effettuare
i prelievi.
Questi criteri sono seguiti attualmente solo da una parte dei centri di stoccaggi e spesso
con modalità diverse tra di loro (in genere cambia il numero di campioni elementari prelevati). Questo rende anche i risultati delle analisi svolte non completamente affidabili e
anche non sempre confrontabili tra di loro.
Per raggiungere un elevato grado di affidabilità nel campionamento per il controllo della
presenza di contaminazioni da micotossine dovrebbe essere applicato il metodo ufficiale
previsto dal Regolamento CE 401/2006, non obbligatorio per i piani di autocontrollo igienico
sanitario, in grado di fornire garanzie molto ampie in termini di “ripetibilità” e “riproduciLA
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bilità” dei risultati. Il campionamento ufficiale è però assai impegnativo dal punto di vista
operativo. Per partite del peso superiore a 10 tonnellate è previsto il prelievo di 60 campioni
elementari che diventano 100 per partite di dimensioni doppie.
Per ottenere un miglioramento significativo nell‘affidabilità dei campionamenti occorrerebbe prevedere modalità di campionamento specifiche (eventualmente orientate a quanto
previsto dai metodi ufficiali) negli accordi di filiera, con la possibilità di prelievo di campioni
“in contraddittorio” già in fase di stoccaggio, identificando fisicamente le partite oggetto di
fornitura. Questo permetterebbe la razionalizzazione dei costi e la riduzione delle necessità
di conduzione di analisi in varie parti del processo, potendo contare su campionamenti affidabili in fase di stoccaggio del prodotto.
Per quanto riguarda invece i metodi di analisi, il regolamento comunitario detta alcuni
requisiti pur senza imporre un metodo analitico particolare. Occorre tenere presente le
esperienze maturate in diversi progetti di ricerca. Il più recente è il progetto interregionale
“MICOCER” nell’ambito del quale sono state realizzate prove di validazione di alcuni kit
analitici, evidenziando che i kit immunoenzimatici sovrastimano le contaminazioni rispetto
ai metodo HPLC (Desiderio, 2009; Pascale et al., 2009).
Stoccaggio separato per caratteristiche di qualità
La pressione dei tempi di ritiro, unita all‘insufficiente preparazione preventiva compromette spesso la possibilità di effettuare stoccaggi separati secondo parametri qualitativi di
interesse. In molte realtà lo stoccaggio separato è limitato alla varietà, cioè al parametro
che si può ragionevolmente prevedere a inizio campagna e per il quale è quindi possibile
programmare a priori celle di stoccaggio diverse.
Un altro fattore che rende difficile il raggiungimento di questo obiettivo è l’elevato
numero di partite di ritiro che spesso vanno a riempire la stessa cella di stoccaggio. La
frammentazione fondiaria di tutte le aree agricole italiane fa si che sia difficile anche
avere grossi quantitativi omogenei di frumento in una zona circoscritta. Ogni azienda, per
quanto si possa cercare di uniformare le pratiche di coltivazione, realizza la produzione in
un modo diverso. La disomogeneità pertanto caratterizza spesso anche le singole celle di
stoccaggio.
Le azioni di miglioramento applicabili a questo aspetto sono una rigorosa programmazione preventiva, la stima quanto più precisa possibile dell’entità di produzione di ogni conferitore, e la riduzione al minimo dei ricevimenti da fornitori selezionati solo in fase di raccolta
e per i quali non vi è il tempo sufficiente per valutare le pratiche agronomiche seguite.
Tuttavia, anche con la disponibilità di questi strumenti, rimarrà insostituibile il lavoro
svolto dai tecnici agricoli delle cooperative e delle aziende di ritiro dei prodotti per la compilazione diretta delle schede agronomiche e per la verifica dell’attendibilità e della precisione
dei dati forniti.
Conclusioni
A. Organizzazione delle informazioni provenienti dalle imprese agricole
Il lavoro di realizzazione della scheda agronomica e l’analisi delle problematiche legate
alla registrazione delle pratiche agronomiche hanno posto le basi per l’applicazione di un
modello organizzativo di filiera che costituisce uno degli approcci organici più avanzati ver128
LA
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SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
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TRACCIABILITÀ NELLA FILIERA GRANO DURO
so una gestione completamente integrata tra le fasi della produzione agricola e della prima
trasformazione (centri di stoccaggio e mulini).
Il modello organizzativo proposto si può sintetizzare nei seguenti punti:
• distribuzione della scheda agronomica ai produttori e formazione specifica sul suo utilizzo e sulla risoluzione di eventuali problemi di applicazione (es. diverse applicazioni
di mezzi tecnici in parte di un appezzamento per tenere conto di caratteristiche peculiari e localizzate del terreno);
• messa a disposizione del programma di registrazione dei dati agli agricoltori che sono
in grado di utilizzarlo e ai tecnici incaricati di seguire le aziende non autonome nella
registrazione;
• formazione specifica sull’utilizzo del programma, destinata anche ai tecnici incaricati
del controllo dei dati inseriti;
• verifica periodica dei dati inseriti e organizzazione di incontri a livello locale per raccogliere i riscontri sull’utilizzo e per proporre soluzioni a problemi specifici.
È importante osservare che questo modello non si realizza una volta per tutte ma richiede un continuo lavoro di vigilanza e supporto, non solo nei confronti dei produttori agricoli,
ma anche dei centri di stoccaggio e dei mulini, concretizzabile con un certificato di qualità.
La certificazione costituisce infatti uno strumento per assicurare la vigilanza sui controlli e le registrazioni necessarie per la tracciabilità dei prodotti.
A fianco della certificazione occorre ricordare l’importanza del servizio tecnico che tutte
le strutture coinvolte mettono a disposizione della continua formazione dei produttori agricoli. Uno stabile miglioramento delle relazioni di filiera, infatti, potrà avvenire non appena
con la capacità di una delle parti in causa di imporre condizioni e regole precise, ma soprattutto con la crescita della cultura imprenditoriale di tutti gli attori, poiché l’imprenditore è
la figura capace di comprendere l’importanza di strategie di lungo periodo.
In questo campo appare critico soprattutto il percorso che dovrà portare i produttori agricoli a divenire imprenditori agricoli a pieno titolo.
B. Indagine sulle problematiche principali dei controlli nella filiera del grano
duro
La registrazione e la gestione dei dati relativi alla produzione agricola è un tassello importante di una rete di relazioni di filiera che va dai produttori di mezzi tecnici per l’agricoltura ai pastifici.
In questa rete di relazioni, le funzioni di controllo rappresentano un elemento importante per il corretto funzionamento degli scambi commerciali. Nel lavoro sono stati gestiti i
controlli effettuati nelle fasi di filiera, dalla produzione agricola al mulino, con l’obiettivo di
valutare le possibili razionalizzazioni e le modalità per affrontare le criticità organizzative
di diversi punti di controllo.
Una prima considerazione conclusiva è che i controlli, per essere veramente funzionali
al miglioramento delle relazioni di filiera dovrebbero essere innanzitutto standardizzati,
in modo da fornire a tutti gli operatori la necessaria confidenza circa la loro affidabilità in
tutte le circostanze in cui essi sono effettuati.
Tuttavia, per raggiungere questa standardizzazione, è altrettanto importante eseguire
una rigorosa e attenta pianificazione organizzativa dei controlli e delle misure preventive.
Negli accordi e nei contratti interprofessionali le procedure di controllo dovrebbero essere
LA
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ATALLAH
ET AL.
considerate una componente essenziale del prodotto. Il sistema di controlli, in sostanza, si
pone al centro del sistema di relazioni di filiera e ne rappresenta uno dei fulcri sostanziali.
La trasparenza e la lealtà nelle relazioni rappresentano, soprattutto nel lungo termine,
le condizioni per l’esistenza di un mercato di riferimento in cui tutte le parti possono portare le proprie istanze e trovare risposte equilibrate.
Anche in questo caso, l’esistenza di un sistema di controlli rigoroso rappresenta condizione necessaria ma non sufficiente se non viene supportata da una formazione culturale e
imprenditoriale capace di far maturare l’esigenza di relazioni stabili e durature.
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LA
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LA
TRACCIABILITÀ NELLA FILIERA GRANO DURO
ALLEGATO 1: SCHEDA REGISTRAZIONE DATI AGRONOMICI
DATI ANAGRAFICI
1
Occorre compilare una scheda per ogni appezzamento. Un appezzamento è costituito dalla superficie
appartenente allo stesso centro aziendale, coltivata a grano duro della stessa varietà e gestito allo stesso
modo per le pratiche agronomiche di difesa e fertilizzazione.
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ALLEGATO 2: ANALISI DEI RISCHI E IDENTIFICAZIONE DEI PUNTI DI CRITICI CONTROLLO
SCHEDE DI SINTESI
OPERAZIONE
PRE-SEMINA
Luogo
Campo
Descrizione
Preparazione del terreno e del letto di semina
Pericolo possibile
(igienico-sanitario)
1) Presenza nel terreno di inoculi di Fusarium e altri patogeni
fungini responsabili della produzione di micotossine
Fattori di pericolo
- Ambiente: andamento climatico favorevole all’inoculo e alla diffusione dei
patogeni fungini
- Processi: pratiche agronomiche inadeguate alla prevenzione della
diffusione delle malattie fungine
Azioni preventive
Il servizio tecnico (del centro di stoccaggio) deve concordare col produttore
le pratiche agronomiche di pre-semina adeguate per ridurre il più possibile
le fonti di infezioni:
• effettuazione di rotazioni con specie non sensibili agli stessi patogeni
(evitando la successione con mais, sorgo e la monosuccessione)
• eliminazione di residui colturali infetti o interramento degli stessi
mediante pratiche e agronomiche adeguate (per esempio aratura con
completo rivoltamento della zolla)
• interventi di diserbo contro specie vegetali ospiti alternative del Fusarium
Documenti
Contratto di coltivazione, scheda agronomica (registrazione nel sistema
informatico)
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TRACCIABILITÀ NELLA FILIERA GRANO DURO
OPERAZIONE
SEMINA
Luogo
Campo
Descrizione
Semina
Pericolo possibile
1) Seme predisposto ad inoculo di Fusarium e altri patogeni fungini
responsabili della produzione di micotossine
Fattori di pericolo
Materiali: semi contaminati da malattie fungine o semi di varietà più
sensibili agli attacchi di Fusarium.
Operatori: mancata applicazione dei controlli previsti sul prodotto da seme
e/o delle azioni correttive conseguenti.
Azioni preventive
Occorre usare per la semina varietà scelte tra quelle indicate nel contratto
di coltivazione, seme certificato e conciato (Disciplinare SIGRAD).
Al momento della semina occorre conservare un campione di seme per
ogni lotto utilizzato, assieme al relativo cartellino.
Punti di monitoraggio Monitoraggio (qualitativo e CCP igienico sanitario)
e verifica
Parametro da
controllare
Utilizzo di seme certificato, appartenente a una delle varietà previste dal
contratto di coltivazione
Limiti di riferimento
Criticità: utilizzo di seme non certificato
Procedure di
controllo
Verifica della documentazione di acquisto e dei documenti di
accompagnamento.
Verifica se necessario del campione di seme conservato per ogni lotto
utilizzato e del relativo cartellino.
Frequenza
Per ogni lotto definito dalle superfici di terreno di un centro aziendale nelle
quali è coltivata la stessa varietà di grano duro.
Responsabile
Responsabile del centro di stoccaggio o un suo delegato.
Azioni correttive
Stoccaggio separato per i lotti derivanti da seme non certificato o di incerta
origine.
Pericolo possibile
(qualitativo)
2) Non rispetto dei requisiti minimi di
• proteine (qualità e quantità)
• indice di giallo
Fattori di pericolo
Materiali: varietà non adeguate per la produzione richiesta dai semolifici.
Azioni preventive
Occorre usare per la semina le varietà previste dal contratto di coltivazione.
Documenti
Contratto di coltivazione, scheda agronomica, cartellino seme
(registrazione nel sistema informatico).
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OPERAZIONE
COLTIVAZIONE
Luogo
Campo
Descrizione
Coltivazione
Pericolo possibile
(igienico sanitario)
1) Presenza di residui di trattamenti antiparassitari oltre i limiti di
legge o non ammessi
Fattori di pericolo
• Materiali: prodotti antiparassitari non registrati per la coltura del grano
duro.
• Processi: mancato rispetto delle dosi consigliate e dei tempi di carenza.
Azioni preventive
• Informare il fornitore sulle dosi e tempi di carenza dei prodotti
antiparassitari e sui prodotti registrati per la coltura.
• Impegnare i fornitori a fornire garanzie sulla conduzione della difesa
fitosanitaria in campo e in magazzino;disponibilità della scheda
agronomica compilata dagli agricoltori.
Documenti
Registrazione nel sistema informatico / scheda agronomica delle pratiche
agronomiche di difesa fitosanitaria applicate.
Pericolo possibile
(igienico sanitario)
2) Attacchi di Fusarium/ microrganismi fungini patogeni
responsabili della produzione di micotossine
Fattori di pericolo
• Ambiente: andamento climatico favorevole all’aumento del potenziale di
inoculo.
Azioni preventive
• il servizio tecnico del centro di stoccaggio deve aver concordato col
produttore i trattamenti fitosanitari adeguati in particolare per la difesa
dai patogeni fungini. Le modalità e i tempi di esecuzione di tali interventi
devono considerare la specificità della varietà e dell’areale di coltivazione
e tenere conto dell’eventuale manifestarsi di sintomi indicativi dello stato
fitosanitario della coltura;
• in prossimità della raccolta i tecnici del centro di stoccaggio eseguono
un controllo dello stato fitosanitario della coltura presso tutte le aziende
agricole inserite nel contratto di coltivazione. Tale sopralluogo è atto
a realizzare una mappatura delle aree e degli appezzamenti oggetto
di attacchi particolari. Tale mappatura sarà registrata sul sistema
informatico disponibile presso il centro di stoccaggio che contiene tutti i
dati relativi ai fornitori.
Documenti
Registrazione degli interventi fitosanitari attuati nel sistema informatico /
scheda agronomica.
Registrazione del risultato dei controlli e dell’elenco delle aree e degli
appezzamenti oggetto di attacchi particolari sul sistema informatico/scheda
agronomica. Esso contiene tutti i dati relativi ai fornitori ed è disponibile
agli addetti al ricevimento presso il centro di stoccaggio.
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TRACCIABILITÀ NELLA FILIERA GRANO DURO
Pericolo possibile
(qualitativo)
Non raggiungimento dei parametri minimi di proteine previsti dal
contratto di coltivazione
Fattori di pericolo
• Ambiente: carenza di fertilità del terreno.
• Processi: inadeguate fertilizzazioni azotate.
Azioni preventive
• Il servizio tecnico del centro di stoccaggio deve aver concordato col
produttore le pratiche agronomiche adeguate per il rispetto dei parametri
minimi di proteine previsti dai contratti di coltivazione (ad esempio
l’applicazione di concimazione azotata frazionata).
• Il servizio tecnico del centro di stoccaggio esegue un’attenta valutazione,
con modalità visiva o strumentale, dello stato nutritivo del grano duro.
Il servizio tecnico, se necessario, pianifica in accordo col produttore,
una concimazione azotata tardiva, da eseguirsi nella fase di botticellaspigatura.
Punti di monitoraggio Analisi del terreno (punto di verifica).
e verifica
Parametro da
controllare
Presenza di nutrienti nel terreno e caratteristiche fisico chimiche del
terreno.
Limiti di riferimento
A seconda delle caratteristiche pedologiche della zona.
Procedure di
controllo
Prelievo di campioni di terreno secondo la procedura definita e loro invio al
laboratorio per l’analisi secondo le metodiche riconosciute.
Frequenza
Una analisi ogni 5 anni rappresentativa dell’appezzamento coltivato a grano
duro nell’azienda.
Responsabile
Titolare impresa agricola.
Azioni correttive
In caso di inadeguate dotazioni di nutrienti o di caratteristiche chimico
fisiche da migliorare occorre creare un piano di distribuzione di concimi e/o
ammendanti.
Documenti
Scheda agronomica.
Pericolo possibile
(igienico sanitario)
Contaminazione da metalli pesanti e prodotti chimici inquinanti
Fattori di pericolo
• Ambiente: presenza di siti inquinanti /inquinamento del terreno da
scarichi abusivi.
Azioni preventive
• Sensibilizzare il produttore al controllo delle fonti di potenziale
inquinamento nel proprio territorio di competenza.
• Sopralluoghi del servizio tecnico della struttura di ritiro e stoccaggio per
verificare eventuali problemi.
Punti di monitoraggio Verifica di possibili contaminazioni sulle piante e sul prodotto.
e verifica
Parametro da
controllare
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Metalli pesanti, diossina, etc.
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Limiti di riferimento
Presenza oltre i limiti di legge.
Procedure di
controllo
Prelievo di campioni di piante o di prodotto, a seconda del grado di
avanzamento dello stadio vegetativo. Analisi di laboratorio.
Frequenza
Ogni qualvolta si possa rendere necessario.
Responsabile
Titolare impresa agricola.
Azioni correttive
Segregazione del prodotto.
Documenti
Scheda agronomica (annotazione).
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TRACCIABILITÀ NELLA FILIERA GRANO DURO
OPERAZIONE
RACCOLTA DEL PRODOTTO
Luogo
Campo
Descrizione
Raccolta con mietitrebbia
Pericoli possibili
(igienico sanitari e
qualitativi)
1) Umidità del prodotto non adeguata.
2) Possibilità di rottura delle cariossidi durante le operazioni di
trebbiatura.
3) Contaminazione del prodotto raccolto con residui presenti nella
mietitrebbia.
Fattori di pericolo
• Processi: periodo di raccolta non corretto.
• Attrezzature: inadeguata regolazione del funzionamento delle parti
trebbianti.
Azioni preventive
• il servizio tecnico della cooperativa fa formazione /informazione agli
agricoltori sul momento adeguato e le modalità corrette di raccolta.
• Adeguata regolazione degli elementi trebbianti.
• Pulizia della mietitrebbia.
Documenti
Scheda agronomica.
OPERAZIONE
TRASPORTO DEL PRODOTTO AL CENTRO DI STOCCAGGIO
Descrizione
Carico del prodotto in campo e trasporto con camion e rimorchi al centro di
stoccaggio.
Pericoli possibili
(igienico sanitari e
qualitativi)
1) Contaminazione del prodotto raccolto con residui presenti nel
mezzo di trasporto.
Fattori di pericolo
• Mezzi e attrezzature: mezzo di trasporto non completamente pulito dai
residui del precedente carico.
Azioni preventive
• Informare il fornitore sulle buone regole di trasporto.
• Pulizia dei camion e dei rimorchi.
Documenti
Istruzione operativa ”Modalità di trasporto del grano duro”.
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OPERAZIONE
RICEVIMENTO DELLA MERCE, CAMPIONAMENTO, PESATURA
Luogo
Fossa di ricevimento, pesa.
Descrizione
Ricevimento, campionamento, pesatura e scarico del prodotto. Il
ricevimento può interessare prodotto al momento della raccolta oppure
prodotto che ha già subito un periodo di stoccaggio presso altri magazzini.
Pericolo possibile
1) Condizioni del prodotto favorevoli allo sviluppo di
contaminazioni biologiche e alle infestazioni: umidità del
prodotto elevata (igienico sanitario).
Fattori di pericolo
• Prodotto ritirato al momento della raccolta: elevata umidità.
• Prodotto ritirato dopo un periodo di stoccaggio: umidità elevata dovuta
ad improprie condizioni di stoccaggio.
Azioni preventive
• Organizzare la raccolta in modo da permettere una adeguata essiccazione
del prodotto.
• Informare i produttori sul momento più opportuno per la raccolta.
• Controllo del prodotto in entrata su tutte le partite, strumentale e visivo.
Punti di monitoraggio Monitoraggio (CCP igienico sanitario).
e verifica
Parametro da
controllare
% di Umidità del prodotto.
Limiti di riferimento
Normalità <13%; Criticità >14%.
Procedure di
controllo
Campionamento con sonda pneumatica secondo la norma UNI 10243:1994.
Campione di 5 kg dalla motrice e dall’eventuale rimorchio (5+5).
Controllo strumentale sul campione prelevato.
Frequenza
Ad ogni approvvigionamento.
Responsabile
Addetto al ricevimento.
Azioni correttive
Si effettua essiccazione o ventilazione del prodotto in caso di umidità entro
il 14%, Per livelli superiori occorre effettuare uno stoccaggio separato per
valutare la successiva destinazione più opportuna.
Documenti
Registro informatico delle partite in accettazione dove si registra l’esito del
controllo e la destinazione data al prodotto.
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TRACCIABILITÀ NELLA FILIERA GRANO DURO
Pericolo possibile
2) Presenza di insetti o di tracce di contaminazione animale
(igienico sanitario e qualitativo)
Fattori di pericolo
• Prodotto: contaminazione da improprie condizioni di stoccaggio
precedente.
• Processo: trasporto su mezzi non puliti dai residui di prodotto
contaminato.
Azioni preventive
• Informare il fornitore sulle buone regole di (eventuale) stoccaggio e
trasporto.
• Verifica della pulizia dei camion e dei rimorchi utilizzati nel trasporto.
• Controllo del prodotto in entrata su tutte le partite, visivo ed
entomologico.
• Formazione del personale addetto al controllo sulla capacità di rilevare le
contaminazioni.
Punti di monitoraggio Monitoraggio (CCP igienico sanitario).
e verifica
Parametro da
controllare
Presenza di insetti (adulti o larve) o di tracce di contaminazione animale
(roditori, gatti, uccelli).
Limiti di riferimento
Criticità: Assenza totale di insetti adulti; Assenza di qualsiasi traccia di
contaminazione animale (escrementi, peli, piume).
Procedure di
controllo
Per tutte le partite:
Campionamento del prodotto secondo la norma UNI 10243. Campione di 5
kg dalla motrice e dall’eventuale rimorchio (5+5).
Per le partite ritirate nel periodo di raccolta:
Controllo visivo sul campione prelevato.
Per le partite ritirate dopo un periodo di stoccaggio presso altri magazzini:
Controllo entomologico mediante setacciamento di una frazione del
campione.
Frequenza
Ad ogni approvvigionamento.
Responsabile
Addetto al ricevimento.
Azioni correttive
Stoccaggio separato.
Documenti
Registro informatico delle partite in accettazione, dove si registra l’esito del
controllo e la destinazione data al prodotto.
Registrazione dell’esito della verifica sullo stato di pulizia dei camion e dei
rimorchi utilizzati nel trasporto.
LA
RICERCA
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ET AL.
Pericolo possibile
(igienico sanitario
e qualitativo)
3) Presenza elevata di impurità e cariossidi danneggiate
Fattori di pericolo
• Mezzi: inadeguata regolazione e pulizia della mietitrebbia.
• Processo: inadeguata pulizia del mezzo di trasporto.
Azioni preventive
• Informare il fornitore sulle buone regole di (eventuale) stoccaggio e
trasporto.
• Verifica della pulizia dei camion e dei rimorchi utilizzati nel trasporto.
• Controllo del prodotto in entrata su tutte le partite, strumentale e visivo;
• Verifica del prodotto da parte dell’addetto al ricevimento2;
• Sensibilizzare i produttori sulla corretta difesa fitosanitaria del prodotto;
• Sensibilizzare i produttori sul controllo della pulizia e della regolazione
della mietitrebbia;
• Trattamento di pulitura del prodotto.
Punti di monitoraggio Monitoraggio (qualitativo e CCP igienico sanitario)
e verifica
Parametro da
controllare
Presenza elevata di impurità e cariossidi danneggiate
Limiti di riferimento
Passaggio al vaglio (20x1,9mm):
Altre impurità nulle rifiutate al vaglio:
Impurità farinose:
Cariossidi di grano tenero:
Cariossidi bianconate:
Cariossidi avariate o cariate:
Semi nocivi:
Segale cornuta:
Muffe:
>5,0% in peso
(vedi Disciplinare SIGRAD)
>1,0% in peso
>1,0% in peso
>0,5% in peso
>25% in peso
assenza totale
assenza totale
assenza totale
assenza totale
Procedure di
controllo
Campionamento del prodotto secondo la norma UNI 10243. Campione di 5
kg dalla motrice e dall’eventuale rimorchio (5+5).
Controllo visivo sul campione prelevato.
Occorre verificare per le partite segnalate se è presente un effettivo
danno alle cariossidi e registrare sul sistema informatico il destino dato al
prodotto.
Frequenza
Ad ogni approvvigionamento.
Responsabile
Addetto al ricevimento.
Azioni correttive
Stoccaggio separato.
Documenti
Registro informatico delle partite in accettazione dove si registra l’esito del
controllo e la destinazione data al prodotto.
2 In questa fase chi è preposto al ricevimento sarebbe facilitato dall’avere a disposizione l’elenco degli appezzamenti nei quali fossero stati rilevati in campo particolari attacchi di Fusarium.
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LA
RICERCA
SIGRAD
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
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LA
TRACCIABILITÀ NELLA FILIERA GRANO DURO
Pericolo possibile
(qualitativo)
4) Parametri qualitativi inadeguati per la commercializzazione del
prodotto:
• peso specifico
• proteine
Fattori di pericolo
• Ambiente: condizioni climatiche sfavorevoli.
• Processi: inadeguate concimazioni e difesa fitosanitaria.
Azioni preventive
• Il servizio tecnico del centro di stoccaggio deve aver concordato col
produttore le pratiche agronomiche adeguate per il rispetto dei parametri
minimi di peso specifico previsti dai contratti di coltivazione.
• Stoccaggio separato per contenuto proteico differente. In caso di annate
particolarmente difficili il parametro di soglia viene abbassato così da non
compromettere un certo equilibrio tra il prodotto ad alto livello di proteine
e il prodotto a basso livello di proteine.
Punti di monitoraggio Monitoraggio (qualitativo).
e verifica
Parametro da
controllare
Peso specifico.
Proteine.
Limiti di riferimento
Criticità: peso specifico < 78,0 kg/hl; proteine: <12,5% s.s.
Procedure di
controllo
Campionamento secondo quanto previsto dalla norma UNI 10243.
Campione di 5 kg dalla motrice e dall’eventuale rimorchio (5+5).
Controllo strumentale del campione prelevato.
Frequenza
Ad ogni approvvigionamento.
Responsabile
Addetto al ricevimento.
Azioni correttive
Stoccaggio separato per diversi livelli di caratteristiche di qualità
(normalmente per il contenuto proteico).
Documenti
Registro informatico delle partite in accettazione dove si registra l’esito del
controllo e la destinazione data al prodotto.
LA
RICERCA
SIGRAD
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ATALLAH
ET AL.
Pericolo possibile
5) Perdita di rintracciabilità nella fase di ritiro del prodotto
Fattori di pericolo
Operatori: mancata realizzazione delle registrazioni necessarie.
Processi: inadeguata pianificazione del sistema di rintracciabilità.
Azioni preventive
Occorre pianificare un sistema di rintracciabilità con metodi rigorosi di
identificazione e tracciabilità dei prodotti in ogni fase:
• Scheda agronomica con registrazione degli appezzamenti di coltivazione;
• Documento di trasporto al centro di stoccaggio;
• Registrazione delle partite di prodotto in entrata;
• Formazione dei produttori e degli operatori addetti al ritiro.
Punti di monitoraggio Monitoraggio.
e verifica
Parametro da
controllare
Identificazione del prodotto (varietà, azienda di provenienza;
appezzamento); disponibilità della scheda agronomica; documento di
trasporto.
Limiti di riferimento
Criticità: mancata identificazione certa dell’origine del prodotto.
Procedure di
controllo
Verifica visiva del mezzo, verifica dei documenti di accompagnamento,
verifica dei dati pre-registrati sul catasto terreni e sull’anagrafe produttori.
Frequenza
Ad ogni approvvigionamento.
Responsabile
Addetto al ricevimento.
Azioni correttive
Stoccaggio separato per il prodotto di provenienza incerta, eventuale
declassamento.
Documenti
Registro informatico delle partite in accettazione dove si registra l’esito del
controllo e la destinazione data al prodotto.
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LA
RICERCA
SIGRAD
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
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LA
TRACCIABILITÀ NELLA FILIERA GRANO DURO
OPERAZIONE
SCARICO E IMMISSIONE DEL PRODOTTO NELLE CELLE DI
STOCCAGGIO
Luogo
Area stoccaggio cereali.
Descrizione
Immissione del prodotto nelle celle di stoccaggio.
Pericolo possibile
(igienico sanitario)
1) Contaminazioni da residui di prodotto stoccato in precedenza
(insetti, muffe).
Fattori di pericolo
Personale: inadeguata pulizia della cella di stoccaggio prima
dell’immissione di nuovo prodotto.
Azioni preventive
Attuare programmi di pulizia e di disinfestazione nelle celle vuote in attesa
di prodotto.
Documenti
Registrazione delle operazioni di pulizia e di disinfestazione effettuate.
Pericolo possibile
(igienico sanitario)
2) Contaminazioni da residui di prodotto debiotizzante utilizzato in
pre-stoccaggio.
Fattori di pericolo
• Materiali: utilizzo di principi attivi per la disinfestazione delle celle non
registrati per l’utilizzo diretto sul prodotto in conservazione; cattiva
erogazione del prodotto disinfestante durante il trattamento.
• Processo: cattiva regolazione dell’apparato di applicazione.
Azioni preventive
• Utilizzare prodotti registrati per l’utilizzo rispettando dosi e tempi di
carenza;
• Registrare data e dati tecnici del trattamento debiotizzante effettuato;
• Registrare la data di inizio riempimento della cella.
Documenti
Registrazione di data e dati tecnici del trattamento debiotizzante effettuato
e della data di inizio riempimento della cella.
Pericolo possibile
(qualitativo)
3) Formazione di lotti di produzione disomogenei.
Fattori di pericolo
Processo: inadeguata pianificazione delle attività di ricevimento.
Azioni preventive
Determinare il parametro critico dell’annata in corso (proteine in primo
luogo, peso specifico), solitamente già determinabile nei primi giorni di
ricevimento, e in base ad esso organizzare lo stoccaggio differenziato.
Documenti
Documento di registrazione dei lotti in stoccaggio.
LA
RICERCA
SIGRAD
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
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ATALLAH
ET AL.
OPERAZIONE
STOCCAGGIO
Luogo
Area stoccaggio cereali.
Descrizione
Stoccaggio del prodotto nelle celle.
Pericolo possibile
(igienico sanitario)
1) Rischio di sviluppo microbico e di insetti nel corso dello
stoccaggio.
Fattori di pericolo
• Impianti e attrezzature: scarsa pulizia.
• Condizioni del prodotto: umidità elevata allo stoccaggio.
Azioni preventive
• Mantenere sotto controllo le temperature nella massa ed i livelli di
umidità;
• Ridurre i tempi di conservazione anche attraverso la rotazione delle
derrate;
• Attuare riciclo e ventilazione della massa, refrigerazione forzata quando
possibile;
• Mantenere condizioni ottimali di pulizia nelle celle di stoccaggio e nelle
aree circostanti;
• Curare la tenuta delle celle di stoccaggio;
• Attuare la derattizzazione;
• Adeguata formazione e addestramento per il personale addetto allo
stoccaggio.
Punti di monitoraggio Analisi di verifica (igienico sanitaria).
e verifica
Parametro da
controllare
• Temperatura;
• Umidità;
• Presenza di insetti.
Limiti di riferimento
Criticità: Temperatura: aumento improvviso di 7-8°C in 3 o 4 giorni
Umidità: >13,5%; Presenza di insetti: positiva.
Procedure di
controllo
Controllo strumentale di temperatura e umidità; controllo visivo della
presenza di insetti.
Frequenza
Controllo giornaliero della temperatura.
Laddove possibile (magazzini orizzontali) prelievo di un campione con
controllo dell’umidità e visivo degli insetti una volta ogni 14 giorni.
Responsabile
Responsabile dello stoccaggio.
Azioni correttive
Ricircolo e/o ventilazione.
Verificare la presenza di insetti e se l’esito del controllo è positivo
procedere con una disinfestazione.
Documenti
Documento di registrazione delle partite in conservazione sul sistema
informatico.
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TRACCIABILITÀ NELLA FILIERA GRANO DURO
Pericolo possibile
(igienico sanitario)
2) Contaminazione da parte di animali e corpi estranei
Fattori di pericolo
• Infrastrutture: insufficiente tenuta delle celle di stoccaggio.
• Processo: inadeguato sistema di derattizzazione e controllo degli animali
infestanti (volatili, insetti, etc.).
Azioni preventive
• Attuare interventi di derattizzazione e sistemi di monitoraggio degli
insetti volanti e striscianti;
• Controllare le aperture delle celle verso l’esterno (protezioni con
zanzariere).
Documenti
Registrazione degli interventi di disinfestazione e derattizzazione.
Pericolo possibile
(igienico sanitario)
3) Rischio di crescita di muffe e sviluppo di micotossine
Fattori di pericolo
• Metodi di conservazione: mancanza di riciclo e ventilazione delle celle di
stoccaggio, inadeguata pulizia del grano, elevata umidità del prodotto;
• Impianti e attrezzature: punti di caduta troppo alti (rotture e
danneggiamenti delle cariossidi);
• Cattiva tenuta delle celle di stoccaggio;
• Cattiva pulizia delle celle;
• Mancanza di rilevatori di temperatura.
Azioni preventive
• Mantenere sotto controllo le temperature nella massa ed i livelli di
umidità;
• Ridurre i tempi di conservazione anche attraverso la rotazione delle
derrate;
• Adeguata pulizia e disinfestazione delle celle prima del carico;
• Adeguata pulizia del grano al carico della cella;
• Sorveglianza anche visiva delle condizioni dell’ammasso;
• Attuare riciclo e ventilazione della massa, refrigerazione forzata quando
possibile;
• Controllo visivo e olfattivo.
Punti di monitoraggio Monitoraggio delle temperature.
e verifica
Analisi di verifica (igienico sanitaria).
Parametro da
controllare
Temperatura.
Presenza di micotossine.
Limiti di riferimento
Criticità: Superamento dei limiti previsti dalla normativa vigente per il
contenuto di micotossine.
Aumento della temperatura tra due controlli di più di 5 °C.
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Procedure di
controllo
Temperatura: rilevamento della temperatura da sonde fisse o da sonde
termometriche con frequenza di almeno 14 giorni nella stagioni calde e
temperate (primavera e autunno).
Creazione di un coacervo rappresentativo della cella o delle celle di
stoccaggio.
Controllo analitico di laboratorio su un campione rappresentativo della
massa in stoccaggio con metodo HPLC.
Per i primi 4 mesi di stoccaggio, il campione è ottenuto dal coacervo
formato dai campioni estratti in fase di ritiro; successivamente il campione
è ottenuto dal coacervo formato da campioni estratti direttamente dalle
celle di stoccaggio.
Frequenza
Un campione tratto da un coacervo rappresentativo di circa 300 t di
prodotto. È possibile creare un coacervo rappresentativo di più celle di
stoccaggio. L’ampiezza del coacervo (uno per ogni cella o uno per più celle)
deve tener conto della criticità dell’areale e dell’annata in corso in termini
di presenza di fusariosi e micotossine.
Responsabile
Addetto al ricevimento per il coacervo formato in fase di ritiro.
Responsabile dello stoccaggio per il coacervo formato in fase di stoccaggio.
Azioni correttive
Il prodotto contenuto nel silos contaminato viene sottoposto a ripulitura
con setacciatura e ventilazione e sottoposto ad ulteriore controllo analitico
di verifica. In caso di riscontro positivo occorre isolare il lotto.
Documenti
Referto analitico, registrazione dei controlli delle temperature nel corso
dello stoccaggio.
Pericolo possibile
(igienico sanitario)
4) Presenza di residui dei trattamenti antiparassitari in campo oltre
i limiti di legge
Fattori di pericolo
• Operatori (produttori): mancato rispetto delle dosi e dei tempi di carenza.
• Attrezzature per l’applicazione dei fitofarmaci non adeguate.
Azioni preventive
• Formazione degli operatori addetti ai trattamenti antiparassitari.
• Utilizzo di prodotti registrati per la coltura nel rispetto delle dosi prescritte
e dei tempi di carenza.
• Manutenzione e controllo periodico delle macchine irroratrici.
Punti di monitoraggio Analisi di verifica (igienico sanitaria).
e verifica
Parametro da
controllare
Residui di fitofarmaci.
Limiti di riferimento
Criticità: Mancato rispetto degli RMA di legge.
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TRACCIABILITÀ NELLA FILIERA GRANO DURO
Procedure di
controllo
- Creazione di un coacervo rappresentativo della cella o delle celle di
stoccaggio.
- Analisi di laboratorio sui residui di fitofarmaci sul campione ottenuto dal
coacervo.
Il campione è ottenuto dal coacervo formato dai campioni estratti in fase di
ritiro nei primi quattro mesi di stoccaggio; successivamente il campione è
ottenuto dal coacervo formato da campioni estratti direttamente dalle celle
di stoccaggio.
Frequenza
Un campione tratto da un coacervo rappresentativo di circa 300 t di
prodotto. È possibile creare un coacervo rappresentativo di più celle di
stoccaggio.
Responsabile
Addetto al ricevimento per il coacervo formato in fase di ritiro.
Responsabile dello stoccaggio per il coacervo formato in fase di stoccaggio.
Azioni correttive
Effettuare ricircolo e pulitura e ripetere le analisi. In caso di esito positivo
segregare la merce.
Documenti
Referto analitico.
Pericolo possibile
(igienico sanitario)
5) Presenza di residui non consentiti dei trattamenti di
disinfestazione delle celle di stoccaggio
Fattori di rischio
• Materiali: utilizzo di principi attivi per la disinfestazione delle celle non
registrati per l’utilizzo diretto sul prodotto in conservazione;
• Attrezzature: cattiva regolazione delle attrezzature per l’applicazione.
Azioni preventive
• Utilizzo di principi attivi per la disinfestazione registrati anche per
l’utilizzo diretto sul prodotto;
• Formazione degli addetti alle corrette procedure;
• Manutenzione e controllo degli erogatori.
Punti di monitoraggio Analisi di verifica (igienico sanitaria).
e verifica
Parametro da
controllare
Residui di fitofarmaci.
Limiti di riferimento
Criticità: Mancato rispetto degli RMA di legge; residui di prodotti non
registrati per l’utilizzo sul prodotto.
Procedure di
controllo
- Creazione di un coacervo rappresentativo della cella o delle celle di
stoccaggio attraverso campioni estratti direttamente dalle celle di
stoccaggio;
- Analisi di laboratorio sui residui di fitofarmaci sul campione ottenuto dal
coacervo.
Frequenza
Un campione tratto da un coacervo rappresentativo di circa 300 t di
prodotto. È possibile creare un coacervo rappresentativo di più celle di
stoccaggio.
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Responsabile
Responsabile dello stoccaggio per il coacervo formato in fase di stoccaggio.
Azioni correttive
Effettuare ricircolo e pulitura e ripetere le analisi. In caso di esito positivo
segregare la merce.
Documenti
Referto analitico; Registro dei trattamenti di disinfestazione delle celle.
Pericolo possibile
(igienico -sanitario)
6) Perdita di rintracciabilità in fase di stoccaggio
Fattori di rischio
• Operatori: mancate registrazioni delle celle di stoccaggio e delle
operazioni di trasferimento del prodotto.
Azioni preventive
• Pianificazione di un sistema di rintracciabilità con metodi di identificazione
e tracciabilità in tutte le fasi (registro dei movimenti di magazzino);
• Formazione degli operatori addetti alla tracciabilità.
Punti di monitoraggio Analisi di verifica (igienico sanitaria).
e verifica
Parametro da
controllare
Residui di fitofarmaci.
Limiti di riferimento
Criticità: Mancato rispetto degli RMA di legge; residui di prodotti non
registrati per l’utilizzo sul prodotto.
Procedure di
controllo
- Creazione di un coacervo rappresentativo della cella o delle celle di
stoccaggio attraverso campioni estratti direttamente dalle celle di
stoccaggio.
- Analisi di laboratorio sui residui di fitofarmaci sul campione ottenuto dal
coacervo.
Frequenza
Un campione tratto da un coacervo rappresentativo di circa 300 t di
prodotto. È possibile creare un coacervo rappresentativo di più celle di
stoccaggio.
Responsabile
Responsabile dello stoccaggio per il coacervo formato in fase di stoccaggio.
Azioni correttive
Effettuare ricircolo e pulitura e ripetere le analisi. In caso di esito positivo
segregare la merce.
Documenti
Referto analitico; registro dei trattamenti di disinfestazione delle celle.
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TRACCIABILITÀ NELLA FILIERA GRANO DURO
OPERAZIONE
TRATTAMENTO CON ANTIPARASSITARI IN STOCCAGGIO
Luogo
Area stoccaggio cereali.
Descrizione
Trattamento con antiparassitari del prodotto in stoccaggio.
Pericolo possibile
(igienico sanitario)
1) Contaminazione da residui di antiparassitari per trattamenti in
stoccaggio
Fattori di pericolo
• Operatori: mancato rispetto delle dosi e dei tempi di carenza;
• Attrezzature per l’applicazione degli antiparassitari non adeguate.
Azioni preventive
• Formazione degli operatori addetti ai trattamenti antiparassitari;
• Utilizzo di prodotti registrati per il cereale nel rispetto delle dosi prescritte
e dei tempi di carenza;
• Manutenzione e controllo periodico delle attrezzature irroratrici.
Punti di monitoraggio Analisi di verifica (igienico sanitaria).
e verifica
Parametro da
controllare
Presenza di residui del prodotto utilizzato per la disinfestazione della merce
in stoccaggio.
Criteri di riferimento
Criticità: Mancato rispetto degli RMA di legge.
Procedure di
controllo
Creazione di un coacervo rappresentativo della cella o delle celle di
stoccaggio, campionamento tramite prelievo di frazioni di prodotto in un
ricircolo o durante il trattamento. Analisi di laboratorio (trascorso il periodo
di carenza) sui residui di fitofarmaci sul campione ottenuto dal coacervo.
Frequenza
Un campione dalla prima cella che viene commercializzata.
Responsabile
Responsabile dello stoccaggio.
Azioni correttive
Segregazione del prodotto.
Documenti
Referti analitici; registro dei trattamenti effettuati nel corso dello
stoccaggio.
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OPERAZIONE
CARICO E PESATURA PER LA SPEDIZIONE
Luogo
Tramogge di carico.
Descrizione
Carico degli automezzi per la spedizione tramite reddler, tramoggia di
carico, pala.
Pericolo possibile
1) Perdita di rintracciabilità in fase di stoccaggio
Fattori di rischio
• Operatori: mancate registrazioni delle celle di stoccaggio e delle
operazioni di trasferimento del prodotto.
Azioni preventive
• Pianificazione di un sistema di rintracciabilità con metodi di identificazione
e tracciabilità in tutte le fasi (registro dei movimenti di magazzino);
• Formazione degli operatori addetti alla tracciabilità.
Punti di monitoraggio Monitoraggio.
e verifica
Parametro da
controllare
Possibilità di risalire dai lotti in fase di stoccaggio (celle di stoccaggio) ai
lotti di ritiro.
Limiti di riferimento
Criticità: mancata possibilità di risalire alla tracciabilità del prodotto.
Procedure di
controllo
Verifica del registro dei movimenti in magazzino e del registro delle partite
di ritiro.
Frequenza
In occasione della preparazione di ogni spedizione di prodotto.
Responsabile
Responsabile dello stoccaggio.
Azioni correttive
Identificare il prodotto non tracciato ed eventualmente declassare.
Documenti
Registro dei movimenti in magazzino, registro delle partite di ritiro.
Pericolo possibile
(igienico sanitario)
2) Condizioni di pulizia del mezzo di trasporto non idonee.
Fattori di pericolo
Personale: inadeguata pulizia del mezzo di trasporto.
Azioni preventive
Controllo visivo da parte dell’addetto al carico dello stato di pulizia del
mezzo di trasporto.
Documenti
Registrazione dell’esito della verifica dello stato di pulizia del mezzo di
trasporto.
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TRACCIABILITÀ NELLA FILIERA GRANO DURO
BIBLIOGRAFIA
Code of practice for the prevention and reduction
of mycotoxin contamination in cereals, including
annexes on ochratoxin A, zearalenone, fumonisins and tricothecenes, Codex Alimentarius Commission, CAC/RCP 51-2003.
Desiderio E., G. Aureli, D. Conti, G. Mazzieri, M.
Pascale, A. Belocchi, M. Fornara, (2009). Percorsi
produttivi per la prevenzione della contaminazione da deossinivalenolo (DON) nel frumento
duro. I georgofili, Firenze 2009, 93- 104.
Desiderio E. (2009). Obiettivi e articolazioni del
progetto interregionale MICOCER. I georgofili,
Firenze 2009, 15-22.
Pancaldi D., I. Alberti. Le micotossine nella filiera
LA
RICERCA
SIGRAD
del frumento: risvolti agronomici e gestionali.
Seminario “Le micotossine: nuovi scenari nella
filiera cerealicola e agroalimentare” – Bologna 12
giugno 2008.
Pascale M., M. Haidukowski, A. Visconti, G. Aureli,
M. G. D’Egidio, E. Desiderio, L. Plizzari, M. Corbellini, (2009). Confronto fra metodi ELISA e
HPLC per la determinazione del deossinivalenolo (DON) in frumento tenero e duro. I georgofili,
Firenze 2009, 47- 56.
Recommended international code of practice – general principles of food hygiene, Codex Alimentarius Commission, CAC/RCP 1-1969, Rev. 4-2003.
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
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La tracciabilità nella filiera grano duro:
come monitorare il movimento dei lotti
di cereale in un silo
Davide Barnabè a, Augusto Bianchini b1, Valeria Casadei b,
Cesare Saccani b, Irene Della Ghezzac, Maroun Atallah c
a
b
Agri 2000 soc. coop.,Via Indipendenza 74, 40121 Bologna.
Plant Engineering S.r.l., Via Bagnolo 17, 26838 Tavazzano (Lo).
c
Barilla G. e R. Fratelli S.p.A., Via Mantova 166, 43122 Parma.
Riassunto
Nei processi di produzione di alimenti, la tracciabilità, oltre che essere obbligo di legge,
è un elemento sempre più importante per il controllo della qualità e dei parametri di sicurezza alimentare.
La tracciabilità permette di isolare un lotto di produzione in caso di emergenze, dovute,
ad esempio, alla contaminazione da parte di sostanze pericolose, e consente al produttore e
agli organi preposti di gestire e controllare eventuali situazioni di pericolo attraverso l’identificazione dei lotti potenzialmente a rischio.
La norma UNI EN ISO 22005:20082, fornisce i principi e specifica i requisiti per progettare ed attuare un sistema di rintracciabilità nel settore agroalimentare. Si tratta di una
norma appartenente alla stessa famiglia della norma UNI EN ISO 22000 “Sistemi di gestione per la sicurezza alimentare”.
Il sistema di rintracciabilità si applica anche alle filiere dei prodotti derivati dai cereali e
in particolare alla filiera del grano duro (Triticum turgidum var. durum Desf.).
Uno dei problemi principali per la rintracciabilità dei cereali è l’organizzazione delle fasi
di raccolta e stoccaggio del prodotto. Normalmente le aziende agricole vendono o conferiscono il prodotto a centri dotati di strutture di stoccaggio di grandi dimensioni. Le celle di stoccaggio (sili) vanno da poche decine a qualche centinaio di tonnellate di capacità. Pertanto in
ciascuna cella sono presenti, miscelate in maniera più o meno uniforme, partite provenienti
da numerosi produttori.
I centri di stoccaggio cercano di dividere nelle diverse celle il prodotto secondo parametri
qualitativi omogenei, in modo da facilitarne il collocamento sul mercato.
In tutte le fasi di stoccaggio non è tuttavia sempre possibile mantenere la rintracciabilità
dei lotti elementari che sono stati aggregati in un’unica cella. Anche immaginando una cella in cui sia possibile un perfetto funzionamento FIFO (First In First Out), non si possono
1 Autore per la corrispondenza: Augusto Bianchini, [email protected].
2 UNI EN ISO 22005:2008 “Rintracciabilità nelle filiere agroalimentari - principi generali e requisiti di
base per la progettazione e l’attuazione dei sistemi di rintracciabilità”.
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evitare i movimenti di assestamento del prodotto all’interno della cella stessa, dopo il carico,
con un conseguente, seppur lieve, miscelamento dei lotti.
Tutto questo comporta delle difficoltà nel controllo delle caratteristiche qualitative e dei
parametri di sicurezza del prodotto in uscita. Esistono studi, condotti a partire dagli anni
’70, con l’obiettivo di determinare le leggi che descrivono il movimento di un prodotto granulare all’interno di un silo per lo scarico in caduta.
Analizzate le caratteristiche del flusso del grano all’interno di un silo verticale a fondo conico, il presente articolo illustra gli stadi di progettazione di un tipico silo atto allo
stoccaggio di grano duro. La corretta progettazione del silo, oltre a consentire di evitare la
formazione di archi e accumuli addossati alle pareti del silo stesso, può avvicinare lo scarico
di materiale ad una logica FIFO (First In, First Out).
Questo meccanismo di flusso risulta essere interessante per una migliore conservazione
del grano, evitando una permanenza troppo prolungata di una parte del prodotto nel silo
stesso e dunque il suo deterioramento, oltre alla perdita di tracciabilità. Per di più la conoscenza e la possibilità di controllo della dinamica di scarico dei sili è importante anche nella
gestione della miscelazione dei lotti e dei magazzini in generale.
Abstract
Traceability, in food production processes, is a legal duty and it is an important parameter
for quality control and for food safety. The traceability allows to isolate a production line in
a situation of emergency, due for example to dangerous substances contamination and producer can manage and control dangerous situations through the identification of suspicious
quantities.
The UNI EN ISO 22005:2008 gives the principles and it highlights the standards for
traceability system designing and planning in the agro-industrial sector. This UNI is related
to UNI EN ISO 22000 “Management systems for food safety”. One of the most important problems about the traceability of wheat is the organization of the harvesting and the storage.
Generally agricultural industries sell and supply products to industries that own storage
systems of large size. The capacity of silos is between tens to hundreds of tons and then, in
each silo, several quantities, which come from different producers, are mixed. At the elevators
centres the wheat is split in different silos in accordance with quality parameters, to make
easier the market positioning. Nevertheless, during each phase of the storage it is not possible
to keep the traceability of elementary quantities joined together in a silo. Even if the flow ability of material follows the FIFO (First In, First Out) condition, there would be internal movements after which quality characteristics and security parameters can not be guaranteed.
From ‘70s there are studies about the determination of equations that describe the flow of
granular solid in a silo for the wheat dump. After wheat flow analysis in a silo characterized
by a cone-shaped bottom, the aim of the paper is to describe a silo design method for durum
wheat storage in order to guarantee its traceability. Furthermore durum wheat ((Triticum
turgidum var. durum Desf.) flow control is important in the management of quantities mixing
and of warehouse in general.
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TRACCIABILITÀ NELLA FILIERA GRANO DURO: COME MONITORARE IL MOVIMENTO DEI LOTTI DI CEREALE IN UN SILO
Premessa
La possibilità di mantenere la tracciabilità di lotti di grano caricati in successione nello
stesso silo, è determinata dalle caratteristiche di fluidificabilità del prodotto granulare e
dalle caratteristiche del silo medesimo.
In questo lavoro vengono presi in considerazioni i sili verticali a fondo conico, si tratta
innanzitutto di un modello di silo molto diffuso presso i semolifici, inoltre le caratteristiche
del movimento del grano in questi sili possono offrire indicazioni utili anche su altri tipi di
sili a scarico verticale.
Due sono i meccanismi di scarico:
- mass flow;
- core flow.
Il “mass flow” segue la logica FIFO (First In, First Out) (Figura 1), secondo la quale il
materiale che prima viene caricato nel silo, risulta essere il primo ad uscire dallo stesso e
dunque immesso sulla linea di trasporto.
Di seguito viene mostrata una rappresentazione grafica del movimento. In sostanza la
massa di solido tende a muoversi uniformemente verso il basso, confluendo allo scarico senza costituire vie preferenziali.
Figura 1. Rappresentazione della condizione di scarico “mass flow”.
Viene mostrato come tale condizione verifichi la logica FIFO(First In, First
Out) ovvero il grano che prima viene immesso nel silo, risulta essere il primo a raggiungere lo scarico.
Da tali considerazioni si deduce che la logica del mass flow è quella più adatta a consentire una chiara tracciabilità del materiale, garantendo una buona suddivisione dei lotti.
Il “core flow” (Figura 2) segue, a parte i primi istanti, una logica LIFO (Last In, First Out),
secondo la quale l’ultima frazione di prodotto introdotto nel silo risulta essere la prima ad
essere scaricata.
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Figura 2. Rappresentazione della condizione di scarico “core flow”. In questa condizione si verifica la logica LIFO (Last In, First Out), secondo la quale la prima
frazione di materiale che viene immessa nel silo sedimenta sulle pareti, con
conseguente formazione di un “canale” centrale. L’ultima frazione di materiale, fluisce attraverso il canale centrale e viene scaricata per prima sulla
linea di trasporto a valle del silo medesimo.
Tale situazione è caratterizzata dalla formazione di un “canale” centrale attraverso il
quale inizia a fluire l’ultima porzione di materiale introdotto nel silo che inizia, in tal modo,
ad essere scaricata, mentre il materiale introdotto in fase iniziale sedimenta sulle pareti del
silo stesso raggiungendo la condizione di trasporto solo in fase finale.
Questa modalità è evidentemente indesiderata poiché implica una perdita di tracciabilità del grano, in particolare della frazione di grano che sedimenta sulle pareti e che dunque
giunge allo scarico solo al termine dei cicli di alimentazione del silo stesso.
Non solo, ma il grano che rimane sedimentato alle pareti, subisce un processo di degrado
progressivo, dannoso per evidenti problemi di qualità e di sicurezza alimentare.
In questo articolo vengono forniti gli elementi di calcolo per la progettazione di sili in grado di realizzare “core flow” o “mass flow” in funzione delle esigenze specifiche del processo.
In particolare verranno definite le modalità attraverso le quali poter determinare i due
valori limite coi quali poter gestire il flusso all’interno del silo: l’angolo di inclinazione della
tramoggia e la dimensione della bocca d’uscita, in funzione delle caratteristiche del materiale da scaricare e del materiale di costruzione del silo. Lo stesso verrà effettuato sul grano
duro (Triticum turgidum var. durum Desf.).
Approccio teorico
Analizzando le condizioni di scorrevolezza del prodotto in ingresso nel silo, si nota come
il solido si presenti non consolidato appena viene depositato, mentre durante lo stoccaggio
all’interno del silo stesso sarà soggetto alla tensione principale di consolidamento σ1 (Figura 3) e dunque inizierà a consolidare, cioè a comportarsi come un solido coerente.
La tensione σ1 viene definita secondo il seguente procedimento: si raccoglie un provino di
grano duro in un cilindro a sezione circolare (Figura 3a), quindi, attraverso l’applicazione
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TRACCIABILITÀ NELLA FILIERA GRANO DURO: COME MONITORARE IL MOVIMENTO DEI LOTTI DI CEREALE IN UN SILO
di una spinta di compressione, il grano viene portato allo stato di consolidamento, ovvero
ad uno stato per cui, eliminando il contenitore, la massa mantiene la forma cilindrica. A
tale forza corrisponde una tensione σ1. Successivamente, eliminato il contenitore cilindrico
(Figura 3b), si può applicare un nuovo carico e, conseguentemente, una tensione, fino al collasso che riporta la mazza granulare allo stato di mucchio (Figura 3c). La tensione che porta
al collasso del materiale consolidato è appunto la tensione di carico. La figura successiva
illustra l’andamento delle tensioni σ1 e σc in un silo.
Figura 3. Si riempie un cilindro con del grano duro da analizzare. Si applica un carico
verticale (σ1A) che porta al consolidamento del materiale stesso. Tale σ1 è
la tensione massima di compressione del grano all’interno del silo. Successivamente viene eliminato il cilindro e il grano rimarrà nella medesima condizione di consolidamento pur senza il sostegno delle pareti. Viene dunque
applicato nuovamente un carico verticale fino a quando il materiale cederà.
La tensione che provocherà il cedimento del materiale sarà appunto σc (unconfined yield strength).
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Figura 4. Andamento della σ1 “consolidation stress”, della σc “unconfined yield strength” e della σa.
Nella Figura 4 è riportata anche la curva σa, ovvero l’andamento della tensione che si
sviluppa in corrispondenza della formazione di archi stabili, ovvero quando il materiale si
trova in una condizione di dinamica resistenza statica al moto: l’arco sostiene il materiale
sovrastante, impedendone il flusso. Come si evince, sia σa che σc variano linearmente in
funzione delle dimensioni del diametro del silo.
Le considerazioni appena proposte, possono essere riportate in forma grafica, elaborando
una curva chiamata “Flow Function FF”.
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Figura 5. Andamento della “Flow Function FF” e del “Flow Factor ff”. La FF descrive la
relazione tra tensione normale e tangenziale che scaturisce appunto dall’applicazione di un carico normale al piano, mentre la ff descrive il rapporto tra
σ1 / σ c .
In Figura 5 pone in relazione σa e σc con σ1 e definisce le condizioni di flusso da quelle di
non flusso del materiale. Pensando di suddividere il silo in anelli di altezza infinitesima, si
analizza lo stato tensionale che si sviluppa in corrispondenza dello specifico anello infinitesimo di grano duro a valle della sezione cilindrica e dunque a monte della sezione conica.
Tale anello di grano duro sarà soggetto non solo ad un carico perpendicolare al piano orizzontale dovuto al peso del prodotto sovrastante responsabile dunque dello sviluppo di una
tensione normale σ corrispondente, ma sarà soggetto anche a forze tangenziali che genereranno tensioni tangenziali σ. Tali forze tangenziali sono dovute ai moti dei chicchi e dunque
ai fenomeni di attrito che nascono tra chicco e chicco e tra chicco e parete.
La “Flow Function FF” descrive dunque le relazioni tra σ-τ in corrispondenza di diversi
carichi applicati.
Il grafico evidenzia inoltre la presenza della curva “ff flow factor” data dal rapporto σ1/
σc. Maggiore risulta essere il “flow factor ff”, maggiore sarà la “scorrevolezza” del materiale
all’interno del silo. Infatti, finché la curva ff si trova al di sotto della curva FF, si generano
archi stabili che impediscono al materiale di fluire e giungere dunque alla bocca di scarico.
Diversamente, quando la curva ff si trova al di sopra della curva FF si verifica la condizione
di flusso. Dall’intersezione della curva ff con la curva FF si ricava il valore di σc_crit necessario per determinare il minimo diametro d del silo. Tale punto d’intersezione corrisponde
all’intersezione delle curve σa e σc in Figura 4.
Dunque quando si verifica la condizione in cui σa>σc, la condizione di flusso è soddisfatta
e il prodotto fluisce, diversamente quando σa<σc si generano archi stabili che impediscono
la condizione di flusso.
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Da tali considerazioni emerge che per progettare un corretto silo di stoccaggio per il grano, è necessario ricavare i seguenti parametri:
- coefficiente di attrito interno dei chicchi di grano;
- coefficiente di attrito con la parete;
- permeabilità;
- caratteristiche di compressione.
Dovrebbero essere considerati altri fattori quali la temperatura e il grado di umidità del
materiale. Come precedentemente citato, sono stati condotti studi volti alla caratterizzazione del flusso di materiale solido nei sili e dunque alla determinazione dello stato tensionale
generato. Il più importante di tali studi è stato condotto da Jenike, il quale ha sviluppato il
“Jenike Shear Tester”. Grazie a tale teoria si ricavano i parametri necessari per un corretto
dimensionamento del silo di stoccaggio, così come verrà descritto nel paragrafo successivo.
Materiali, metodi e risultati
Il progetto intrapreso ha previsto l’analisi delle condizioni di flusso del grano in un silo.
Sono stati presi in considerazione due sili con le seguenti caratteristiche:
- un silo da 15 t che presenta un diametro di 2,3 m ed un angolo della tramoggia di 32°;
- un silo da 25 t che presenta un diametro di 2,4 m ed un angolo della tramoggia di 27°.
Figura 6. Particolare delle tramogge di scarico dei sili utilizzati per le prove sperimentali.
Si è deciso di lavorare sul silo più piccolo, che in Figura 6, risulta in posizione anteriore.
A seguito della scelta del silo è stato definito un accurato protocollo di prova che viene descritto di seguito.
Protocollo di prova:
1.
Misura dei parametri che definiscono la funzione di flusso del grano duro nello spe160
LA
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4.
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7.
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cifico materiale di costruzione del silo. Si tratta di una misura da effettuare presso
un laboratorio specializzato dotato di opportuni dispositivi.
Definizione della modalità di scarico prevista dalla funzione di flusso.
Creazione di lotti facilmente distinguibili allo scarico attraverso una colorazione
artificiale. Per distinguere facilmente i lotti allo scarico si è deciso di utilizzare
grano da seme destinato alla concia. Un lotto di questo grano può essere tinto con
il colorante utilizzato nella concia, ma senza il principio attivo, in modo da essere
facilmente distinguibile da un lotto non colorato anche nella miscelazione che avviene allo scarico. La concia vera e propria viene fatta dopo la prova, sui due lotti
miscelati, ma non ancora trattati con il principio attivo, per non compromettere la
qualità del seme per la commercializzazione.
Occorre definire con precisione la portata dello scarico. Se, ad esempio, un silo da 15
t si scarica completamente in 1h e 30 minuti, la portata è di 0,11 t al minuto.
Carico del silo con diversi lotti di prodotto. Ad esempio un primo lotto non colorato e
un secondo lotto colorato. Al carico occorre misurare la quantità caricata attraverso
una misura del tempo di carico, avendo nota la portata di carico.
Scarico del silo con prelievo di campioni elementari a intervalli regolari con il progredire dello scarico. In particolare i lotti possono essere identificati con i numeri
1 e 2 (figura successiva), secondo l’ordine di carico e quindi stratificati uno sopra
l’altro nel silo, allo scarico, in caso di core flow, si dovrebbero presentare in questo
modo allo scarico: parte lotto 1 – tutto lotto 2 – parte lotto 1. Modificando la forma
del silo per aumentare il mass flow, la parte del lotto 1 che si scarica alla fine dovrebbe ridursi fino, tendenzialmente, ad annullarsi.
I campioni elementari (150 - 200 gr di prodotto) vengono prelevati con paletta o
mestolo dalla finestra di ispezione che è sul nastro trasportatore allo scarico, a
intervalli regolari per tutta la durata dello scarico. Il campionamento così fatto rap-
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9.
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presenta la distribuzione del grano dei due lotti nel corso dello scarico. L’intervallo
di tempo tra un campione e l’altro deve essere stabilito in funzione della accuratezza necessaria per l’affidabilità dei risultati. Questo intervallo viene misurato con
un cronometro. I campioni vengono immessi in contenitori numerati e tenuti per la
successiva analisi. Nel caso in cui sia possibile indirizzare allo scarico le frazioni dei
due lotti che escono non mescolate in due sili di destinazione diversi, sarà possibile
ripetere la prova una seconda volta, con un quantitativo minore di prodotto.
Analisi visiva dei campioni elementari per determinare la composizione di ognuno
di essi tra i diversi lotti. L’analisi è condotta utilizzando tavolette alveolate in cui si
vanno a disporre 100 cariossidi, facilitando il conto di quelle colorate.
Analisi quantitativa dei campioni elementari: le frazioni di grano colorato e non
colorato vengono separate le une dalle altre e pesate singolarmente.
Confronto tra la funzione di flusso e le modalità di scarico dei lotti misurata sperimentalmente. Valutazione della possibilità di previsione della modalità di scarico
in silos di forma conosciuta.
Nello specifico caso in esame, si è provveduto a riempire metà silo con grano non colorato
e la metà superiore con grano colorato rosso. Successivamente si è proceduto con lo scarico
del silo. Al momento di inizio dello scarico ha iniziato a scendere grano bianco, fino al minuto 35, quando i primi grani colorati hanno iniziato a comparire. Da quel momento, ogni
minuto è stato prelevato un campione per un totale di 108 campioni, quando è tornato a
scendere grano completamente non colorato. Con un’apposita tavoletta da 100 chicchi sono
stati contati i chicchi bianchi e quelli rossi presenti in ciascun campione.
Figura 7. La foto in basso rappresenta il campione di grano prelevato dal flusso di scarico, mentre le due foto in alto rappresentano il campione medesimo dopo la
separazione.
Sono state eseguite tre pesate per ciascun campione: è stato pesato il campione totale, la
porzione di grano non colorato e quella di grano colorato. I risultati sono stati raccolti nel
grafico seguente (riportati in % sul campione totale).
162
LA
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TRACCIABILITÀ NELLA FILIERA GRANO DURO: COME MONITORARE IL MOVIMENTO DEI LOTTI DI CEREALE IN UN SILO
Figura 8. Il grafico riporta in ascissa il tempo in minuti, in ordinata la corrispondente
percentuale di chicchi bianchi e chicchi rossi per ciascun campione. Dal grafico emerge che i campioni iniziali sono caratterizzati dalla presenza di grano
non colorato al 100%, mentre dal minuto 35 i campioni sono caratterizzati
da grano non colorato e grano colorato in percentuali variabili (quello non
colorato in calo e viceversa). Da tale prova risulta essere evidente la realizzazione di un core-flow.
Dall’analisi del grafico in Figura 8 si evince che nel silo oggetto di prova si verifica una
condizione di scarico di “core flow”. Infatti i campioni iniziali sono caratterizzati dalla presenza di grano non colorato, e da un certo momento (minuto 35) i campioni sono caratterizzati anche dalla presenza, in percentuale variabile, di grano colorato. Segue dunque una
fase centrale del test in cui si ha una netta presenza di grano colorato (le piccole percentuali
di grano non colorato sono attribuibili al fatto che il canale centrale è costituito da grano
non colorato). Infine, terminata la fase di scarico del grano colorato, gli ultimi provini risultano essere caratterizzati da grano non colorato.
Le condizioni di flusso registrate sono evidentemente indesiderate poiché porterebbe al
decadimento sia fisico che chimico del grano che viene per primo immesso nel silo (grano
non colorato). La condizione di core-flow che è stata registrata in questo test è frutto di
criteri di dimensionamento dei sili che non tengono conto della possibilità di tracciare la
movimentazione dei lotti, ma solo quelli di utilizzare al meglio i volumi disponibili. È da
evidenziare, infatti, che a parità di volume occupato in stabilimento, un silo progettato per
realizzare un mass-flow rende disponibile un volume minore rispetto ad un silo in cui si
realizza un core-flow. Ciò è dovuto in particolare all’angolo della tramoggia rispetto alla
verticale, che, a parità di condizioni al contorno, è più piccolo nel caso di un mass flow.
Da questa esperienza in particolare e dai dati in bibliografia è possibile determinare che
tipo di flusso si realizza in sili simili a quelli testati ed eventualmente è possibile progettare
delle modifiche ad hoc per modificare la tipologia di scarico.
Si procede quindi con l’analisi dei criteri di dimensionamento di un silo che realizzi la
condizione di mass-flow, secondo la teoria di Jenike (Jenike AW, 1970).
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L’obiettivo finale del dimensionamento prevede la determinazione dell’angolo della sezione conica e il diametro di scarico.
Per raggiungere tale obiettivo, devono essere ricavati i seguenti parametri:
- angolo di attrito tra grano e parete (wall friction angle);
- angolo di attrito interno dei chicchi di grano (internal friction angle);
- angolo di riposo;
- densità del prodotto (assoluta e in mucchio).
Di seguito si illustra la procedura utilizzata:
Angolo di attrito tra grano e parete:
1.
Sul piano di rilievo è stata montata la piastra di supporto del materiale (inox, alluminio, ferro, etc.), rispetto al quale si vuole calcolare l’angolo d’attrito del materiale
in prova.
È stato versato gradualmente il prodotto da testare sul piano di rilievo ancora in
2.
posizione orizzontale.
Si è iniziato ad inclinare leggermente il piano di rilievo.
3.
Si è proceduto con l’aumento del grado di inclinazione del piano di rilievo fino al
4.
momento in cui la maggior parte del prodotto è scivolato sul piano.
5.
Si è rilevato l’angolo d’attrito come da figura mediante un calibro, e per verifica
anche misurando i due cateti del piano inclinato
Figura 9. Sistema di rilievo dell’angolo di attrito a parete.
Angolo di attrito interno tra i chicchi di grano
È stato versato gradualmente, il prodotto da testare sul piano di rilievo sul quale
1.
era stato predisposto un foro tarato, tenuto inizialmente chiuso.
2.
Si è aperto il foro tarato ed è stato lasciato defluire il prodotto attraverso di esso.
È stato rilevato l’angolo di scorrimento, come da figura, con un goniometro e per
3.
verifica mediante un calibro, misurando i lati dei triangoli generati.
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Figura 10. L’immagine mostra la distribuzione dei chicchi di grano all’apertura del foro
tarato, per la determinazione dell’angolo di scorrimento.
Angolo di riposo
È stato versato gradualmente il prodotto da testare sul piano di rilievo.
1.
È stato rilevato l’angolo di riposo, come da figura, con un goniometro e per verifica
2.
anche mediante un calibro, misurando i lati dei triangoli generati.
Densità in mucchio e densità reale
È stato rilevato il peso del contenitore campione da 1 a 3 dm, attraverso la bilancia.
1.
2.
Tale valore verrà indicato come “Pesotara”.
È stato riempito il contenitore campione del prodotto da testare, stando ben attenti
3.
a non compattare il materiale. Il materiale in prova in eccesso deve essere asportato tramite il piattino livellatore.
4.
È stato pesato il contenitore campione con il prodotto. Tale valore verrà indicato
come “Pesofinale”.
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Utilizzando la seguente formula si ricava il valore della densità in mucchio del
prodotto:
ρmucchio= (Pesofinale- Pesotara)/volume contenitore
6.
Successivamente il contenitore è stato riempito d’acqua e pesato nuovamente
(Peso con acqua) e approssimando a zero il peso dell’aria è stato possibile ricavare
densità reale del grano:
ρreale= (Pesofinale- Pesotara)/volume contenitore (1- (Pesocon acqua – Pesofinale)/Pesocon acqua)
I risultati caratteristici ottenuti per il grano colorato e il grano non colorato sono riportati
nella successiva Tabella 1.
Tabella 1. Valori caratteristici rilevati sperimentalmente in laboratorio.
Tipologia di grano
Angolo di
attrito
Angolo di
riposo
Angolo di
scorrimento
Densità in
mucchio [t/m3]
Densità reale
[t/m3]
Grano colorato
15,25
30,00
34,77
0,79
1,21
Grano non colorato
15,00
30,00
35,83
0,78
1,19
Ora si illustra come i parametri trovati possano condurre alla progettazione di un silo di
stoccaggio che realizzi un “mass flow”.
Noto l’angolo di attrito tra prodotto e parete del silo, dal grafico di Figura 10 si ricava
l’angolo ottimale della sezione conica del silo stesso.
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Figura 11. Il grafico riporta in ordinata l’angolo di attrito tra chicchi di grano duro e
parete del silos (F) e in ascissa i corrispondenti angoli di apertura della sezione conica (a). Noto l’angolo F, si traccia l’orizzontale che intersecherà la
curva più estrema ff (fiction factor) per il caso specifico. Dal punto di intersezione si traccia la verticale e si ricava così il valore corrispondente di a.
Tale grafico è specifico per un silo a sezione circolare come quello in esame.
Ricavato il primo dato caratteristico, ovvero l’angolo di inclinazione della sezione conica,
si procede con la determinazione del diametro minimo della sezione di scarico del silo.
Per trovare tale valore si utilizza la seguente formula (Bradely):
d = diametro della sezione di scarico.
H(α) = coefficiente caratteristico del silo, in funzione della sezione di scarico.
ρ = densità del prodotto.
σc_crit= tensione critica data dall’intersezione tra σa e σc.
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Conclusioni
La tracciabilità dei lotti è un requisito essenziale per la qualità delle filiere agroalimentari.
Volendo perseguire tale obiettivo nella filiera del grano duro, il primo passo da compiere
è una corretta progettazione del silo di stoccaggio a monte della catena di distribuzione e
trasporto.
I criteri di progettazione del silo analizzato nel presente articolo, hanno previsto come
ipotesi la realizzazione di una condizione di “mass flow”, secondo la quale il grano duro immesso per primo nel silo di stoccaggio, è anche il primo a raggiungere la bocca di scarico e
dunque la linea di trasporto.
Tale modalità di flusso, nella logica FIFO, risulta essere di fondamentale importanza nel
campo alimentare per preservare la tracciabilità dei lotti di grano duro e per garantire un
controllo di qualità e dei parametri di sicurezza alimentare.
I risultati del lavoro svolto permettono altresì di riconoscere la possibilità di identificare,
per le varie tipologie di sili, le modalità di scarico dei lotti. Questo elemento può essere in
prospettiva di grande utilità per i centri di stoccaggio e per i mulini per migliorare la capacità di controllo delle caratteristiche dei lotti in spedizione o in lavorazione. Per i centri di
stoccaggio, inoltre, si può presentare la necessità, dopo la fase di ritiro, di dividere lotti di
prodotto con caratteristiche diverse presenti nello stesso silo per inserirli in celle assieme
ad altri lotti con caratteristiche omogenee. Si ricorda infatti che la possibilità di essere sul
mercato con lotti omogenei è molto importante in termini di servizio offerto al cliente e di
valorizzazione del prodotto.
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BIBLIOGRAFIA
Bianchini A., M.S.A. Bradley, R.J. Farnish, C. Saccani. “Mass flow discharge analysis through filling
heads and accuracy optimization by controlled
air injection”.
Bradley M “Storage & Discharge of Powders and Bulk
Solids”, Wolfsone Centre_University of Greenwich.
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Bradley M “Overview of Particulate Handling Technology”, Wolfsone Centre, University of Greenwich.
Jenike A.W. (1970). “Storage and flow solids”, Univ.
Utah.
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SEZIONE II
FILIERA GRANO DURO:
AGRICOLTURA - ENERGIA
- AMBIENTE (AGENA)
Valorizzazione energetica di biomasse
vegetali provenienti da sottoprodotti
della filiera del frumento duro
Franco Migliettaa1, Francesco Primo Vaccaria, Silvia Barontia,
Irene Criscuolia, Alessandro Matesea, Piero Toscanoa,
Alessandro Zaldeia, Marco Silvestrib, Maroun Atallahb,
Irene Della Ghezzab, Roberto Ranierib
a
IBIMET-CNR Istituto di Biometeorologia, Consiglio Nazionale delle Ricerche,
Via Giovanni Caproni 8, 50145 Firenze.
b
Barilla G. e R. Fratelli S.p.A., Via Mantova 166, 43122 Parma.
Riassunto
Attualmente sono prodotti in Italia 1,4 milioni di ettari di grano duro (Triticum turgidum
var. durum Desf.) con una produzione media di 4 milioni di tonnellate ed una resa media di
3,8 t / ha. Il 73% della produzione, che rappresenta il 65% della produzione totale, è situato
nell’Italia meridionale, invece nell’Italia settentrionale la resa è maggiore per le caratteristiche del suolo e condizioni climatiche diverse. La coltivazione del grano duro sostiene una
serie di processi di filiera come: le industrie sementiere, i centri di stoccaggio e le industrie
di prima e seconda trasformazione che rappresentano uno dei settori trainanti dell’economia agroalimentare nazionale. Dopo la Conferenza di Kyoto (1997) si è registrato un crescente interesse per le fonti di energia rinnovabili e le possibili alternative ai combustibili
fossili che potrebbero contribuire a una significativa riduzione delle emissioni di gas serra
e aumentare la sostenibilità complessiva della società moderna. Un nuovo scenario per la
coltivazione del grano duro è dato proprio dalla valorizzazione energetica delle biomasse
vegetali provenienti da sottoprodotti della filiera. Sono qui presentati alcuni metodi alternativi per il riutilizzo della biomassa: centrale sperimentale di combustione a biomasse, un
brevetto per combustibile solido ad alto potere calorifico e la pirolisi degli scarti di lavorazione della biomassa e la trasformazione in biochar o carbone vegetale.
Abstract
A 1.4 million ha of durum wheat ((Triticum turgidum var. durum Desf.) are currently
grown in Italy with an average production of 4 million tons and an average yield of 3.8 t/ha.
73% of the production, which accounts for 65% of total production, is located in south Italy,
while in the North yield is higher due to the different pedology and climatic conditions. The
cultivation of durum wheat in Italy generates a vast range of allied activities, “upstream”
(seed and technical supplies industries) and “downstream” (storage centres, primary and secondary transformation industries), hence the strategic importance of the entire production
1 Autore per la corrispondenza: Franco Miglietta, [email protected]
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chain. Considering that, since the Kyoto Conference (1997), there has been an increasing
interest about renewable energy sources and possible alternatives to fossil fuels that could
contribute to a significantly reduction in greenhouse gas emission and enhance the overall
sustainability of modern society and large production in Italy of durum wheat. Here are
presented some alternative methods for the reuse of the biomass: an experimental biomass
boiler, a patent for solid fuel with high calorific value and pyrolisis of waste processing and
conversion of biomass into biochar (charcoal).
***
Premessa
La coltivazione del grano duro (Triticum turgidum var. durum Desf.) in Italia interessa
una superficie di circa 1.4 milioni di ettari (ha) della SAU italiana (ISTAT media 20062009), producendo in media 4,2 milioni di tonnellate (t) con una resa per ha di circa 3,8
t ha-1. La produzione italiana contribuisce per circa il 50% alla produzione di grano duro
dell’Europa. In Italia la coltivazione del grano duro si concentra principalmente nelle regioni meridionali, dove si realizza circa il 65% della produzione nazionale con una superficie
di circa 1,03 milioni di ettari (il 73% del totale nazionale) (Tabella 1). In considerazione
della sua adattabilità il grano duro costituisce una coltura insostituibile per molti ambienti
semiaridi, pur esprimendo livelli di produttività maggiori in presenza di condizioni ambientali favorevoli, prova ne sono le rese per ettaro del settentrione che risultano quasi doppie
rispetto a quelle meridionali.
Le 10 varietà di frumento duro più diffuse in Italia (Istruzione Agraria on line www.agraria.org), che nel 2003 coprivano il 70% della SAU, sono in ordine decrescente: Simeto, Duilio, Ciccio, Arcangelo, Creso, Colosseo, Iride, Rusticano, Grazia e Svevo. L’importanza della
coltivazione del grano duro in Italia è rappresentata anche dall’elevato numero di aziende
coinvolte nella produzione, più di 250 mila aziende concentrate per lo più nel Meridione.
La coltivazione del grano duro sostiene una serie di processi di filiera come: le industrie
sementiere, i centri di stoccaggio e le industrie di prima e seconda trasformazione (molini,
pastifici e panifici), che rappresentano uno dei settori trainanti dell’economia agroalimentare nazionale.
Dal punto di vista produttivo la coltura del grano duro soffre ormai da decenni di una
profonda crisi causata dalla forte competizione della produzione estera e dalla tendenza
alla riduzione dei prezzi di vendita, anche in virtù del loro livellamento con quello degli altri
cereali, per altro non seguita dai prezzi dei mezzi tecnici.
Un nuovo scenario per la coltivazione del grano duro è dato proprio dalla valorizzazione
energetica delle biomasse vegetali provenienti da sottoprodotti della filiera. Ipotizzando che
il grano duro con quasi 1,4 milioni di ettari risulta essere in Italia a coltura più coltivata e
considerando un harvest index (HI = rapporto fra produzione di granella e biomassa epigea
totale) medio di 0,45, si può stimare che la produzione nazionale di paglia sia intorno a 3
milioni t annue. Parte di questa paglia sarà sicuramente destinata ad usi zootecnici (lettiera) soprattutto al Nord, una piccola porzione sarà re-interrata come sostanza organica, ma
oltre il 90% delle stoppie prodotte nelle aree meridionali italiane viene bruciata direttamente in campo. Questa pratica agricola comporta ovviamente una serie di problemi legati alla
sicurezza legata agli incendi, ma soprattutto rappresenta un grave spreco di una risorsa
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VALORIZZAZIONE
ENERGETICA DI BIOMASSE VEGETALI PROVENIENTI DA SOTTOPRODOTTI DELLA FILIERA DEL FRUMENTO DURO
energetica che potrebbe essere altrimenti utilizzata per la produzione di energia.
Tabella 1. Superficie investita, produzione e rese del frumento duro in Italia (media
2006/09).
Superficie
ha
Produzione
t
Rese
t/ha
2954
13.317
4,5
5
15
3,0
15161
84.136
5,5
0
0
0
Veneto
5699
31.166
5,5
Friuli
1000
3.846
3,8
0
0
0
Emilia Romagna
52863
287.065
5,4
Italia Settentrionale
77682
419.547
4,6
Toscana
89448
361.784
4,1
Umbria
14782
70.626
4,8
Marche
126658
500.145
3,9
Lazio
47111
151.405
3,2
Italia Centrale
277999
1.083.961
4,0
Abruzzo
33805
127.406
3,8
Molise
54551
157.036
2,9
Campania
56617
166.589
2,9
Puglia
358394
912.240
2,5
Basilicata
140902
377.534
2,7
Calabria
31392
83.044
2,6
Sicilia
289534
798.960
2,8
Sardegna
63591
119.452
1,9
Mezzogiorno
1028786
2.742.264
2,8
Italia
1384467
4.245.772
3,8
Piemonte
Valle d’Aosta
Lombardia
Trentino A.A.
Liguria
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L’energia proveniente dalla combustione di biomasse e residui agricoli andrebbe, infatti,
a sostituire l’energia che viene prodotta con la combustione di fonti energetiche fossili e
non rinnovabili e, in questo modo, a ridurre le emissioni nette di anidride carbonica verso
l’atmosfera.
La paglia è energeticamente paragonabile al materiale ligneo - cellulosico caratterizzato
da umidità ridotte e contenuto in ceneri medio - alto. Il valore del potere calorifico inferiore
(P.C.I.). della paglia tal quale si attesta su valori medi tipici di questi materiali (circa 10,4
MJ/kg). La temperatura di fusione delle ceneri risulta bassa (circa 600°C) ed è quindi necessario miscelare i residui con biomasse caratterizzate da ceneri alto-fondenti. La paglia
ha caratteristiche tali da renderla interessante per combustione in caldaie di dimensioni
medio - grandi per la produzione di elettricità, non costituisce, invece, un materiale interessante per produzione di pellet commerciale a meno di utilizzare la paglia in mix con
altri residui con ceneri alto-fondenti (esempio: tralci di vite). La problematica più critica
nell’ambito dei residui agricoli è la loro raccolta organizzata, che non appare proponibile
in aziende di piccole dimensioni perché il basso valore del prodotto non giustifica il costo
d’acquisto degli impianti.
Un caso a parte è rappresentato dalla zona della bonifica della Capitanata, in provincia
di Foggia, dove si produce gran parte del grano duro in Italia. I dati ISTAT dimostrano che
la sola Capitanata destini oltre 400.000 ettari alla coltura del grano duro, con produzioni di
paglia intorno a 450-675 mila tonnellate annue. In quest’area è presente il Pastificio Barilla, che oggi utilizza un sistema di cogenerazione (elettricità + calore) basato sulla combustione di gas naturale con un fabbisogno energetico di circa 56,2 GWh anno-1 elettrici e 120
GWh anno-1 termici, per un totale di 176,2 GWh annui. Si potrebbe ipotizzare la conversione
di tale impianto verso un sistema alternativo di cogenerazione economicamente sostenibile dove la fonte energetica primaria sia la paglia di frumento duro con un fabbisogno,
che potrebbe essere soddisfatto da 52.000 tonnellate di paglia (sostanza secca), prodotti su
circa 50.000 ha di superficie di produzione. Oltre alla paglia dalla filiera del grano duro è
possibile recuperare ulteriori sottoprodotti derivanti dai processi di produzione dell’industria molitoria (Tabella 2), scarti di pulitura e cruscami di macinazione. La sola produzione
di cruscame cubettato in Italia si attesta a circa 800.000 t all’anno, che solo in parte viene
utilizzato come mangime zootecnico. Considerando quindi lo scarso utilizzo e il basso valore
economico del cruscame cubettato e considerando inoltre che il suo impiego come mangime
zootecnico sta man mano riducendosi, il cruscame può essere utilizzato come combustibile
solido per la produzione di energia termica.
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VALORIZZAZIONE
ENERGETICA DI BIOMASSE VEGETALI PROVENIENTI DA SOTTOPRODOTTI DELLA FILIERA DEL FRUMENTO DURO
Tabella 2. Diagramma di flusso del processo di macinazione ITALMOPAWEB.
GRANO
Ricevimento
Materia Prima
Prepulitura
Scarti
Stoccaggio
Pulitura
Scarti
Insilaggio
Condizionamento
Acqua
Macinazione
Sottoprodotti
SFARINATI
(Farine - Semole)
Il potere calorifico della paglia di frumento è 2890 kWh per t di sostanza secca (ss), è
facile, quindi, calcolare che l’uso energetico delle paglie nelle aree vocate alla produzione
di frumento duro del Sud Italia ed in particolare nella zona della Capitanata potrebbe
contribuire, potenzialmente, con oltre 1900 GWh di energia interamente rinnovabile che
proviene dal processo fotosintetico della pianta e, quindi, con un bilancio netto di emissione
di anidride carbonica (CO2) pari a zero.
Le abitazioni domestiche costruite in Italia negli ultimi 50 anni in genere sono molto scadenti dal punto di vista energetico: i consumi specifici si aggirano tra i 150 e i 250 kWh/m2
per anno. Per dare un’idea concreta del significato di questi fabbisogni termici, ipotizziamo
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di dover fornire energia ad un appartamento monofamiliare abitato da 4 persone di 100 m2
in un edificio italiano con caratteristiche energetiche medie (circa 180 kWh/m2anno), il consumo annuale dell’appartamento sarà in totale di 18.000 kWh, equivalenti energeticamente
a circa 6.22 t di paglia di frumento. Con la paglia della sola Capitanata sarebbe ipoteticamente possibile soddisfare energeticamente il fabbisogno di circa 100.000 nuclei familiari,
quasi la popolazione del comune di Bari.
Metodi di utilizzo della biomassa
In considerazione delle quantità dei sottoprodotti della filiera del grano duro in Italia si
presentano a titolo di esempio due interessanti prospettive di utilizzo di questi sottoprodotti per fini energetici.
Prospettiva 1 - La Caldaia Sperimentale e il brevetto del combustibile solido ad
alto potere calorifico
Grazie al contributo SIGRAD è stata installata presso la sede dell’Istituto di Biometeorologia del CNR di Firenze, una centrale sperimentale di combustione a biomasse basata su
un apparato di combustione GILLES, in grado di bruciare tutte le tipologie di biomasse in
qualsiasi forma (pellets, cippato, bricchettato o legna in tronchi). L’apparto di combustione
è inserito all’interno di un circuito idraulico dotato di sensori che consentono il monitoraggio in continuo di tutti i parametri inerenti lo scambio e la resa termica, l’efficienza ed il
rendimento energetico della combustione oltre al contenuto di polveri dei fumi. L’apparato
di combustione è automatizzato e dotato di sistema automatico di pulizia dello scambiatore
termico, sistema automatico di scarico della cenere, controllo dell’efficienza della combustione con sonda lambda, sistema di accensione automatica ad aria calda e sistema di sicurezza
contro la combustione inversa nella linea di alimentazione del combustibile.
Figura 1. La Caldaia installata presso l’IBIMET – CNR.
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Tabella 3. Dati relativi alle caratteristiche generali della caldaia.
CARATTERISTICHE GENERALI
POTENZA NOMINALE
kW
35
PRESSIONE DI ESERCIZIO
bar
3
MASSIMA TEMPERATURA DI ESERCIZIO
°C
95
MINIMA TEMPERATURA DI RITORNO
°C
55
SUPERFICIE RISCALDANTE
2
m
0,9
VOLUME DELLA CALDAIA
litri
190
Il combustibile è trasportato dal luogo di stoccaggio tramite un sistema a coclea e la velocità di trasporto è regolata dall’unità di controllo e dipende dalla richiesta di combustibile
del bruciatore. La camera di combustione è realizzata in ghisa e dispone di un sistema di
sicurezza per evitare la combustione inversa del combustibile nella coclea di alimentazione
ed è dotata di due ventilatori a velocità variabile che garantiscono l’appropriato apporto di
aria per la combustione.
Si definisce combustione la reazione chimica fra il combustibile, nel nostro caso biomasse,
e l’ossigeno presente nell’aria ambiente. La reazione è definita come reazione esotermica ad
alte temperature ed è attraverso di essa che viene generato calore. Durante questo processo vengono generati oltre al calore anche gas e materiali solidi a seconda del combustibile
impiegato. L’ossigeno che non entra nel processo di combustione ritorna assieme agli altri
gas nell’atmosfera. La quantità di ossigeno residua aumenta direttamente con l’aumento
dell’aria di combustione. Il numero dell’aria, definita come quantità adimensionale, esprime
la relazione fra la quantità di aria immessa nella camera di combustione e quella stechiometricamente necessaria per la combustione completa, questo numero viene espresso con
la lettera greca Lambda.
Il numero di aria uguale ad 1 indica che la quantità di aria immessa è esattamente quella
necessaria per una combustione completa ed il gas di scarico contiene lo 0% di ossigeno.
Il sistema di controllo, utilizzando una “sonda lambda” che misura la concentrazione
di ossigeno nei gas di scarico, mantiene il valore di Lambda a circa 1,5 in modo da avere
sempre abbastanza ossigeno per una completa ed ottimale combustione. Il controllo della
quantità di ossigeno immessa nella camera di combustione avviene tramite la regolazione
della velocità del ventilatore di immissione.
La centrale sperimentale di combustione a biomasse è dotata di un sistema di monitoraggio dell’intero ciclo di combustione e scambio termico. Il sistema è basato su di un sistema di
acquisizione dati professionale modello Campbell CR-1000. Al sistema di acquisizione sono
collegati i sensori di temperatura del circuito primario e secondario di scambio termico,
il sensore di temperatura dei fumi, un conta litri per la misura del flusso nel circuito, un
pirometro per la misura della temperatura nella camera di combustione ed un sensore di
polveri totali contenute nei fumi di scarico. L’efficienza del sistema viene monitorata mediante un apparato, realizzato dalla società Teckna, che misura la quantità di CO, CO2 ed
ossigeno dei fumi e calcola il rendimento del sistema. Tutti i dati sono memorizzati su PC
tramite l’utilizzo di un software appositamente realizzato.
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Nell’ambito delle attività di ricerca di Ibimet è stato presentato un brevetto per combustibile solido ad alto potere calorifico che consiste in un prodotto solido che, grazie ad un semplice processo di trattamento, può essere imbevuto di una quantità sufficiente di un olio vegetale o animale, aumentandone così il potere calorifico ed ottenendo un prodotto utile come
combustibile solido per il riscaldamento. A titolo di esempio e di comparazione si riportano
nella Tabella 4 i valori di potere calorifico e costi indicativi di combustibili fossili e biomasse.
Tabella 4. Valori di potere calorifico e costi indicativi di combustibili fossili e biomasse.
Prodotti
Potere Calorifico Netto (kWh/kg)
Costo (€/kg)
Cruscame cubettato
4,2
0,09
Pellet di legno
4,9
0,18
Cippato
3,5
0,06
Paglia
2,9
0,01
Metano
13,5
0,72
GPL
12,8
1,09
Gasolio
11,7
0,9
Fonte: Dossier Caldaie a biomasse per impianti di riscaldamento domestico –realizzato da ITABIA-Adiconsum a cura di
Bartolelli V., Schenone G., Artese C.
Il prodotto solido, oggetto del brevetto, è un sottoprodotto del grano ottenuto da processi
intermedi dell’industria molitoria, generalmente a base di crusca, che, una volta pressati,
vengono solitamente impiegati come mangime zootecnico, come ad esempio quello che sarà
preferibilmente utilizzato, il cosiddetto cruscame cubettato; ma anche altri sottoprodotti
sono di possibile utilizzo oltre al cruscame cubettato, per esempio tutte le tipologie di cruscami di frumento duro e tenero ed eventualmente cruschello, tritello e farinaccio se precedentemente cubettati. Tale sottoprodotto della macinazione del grano, sia tenero sia duro, è da
sempre stato commercializzato come mangime zootecnico, ma questo impiego sta man mano
esaurendosi, soprattutto a causa della scarsa qualità del cruscame come alimento. Attualmente solo in Italia si producono circa 800 mila tonnellate all’anno di cruscame cubettato e,
soprattutto in certi periodi dell’anno in cui vi è maggiore disponibilità di altri prodotti più
richiesti dagli allevatori, si ha un surplus di offerta e un forte calo dei prezzi del cruscame.
Il nuovo uso di tale sottoprodotto ha perciò anche il grosso vantaggio di utilizzare in modo
conveniente un sottoprodotto di scarso valore. Per quanto riguarda l’olio con cui è imbevuto il prodotto vegetale secondo il brevetto, esso è preferibilmente olio alimentare esausto.
Ovviamente, la tipologia di olio usato non ha importanza per quanto riguarda l’aspetto
energetico del risultato, visto che le differenze del potere calorifico delle diverse tipologie di
olio sia vegetale sia animale sono minime, ma assume una rilevanza per quanto concerne la
sostenibilità ambientale del prodotto finale. La scelta ricade in questo caso, preferibilmente, su oli vegetali ed animali di scarto che sono caratterizzati, oggi, dall’avere problemi di
riutilizzo o di smaltimento. Come si è già visto per il cruscame cubettato, il processo di preparazione del prodotto solido brevettato costituisce un vantaggioso metodo di smaltimento
di un prodotto di scarto che è raccolto ormai da diversi anni ed in misura sempre crescente,
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ma stenta a trovare un riutilizzo.
Sono state eseguite due prove tecniche presso il laboratorio biomasse dell’IBIMET di
Firenze, di seguito i dettagli.
Preparazione del prodotto solido dell’invenzione (Prova Tecnica 1).
Una quantità di cruscame cubettato pari a 50 g sono stati inseriti in un contenitore a
tenuta collegato ad una pompa a vuoto e sono stati aggiunti 1 litro di olio alimentare esausto. Si è proceduto al processo di imbibizione attivando la pompa, quindi, dopo un tempo di
30 minuti, si è riportato la pressione all’interno del contenitore alla pressione atmosferica.
Il prodotto solido recuperato dopo tale operazione, lasciato asciugare per un tempo di 15
minuti, è risultato aver assorbito una quantità di olio pari al 18,40% in più del peso iniziale
del cruscame cubettato.
Valutazione delle caratteristiche del prodotto dell’invenzione (Prova Tecnica 2).
Con il prodotto preparato come descritto sopra nella prova tecnica 1 sono state eseguite
prove tecniche per la valutazione delle caratteristiche del prodotto stesso, in particolare
prove di combustione usando una bomba calorimetrica per un tempo controllato di 5 minuti.
Le prove sono state eseguite in parallelo sia sul prodotto della prova tecnica 1 sia sul cruscame cubettato servito come materiale di partenza. Nella seguente Tabella 5 sono riassunti
i valori di temperatura misurati, e la variazione di temperatura dell’acqua riscaldata, che
è proporzionale alle calorie liberate dalla quantità di prodotto combusto e alla velocità di
combustione del prodotto.
Tabella 5. Risultati delle due prove tecniche eseguite.
Temperatura
finale (°C)
Temperatura
iniziale (°C)
Differenza T
Incremento %
Cruscame
cubettato
17,5
38
20,5
-
Prodotto della
Prova Tecnica 1
17,5
49,2
31,7
+54
Prodotti
In sintesi, il prodotto solido può essere imbevuto di olio in quantità compresa tra il 17 e il
20% in peso rispetto al peso totale, e più preferibilmente pari al 19%. Il prodotto solido del
brevetto può essere preparato con un processo semplice ma efficace e facilmente utilizzabile
anche a livello industriale, comprendente i seguenti stadi:
1.
Immersione del prodotto vegetale pressato in un olio all’interno di un adatto contenitore a tenuta, collegato ad una pompa a vuoto.
Azionamento della pompa a vuoto fino a creare una depressione nel contenitore tale
2.
da far penetrare l’olio nel prodotto vegetale pressato, ottenendo in breve tempo il
prodotto solido desiderato; il valore ottimale di depressione creato dalla pompa per
ottenere un’imbibizione totale del prodotto si attesta intorno a -500 mbar, valori di
depressione superiori (-600/-800 mbar) aumentano l’efficacia del processo riducendo il tempo necessario.
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3.
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La quantità di olio iniziale deve essere sufficiente da immergere totalmente il prodotto solido.
La realizzazione del prodotto è seguita da un post-trattamento di “coating” (protezione) finalizzato ad evitare processi di irrancidimento ossidativo, batterico e fungino, visto che una frazione di prodotto è costituita da olio vegetale o animale.
Questo metodo è eseguito scaldando della paraffina solida (temperatura di fusione di
circa 60°C) e successivamente immergendovi il prodotto; la paraffina tenuta a temperatura
ambiente solidifica creando un “film” protettivo contro tutti gli agenti di processi ossidativi.
Il prodotto finito così ottenuto, oltre a mantenere le caratteristiche meccaniche del prodotto vegetale di partenza, ha assorbito una quantità di olio sufficiente da far aumentare in
modo significativo il potere calorifico rispetto al prodotto vegetale di partenza, che arriva a
circa 4.500 Kcal/kg per un aumento di oltre il 20% rispetto al prodotto di partenza nel caso
del cruscame cubettato.
Il prodotto finito presenta inoltre un importante aumento della densità energetica, ossia
del rapporto tra contenuto energetico e volume, che passa da circa 6 Kcal m-3 per il cruscame cubettato a oltre 7 Kcal m-3. Il prodotto solido brevettato può essere quindi usato
vantaggiosamente come biocombustibile per il riscaldamento, aiutando a superare quegli
inconvenienti messi in evidenza sopra per i biocombustibili solidi attualmente in uso, come
il problema dello stoccaggio e dell’approvvigionamento della materia prima. Inoltre, essendo a base di un materiale vegetale ottenuto dalla lavorazione esclusivamente meccanica di
prodotti agricoli, senza trattamenti particolari o aggiunta di additivi, ha tutte le caratteristiche di sicurezza richieste per l’impiego e la commercializzazione, sia dal punto di vista
della sicurezza per l’utente sia dal punto di vista dell’inquinamento ambientale.
Prospettiva 2 - Il processo della pirolisi
L’interesse verso fonti energetiche alternative ai tradizionali e non rinnovabili giacimenti di carbone, petrolio e gas naturale è pienamente giustificato in una società globale
che tende a raddoppiare il proprio fabbisogno energetico per l’anno 2020. Nell’ambito delle
energie rinnovabili, le biomasse (termine con cui genericamente si indica tutto il materiale
organico di natura vegetale, a volte anche includendo i rifiuti urbani oltre che agricoli)
sono diffusamente considerate un’importante risorsa per il futuro; va, infatti, sottolineato
che in termini di contenuto energetico la produzione complessiva di biomasse è stimata
in 690*1016 Kcal, equivalenti a circa 8 volte il consumo mondiale annuo di energia. Più
precisamente, esiste in Europa la potenzialità di soddisfare almeno il 50% del fabbisogno
energetico a partire da biomasse specificamente coltivate (su terreni non più richiesti per
l’alimentazione), da residui agricoli e rifiuti urbani, assicurando autosufficienza e sicurezza
delle risorse energetiche a lungo termine. L’utilizzo energetico di rifiuti urbani, altrimenti
destinati a discariche, così come di residui agricoli di cui diventa a volte problema disfarsi,
costituisce chiaramente un grosso miglioramento nella direzione di una politica di salvaguardia ambientale. Del resto, le coltivazioni a scopi energetici hanno un impatto ambientale meno marcato rispetto alle coltivazioni tradizionali per cui si addicono particolarmente
a quelle vaste aree agricole abbandonate perché non più produttive, di cui in questo modo
è possibile combattere l’erosione. In tali termini coltivazioni mirate alla produzione di biomasse per scopi energetici, non sono in competizione con le attività tradizionali, ma rappre182
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sentano un’ulteriore fonte di guadagno capace di arginare la crescente crisi del settore agricolo e l’alto tasso di disoccupazione nelle zone rurali, oltre a costituire il presupposto per
fornire energia elettrica proprio nelle regioni meno sviluppate. Uno dei maggiori problemi
delle biomasse come materia prima per la produzione di energia sta nel costo relativamente
elevato, legato all’intenso lavoro richiesto per la produzione, la raccolta ed il trasporto di
una fonte che per sua natura risulta dispersa su larghe aree; anche quando, essendo sotto
forma di rifiuto o residuo, il costo è nullo od anche negativo, il materiale richiede estensivi
pretrattamenti per renderne le caratteristiche compatibili con i processi di conversione.
Per questo motivo esiste sempre un limite superiore alla potenzialità degli impianti che
sfruttano biomasse (che nel caso della produzione di energia elettrica varia tra i 10 ed i 100
MWe) e comunque ne risulta necessaria l’integrazione all’interno di processi flessibili che
ottimizzino tutte le fasi, dalla scelta e raccolta della materia prima fino all’individuazione
dei mercati più profittevoli.
Lo sfruttamento su larga scala delle biomasse in paesi industrializzati richiede l’adozione di moderne tecnologie avanzate, capaci di valorizzare le relativamente costose risorse
agroforestali in un modo efficiente ed economicamente accettabile, oltre che sostenibile dal
punto di vista ambientale. La scelta di un tipo di processo piuttosto di un altro dipende
fortemente dalle caratteristiche della biomassa. Tuttavia, biomasse aventi caratteristiche
simili possono subire trattamenti e trasformazioni diverse in funzione della finalità dell’impianto che alimentano, e uno stesso processo può avvenire utilizzando differenti tecnologie. Sebbene tre siano le principali vie di conversione delle biomasse (termica, biologica,
fisica) correntemente utilizzate, l’enfasi maggiore soprattutto in Europa è sui processi di
conversione termochimica (Pirolisi e Gassificazione). Di seguito viene spiegato il processo
di Pirolisi.
Pirolisi
La pirolisi è il processo di degradazione termica di materia carboniosa solitamente condotto nell’intervallo di temperatura compreso tra 400 ed 800°C, sia in completa assenza di
agenti ossidanti, sia con quantità così limitate che la gassificazione non avviene a livelli
apprezzabili. Il calore necessario al processo, che globalmente risulta endotermico, è di solito fornito in una varietà di forme dall’esterno, sebbene una parziale gassificazione (ossidazione esotermica) del sistema reagente possa esser utilizzata come sorgente diretta di riscaldamento. Processi di pirolisi vengono utilizzati industrialmente per lo smaltimento dei
rifiuti, per produrre combustibili solidi, liquidi e gassosi e per la formazione di carboni attivi
e intermedi chimici. Con opportune condizioni di pirolisi, dalla biomassa si ottiene, oltre al
bio-char, syngas combustibile, in cui si ritrova circa il 50% del carbonio iniziale. Questo può
essere utilizzato, oltre che per ottenere gas tecnici come l’idrogeno, come fonte di energia
per avviare una nuova pirolisi (il processo, una volta iniziato, è esotermico), per essiccare
le biomasse fresche da avviare a pirolisi o come combustibile per scopi diversi. In questo
modo, l’energia ottenuta dalla pirolisi non comporta un ulteriore incremento dell’effetto serra, perché solo metà del carbonio assorbito dalla biomassa viene re-immesso in atmosfera,
mentre la parte rimanente viene immobilizzata nel suolo e ha un’altissima stabilità. Con
la combustione ossidante dei vegetali nelle centrali a biomassa, al contrario, quasi tutta la
CO2 viene restituita all’atmosfera per la produzione di energia, determinando un bilancio
in pareggio (viene prodotta CO2 anche durante le colture).
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Gas, liquido (sotto forma di vapori condensabili indicati come TAR) e residuo solido carbonioso (Char o Bio-char) sono prodotti nella pirolisi in proporzioni relative che risultano
fortemente dipendenti dal tipo di processo e dalle condizioni operative utilizzate:
•
Pirolisi Lenta: caratterizzata da basse temperature e lunghi tempi di reazione, permette di massimizzare la produzione di bio-char a circa il 30% in peso (corrispondente a circa il 50% del contenuto energetico), sebbene l’incremento della pressione
fornisca rese ancora più elevate.
•
Pirolisi Veloce (Flash): massimizza la produzione di liquido fino a più dell’80% in
peso utilizzando temperature relativamente basse, tipicamente intorno ai 500°C,
con tempi di residenza inferiori ad 1 secondo.
•
Pirolisi “Convenzionale”: con temperature inferiori ai 600°C e velocità di reazione
moderate fornisce approssimativamente proporzioni uguali di prodotti gassosi, tars
e bio-char.
Se lo scopo del trattamento è però l’immobilizzazione del carbonio per il contenimento
dell’effetto serra, dovranno essere utilizzate le condizioni di processo che massimizzino la
formazione di char. Come messo in evidenza da Gundale e De Luca (2006), la temperatura
di pirolisi e il tipo di materiale usato determinano la formazione di biochar con caratteristiche diverse, tra cui, fra le proprietà di interesse agronomico, differenze nelle concentrazioni
di nutrienti, nella capacità di scambio cationico (CSC) e nel pH tra i vari tipi di prodotto.
Il biochar, infatti,
i può essere ottenuto a partire da numerosi tipi di residui: stocchi di
mais, gusci di noce o di arachide, pula di riso, scarti di potatura e di lavorazione del legno,
ma anche da biomasse appositamente coltivate per essere carbonificate. Attualmente non
è previsto alcun incentivo economico per questa forma di cattura del principale gas serra.
Il protocollo di Kyoto (articolo 3.3) riconosce solamente il ruolo dei rimboschimenti (che
possono servire a compensare direttamente le emissioni o possono costituire delle quote di
carbonio da rivendere), mentre non assegna alcun valore all’immobilizzazione nel suolo,
o nouna
fattoria
di
250
nostante, secondo le stime di Brown (http://www.biorenew.iastate.edu),
ha che utilizzi bio-char addizionato d’azoto sia in grado di sequestrare 1900 t di C l’anno.
Sotto-prodotti della pirolisi e loro impiego in agricoltura
Nell’ambito dei residui agricoli delle coltivazioni tradizionali, la paglia di grano rappresenta la più abbondante ed economicamente promettente alternativa al legno nei processi
di termo-conversione che utilizzano biomasse. Nonostante il diffuso interesse da più parti mostrato per l’impiego della paglia come materia prima rinnovabile nella produzione
di combustibili ed energia elettrica, esiste tuttora una certa carenza di informazioni sul
comportamento di questo materiale nei processi di pirolisi e gassificazione che ne rende
ancora incerto l’uso in maniera conveniente in applicazioni su scala industriale. Mediante
il processo della pirolisi i residui agricoli possono, infatti, essere convertiti in fertilizzante
e combustibile, con questo processo si possono utilizzare materiali poveri fino a ieri considerati un’eccedenza ingombrante, per smaltire la quale le aziende (si pensi, ad esempio,
alla filiera dell’agricoltura) dovevano sostenere costi significativi. Questo processo connesso
alla produzione di biochar potrebbe costituire una svolta epocale per risolvere al contempo
il problema dell’erosione ed impoverimento dei suoli e quello della gestione degli scarti
agricoli e del riscaldamento globale. Anche l’interramento dei residui colturali tal quali
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porta ad una degradazione pressoché totale della sostanza organica (in pochi anni) con liberazione del 100% del carbonio in atmosfera, ma in questo caso tutta l’energia viene persa.
Per produrne la stessa quantità si dovranno utilizzare altre fonti; impiegando combustibili
fossili si avrebbe però un’ulteriore liberazione di CO2. Queste tre situazioni sono riassunte
nella figura sottostante (Figura 2). Altre fonti di energia rinnovabile, come il solare, l’eolico,
il geotermico o l’idroelettrico, anche se non comportano emissioni di CO2, non consentono
comunque di strappare anidride carbonica dall’atmosfera, rappresentando, quindi, sistemi
Carbon-neutral. Solo la produzione di energia dalla pirolisi di biomasse e l’interramento
del biochar, consente di ottenere un bilancio negativo del carbonio immesso in atmosfera;
inoltre, il riutilizzo dei residui (come anche il recupero degli scarti di lavorazione del legno)
anziché la coltivazione di piante a rapida crescita per la produzione di biochar ed energia,
evita la competizione con la produzione di derrate alimentari. La spinta definitiva potrebbe
venire dagli incentivi previsti dai trattati internazionali sulla riduzione dei gas serra in
atmosfera, con l’inclusione di questa tecnica nel sistema di mercato delle quote di carbonio. Per fare ciò è necessaria però una quantificazione precisa del carbonio che può essere
sequestrato e sono quindi necessari ulteriori studi sulla stabilità del biochar e sulle sue
interazioni con gli altri componenti del suolo e con l’ambiente circostante.
Figura 2. Biochar come opzione carbon–negative.
Fonte: International Biochar Initiative.
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Proprietà fisiche e chimiche del Biochar: Sperimentazione presso CNR- Ibimet
Le proprietà fisiche e chimiche del Biochar sono strettamente connesse con la tipologia
di materiale dal quale sono state prodotte e dal tipo di processo utilizzato per produrle. I
cambiamenti nelle proprietà chimico-fisiche del suolo ammendato con biochar determinano mutamenti anche nell’ecosistema del terreno, dove si instaurano nuove relazioni tra
radici, batteri e funghi. La disponibilità di nutrienti e l’elevata porosità crea degli habitat
dove i batteri terricoli e le ife fungine possono crescere al riparo dai predatori, consentendo
lo sviluppo di efficienti simbiosi micorriziche. Un’ulteriore proprietà del biochar consiste
nella capacità di adsorbire e trattenere inquinanti persistenti e cancerogeni. Questo fatto
apre interessanti prospettive per l’utilizzo del biochar anche negli interventi di ripristino
ambientale. Una maggior fertilità si traduce in una maggior efficienza fotosintetica, in un
maggior sviluppo della biomassa e quindi in un maggior sequestro di carbonio e, se la biomassa viene infine utilizzata per produrre biochar, il ciclo si autoalimenta. Attualmente ci
sono relativamente pochi studi sulle caratteristiche dei diversi tipi di biochar.
In uno studio effettuato dal CNR-Ibimet di Firenze in collaborazione con la Worldstove
Corporation, sono stati analizzati diversi tipi di carbone vegetale (biochar) proveniente da
diversi materiali vegetali, soprattutto scarti di lavorazione del comparto agricolo e forestale. Per la pirolizzazione del materiale è stata utilizza la stufa a Pirolisi Lucia-Stove della
Worldstove-Corporation. La stufa, a bassissimo costo, originariamente pensata per i mercati del terzo mondo, è in grado di produrre energia, partendo da materie prime quali il pellet,
o gli scarti di lavorazione dell’agricoltura. Le condizioni di pirolisi sono state uguali per tutti
i campioni, stessa temperatura e stessi tempi di pirolisi. Per la sperimentazione sono stati
analizzati 10 tipi diversi di materiale organico vegetale e animale, notoriamente scarti della
lavorazione agricoli e forestali. Il materiale, una volta pirolizzato, è stato messo in stufa a
seccare ulteriormente a 105 °C per 48 ore, successivamente pesato.
I materiali utilizzati sono stati: scarti della lavorazione del Kenaf (Hibiscus cannabinus L.); scarti della lavorazione delle mandorle (mallo e guscio); scarti della lavorazione
del pioppo (Populus nigra e alba L.); pula di riso; cruscame pellettato (materiale fornitoci
dalla Barilla); stoppie di grano; stoppie di mais; escrementi ovini; residui della potatura di
boschi misti (Leccio-Quercus ilex L.; Roverella-Quercus pubescens L., Acero campestre-Acer
campestris L.); residui della potatura dell’Acero (Acer campestis L.). Per ogni campione è
stato misurato il pH e la densità apparente (bulk-desity). Per il pH il rapporto tra materiale
organico e acqua è stato 1:4 in volume. (50 ml di carbone e 150 di acqua), lasciato in soluzione acquosa per 24 ore e agitato per 10 minuti e successivamente filtrato. La bulk density
è stata misurata con metodo gravimetrico. I risultati ottenuti sono riportati nella Tabella 6
sottostante.
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VALORIZZAZIONE
ENERGETICA DI BIOMASSE VEGETALI PROVENIENTI DA SOTTOPRODOTTI DELLA FILIERA DEL FRUMENTO DURO
Tabella 6. pH e Densità apparente dei campioni di biochar analizzati.
Tipo di Biochar
Densità apparente
pH
Kg/dm
3
Kenaf
0,78
9,85
Guscio di mandorla
0,41
10,13
Cruscame
0,51
9,8
Pioppo
0,65
7,05
Stoppie di grano
0,63
7,76
Acero
0,17
8,34
Escrementi di pecora
0,4
12
Pula di riso
0,21
7,8
Mallo di mandorla
0,83
10,32
Stoppie di mais
0,28
9,87
Potature Bosco Misto
0,67
7,2
Il materiale, è stato successivamente analizzato con l’ESEM (Microscopio Elettronico
a Scansione Ambientale), la tecnologia ESEM riesce ad analizzare nel loro stato naturale campioni umidi e soprattutto non conduttivi e successivamente è stato analizzato con
l’EDAX per l’ottenimento di informazioni composizionali qualitative e quantitative su elementi con l’analisi dei raggi X (Tabella 7).
Tabella 7. Analisi dei microelementi utilizzando la tecnica EDAX.
EDAX Quantificazione
C
N
Mg
Si
P
K
Ca
peso%
%
%
%
%
%
%
Kenaf
86,7
1,92
1,21
1,41
Guscio di mandorla
60,05
5,24
2,58
2,95
Cruscame
75,08
5,64
Pioppo
86,86
1,73
Stoppie di grano
90,83
1,53
Acero
90,29
0,91
Escrementi di pecora
52,75
3,13
Pula di riso
80,91
0,29
Mallo di noce
90,27
1,14
Stoppie di mais
87,91
1,43
LA
RICERCA
SIGRAD
2,08
2,64
1,21
1,5
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
3,56
7,04
1,06
7,48
6,15
1,91
1,16
1,26
173-190
187
MIGLIETTA
ET AL.
Una parte importante del lavoro è stata infine determinare il massimo valore di assorbimento dell’acqua da parte del biochar. Quest’ultimo dato risulta molto importante al fine
di valutare l’uso del biochar per terreni poveri di acqua. Una delle più importanti caratteristiche, infatti, è il potere molto alto di assorbimento dell’acqua da parte del biochar che lo
rende importante in terreni dove problemi di ritenzione di acqua e elementi sono notevoli
(Figura 3).
Dal grafico si può notare come il materiale di partenze influisca in maniera preponderante sulle quantità di assorbimento di acqua da parte del Biochar.
Figura 3. Massimo assorbimento di acqua da parte di biochar provenienti da materiali
di partenze diversi.
188
LA
RICERCA
SIGRAD
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
173-190
VALORIZZAZIONE
ENERGETICA DI BIOMASSE VEGETALI PROVENIENTI DA SOTTOPRODOTTI DELLA FILIERA DEL FRUMENTO DURO
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SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
173-190
189
Uso agricolo del biochar
Franco Migliettaa1, Francesco Primo Vaccaria, Silvia Barontia,
Irene Criscuolia, Alessandro Matesea, Piero Toscanoa,
Alessandro Zaldeia, Marco Silvestrib, Roberto Ranierib
a
IBIMET-CNR Istituto di Biometeorologia,Consiglio Nazionale delle Ricerche
Via Giovanni Caproni 8, 50145 Firenze.
b
Barilla G. e R. Fratelli S.p.A., Via Mantova 166, 43122 Parma.
Riassunto
Il biochar è un carbone vegetale prodotto attraverso la pirolisi della biomassa.
La conversione di residui agricoli in biochar, e la sua distribuzione nei suoli agricoli, permettono di stoccare in maniera sicura e per lungo tempo il Carbonio, evitando emissioni di
CO2. Infatti, la struttura aromatica, altamente stabile, del biochar impedisce la sua decomposizione per lungo tempo. L’applicazione del biochar sui suoli sembra aumentare gli stock
di nutrienti nella zona radicale del suolo, ridurre la lisciviazione dei nutrienti e migliorare
le rese agricole. Questo studio mette in evidenza alcuni risultati preliminari ottenuti utilizzando biochar in una tipica coltivazione italiana. Un esperimento di campo è stato fatto con
grano duro (Triticum turgidum var. durum Desf.) nell’Italia centrale. Un aumento delle rese
del + 10% in termini di produzione di granella è stato messo in evidenza dopo l’applicazione
di 10 t ha-1 di biochar. L’effetto delle dosi applicate di biochar sulla produzione di biomassa
è stata studiata anche sul Loietto perenne (Lolium perenne) in un esperimento in vaso. Il
maggiore aumento di materia secca (+120 %) è stato ottenuto con l’applicazione di 60 t ha-1
di biochar; sopra questa soglia si è osservata una riduzione generale della biomassa.
Abstract
Biochar is a vegetal charcoal done through the pyrolisis of the biomass. The pyrolisis
conversion of agricultural residues into biochar and its incorporation in agricultural soils,
avoids CO2 emissions providing a safe long term soil carbon sequestration. Infact, the biochar aromatic structure, highly stable, avoids its decomposition for long time. Furthermore,
biochar application to soil seems to increase nutrient stocks in the rooting zone of the soil, to
reduce nutrient leaching and to improve crop yields. This study highlights some preliminary
results obtained using biochar in a typical Italian agricultural crop. One field experiment
was made on durum wheat ((Triticum turgidum var. durum Desf.) in Central Italy. In the field
experiment, an increase in yield (+ 10% in terms of grain production) was detected after a
biochar application of 10 t ha-1. The effect that different doses of biochar have on biomass
production was also studied on perennial ryegrass ((Lolium perenne
e) in a pot experiment.
The highest increase of dry matter (+120 %) was obtained at a biochar rate of 60 t ha-1 and
above this threshold, a general reduction of biomass was observed.
1
LA
Autore per la corrispondenza: F. Miglietta, [email protected]
RICERCA
SIGRAD
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
191-200
191
MIGLIETTA
ET AL.
Premessa
Il biochar, o carbone vegetale, è una sostanza porosa, simile nell’aspetto al carbone, prodotta a partire da biomassa attraverso il processo della pirolisi.
Il biochar può essere utilizzato come ammendante nei suoli per migliorarne la qualità e aumentare le rese agricole, ma soprattutto può rappresentare un efficiente metodo per aumentare il sequestro di carbonio. Recenti studi dimostrano che il biochar può migliorare la struttura
fisica del suolo, modifica le proprietà idrauliche del suolo e in considerazione della sua porosità,
aumenta la capacità di ritenzione idriche nei suoli sabbiosi. Ad esempio nella terra preta, che
in portoghese significa “terra nera” e che si riferisce ad alcuni suoli molto fertili del Bacino
Amazzonico ricchi in biochar, (Glaser et al., 2002) hanno evidenziato una capacità di ritenzione
idrica più elevata del 18% rispetto ai suoli limitrofi. Il biochar aggiunto al suolo favorisce anche
la riduzione della lisciviazione dei nutrienti, aumentando la loro disponibilità ed aumenta significativamente la capacità di scambio cationico. A titolo di esempio, secondo (Lehmann et al.,
2003), la lisciviazione dell’ammonio dopo l’applicazione del biochar, in una coltivazione di riso
è diminuita di più del 60% in 4 giorni rispetto al controllo (coltivazione di riso senza biochar),
osservando che anche la lisciviazione di calcio, magnesio e del nitrato era diminuita. Sono stati
fatti molti esperimenti in pieno campo utilizzando il biochar su diverse colture e in climi ed
ambienti molto diversi, dimostrando un generale aumento delle rese agricole (Van Zwieten et
al., 2008). Alcuni di questi studi attribuiscono l’aumentata disponibilità dei nutrienti per la
coltura all’aumento del pH del suolo conseguente all’applicazione del biochar (Rondon et al.,
2006). La maggior parte degli studi effettuati in pieno campo sono stati realizzati in ambienti
tropicali, semi-tropicali e savane, mentre ad oggi mancano del tutto studi ed esperimenti di
applicazioni di biochar a medie latitudini e in climi temperati.
Un’appropriata gestione agricola potrebbe giocare un ruolo importante per la riduzione
delle emissioni nette di gas serra da parte di questo settore (UNFCCC, 2008). Le strategie
agronomiche suggerite e testate fino ad oggi per ridurre la respirazione del suolo e aumentare il contenuto di carbonio organico del suolo includono: la conversione di terre coltivate
in praterie o piantagioni forestali, l’implementazione di pratiche di gestione agricola come
il conservation tillage e le rotazioni basate su varietà azoto fissatrici. Recentemente, (Steiner et al., 2004) hanno introdotto il concetto di conversione dei residui agricoli in biochar
come un metodo alternativo per ridurre le emissioni di anidride carbonica (CO2). Il biochar
rimane nel suolo, infatti, per lungo tempo e grazie alla sua struttura stabile e alla sua forma
policiclica aromatica fa sì che il carbonio del biochar resista alla decomposizione microbica.
Anche se, ad oggi, le informazioni sul tempo di persistenza del biochar nel suolo sono scarse,
è stato suggerito che il biochar possa sequestrare il carbonio atmosferico per migliaia di
anni. Alla luce di queste considerazioni, il biochar è attualmente considerato un’interessante opzione per raggiungere gli obiettivi di mitigazione discussi dalla Convenzione quadro
delle Nazioni Unite sul cambiamento climatico (UNFCCC, 2008).
I risultati presentati in questo lavoro descrivono i primi esperimenti di pieno campo a
latitudini europee sull’uso agricolo del biochar, in particolare saranno presentati i risultati
delle seguenti esperienze scientifiche:
• Valutazione dell’effetto della dose di biochar sulla produzione di Loietto perenne (Lolium perenne L.).
• Effetto del biochar sulle rese di grano duro (Triticum turgidum var. durum Desf.).
192
LA
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SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
191-200
USO
AGRICOLO DEL BIOCHAR
Materiali e metodi
Le esperienze scientifiche sono state realizzate utilizzando biochar commerciale prodotto
da Lakeland Coppice Products (Inghilterra) a partire da un mix di biomassa legnosa di
faggio, nocciolo, quercia e betulla. Utilizzando un’apposita fornace, il biochar è stato prodotto per pirolisi a temperatura di 500 °C. Prima di essere distribuito in campo ed utilizzato
nell’esperimento in vaso, il biochar è stato sminuzzato in parti più piccole di 1 cm per aumentare il rapporto fra superficie e volume. Una caratterizzazione chimica preliminare del
biochar è stata eseguita utilizzando un analizzatore elementare della Carlo Erba Instruments, (Mod. 1500; Serie 2) e sono stati determinati il contenuto totale di fosforo, potassio,
zolfo, calcio, magnesio utilizzando uno spettrometro ottico ICP (Varian Inc., Vista MPX). Le
principali caratteristiche chimiche del biochar utilizzato sono riportate nella tabella sottostante (Tabella 1).
Tabella 1. Caratteristiche chimiche del biochar utilizzato (Baronti et al., 2010).
Elementi Chimici
Valore g kg-1
C Totale
840
N Totale
12
N Disponibile
0,03
P
0,5
K
4,3
Ca
2,6
S
1,1
Mg
2,8
C:N
70
pH (1:2,5 H2O)
7,2
Esperimenti in vaso sul Loietto
Per valutare la curva di risposta, ovvero capire fino a quando la produzione di Loietto
perenne è stimolata dall’aggiunta di biochar, è stato fatto un esperimento in vaso. Utilizzando vasi della dimensione di 20 cm di diametro e 20 cm di altezza, riempiti di suolo
sabbioso-limoso, sono stati distribuiti 60 semi di Loietto per vaso. Sei percentuali diverse
di biochar sono state applicate secondo un piano sperimentale randomizzato, con tre repliche: 0% (controllo), 0,3%, 0,8%, 1,7%, 2,8%, 3,3% in termini di kg di biochar per kg di suolo.
Queste percentuali sono equivalenti alle quantità di: 0, 10, 30, 60, 100 e 120 t di biochar
ad ettaro. Le principali caratteristiche del suolo sono riportate nella Tabella 2. Il biochar
è stato aggiunto prima della semina e i vasi sono stati regolarmente irrigati per prevenire
stress idrici, ma non fertilizzati. La produzione di biomassa epigea è stata determinata per
due cicli di crescita (uno e due mesi dopo l’emergenza delle piante).
LA
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MIGLIETTA
ET AL.
Tabella 2. Tessitura e caratteristiche chimiche dei suoli sperimentali (Baronti et al.,
2010).
Esperimento in vaso
Empoli
Sabbia grossa (% sulla densità apparente di suolo) Ø>2mm
n.a.
n.a.
Sabbia (g kg )a 2 mm>Ø>0.05mm
550
350
Limo (g kg-1) 0.05 mm>Ø>0.002mm
300
360
Argilla (g kg ) Ø<0.002 mm
150
290
1,6
n.a.
-1
-1
Densità apparrente (Mg m )
−3
OC (g kg )a
n.a
18
N (g kg-1) a
n.a.
1,6
CSC (Capacità di Scambio cationico) (meq/100g ) b
n.a.
16
pH c
6,7
8,0
-1
Esperimento di campo sul Grano duro
L’esperimento è stato fatto nel 2008, in un’azienda agricola vicino ad Empoli (Toscana)
con grano duro (cv. SOLEX). Il campo è situato ad un’altitudine di 50 m sul livello del mare
con un tipico clima mediterraneo sub-umido. Secondo i dati meteorologici di lungo periodo,
le piogge annuali sono in media di 750 mm e la temperatura media annuale di 14°C (ARSIA Toscana, Italia). Le principali caratteristiche del suolo sono riportate nella Tabella 2.
L’esperimento è stato fatto in parcelle di 1,5 m2 applicando due trattamenti: il controllo
(C-), ossia le parcelle sulle quali non è stato applicato biochar, ed il biochar (C+) con quattro
repliche, secondo un disegno sperimentale completamente randomizzato. La dose di biochar
applicata è stata di 10 t ha-1 distribuite in due momenti diversi nel mese di Dicembre 2007:
una prima metà (5 t ha-1) immediatamente prima della semina e l’altra metà dopo la germinazione. Il grano è stato seminato il 17 dicembre con una densità di 450 semi germinabili
per m2 ed una concimazione in presemina è stata eseguita utilizzando un fertilizzante NP
(22 kg ha-1 di N e 50 kg ha-1 di P2O5). Una seconda concimazione in copertura è stata fatta
nel Febbraio 2008 utilizzando urea (92 kg N ha-1). Il grano è stato raccolto il 30 giugno 2008,
a mano, in ogni parcella evitando il bordo esterno. Appena dopo la raccolta sono state separate le spighe dal resto della biomassa e quindi utilizzando una trebbiatrice da laboratorio
(LD 350, Wintersteiger, Ried, Austria), abbiamo ottenuto la granella per ogni parcella. La
granella e il resto della biomassa sono stati essiccati in stufa a 105°C per 48 ore. La concentrazione di azoto nelle cariossidi è stata determinata secondo il metodo Kjeldahl. Gli effetti
dei trattamenti del suolo sono stati analizzati con analisi di varianza (ANOVA) utilizzando
SAS 9.1 (SAS Institute Inc., Cary, NC, USA) per i trattamenti C- e C+.
Risultati
Esperimenti in vaso sul Loietto
In linea di massima si può affermare che la produzione epigea di Loietto è stimolata
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SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
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USO
AGRICOLO DEL BIOCHAR
dall’aggiunta di biochar al terreno fino alla dose corrispondente a 60 t ha-1 biochar (Figura
1). Oltre questa soglia la produzione di biomassa diminuisce. In particolare per quanto
riguarda le due dosi di biochar: 30 t ha-1, 60 t ha-1, la biomassa del Loietto è aumentata del
+29% e del +120% al primo ciclo (taglio) e del +40% e del 140% al secondo ciclo.
In generale la germinazione del Loietto è stata accelerata in tutti i vasi dove il biochar
era stato aggiunto, forse come probabile conseguenza dell’aumentata temperatura.
Figura 1. Biomassa epigea di Lolium perenne nell’esperimento di laboratorio nel primo
e secondo ciclo di crescita con differenti dosi di biochar (t ha-1). Ogni valore
è la media di 3 repliche. Le barre verticali indicano l’errore standard.
Le diverse lettere indicano una differenza significativa rispetto al controllo
(applicazione di biochar = 0) (P<0,05).
.
Esperimento di campo sul Grano duro
Lo sviluppo fenologico del grano non è stato influenzato dall’apporto di biochar e nessuno
stress né biotico, né abiotico è stato osservato alla coltura, durante il periodo sperimentale.
Alla raccolta, la biomassa epigea del grano duro è aumentata nelle parcelle con l’applicazione del biochar del 23% rispetto al controllo. Infatti, la produzione di biomassa media
nelle parcelle dove era stato distribuito il biochar è stata di 10,4 t ha-1, contro le 8,6 t ha-1
del controllo (Figura 2; p=0,054). Analogamente, la produzione di granella è stata stimolata
dall’aggiunta del biochar del 10%, con una produzione di 3,1 t ha-1 nel C+ e 2,4 t ha-1 nel
C-. L’aumentata produzione di granella, non si è tradotta in un aumento del suo contenuto
di azoto che è stata dell’1,8% per il controllo e dell’1,84% per le cariossidi cresciute con il
biochar.
LA
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195
MIGLIETTA
ET AL.
Figura 2. Biomassa epigea (colonne chiare) e granella (colonne scure) di grano duro
nell’esperimento in campo. C+ è il biochar, C- è il controllo. Ogni valore è la
media di 4 repliche. Le barre verticali indicano l’errore standard. Le diverse
lettere indicano una differenza significativa rispetto al controllo (applicazione
di biochar = 0) (P<0,05)
L’applicazione del biochar provoca in generale, un aumento della produttività agricola,
ma non è ancora chiaro quali siano le condizioni ambientali climatiche che favoriscono l’aumento delle rese e quali siano le specie vegetali che rispondono con i maggiori incrementi
di resa.
I nostri risultati di laboratorio dimostrano che un tasso di applicazione del biochar
dell’1,7%, corrispondente a 60 t ha-1, provoca il massimo stimolo in termini di produzione di
sostanza secca nel Loietto.
Lo stimolo della produzione di biomassa epigea da parte del biochar era già stato osservato su altre piante erbacee (Lehmann e Rondon, 2006) e questo fenomeno era stato interpretato come un effetto del miglioramento generale delle condizioni di crescita. Nel nostro
studio il fattore responsabile dell’aumentata produzione di sostanza secca è stato ipotizzato
essere la maggiore disponibilità di azoto dato che la migliorata disponibilità di acqua, generalmente associata all’utilizzo del biochar, è un fattore da escludere in questo studio. Infatti,
i vasi sono stati mantenuti alla capacità di campo per tutta la durata dell’esperimento.
Al di là della soglia dell’1,7% (60 t ha-1), la produzione di biomassa del Loietto comincia
a diminuire, probabilmente perché alcune proprietà chimiche e fisiche del suolo sono state
modificate dall’alto tasso di biochar applicato. Una possibile spiegazione è stata data da
(Mikan e Abrams, 1995) che osservano una diminuzione generale della biomassa in caso di
grandi apporti di biochar al suolo a causa della deficienza di micronutrienti indotta dall’aumento del pH del suolo.
Nel caso del grano duro anche un piccolo apporto di biochar di 10 t ha-1 ha aumentato la
biomassa epigea (23%) e la resa in termini di granella (10%) rispetto al controllo.
196
LA
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SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
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USO
AGRICOLO DEL BIOCHAR
L’impatto positivo sulle rese agricole è probabilmente dovuto alla combinazione di migliorate condizioni idriche del suolo, ridotta lisciviazione dei nutrienti, migliorata struttura e
formazione di aggregati nel suolo. La maggiore disponibilità di nutrienti a seguito dell’aggiunta di biochar è stata osservata in altri studi di campo e questo può essere dovuto sia
alla riduzione della lisciviazione dell’azoto (maggiore ritenzione di NH4+; immobilizzazione
di N nella biomassa microbica) sia ad una riduzione della denitrificazione che supponiamo
essere il principale meccanismo alla base degli osservati aumenti di raccolto nel grano duro.
Tuttavia, potrebbero esistere altre importanti interazioni che spiegano l’aumento delle
rese agricole, principalmente legate alla maggiore stabilità del biochar rispetto ad altri ammendanti organici e alla materia organica del suolo (SOM).
Il biochar, infatti, può catturare grandi quantità di cationi grazie alla sua alta porosità e
al suo rapporto superficie/volume e può migliorare l’assorbimento di nutrienti da parte delle
piante e la disponibilità di P, Ca, K. Va comunque precisato che le caratteristiche fisiche e
chimiche del biochar dipendono dalla natura della biomassa di partenza e dalle condizioni
del processo di pirolisi (Gundale e De Luca, 2006), quindi, le risposte in termini di resa
agricola dovute all’applicazione del biochar sono al momento difficili da prevedere e a scala
globale.
Conclusioni
I risultati derivanti da queste esperienze scientifiche portano a delineare delle importanti conclusioni:
• L’effetto positivo sulla crescita e sulla resa è confermato anche con importanti apporti di
biochar al suolo. Nell’esperimento in vaso, effetti negativi sulla produzione di biomassa
sono stati osservati quando si è aggiunto più dell’1,7% di biochar al suolo. Tuttavia
essendo un’esperienza scientifica preliminare, nel senso che non si hanno altri dati a
disposizione, non si può generalizzare questa indicazione, che però evidenzia che gli
effetti negativi sono improbabili in caso di scenari realistici di apporto di biochar ossia
di 30-60 t ha-1 di biochar nel suolo.
• L’aggiunta di quantità relativamente basse di biochar al suolo può avere effetti positivi sulla crescita e sulle rese delle colture. Anche se lo scopo limitato del nostro esperimento non
permette di comprendere propriamente il meccanismo alla base dell’aumento osservato
nelle rese, ci sono indizi convincenti sul fatto che il biochar agisca come un ammendante del
suolo capace di aumentare la disponibilità di risorse per la coltivazione. Una più elevata
ritenzione dell’azoto del suolo può essere la spiegazione dell’aumentata produttività.
L’aumentata capacità idrica del suolo, le caratteristiche meccaniche che contribuiscono
alla stabilizzazione della materia organica del suolo, la disponibilità di alte quantità
di cationi scambiabili associati all’alta porosità del biochar sono ulteriori fattori che
necessitano di studi specifici in esperimenti di campo.
• Le aumentate rese ed il miglioramento del suolo dovute all’applicazione del biochar
si sommano al sequestro di carbonio di lungo termine. Quando i residui della pianta
sono trasformati in biochar attraverso la pirolisi, assumono una forte stabilità e possono quindi essere solo parzialmente decomposti dai micro-organismi del suolo.
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Il carbonio contenuto nel biochar può quindi rimanere nel suolo, non decomposto, per
centinaia o migliaia di anni, come evidenziato in letteratura.
• Gli effetti positivi dell’applicazione del biochar e il suo potenziale per il sequestro del
carbonio si sommano alla produzione di energia termica durante la pirolisi. Se l’energia termica prodotta durante la pirolisi è efficientemente impiegata può sostituire l’uso
di combustibili fossili e quindi contribuire ulteriormente ad una riduzione delle emissioni nette di gas serra nell’atmosfera.
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SIGRAD
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
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USO
AGRICOLO DEL BIOCHAR
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199
SEZIONE III
AGRONOMIA
Identificazione di marcatori molecolari
associati a QTL per il contenuto proteico
della granella in frumento duro
Giacomo Manginia1, Massimo Antonio Signorilea,
Stefano Ravagliab, Antonio Blancoa
a
b
Dipartimento di Biologia e Chimica Agro-Forestale ed Ambientale,
Università degli Studi di Bari, Via Amendola 165/A, 70126 Bari.
Società Italiana Sementi SIS, Via Mirandola 5, 40068 San Lazzaro di Savena (BO).
Riassunto
Il contenuto proteico delle cariossidi di frumento duro (Triticum turgidum var. durum
Desf.) influenza la qualità tecnologica delle paste. Il tenore in proteine delle cariossidi è
un tipico carattere quantitativo controllato da un complesso sistema genico e fortemente
influenzato dai fattori ambientali. Gli obiettivi di questo studio sono stati: analizzare la
variabilità fenotipica e genetica del contenuto proteico di frumento duro ed identificare
marcatori molecolari associati a QTL coinvolti nell’espressione fenotipica del carattere. Una
popolazione di linee inbred ricombinati, ottenuta dall’incrocio tra due cultivar di frumento
duro Duilio e Svevo, è stata valutata per contenuto proteico e per alcune componenti della
produttività in diverse località. L’analisi della varianza ha evidenziato differenze altamente
significative per tutti i caratteri rilevati. In tutte le prove sperimentali la linea parentale
Svevo è risultata significativamente superiore per contenuto proteico rispetto alla cultivar Duilio. È stata osservata ampia variazione trasgressiva per contenuto proteico. Questo risultato indica che nelle due linee parentali l’espressione fenotipica del carattere è
determinata da differenti geni. Per identificare marcatori molecolari associati al carattere
è stata utilizzata la procedura bulked segregant analysis. Un totale di 652 marcatori molecolari sono stati saggiati sulle linee parentali. Sono stati così identificati 204 marcatori
polimorfici, che successivamente sono stati saggiati sui due bulks ed è stata osservata una
percentuale di polimorfismo pari a 16,7%. L’analisi QTL ha permesso di identificare quattro
QTL per il contenuto proteico localizzati sui cromosomi 1A, 2A, 2B e 4A associati rispettivamente ai marcatori Xgwm99, Xgwm95, BU099658 e BJ262177d. Il QTL localizzato sul cromosoma 1A è stato identificato in tutte le prove sperimentali. L’allele positivo deriva dalla
linea parentale Duilio. Gli altri tre QTL sono stati rilevati in una o due prove sperimentali
risultando pertanto fortemente condizionati dai fattori ambientali. I marcatori Xgwm99
e BJ262177d sono risultati associati rispettivamente al peso di mille semi ed all’altezza.
Questo risultato indica che sui cromosomi 1A e 4A sono presenti geni strettamente associati
o geni con effetti pleiotropici.
1
LA
Autore per la corrispondenza: Giacomo Mangini, [email protected]
RICERCA
SIGRAD
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
203-212
203
MANGINI
ET AL.
Abstract
Grain protein content of durum wheat ((Triticum turgidum var. durum Desf.) is an important trait affecting pasta-making technology characteristics. Protein content is a typically
quantitative trait controlled by a complex genetic system and influenced by environmental
factors. The goals of this study were: to analyse phenotypic and genetic variation for grain
protein content in durum wheat and to identify molecular markers associated with QTLs
involved in the control of the quantitative trait. A set of recombinant inbred lines (RILs) was
developed from a cross between two durum wheat cultivars (Duilio and Svevo). The parental
lines and the RIL population were evaluated in different locations of Italy. Grain protein
content and yield components were observed. The parental line Svevo resulted superior for
grain protein content in comparison to the line parental Duilio. Analyses of variance revealed that grain protein content and yield components were affected by environmental conditions. Transgressive segregation was observed for all traits in each location, suggesting that
different genes are involved in phenotypic variation of the parental lines. In order to identify
major QTLs for grain protein content the bulked segregant analysis procedure was used. The
parental lines were tested with 652 molecular markers and 204 were found polymorphics.
The polymorphism between the bulks was 16.7%. Four major QTLs for grain protein content were detected on chromosome 1A, 2A, 2B and 4A, identified by the markers Xgwm99,
Xgwm95, BU099658 and BJ262177d, respectively. Single marker regression showed that the
QTL localized on chromosome 1A was detected in each field experiments. The positive allele
derived from parental line Duilio. Genotype x environment interaction was found by comparing QTLs on chromosome 2A, 2B and 4A in the same population grown in different environments. The markers Xgwm99 and BJ262177d were associated also with kernel weight and
plant height respectively. This result suggest that in these chromosome regions are localized
two genes strongly associated or genes with pleiotropic effects. No co-localized QTLs for grain
yield per spike was detected.
***
Premessa
È ormai accertato che le migliori paste alimentari sono quelle ottenute partendo da sfarinati di frumento duro (Triticum turgidum var. durum Desf.) tant’è che la legislazione di
alcuni paesi, forti consumatori del prodotto, Italia compresa, ne prescrive l’uso per la pastificazione. È stato dimostrato che la possibilità di avere un prodotto finito di buona qualità
dipende principalmente dal contenuto proteico delle cariossidi (D’Egidio et al., 1990). Negli
ultimi 20 anni l’incremento del tenore proteico è stato principalmente ottenuto potenziando
le concimazioni azotate. Tuttavia, l’uso eccessivo dell’azoto, pur avendo effetto positivo su
alcuni caratteri quanti-qualitativi, può determinare gravi problemi sia sulla pianta (allettamento, maggiore suscettibilità alle malattie, etc.) che al terreno agrario (inquinamento delle
falde acquifere, diminuzione del pH del terreno, etc.). Pertanto, nasce l’esigenza di studiare
geneticamente il tenore proteico dei frumenti duri.
Il contenuto proteico delle cariossidi (Grain Protein Content, GPC) di frumento duro è
un tipico carattere quantitativo controllato da un complesso sistema genico e fortemente influenzato dall’ambiente. Nell’ultimo ventennio sono stati largamente utilizzati come
strumento di indagine dei caratteri quantitativi i marcatori molecolari. Attualmente sono
204
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SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
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IDENTIFICAZIONE
DI MARCATORI MOLECOLARI ASSOCIATI A QTL PER IL CONTENUTO PROTEICO DELLA GRANELLA IN FRUMENTO DURO
molto impiegati i marcatori microsatelliti (Simple Sequences Repeats, SSR) che analizzano
piccole regioni di DNA costituite da 2-5 coppie di basi ripetute più volte e disperse nel genoma. I marcatori microsatelliti sono altamente polimorfici, codominanti e presentano un elevato grado di ripetibilità (Barcaccia et al., 2000). Avvalendosi della tecnologia dei marcatori
molecolari e sfruttando il concetto di associazione genetica è stato possibile identificare su
diversi cromosomi i loci (Quantitative Traits Loci, QTLs) coinvolti nell’espressione del GPC
nelle cariossidi di frumento duro (Blanco et al., 2006).
Il guadagno genetico ottenuto sinora è stato limitato dalla frequente correlazione negativa tra GPC e produttività (Simmonds, 1995). Infatti, GPC e produttività sembrano essere
controllati da geni con effetti pleiotropici o da geni strettamente associati. Tuttavia, Blanco
et al. (2002) hanno identificato un QTL per l’elevato GPC che non presenta effetti negativi
sulla produttività. Pertanto, l’identificazione di marcatori molecolari associati a QTL per
GPC che non decrementano la produzione permetterebbe la loro utilizzazione in programmi
di selezione assistita (Marker Assisted Selection, MAS).
Nonostante i progressi tecnologici conseguiti recentemente, l’analisi di popolazioni numerose può richiedere un notevole impiego di tempo e denaro. Quando le risorse necessarie per l’analisi dei marcatori è significativamente maggiore di quello necessario per la
valutazione diretta del carattere quantitativo su ciascun individuo, è possibile impiegare
una strategia alternativa per il rilievo dei QTL. L’approccio, proposto da Michelmore et al.
(1999), prevede l’uso di una popolazione segregante numerosa sulla quale si esegue la misura quantitativa del carattere di interesse. L’analisi del marcatore viene effettuata sugli
individui delle code estreme della distribuzione (bulks), cioè sugli individui con i valori più
alti e più bassi per il carattere. Se la frequenza degli alleli di un determinato marcatore
differisce significativamente tra le due sotto-popolazioni, è verosimile che un QTL che influenza il carattere di interesse sia localizzato vicino al marcatore. Il vantaggio dell’analisi
degli estremi distribuzionali risiede nel risparmio di tempo e risorse necessarie per il saggio
dei marcatori molecolari.
Gli obiettivi di questo lavoro sono stati: i) analizzare la variabilità fenotipica del GPC
delle cariossidi di frumento duro; ii) identificare e mappare QTL coinvolti nell’espressione
fenotipica del GPC; iii) valutare le correlazioni tra GPC e le principali componenti della
produttività.
Materiali e metodi
Le analisi sono state condotte su un set di 170 linee inbred ricombinanti (Recombinant
Inbred Lines, RIL) sviluppate dalla Società Italiana Sementi (SIS) a partire dall’incrocio tra
due cultivar commerciali di frumento duro Duilio e Svevo. Le due linee parentali risultano
fenotipicamente differenti sia per il GPC che per componenti della produttività.
La popolazione segregante e le linee parentali sono state valutate per due anni (2007
e 2009) ad Idice (BO) e per un anno (2009) a Valenzano (BA). Nel 2007, ad Idice, la prova
sperimentale è stata condotta su 200 famiglie F2:F5 mentre 170 linee della popolazione RIL
(F6:F7) sono state valutate successivamente nel 2009 a Idice (BO) e Valenzano (BA).
In tutte le prove è stato utilizzato il disegno sperimentale a blocco randomizzato con tre
ripetizioni disponendo quattro g di seme in parcelle di un metro lineare. In ogni ripetizione
le due linee parentali sono state ripetute tre volte. In tutte le prove sperimentali è stato
rilevato il GPC mediante spettroscopia per riflettanza nel vicino infrarosso (NIR).
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SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
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205
MANGINI
ET AL.
Inoltre, nelle prove condotte ad Idice (BO) è stato rilevato il peso dei mille semi (Kernel
Weight, KW) mentre a Valenzano (BA) sono state rilevate produzione per spiga (Grain Yield
per Spike, GYS) ed altezza (ALT). Tutti i rilievi fenotipi sono stati condotti su due ripetizioni
ad Idice (BO) e su tre ripetizioni Valenzano (BA).
Analisi molecolari
Il DNA è stato estratto da foglie di tutte le linee RIL e dai due parentali utilizzando la
metodica Doyle and Doyle (Doyle e Doyle, 1990). I campioni sono stati successivamente trattati con 1 µl dell’enzima ribonucleasi per 1 h a 37°C al fine di degradare l’RNA. La quantità
di DNA è stata stimata mediante confronto di 10 µl di DNA diluito 1:50 con un marker
λ-DNA a concentrazione nota su gel di agarosio allo 0,8 % in tampone TAE 1X (Tris-acetato
0,04 M, EDTA 0,001 M). Una volta disponibile il DNA genomico di tutte le linee della popolazione RIL sono stati scelti gli individui più adatti a costituire i due bulks. In particolare
sono stati individuati, sulla scorta dei dati fenotipici del 2007 dieci linee ad alto GPC e dieci
linee a basso GPC. In ciascun bulk le linee presentavano la stessa concentrazione di DNA
(35 ng/µl).
Sono stati saggiati un totale di 652 marcatori microsatelliti (Simple Sequence Repeat,
SSR) di cui 311 genomici (gSSR) e 341 derivati da sequenze espresse (EST-SSR). Le sequenze dei marcatori gSSR sono state reperite dalla letteratura (Röder et al., 1998) (Song et al.,
2002). I marcatori EST-SSR sono stati sviluppati da Mauricio la Rota e disponibili in banca
dati (http://wheat.pw.usda.gov).
Le amplificazioni sono state condotte in un volume 12,5 µl, ciascuno contente 35 ng di
DNA, 2 µM di ciascun primer, 200 µM di ogni nucleotide, 2,5 mM di MgCl2, 1x buffer (10mM
Tris-HCl, pH 8,3, 10 mM KCl) e 0,5 U di Taq DNA-polimerasi. I primer forward erano marcati con i fluorofori 6-FAM o 8-HEX. La reazione di amplificazione è stata condotta in un termociclatore (Biorad) utilizzando il seguente ciclo: denaturazione iniziale a 95°C per 2 min,
seguita da 35 cicli a 95°C per 30 sec, 50°/65° per 1 min, 72°C per 30 sec ed una estensione
finale a 72°C per 20 min. I prodotti di amplificazione sono stati analizzati successivamente mediante elettroforesi capillare con sequenziatore automatico (ABI PRISM 3100 Avant
Genetic Analyzer) e convertiti in elettroferogrammi con l’ausilio del software GeneMapper
v.3.5. È stato utilizzato come standard di riferimento il ROX-500.
Analisi statistiche
L’elaborazione statistica dei dati fenotipici è stata condotta con l’ausilio del software
MSTAT-C. Per ogni carattere rilevato nelle due località è stata eseguita l’analisi della varianza e sono state calcolate le medie della popolazione RIL e delle linee parentali, il coefficiente di variazione fenotipica (C.V.), la minima differenza significativa (LSD0.05), la
varianza genetica, la varianza ambientale e l’ereditabilità (h2B).
I dati ottenuti della lettura dei prodotti di amplificazione, effettuata attribuendo la lettera a all’allele relativo alla cultivar Svevo e b all’allele relativo alla varietà Duilio, sono stati
sottoposti al test del chi-quadro (χ2) per valutare la rispondenza del rapporto di segregazione osservato con quello atteso (1:1).
L’analisi QTL per il GPC e per le componenti della produttività della popolazione RIL
è stata condotta mediante il software QGene v.4.3.2. L’identificazione dei QTLs è stata effettuata mediante analisi di regressione (Single Marker Regression, SMR). L’associazione
206
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SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
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IDENTIFICAZIONE
DI MARCATORI MOLECOLARI ASSOCIATI A QTL PER IL CONTENUTO PROTEICO DELLA GRANELLA IN FRUMENTO DURO
tra il marcatore ed il carattere fenotipico è stato verificato con il test F di Fisher. Al fine di
identificare il maggior numero di QTL coinvolti nel controllo genetico del GPC e delle componenti della produzione, l’analisi SMR è stata condotta per ogni prova e sulla media degli
ambienti. La presenza di un QTL associato ad un marcatore è stata giustificata se osservata
una significatività di P≤0,05. Inoltre è stato accertato se l’allele favorevole proviene dalla
linea parentale Duilio (D) o Svevo (S).
Risultati
L’analisi di varianza per contenuto proteico (GPC), peso mille semi (KW), produzione per
spiga (GYS) ed altezza (ALT) ha rilevato differenze altamente significative tra gli individui
della popolazione segregante “Duilo x Svevo” nelle prove sperimentali condotte nel 2007 e
2009 (Tabella 1).
Tabella 1. Analisi della varianza per contenuto proteico (GPC), peso mille semi (KW),
produzione per spiga (GYS) ed altezza (ALT) nella popolazione segregante
ottenuta dall’incrocio tra le cultivar di frumento duro Duilio e Svevo.
Si riportano i dati delle prove condotte in una località (Idice) nel 2007 su famiglie F2:F5 e in due località (Idice e Valenzano) nel 2009 sulle linee inbred
ricombinanti (RIL).
Idice 2007
(famiglie F2:F5)
Fonti di
variazione
Ripetizioni
Genotipi
Errore
Valenzano 2009
(RIL)
Idice 2009
(RIL)
gl
GPC
KW
gl
1
0,156
0,680
1
GPC
KW
15,201*** 18,805*
gl
2
GPC
GYS
18,628*** 0,877***
ALT
21,618
199 1,145*** 10,954*** 169 2,318*** 18,297*** 169 2,360*** 0,109*** 55,636***
199
0,175
4,532
169
0,620
4,039
338
0,463
0,032
10,637
*,**,*** = significatività rispettivamente a 0,05; 0,01; 0,001 P.
Le due linee parentali, Duilio e Svevo, sono state scelte per la costituzione della popolazione segregante in quanto differiscono in maniera significativa per GPC; in particolare
la cultivar Svevo ha un elevato valore in proteine (16,6%), mentre la varietà Duilio mostra
valori più bassi (15,0%). Inoltre, le due linee parentali differiscono anche per alcune componenti della produttività come KW, GYS, con la cultivar Duilio che ha performance migliori
rispetto a Svevo (Tabella 2).
Nella popolazione segregante la media del GPC è risultata compresa tra 14,5% (Valenzano) e 18,1% (Idice). Sia per GPC che per KW i valori medi della popolazione RIL sono risultati intermedi alle cultivar Duilio e Svevo. Per GYS e ALT i valori medi della popolazione
segregante osservati sono risultati pari a 2,16 g e 83 cm in linea con quanto osservato sulla
linea parentale Svevo. Osservando l’intervallo di variazione, è possibile notare ampia variazione trasgressiva. Ciò dimostra che il controllo genetico del GPC nelle due linee parentali
è determinato da differenti geni.
Sia per GPC che per KW, GYS ed ALT le distribuzioni di frequenza mostrano andamento
gaussiano. Questo risultato conferma che GPC e le componenti della produttività esaminati
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nella popolazione segregante “Duilio x Svevo” sono tipici caratteri quantitativi a controllo
poligenico ed influenzati dall’ambiente. L’ereditabilità (h2B), è risultata compresa tra 0,58 e
0,73 per GPC e tra 0,41 e 0,64 per KW. GYS e ALT, rilevati solo a Valenzano, hanno mostrato
valori di h2b rispettivamente di 0,44 e 0,59.
La correlazione tra GPC e KW è risultata significativamente negativa (P≤0,001); tra
GPC e GYS non è stata invece trovata alcuna correlazione significativa, anche se è stata
riscontrata tendenza negativa (dati non mostrati). Questa relazione inversa può essere
dovuta a fattori fisiologici (Simmonds, 1995). Infatti, la produttività aumenta con l’incremento del numero e delle dimensioni delle cariossidi ed è inoltre influenzata dall’assorbimento e traslocazione dei metaboliti nel seme, in particolare di carboidrati. Pertanto in
un genotipo molto produttivo, risulta elevato il contenuto in carboidrati e basso il tenore
proteico in quanto, la stessa quantità d’azoto è distribuita in un numero maggiore di
cariossidi. La correlazione negativa tra GPC e componenti della produttività può essere dovuta anche a fattori genetici (Michelmore et al., 1999). Infatti, GPC e produttività
possono essere controllati da geni con effetti pleiotropici o da geni strettamente associati
(Blanco et al.,2006).
Tabella 2. Media, intervallo di variazione, minima differenza significativa (LSD 0,05P),
coefficiente di variazione (C.V.), varianza genetica (s2G), varianza ambientale (s2E) ed ereditabilità (h2B) per contenuto proteico (GPC), peso mille
semi (KW), produzione per spiga (GYS) ed altezza (ALT) nella popolazione
segregante ottenuta dall’incrocio tra le cultivar di frumento duro Duilio e
Svevo. Si riportano i dati delle prove condotte in una località (Idice) nel
2007 su famiglie F2:F5 e in due località (Idice e Valenzano) nel 2009 sulle
linee inbred ricombinanti (RIL).
Idice 2007
(famiglie F2:F5)
Idice 2009
(RIL)
Valenzano 2009
(RIL)
GPC
KW
GPC
KW
GPC
GYS
ALT
(%)
(g)
(%)
(g)
(%)
(g)
(cm)
Duilio
14,9
38,9
16,4
39,6
13,9
2,37
77
Svevo
16,4
32,0
18,5
34,8
14,9
2,19
81
RILs
15,8
34,6
18,1
36,8
14,5
2,16
83
Intervallo di
(13,8-18,2) (28,8-43,3) (15,7-20,8) (29,1-45,4) (12,4-17,7) (1,69-2,72)
variazione
(69-92)
LSD 0,05P
0,82
4,19
1,55
3,97
1,09
0,29
5,24
C.V. (%)
2,65
6,15
4,36
5,46
4,68
8,31
3,92
s2G
0,485
3,211
0,849
7,129
0,632
0,025
14,999
s
0,175
4,532
0,620
4,039
0,463
0,032
10,637
0,73
0,41
0,58
0,64
0,58
0,44
0,59
2
E
h
2
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B
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SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
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IDENTIFICAZIONE
DI MARCATORI MOLECOLARI ASSOCIATI A QTL PER IL CONTENUTO PROTEICO DELLA GRANELLA IN FRUMENTO DURO
Sulle due linee parentali (Duilio e Svevo) sono stati saggiati 311 marcatori microsatelliti genomici (gSSR). Inoltre sono stati analizzati 341 marcatori microsatelliti derivati da
regioni espresse (EST-SSR). L’uso di tali marcatori è auspicabile nel miglioramento genetico. Infatti, la presenza di associazione tra un marcatore derivato da EST ed un carattere
d’interesse bio-agronomico faciliterebbe la selezione assistita in quanto esso ricadrebbe,
con molta probabilità, nella regione del DNA codificante per il carattere studiato. L’analisi
del polimorfismo ha permesso di identificare 204 marcatori SSR polimorfici tra le due linee
parentali Duilio e Svevo con una percentuale di polimorfismo del 31,9% (Tabella 3). Inoltre,
emerge in maniera chiara come i gSSR (40,2%) sono più polimorfici degli EST-SSR (23,7%).
Questo risultato è atteso in quanto i marcatori EST-SSR vanno ad indagare la porzione
espressa del genoma. Dei 204 marcatori polimorfici tra le linee parentali Duilio e Svevo, solo
34 marcatori microsatelliti sono risultati polimorfici anche tra i due bulks con una percentuale di polimorfismo pari a 16,7 (Tabella 3). La bassa percentuale di polimorfismo rilevata
tra i due bulks è imputabile al fatto che la maggior parte dei marcatori SSR, risultati polimorfici tra le linee parentali ma non tra i bulks, non sono coinvolti nell’espressione fenotipica del GPC e pertanto non sono informativi per l’identificazione dei QTL per tale carattere.
Tabella 3. Polimorfismo dei marcatori microsatelliti genomici (gSSR) e derivati da
sequenze espresse (EST-SSR) rilevato tra le due linee parentali (Duilio e
Svevo) e sui due bulks della popolazione RIL “Duilio x Svevo”.
SSR
SSR
analizzati
SSR polimorfici
tra le linee parentali
SSR polimorfici
tra i due bulks
n°
n°
%a
n°
%b
GWM
157
54
34,4
10
18,5
BARC
52
17
32,7
4
23,5
WMC
95
49
51,6
12
24,5
CFA/CFD
7
5
71,4
1
20,0
Totale gSSR
311
125
40,2
27
21,6
EST-SSR
341
79
23,7
7
8,9
Totale SSR
652
204
31,9
34
16,7
a = percentuali riferite al numero totale di SSR testati.
b = percentuali riferite al numero di SSR trovati polimorfici tra le linee parentali.
In base alle numerose mappe genetiche di frumento duro già disponibili, è stato possibile
conoscere la localizzazione cromosomica dei 34 marcatori SSR (Röder et al., 1998) (Gadaleta
et al., 2010). È stato osservato che i 34 SSR, polimorfici tra i bulks, si suddividevano in sette
gruppi in base alla localizzazione cromosomica. In particolare, i cromosomi in cui mappano
i 34 marcatori sono risultati: 1A, 2A, 2B (in due differenti regioni), 3B, 4A, 5A e 6B. Ciascun
gruppo in media è costituito da 4-5 marcatori SSR. Pertanto, al fine di identificare il maggior numero di regioni cromosomiche coinvolte nel controllo fenotipico del GPC si è deciso
di saggiare un marcatore per ciascun gruppo. Tuttavia, per i cromosomi 2A e 2B sono stati
analizzati tre SSR.
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In totale sono stati saggiati dodici marcatori SSR sulla popolazione RIL “Duilio x Svevo”.
Trattandosi di una popolazione RIL il rapporto di segregazione atteso è 1:1 in quanto in
ogni linea tutti i loci si trovano in condizione di omozigosi. Tuttavia, poiché le analisi sono
state compiute su piante F6:F7 è attesa una quota di eterozigosità residua (1-3%). Il rapporto di segregazione osservato nella popolazione RIL è stato verificato con il test del chi-quadro (χ2). Per undici marcatori SSR le differenze tra i dati osservati e quelli attesi non sono
risultate significative per cui è stata accettata l’ipotesi genetica (rapporto 1:1). Solamente
per il marcatore EST-SSR BJ2612177d il rapporto è risultato a segregazione distorta.
L’analisi di regressione ha permesso l’identificazione di quattro QTL coinvolti nell’espressione fenotipica del GPC. Tali QTL sono risultati associati ai marcatori Xgwm99, Xgwm95,
BU099658 e BJ262177d localizzati rispettivamente sui cromosomi 1A, 2A, 2B e 4A (Tabella 4).
Il marcatore Xgwm99 è risultato significativamente associato al GPC nelle prove sperimentali condotte ad Idice (BO), a Valenzano (BA) ed anche sulle medie dei due ambienti.
Questo risultato dimostra che sul cromosoma 1A esiste un QTL che risulta stabile e quindi
poco influenzato dall’ambiente. L’allele che contribuisce ad incrementare il carattere proviene dalla linea parentale Duilio.
Tabella 4. Analisi di regressione (Single Marker Regression, SMR) per contenuto proteico (GPC), peso mille semi (KW), produzione per spiga (GYS) ed altezza
(ALT) nella popolazione segregante ottenuta dall’incrocio tra le cultivar di
frumento duro Duilio e Svevo. Si riportano gli F values ed i livelli di significatività delle prove condotte in una località (Idice) nel 2007 su famiglie
F2:F5, in due località (Idice e Valenzano) nel 2009 sulle linee inbred ricombinanti (RIL) e sulla media dei tre ambienti.
Ambiente
Media
ambienti
Allele
positivob
6,45*
8,11**
D
Carattere
SSR
Cromosoma
Idice
2007
Idice
2009
Valenzano
2009
GPC
Xgwm99
1A
4,68*
2,26
KW
Xgwm95
2A
5,48*
4,23*
0,19
3,13
S
BU099658a
2B
3,78°
4,66*
0,38
0,44
S
BJ262177d
4A
8,07**
0,01
1,60
6,90**
D
Xgwm99
1A
9,67**
0,91
n.r.
5,06*
D
a
4A
4,26*
0,16
n.r.
2,11
S
BJ262177da
4A
n.r.
n.r.
5,94**
-
S
BJ262177d
ALT
a
°,*, ** = Differenze significative rispettivamente a: 0,10 P, 0,05 P e 0,01 P.
a = marcatore EST-SSR.
n.r. = carattere non rilevato nella prova sperimentale.
b = D allele della linea parentale Duilio; S allele della linea parentale Svevo.
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IDENTIFICAZIONE
DI MARCATORI MOLECOLARI ASSOCIATI A QTL PER IL CONTENUTO PROTEICO DELLA GRANELLA IN FRUMENTO DURO
Il QTL localizzato sul cromosoma 2A risulta strettamente associato al marcatore
Xgwm95. Tale QTL è stato identificato ad Idice (BO) sia nel 2007 che nel 2009. L’allele
che contribuisce ad incrementare il valore fenotipico del GPC in questo caso proviene dalla linea parentale Svevo. I due QTL localizzati sui cromosomi 2B e 4A, risultati associati
rispettivamente ai due marcatori EST-SSR BU099658 e BJ262177d, sono stati identificati
in una prova agronomica e comunque solo ad Idice (BO). Questi risultati suggeriscono che
l’espressione fenotipica del GPC nella popolazione RIL “Duilio x Svevo”, è fortemente condizionata dall’interazione genotipo x ambiente che permette l’identificazione dei QTL solo
in alcuni ambienti.
L’analisi di regressione condotta per le componenti della produttività ha permesso l’identificazione di tre QTL di cui due per KW ed uno per ALT. Il QTL per KW, localizzato sul
cromosoma 1A, è risultato associato al marcatore Xgwm99 ed è stato identificato sia nella
prova condotta ad Idice (BO) che sui valori fenotipici delle due località.Il marcatore ESTSSR BJ262177d, localizzato sul cromosoma 4A, è risultato associato sia al KW che ad ALT.
Questi risultati suggeriscono che GPC ed i componenti della produttività sono controllati da geni con effetti pleiotropici o da geni strettamente associati. Se si tratta di geni che
determinano un incremento della quantità di proteine ma presentano effetti pleiotropici
negativi sulla produzione, essi non potranno essere sfruttati nei programmi di selezione,
data l’impossibilità di separare gli effetti positivi da quelli negativi. Se invece la bassa produzione e l’alto GPC sono controllati da geni diversi ma strettamente associati, si ha la possibilità di separarli (mediante ricombinazione) e quindi procedere con la selezione assistita.
Tuttavia per avere ricombinazioni tra geni strettamente associati è necessario disporre di
un elevato numero di linee segreganti.
Per convalidare i risultati ottenuti dall’analisi QTL sono in corso ulteriori prove sperimentali atte a valutare l’influenza dei fattori ambientali e le interazioni genotipo x ambiente. Inoltre, per stimare meglio la variabilità fenotipica ed identificare marcatori strettamente associati ai QTL, si rende necessario saturare con ulteriori marcatori molecolari
le regioni cromosomiche risultate associate al GPC ed alle componenti della produttività.
LA
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SIGRAD
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MANGINI
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SIGRAD
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
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Sviluppo di diaploidi in frumento duro
Giacomo Manginia1, Luciana Piarullia, Rosanna Simeonea,
Stefano Ravagliab, Antonio Blancoa
a
b
Dipartimento di Biologia e Chimica Agro-Forestale ed Ambientale,
Università degli Studi di Bari, Via Amendola 165/A, 70126 Bari.
SIS - Società Italiana Sementi - Via Mirandola 5, 40068 San Lazzaro di Savena (BO).
Riassunto
La possibilità di indurre il raddoppiamento cromosomico in individui aploidi consente di
raggiungere la condizione di omozigosi in una sola generazione. Pertanto, questa tecnica risulta strategica sia nei programmi di breeding che in studi di genetica vegetale. Gli obiettivi
di questo lavoro sono stati: i) l’ottenimento di un protocollo per la produzione in frumento
duro (Triticum turgidum var. durum Desf.) di linee diaploidi mediante ibridazione con mais;
ii) la valutazione degli effetti genotipici di cultivar italiane di frumento duro alla produzione di piante aploidi mediante incrocio interspecifico. A tal fine un set di dieci cultivar di
frumento duro è stato incrociato con l’ibrido di mais cv. Kelvedon Glory. Due giorni dopo
l’impollinazione una soluzione auxinica (Dicamba e 2,4-D) è stata applicata sulle spighe impollinate per garantire lo sviluppo degli embrioni. Tutte le varietà saggiate hanno prodotto
embrioni aploidi che successivamente sono stati coltivati in vitro. Sono stati impollinati
4369 fiori dai quali si sono sviluppati 160 embrioni. Il 42% degli embrioni è germinato ed ha
sviluppato una pianta. L’analisi citogenetica ha confermato l’aploidia delle piante ottenute.
Successivamente le radici di ogni pianta sono state immerse in una soluzione di colchicina
per indurre il raddoppiamento cromosomico. Sono state osservate differenze significative
(P<0,01) tra le cultivar di frumento duro sia per numero di cariossidi che per numero di
embrioni aploidi. Questo risultato indica che il genotipo della linea portaseme influenza la
risposta all’ibridazione con il mais. Il numero di embrioni aploidi varia da 0,5 a 14,9 per
100 fiori impollinati. Le cultivar Iride, Ciccio e Tiziana sono risultate i genotipi con migliore
risposta alla ibridazione con mais.
Abstract
The use of doubled haploid technology enables homozygosity of durum wheat ((Triticum
turgidum var. durum Desf.) lines to be reached in a single generation, making it an useful
technique for both wheat breeding and genetic studies. The aims of this work were: i) the
establishment of a protocol for the production of durum wheat double haploid lines by maize
hybridization; ii) the evaluation of genotypic effects of haploid production in Italian durum
wheat cultivars. A set of ten durum wheat commercial cultivars were crossed with maize hybrid cv. Kelvedon Glory. Two days after pollination a mixture of two hormones (Dicamba and
2.4-D) was applied to ensure embryos development. Haploid embryos were obtained from
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Autore per la corrispondenza: Giacomo Mangini, [email protected]
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ET AL.
all tested durum wheat cultivars and aseptically cultured. From a total of 4369 pollinated
florets, 160 embryos were obtained. The 42% embryos reached the complete germination and
was able to develop into healthy plants. The cytogenetic analysis confirmed the haploidy of
obtained plants. Then, the complete root apparatus of each plant was submerged into colchicines solution for chromosome doubling. Significant differences (P<0.01) were observed both
for caryopses and haploid embryos numbers among durum wheat cultivars. This result suggested that the female parent genotype affected the successful response to wheat x maize hybridization. The haploid embryos number ranged from 0.5 to 14.9 per 100 pollinated florets.
High efficiency in haploid plant production was found for Iride, Tiziana and Ciccio cultivars.
***
Premessa
Nelle specie autogame, l’ottenimento di piante diaploidi permette di accelerare la fissazione
dei caratteri desiderati da individui segreganti. Le piante diaploidi pertanto sono utilizzate
sia in studi genetica quantitativa che nei programmi di breeding. Nell’ultimo ventennio l’ibridazione interspecifica tra frumento e mais è considerata la tecnica più idonea per lo sviluppo
di linee diaploidi rispetto alla coltura di antere in cui resta ancora irrisolta la problematica
dell’albinismo (Sadasivaiah et al., 1997). La possibilità di ottenere aploidi mediante l’uso di
incroci interspecifici con mais è possibile in quanto, durante le prime divisioni mitotiche dello
zigote, i cromosomi del mais vengono persi nel citoplasma e pertanto, l’assetto cromosomico
dell’embrione risulta aploide. Tuttavia, la vitalità degli embrioni è molto bassa, tant’è che a
distanza di qualche settimana dall’incrocio l’embrione tende ad abortire. Per limitare l’aborto
degli embrioni ed aiutarne lo sviluppo nei primi stadi, è necessario aggiungere, 24-48 h dopo
l’impollinazione, auxina esogena. In seguito, trattando con colchicina la plantula apolidi è
possibile indurre il raddoppiamento cromosomico e quindi ottenere individui diaploidi.
L’efficienza della tecnica è fortemente influenzata dal genotipo portaseme. In particolare
è stato dimostrato che nei frumenti duri la possibilità di avere linee diaploidi mediante
ibridazione con mais è significativamente inferiore rispetto a quella osservata nei frumenti
teneri. Secondo Inagaki (Inagaki et al., 1998) ciò è imputabile all’assenza del genoma D.
In Italia tuttavia, pochissimi lavori hanno avuto come oggetto di studio la risposta di cultivar di frumento duro all’ibridazione con mais. Pertanto, l’identificazione di varietà di frumento duro che rispondono positivamente all’ibridazione con mais permetterebbe successivamente di sviluppare progenie F1 ad hoc da utilizzare poi per lo sviluppo di linee diaploidi.
L’attività di ricerca ha avuto come obiettivi: i) l’ottimizzazione di un protocollo di sviluppo di diaploidi in frumento duro; ii) la valutazione di varietà italiane di frumento duro
all’incrocio con mais.
Materiali e metodi
Un set di dieci varietà di moderne frumento duro (Ancomarzio, Ciccio, Grecale, Iride, Neolatino, Messapia, Orobel, Svevo, Tiziana, Vendetta) è stato valutato per la risposta all’ibridazione intergenerica con mais. Come fonte pollinica è stata utilizzata una miscela di polline fresco dell’ibrido commerciale Kelvedon Glory.
Per favorire la fioritura contemporanea, le due specie sono state seminate in diverse
epoche. In particolare per ciascun genotipo di frumento duro sono state seminate un totale
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SVILUPPO
DI DIAPLOIDI IN FRUMENTO DURO
di 150 piante suddivise in tre differenti epoche (novembre, dicembre e febbraio) mentre,
per il mais sono state seminate 48 piante distribuite in otto epoche di semina (due per ogni
settimana nel mese di Gennaio) ed allevate in ambiente protetto.
L’emasculazione ha previsto la rimozione dei fiori centrali da ciascuna spighetta e l’allontanamento della parte apicale e basale della spiga in modo che i ginecei da impollinare
fossero nello stesso stadio di sviluppo. In seguito, le glume di ciascun fiore sono state tagliate a metà della loro lunghezza per facilitare la rimozione delle tre antere. Il polline è stato
raccolto dal pennacchio delle piante di mais in buste di pergamena ed in seguito trasferito
sugli stigmi con l’ausilio di un piccolo pennello.
Circa 24 ore dopo l’impollinazione, le spighe sono state sottoposte al trattamento auxinico.
La soluzione ormonale è stata costituita da 2,4 D e dicamba entrambi concentrati 50 mg l-1.
Tale soluzione è stata iniettata sopra l’ultimo internodo della spiga impollinata. Inoltre, utilizzando uno spray, è stata applicata, sulla spiga impollinata, una soluzione di dicamba 20 ml l-1.
Circa 20 giorni dopo il trattamento ormonale si è proceduti all’escissione degli embrioni
dalle cariossidi immature con l’ausilio del binoculare. Prima di procedere alla escissione
degli embrioni, sotto cappa a flusso laminare, le cariossidi immature sono state sterilizzate
con etanolo 70% per 10 s ed ipoclorito di sodio al 20% per 10 min.
Gli embrioni escissi sono stati trasferiti in tubi contenenti il mezzo di coltura Gambourgs
B5 a cui è stato addizionato saccarosio 30 g l-1. I tubi contenenti gli embrioni sono stati disposti in camera di crescita a 25° C al buio sino a che non ha avuto inizio la germinazione.
Successivamente le plantule sono state allevate sempre in camera di crescita a 25° C con 16
ore di luce. A due mesi dalla germinazione le plantule aploidi sono state trapiantate in vasi
contenenti torba, terriccio e vermiculite in rapporto 4:5:1 e disposti in camera di crescita a
25°C con 16 ore di luce.
Tre settimane dopo il trapianto, le plantule sono state trattate con una soluzione di colchicina al 6% per il raddoppiamento cromosomico. Le radici e la base dei culmi sono stati
immersi in una beuta contenente la soluzione di colchicina (6 mg di colchicina e 180 µl di
DMSO per pianta). Le plantule aploidi sono state lasciate per cinque ore alla luce a temperatura ambiente sotto cappa chimica.
Prima di eseguire il trattamento di poliploidizzazione, da ciascuna plantula sono stati
recisi due apici radicali al fine di verificare citogeneticamente la condizione di aploidia.
Il conteggio del numero di cromosomi è stato determinato utilizzando il protocollo della
colorazione Feulgen (Feulgen et al., 1924).
In seguito al trattamento le radici sono state sciacquate e riposte in vasi contenenti il
substrato composto da torba, terriccio e vermiculite e disposti in camera di crescita a 25°C
con 16 ore di luce al fine di favorire l’attecchimento. Dopo tre settimane dal trattamento con
colchicina, le plantule diaploidi sono state trasferite in serra ed allevate a 25°C con 12 di
luce. L’allevamento in serra si è reso necessario in quanto il ciclo delle piante diaploidi si è
svolto tra la fine dell’estate ed inizio inverno.
Nel corso dell’esperimento sono stati rilevati: numero di cariossidi, numero di embrioni,
numero di embrioni germinati, numero di piante aploidi trapiantate e numero di piante
diaploidi ottenute. Per valutare se esistono differenze imputabili all’interazione tra il genotipo di frumento duro ed il mais è stato utilizzato come test statistico la minima differenza
significativa (LSD0,01P).
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Risultati
Sono state impollinate un totale di 224 spighe con una media di 22 per varietà. Il numero di fiori impollinati è stato pari a 4369 con una media di 437 per genotipo (Tabella 1). A
seguito dell’impollinazione e del trattamento auxinico (2,4 D e dicamba), sono state ottenute 2979 cariossidi immature. Pertanto l’efficienza del trattamento ormonale sullo sviluppo
delle semi è risultato pari a 68,2 ogni 100 fiori impollinati. Le cariossidi sono risultate più
piccole rispetto ai semi di frumento duro raccolti allo stesso stadio ed ottenuti per autofecondazione. Inoltre, i semi ottenuti dall’incrocio con mais all’interno sono risultati ripieni di
soluzione acquosa e comunque privi di endosperma.
Mediante l’ausilio del binoculare è stato possibile recuperare 3,7 embrioni aploidi ogni
100 fiori impollinati. Questo risultato è sensibilmente superiore rispetto a 2,9 ottenuto
nell’esperimento condotto nel 2007 (Mangini et al., 2007). L’incremento del numero di embrioni aploidi è sicuramente imputabile alle diverse sostanze auxiniche utilizzate nei due
esperimenti. Infatti, nel 2007 è stato utilizzato esclusivamente un ormone auxinico (dicamba) mentre successivamente è stata adoperata una soluzione composta da 2,4 D e il
dicamba. Pertanto, è possibile concludere che tale soluzione è più idonea per l’ottenimento
di aploidi in frumento duro.
Tabella 1. Numero di spighe impollinate, numero fiori impollinati, embrioni aploidi,
plantule aploidi e piante diaploidi ottenute incrociando dieci varietà di frumento duro con l’ibrido di mais Kelvedon Glory.
Fiori
impollinati
n°
n°
n°
%2
n°
%2
n°
%2
n°
Iride
21
396
310
78,2 a,b
59
14,9 a
21
5,3
6
Tiziana
25
463
338
73,0 b
24
5,2 b
16
3,7
3
Ciccio
20
446
291
65,3 a,b
23
5,2 b
15
3,4
3
Vendetta
21
368
137
37,2 d
10
2,7 b, c
5
1,4
-
Svevo
21
444
277
62,3 b,c
11
2,5 c,d
5
1,1
2
Neolatino
21
446
368
82,5 a
10
2,2 c,d
3
0,7
-
Grecale
21
412
359
87,1 a
7
1,7 c,d
-
-
Orobel
26
526
326
61,9 b,c
8
1,5 d
-
-
-
Ancomarzio
24
488
336
68,8 a,b
6
1,2 d
2
0,4
-
Messapia
24
380
237
62,6 c,d
2
0,5 d
-
-
-
Totale
224
4369
2979
68,2
160
3,7
67
1,5
14
Cariossidi1
Embrioni
aploidi1
Plantule
aploidi
germinate1
Spighe
impollinate
Varietà
-
Piante
diaploidi
1) Varietà con lettere diverse indicano differenze significative ad P<0,01.
2) Le percentuali per numero cariossidi, embrioni aploidi e plantule aploidi sono state rapportate a 100 fiori impollinati.
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Sono state ottenute 1,5 piante aploidi per ogni 100 fiori impollinati (un totale di 67 plantule). Anche la percentuale di germinazione degli embrioni aploidi ottenuti è risultata superiore rispetto a quella osservata nel 2007. L’incremento osservato è imputabile alle migliori
condizioni osmotiche realizzate in vitro aumentando la concentrazione del saccarosio nel
mezzo di coltura. Infatti nel 2007, la concentrazione di saccarosio è stata pari a 20 g l-1, mentre successivamente è stata innalzata a 30 g l-1. Tuttavia, nonostante l’incremento osservato, in valore assoluto, l’efficienza risulta essere ancora mediamente bassa. È molto probabile
che la percentuale di germinazione osservata (40%) sia determinata dalle malformazioni riscontrate negli embrioni aploidi. Infatti gli embrioni isolati dalle cariossidi immature
sono risultati di forma irregolare e di dimensione ridotta (Figura 1a). Questa situazione è
sicuramente imputabile alla condizione di aploidia (Figura 1c) che ostacola la corretta formazione dell’embrione. Ciò è dimostrato anche dal basso numero di plantule aploidi che è
stato possibile trasferire in vivo (16 plantule). Inoltre è da sottolineare che molte plantule,
successivamente alla germinazione, hanno arrestato lo sviluppo finendo col morire.
Figura 1. Embrioni aploidi della cultivar di frumento duro Iride ottenuti dall’incrocio
con mais. a) Embrione malforme; b) embrione allo stadio globulare; c) numero cromosomico (n=14) di una plantula aploide.
Questo risultato è dovuto molto probabilmente al fatto che il frumento duro è recalcitrante alla coltura in vitro.
Il trattamento con colchicina infine, non ha influenzato la vitalità delle plantule. Infatti
più del 87% delle piante è rimasto vitale dopo la poliploidizzazione. Questo risultato conferma che le fasi critiche del protocollo risultano l’ottenimento di embrioni aploidi e la loro
germinazione in vitro.
Analizzando la risposta delle varietà di frumento duro all’ibridazione con mais è possibile osservare differenze significative sia nel numero di cariossidi che nel numero di emLA
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brioni aploidi ottenuti (Tabella 1). In particolare, il numero di cariossidi ottenute è risultato
variare tra 137 (Vendetta) e 368 (Neolatino). Le cultivar in cui è stato possibile ottenere il
maggior numero di cariossidi e tra le quali non sono state osservate differenze significative
sono risultate rispettivamente Neolatino e Grecale. La varietà Vendetta invece, è risultata
la peggiore con differenze significative (P<0,01) rispetto alle altre varietà. In base a questi
risultati è possibile concludere che il numero di cariossidi ottenibili è sicuramente influenzato, oltre che dal tipo di sostanza auxinica utilizzata, anche dal genotipo della cultivar di
frumento duro.
Anche il numero di embrioni aploidi è significativamente condizionato dal genotipo della
cultivar di frumento duro. Infatti la cultivar Iride è risultata la migliore in assoluto con
14,9 embrioni ogni 100 fiori impollinati, mentre Orobel, Ancomarzio e Messapia si collocano
agli ultimi posti tra le varietà esaminate rispettivamente con valori pari a 1,5, 1,2 e 0,5.
Pertanto, in questo esperimento viene confermato che la risposta all’incrocio con mais è
influenzata dal genotipo della cultivar di frumento duro come già riscontrato in letteratura
(Almouslem et al., 1998) (David et al., 1999), (Ballesteros et al., 2003) (Juahar et al., 2009).
Molto interessante è il risultato osservato sulla varietà Iride. Infatti il numero di embrioni
ottenuto ogni 100 fiori impollinati (14,9) è in linea con quanto osservato in passato sulla cultivar Altar84 (15,8) da Inagaki (Inagaki et al.,1998). Poiché la cultivar Iride deriva dall’incrocio tra la varietà Altar84 e Ionio è molto probabile che l’ottima risposta all’ibridazione
con mais della varietà Iride sia dovuta all’effetto genotipico del parentale, precedentemente
valutato da Inagaki (Inagaki et al.,1998). Altre varietà che hanno mostrato una buona risposta all’incrocio con mais sono risultate Tiziana e Ciccio entrambe con valori di 5,2 embrioni ogni 100 fiori impollinati.
Le cultivar Neolatino, Grecale ed Ancomarzio pur risultando tra le migliori cultivar per
numero di cariossidi per ogni 100 fiori impollinati, si collocano agli ultimi posti per numero
di embrioni aploidi. Ciò dimostra che se al trattamento ormonale non si abbina un genotipo
di frumento duro che risponda bene all’ibridazione con il mais, i risultati saranno comunque
limitati.
Nessuna differenza significativa, tra le cultivar esaminate, è stata osservata invece per
il numero di piante aploidi germinate in vitro. Questo risultato indica che il genotipo di
frumento duro non influenza la percentuale di germinazione.
Dagli esperimenti condotti è emerso che le fasi critiche nel protocollo di ottenimento di linee diaploidi risultano l’ottenimento di embrioni aploidi e la loro germinazione. Inoltre, per
l’ottenimento di nuove linee diaploidi, è necessario considerare anche l’effetto genotipo della
cultivar di frumento duro. Pertanto, per lo sviluppo in maniera massiva di linee diaploidi è
necessario costituire progenie F1 ad hoc utilizzando possibilmente varietà precedentemente
valutate per la risposta all’incrocio con mais. Da questo lavoro le varietà che sono risultate
idonee sono: Iride, Tiziana e Ciccio.
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SVILUPPO
DI DIAPLOIDI IN FRUMENTO DURO
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SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
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219
Definizione di liste varietali di frumento
duro per sei areali di coltivazione
Andreina Belocchia1, Mauro Fornaraa, Maria Grazia D’Egidioa,
Fabrizio Quarantaa
a
Consiglio per la Ricerca e la Sperimentazione in Agricoltura-Unità di ricerca
per la valorizzazione qualitativa dei cerali (CRA-QCE), Via Nazionale 82, 00184 Roma.
Riassunto
Nella filiera frumento duro (Triticum turgidum var. durum Desf.) - pasta la qualità del
prodotto finito è in stretta relazione con la qualità della materia prima che deriva in buona
parte dal patrimonio genetico della varietà utilizzata.
Al fine di individuare le migliori varietà consigliabili nei sei areali di coltivazione di
interesse SIGRAD (Tavoliere pugliese, collina interna della Basilicata, area litoranea della
Toscana, collina interna della Toscana, Romagna-Marche e Pianura Padana) sono stati elaborati i risultati di 12 anni di prove (1997-2008) della rete nazionale frumento duro, coordinata dal CRA-QCE di Roma. Per ciascuna cultivar, saggiata per almeno un biennio, sono
stati valutati i seguenti parametri: produzione, peso ettolitrico, contenuto proteico, SDS,
Gluten Index, W, colore della semola (indice di giallo).
In ciascun areale diverse varietà hanno mostrato buoni livelli di resa associati ad interessanti caratteristiche qualitative. In linea generale gli areali meridionali sono risultati quelli
più vocati per ottenere granella di qualità a fronte di rese non particolarmente elevate.
Abstract
In durum wheat ((Triticum turgidum var. durum Desf.) - pasta chain, quality of finished
product is strictly related to the quality of raw materials, which in turn derives mainly from
the genetic heritage of the cultivar.
In order to individuate the best cultivars for durum wheat cropping in the six SIGRAD
growing areas (Padana Plain, Romagna–Marche, Tuscan Coastal area, Tuscan Inner Hillside, Tavoliere of Apulia and Basilicata Inner Hillside), data from the 1997 – 2008 national
network of durum wheat cultivars trials were elaborated. For each cultivar, tested for at least
a biennium, the following parameters were evaluated: Yield, test weight, grain protein content, SDS, gluten index, W, semolina colour (yellow index).
In every growing area several cultivars shown good yield levels, associated with interesting qualitative traits. Overall, areas from Southern Italy resulted to be more vocated for the
production of good quality grains, even if yields weren’t quite elevated.
***
1
LA
Autore per la corrispondenza: Andreina Belocchi, [email protected]
RICERCA
SIGRAD
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
221-240
221
BELOCCHI
ET AL.
Premessa
Il frumento duro (Triticum turgidum var. durum Desf.) è alla base della filiera agro-alimentare della pasta e riveste pertanto un ruolo di primario interesse per l’economia dell’intero sistema Italia. Il nostro Paese è infatti il maggiore produttore mondiale di pasta e dal
suo costante apprezzamento internazionale derivano interessanti consumi pro-capite che
ne fanno uno dei pilastri del “made in Italy”. In questa filiera la qualità del prodotto finito è
in stretta relazione con la qualità della materia prima che deriva in buona parte dal patrimonio genetico della varietà utilizzata.
Le cultivar evidenziano una qualità “agronomica” che si esprime prima di tutto con differenti livelli di resa in relazione al diverso adattamento alle condizioni pedoclimatiche, alla
resistenza alle fitopatie a agli stress ambientali. Il peso ettolitrico e il contenuto in ceneri
della granella influenzano la resa in semola e quindi la qualità “molitoria”. Il contenuto
proteico, la qualità del glutine e il contenuto di carotenoidi delle varietà sono parametri che
influenzano la qualità “tecnologica” e quindi le caratteristiche del prodotto finito.
L’individuazione di varietà con buone caratteristiche agronomiche e tecnologiche che ben
si adattano ai diversi ambienti permette di aumentare le rese e di migliorare la qualità del
prodotto senza incidere significativamente sui costi di produzione.
La valutazione dei genotipi disponibili prevede una Rete nazionale di confronto varietale
che con continuità garantisce ai tecnici del settore di accedere a tempestive informazioni
sulle caratteristiche agronomico - produttive, merceologiche e qualitative delle nuove costituzioni annualmente iscritte al Registro Nazionale e di quelle maggiormente diffuse, in
modo da indirizzare la scelta verso quelle più adatte ai diversi areali di coltivazione.
Nell’ambito della Rete nazionale di confronto varietale frumento duro, coordinata dal
CRA-QCE di Roma sin dal 1974, ogni anno vengono realizzati 50-60 campi, dislocati in
15-16 regioni, raggruppate in 6 areali: Sicilia, Sardegna, Sud peninsulare, Versante tirrenico dell’Italia centrale, Versante adriatico dell’Italia centrale, Nord. In ciascuno dei singoli
campi vengono testate ogni anno circa 30 varietà, di cui 18-22 comuni a tutta la rete e le
restanti scelte in funzione dell’ adattamento a ciascun areale, sulla base dei risultati degli
anni precedenti. Le varietà comuni comprendono: le 4 cultivar più diffuse a livello nazionale
sulla base della certificazione dei dati ENSE dell’anno precedente; le 4-5 cultivar più interessanti per produttività, qualità e tolleranza nei confronti delle principali fitopatie e già
provate nella rete per almeno 2 anni; le varietà annualmente iscritte al Registro nazionale
o comunitario, purché certificate in Italia. Le nuove varietà restano in prova per due anni
mentre un terzo anno è previsto solo in caso di risultati discordanti nel biennio.
L’attività di coordinamento della Rete nazionale riguarda: la scelta e il reperimento delle
varietà da saggiare; le analisi di germinabilità delle stesse, la predisposizione dei piani di
semina; la preparazione e la spedizione dei semi per i singoli campi; la definizione del protocollo sperimentale comune; l’acquisizione e l’elaborazione statistica dei risultati di ciascun
campo; la presentazione su riviste a carattere tecnico-divulgativo dei principali risultati
emersi dalla sperimentazione collegiale.
In tutte le prove viene adottato uno schema sperimentale a blocco randomizzato con tre
ripetizioni su parcelle di circa 10 m2 di superficie; la semina viene effettuata con seminatrice parcellare da frumento con densità pari a 350 semi germinabili per m2 nelle prove del
sud peninsulare e 450 in quelle del centro-nord. La tecnica colturale adottata è quella più in
uso nei diversi ambienti di prova. In ciascuna località vengono rilevati i principali caratteri
222
LA
RICERCA
SIGRAD
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
221-240
DEFINIZIONE
DI LISTE VARIETALI DI FRUMENTO DURO PER SEI AREALI DI COLTIVAZIONE
morfologici, agronomici, merceologici e produttivi e qualitativi delle cultivar in prova.
Per una valutazione complessiva dell’adattamento e delle caratteristiche delle singole
varietà è stata realizzata una rielaborazione e una sintesi poliennale dei dati raccolti annualmente con la Rete.
Materiali e metodi
Nell’ambito del progetto SIGRAD, la sintesi ha riguardato i dati ottenuti dalle prove
della Rete nazionale di confronto varietale frumento duro relativi al poliennio 1997-2008
(Speciale frumento duro. L’Informatore Agrario, 1997-2008) (D’Egidio et al., Molini d’Italia,
1998-2009) aggregando i campi localizzati nei 6 areali previsti: Pianura Padana, Romagna
- Marche, area litoranea della Toscana, collina interna della Toscana, Tavoliere pugliese e
collina interna della Basilicata (Tabella 1), caratterizzando ciascun areale, oltre che geograficamente, anche sulla base dei principali elementi di agrotecnica applicati nelle diverse
prove (precessione, concimazione azotata, data di semina, etc.).
La sintesi ha riguardato le varietà saggiate per almeno un biennio considerando:
a) per la granella:
produzione (t/ha);
•
•
peso ettolitrico (kg/hL);
•
contenuto proteico (% s.s., Infratec 1241);
b) per lo sfarinato:
•
test di sedimentazione in SDS;
c) per la semola:
•
contenuto proteico (% s.s., LECO FP 428);
•
Gluten Index;
•
test alveografico di Chopin per W;
•
colore, espresso come indice di giallo (colorimetro Minolta-Chroma Meter CR-300).
La caratterizzazione della granella è stata effettuata su campioni parcellari; i risultati
vengono espressi come indici (calcolati rapportando la media della singola varietà al valore medio del poliennio di prova) e confrontati con i risultati di 2-3 cultivar di riferimento,
specifiche per ciascun areale: Iride e Claudio per Pianura Padana, Romagna-Marche e i due
areali della Toscana; Iride, Simeto e Svevo per Tavoliere pugliese e collina interna della
Basilicata.
Le caratteristiche qualitative dello sfarinato e della semola di ciascuna varietà sono state
valutate secondo metodiche standard di riferimento su un campione composito, ottenuto
mescolando in uguale proporzione la granella proveniente dalle diverse località afferenti ad
una stessa zona agro-climatica.
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x
x
x
x
Fiorenzuola
PC
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
S.Angelo
LO
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
2008
x
2007
2005
2006
2004
2003
x
x
x
x
x
n° prove 59
Lonigo
VI
Ozzano
BO
Castel San Pietro Terme
BO
Imola
BO
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
Voghera
PV
Palazzolo
UD
x
Pilastro
PR
x
Romagna-Marche
x
x
n° prove 57
Conselice
RA
S Stefano
RA
Ostellato
FE
x
Ravenna
RA
x
Jesi
AN
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
S.Maria Nuova
AN
x
x
x
Tolentino
MC
x
x
x
x
Toscana litoranea
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
n° prove 27
Barbaruta
GR
Roccastrada
GR
Roselle
GR
S.Piero a Grado
PI
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
Toscana collina interna
224
2002
x
Pianura Padana
2001
x
x
1999
x
x
1998
x
1997
BO
RO
Prov.
Budrio
Ceregnano
Areale/Località
2000
Tabella 1. Elenco delle località e numero di prove sintetizzate per ciascun areale nei
diversi anni.
x
x
n° prove 24
Castiglione D’Orcia
SI
x
x
x
x
x
Marciano
AR
x
x
x
x
x
Pienza
SI
LA
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x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
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221-240
2008
2006
2005
2004
2003
2002
2007
Tavoliere pugliese
2001
2000
1999
DI LISTE VARIETALI DI FRUMENTO DURO PER SEI AREALI DI COLTIVAZIONE
1998
1997
Areale/Località
Prov.
DEFINIZIONE
x
x
n° prove 20
Candela
FG
x
Cerignola
FG
Foggia
FG
x
x
x
x
x
S.Severo
FG
x
x
x
x
x
Basilicata collina interna
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
n° prove 24
Gaudiano di Lavello
PZ
x
x
x
x
x
Matera
MT
x
x
x
x
x
Tricarico
MT
x
x
x
x
Per la classificazione del peso ettolitrico, delle proteine della semola, del Gluten Index e
W si è fatto riferimento ai limiti previsti dalle Norme UNI 10709 e UNI 10940, relative alle
cariossidi e alle semole. Per SDS e indice di giallo, in mancanza di una normativa ufficiale
sono state individuate analogamente 4 classi di qualità (Tabella 2).
Tabella 2. Classificazione qualitativa delle cariossidi e delle semole.
Classi di qualità (UNI 10709 - 10940)
I
II
III
n.c.
Peso ettolitrico (cariossidi) kg/hL
≥80
≥78
≥75
<75
Proteine (semola) % s.s.
≥13,5
≥12,0
≥10,5
<10,5
Gluten Index (semola)
≥80
≥60
≥30
<30
W alveografico (semola)
≥250
≥180
≥100
<100
Classi di qualità
Ottima
Buona
Accettabile
Scadente
SDS (sfarinato integrale)
≥40
≥35
≥30
<30
Indice di Giallo (semola)
≥23,5
≥21,0
≥19,0
<19,0
Risultati
Areali
La sintesi poliennale ha permesso di caratterizzare i sei areali considerati sia riguardo agli
elementi di tecnica colturale utilizzata più frequentemente sia per i risultati medi dei prinLA
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ET AL.
cipali caratteri rilevati. Le differenze più importanti tra gli areali riguardano la precessione
colturale, la dose e la modalità di somministrazione della concimazione azotata (Tabella 3).
Tabella 3. Rete nazionale frumento duro 1997-2008. Principali elementi di tecnica
colturale.
Concimazione N
Areale
Precessione colturale
kg/ha
% alla
semina
Data media
semina
spigatura
raccolta
Pianura padana
Rinnovo
131
15%
9 nov
7 mag
2 lug
Romagna-Marche
Rinnovo
125
3%
9 nov
3 mag
5 lug
Toscana litoranea
Erbaio-Rinnovo
146
21%
13 dic
2 mag
1 lug
Toscana collina interna
Rinnovo- Erbaio
139
21%
29 nov
11 mag
10 lug
Maggese
90
43%
8 dic
26 apr
22 giu
Leguminose-Ringrano
87
38%
8 dic
27 apr
23 giu
Tavoliere pugliese
Basilicata collina interna
Dagli itinerari tecnici utilizzati più frequentemente si può notare come, procedendo dagli areali settentrionali verso quelli meridionali, le precessioni colturali diventino meno
diversificate passando dai rinnovi agli erbai al ringrano o addirittura al maggese. Le concimazioni risultano più elevate nel centro-nord rispetto al sud peninsulare, dove aumenta
peraltro la consuetudine di distribuire il concime anche alla semina. Queste scelte riflettono
la minor redditività della specie e la difficoltà a reperire una alternativa economicamente
valida negli areali più meridionali.
Le rese medie più elevate (Tabella 4) sono state ottenute negli areali più settentrionali
che risultano però non particolarmente vocati a produzioni di alta qualità e elevata salubrità
(contaminazione da micotossine), realizzabili invece in Toscana (maggiore proteina associata
a buone rese) e soprattutto nel Tavoliere pugliese (alto tenore proteico e buon peso ettolitrico).
Tabella 4. Rete nazionale frumento duro 1997-2008. valori medi dei principali caratteri
rilevati nei singoli areali.
Areale
226
Prove
Produzione
Peso
ettolitrico
Peso
1000 car.
Proteine
n.
t/ha
kg/hL
g
%s.s.
Pianura padana
59
6,23
76,8
42,4
13,6
Romagna-Marche
57
6,44
80,1
46,4
13,4
Toscana litoranea
27
4,88
78,0
41,2
14,0
Toscana collina interna
24
5,20
78,0
41,3
14,0
Tavoliere pugliese
20
4,19
81,0
40,7
14,6
Basilicata collina interna
24
3,81
82,6
44,0
13,7
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DEFINIZIONE
DI LISTE VARIETALI DI FRUMENTO DURO PER SEI AREALI DI COLTIVAZIONE
Per ciascuno dei sei areali considerati vengono presentate due figure:
• nella prima sono riportati, per gli anni dal 1997 al 2008, i valori delle produzioni medie
(in verde) e quelli della varietà più produttiva (in rosso) con l’indicazione del nome e
del ciclo alla spigatura (P=precoce; MP=medio-precoce; M=medio; MT=medio-tardivo;
T=tardivo); vengono inoltre indicate la produzione media del poliennio (in verde) e
quella ottenuta con le cultivar più produttive (in rosso);
• nella seconda figura vengono presentati, per tutti gli anni, i valori medi del peso ettolitrico (in blu), del contenuto proteico della granella (in verde) e le rette (in rosso) relative
ai limiti inferiori della II classe di qualità della normativa UNI (Tabella 2).
L’areale Pianura Padana si è caratterizzato per rese medie elevate (Figura 1), granella
di buone dimensioni, peso ettolitrico molto basso e tenore proteico generalmente entro la II
classe UNI (Figura 2).
Figura 1. Areale Pianura Padana: produzioni medie e della cultivar più produttiva dal
1997 al 2008; resa media dell’areale (in verde) e delle cultivar più produttive
(in rosso).
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SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
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Figura 2. Areale Pianura Padana: peso ettolitrico medio e contenuto proteico medio
dal 1997 al 2008 (retta rossa: limite inferiore della II classe UNI).
Nell’areale Romagna-Marche è stata registrata la produzione media più elevata (Figura
3), con granella di grosse dimensioni e buon peso ettolitrico ma con il più basso tenore proteico medio (Figura 4).
Figura 3. Areale Romagna-Marche: produzioni medie e della cultivar più produttiva dal
1997 al 2008; resa media dell’areale (in verde) e delle cultivar più produttive
(in rosso).
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DEFINIZIONE
DI LISTE VARIETALI DI FRUMENTO DURO PER SEI AREALI DI COLTIVAZIONE
Figura 4. Areale Romagna-Marche: peso ettolitrico medio e contenuto proteico medio
dal 1997 al 2008 (retta rossa: limite inferiore della II classe UNI).
I due areali in cui è stata divisa la Toscana, parte litoranea e collina interna, sono risultati lievemente diversificati per il dato produttivo medio (4.88 t/ha e 5.20 t/ha, rispettivamente) ma analoghi per quanto riguarda le caratteristiche qualitative della granella: bassi pesi
ettolitrici e piccole dimensioni della granella associati ad un buon tenore proteico medio
(Figure 5, 6, 7, 8).
Figura 5. Areale Toscana litoranea: produzioni medie e della cultivar più produttiva dal
1997 al 2008; resa media dell’areale (in verde) e delle cultivar più produttive
(in rosso).
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SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
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ET AL.
Figura 6. Areale Toscana litoranea: peso ettolitrico medio e contenuto proteico medio
dal 1997 al 2008 (retta rossa: limite inferiore della II classe UNI).
Figura 7. Areale Toscana collina interna: produzioni medie e della cultivar più produttiva dal 1997 al 2008; resa media dell’areale (in verde) e delle cultivar più
produttive (in rosso).
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DEFINIZIONE
DI LISTE VARIETALI DI FRUMENTO DURO PER SEI AREALI DI COLTIVAZIONE
Figura 8. Areale Toscana collina interna: peso ettolitrico medio e contenuto proteico
medio dal 1997 al 2008 (retta rossa: limite inferiore della II classe UNI).
L’areale che è risultato più vocato all’ottenimento di produzioni di alta qualità è il Tavoliere pugliese dove, a fronte di una produzione media di 4.19 t/ha (Figura 9) e di semi di piccole dimensioni, è stata ottenuta granella di buon peso ettolitrico e soprattutto con elevato
tenore proteico (Figura 10).
Figura 9. Areale Tavoliere pugliese: produzioni medie e della cultivar più produttiva
dal 1997 al 2008; resa media dell’areale (in verde) e delle cultivar più produttive (in rosso).
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ET AL.
Figura 10. Areale Tavoliere pugliese: peso ettolitrico medio e contenuto proteico medio dal 1997 al 2008 (retta rossa: limite inferiore della II classe UNI).
Nella collina interna della Basilicata sono state realizzate le rese unitarie più basse (Figura 11), con granella di buone dimensioni ed elevati pesi ettolitrici (Figura 12); il contenuto
proteico medio è risultato di poco superiore a quello degli ambienti settentrionali forse a
causa dell’eccessivo ricorso al ringrano.
Figura 11. Areale Basilicata collina interna: produzioni medie e della cultivar più produttiva dal 1997 al 2008; resa media dell’areale (in verde) e delle cultivar
più produttive (in rosso).
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DEFINIZIONE
DI LISTE VARIETALI DI FRUMENTO DURO PER SEI AREALI DI COLTIVAZIONE
Figura 12. Areale Basilicata collina interna: peso ettolitrico medio e contenuto proteico medio dal 1997 al 2008 (retta rossa: limite inferiore della II classe UNI).
Riguardo al tenore proteico c’è da sottolineare il forte decremento registrato dagli anni
2001-2002 in poi, soprattutto negli areali meridionali e nella Toscana litoranea, mentre negli areali più settentrionali questo fenomeno è apparso meno vistoso in funzione anche del
minor contenuto proteico medio rilevabile.
Varietà
Per ciascun areale sono state sintetizzate un numero variabile di cultivar, presenti nelle
prove della rete nazionale per almeno un biennio durante il poliennio 1997-2008:
• 81 varietà nell’areale Pianura Padana;
• 79 nella Romagna – Marche;
• 82 nei due areali della Toscana;
• 76 nei due areali del Sud peninsulare.
Per ciascun areale nelle Tabelle da 5 a 10 vengono riportate solo le cultivar più interessanti per livelli di resa e caratteristiche qualitative.
In ciascuna tabella vengono indicate:
a) varietà:
• nome;
• ciclo alla spigatura;
• numero di anni di prova e il poliennio in cui è stata saggiata.
b) produzione:
• indice medio calcolato rispetto alla produzione media del poliennio di prova;
• indice vs testimoni calcolato rispetto alla produzione di 2-3 cultivar di riferimento.
Nello stesso poliennio scelte per caratteristiche produttive, qualitative e di diffusione
nell’areale: Iride e Claudio per gli areali Centro-settentrionali; Iride, Simeto e Svevo per
quelli meridionali.
c) peso ettolitrico e contenuto proteico della granella:
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ET AL.
• indici medi (calcolati come per la produzione);
• classe UNI del valore medio del peso ettolitrico (Tabella 2).
d) SDS e Indice di giallo:
• classe di qualità (Tabella 2).
e) proteine della semola, Gluten Index e W:
• classe UNI del valore medio (Tabella 2).
I risultati produttivi e qualitativi sono stati inoltre evidenziati utilizzando 5 colori a cui
corrispondono:
indici ≥ 105
indici 103-104
indici 98-102
indici 96-97
indici ≤ 95
molto superiori alla media o classe di qualità I / ottima;
superiori alla media o classe di qualità II / buona;
intorno alla media o classe di qualità III / accettabile;
indici inferiori alla media;
molto inferiori alla media o classe di qualità n.c. / scadente.
Tabella 5. Areale Pianura Padana. Caratterizzazione delle cultivar di maggiore interesse per l’areale (elaborazione dati rete nazionale frumento duro 1997-2008).
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DI LISTE VARIETALI DI FRUMENTO DURO PER SEI AREALI DI COLTIVAZIONE
Tabella 6. Areale Romagna - Marche. Caratterizzazione delle cultivar di maggiore interesse per l’areale (elaborazione dati rete nazionale frumento duro 1997-2008).
Tabella 7. Areale Toscana litoranea. Caratterizzazione delle cultivar di maggiore interesse per l’areale (elaborazione dati rete nazionale frumento duro 1997-2008).
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ET AL.
Tabella 8. Areale Toscana collina interna. Caratterizzazione delle cultivar di maggiore interesse per l’areale (elaborazione dati rete nazionale frumento duro 1997-2008).
Tabella 9. Areale Tavoliere pugliese. Caratterizzazione delle cultivar di maggiore interesse
per l’areale (elaborazione dati rete nazionale frumento duro 1997-2008).
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DEFINIZIONE
DI LISTE VARIETALI DI FRUMENTO DURO PER SEI AREALI DI COLTIVAZIONE
Tabella 10. Areale Basilicata collina interna. Caratterizzazione delle cultivar di maggiore interesse per l’areale (elaborazione dati rete nazionale frumento duro
1997-2008).
Nessuna varietà ha mostrato di eccellere per tutti i caratteri analizzati. Tra le cultivar
saggiate per più anni solo Claudio, di ciclo medio, si è distinta in tutti gli areali per produzioni particolarmente elevate e stabili, ottimo peso ettolitrico e contenuto proteico nella
media; proprietà reologiche del glutine di buon livello.
Le migliori performance tra le varietà in prova per 4-5 anni sono state evidenziate da
Dylan, Anco Marzio e Normanno. Dylan, varietà di ciclo medio-tardivo in prova per 5 anni,
ha mostrato rese sempre interessanti, associate a buone catteristiche qualitative, in particolare SDS ed indice di giallo. Malgrado la tardività del ciclo questa cultivar ha manifestato
buona adattabilità nei diversi ambienti, salvo nel Tavoliere pugliese. Anco Marzio, varietà
medio-precoce in prova negli ultimi 4 anni, è risultata caratterizzata da un’elevata resa
produttiva, con peso ettolitrico e contenuto proteico nella media e bassa espressione del
colore. Buone anche le performance di Normanno, varietà di ciclo medio che ha associato
produzioni superiori alle medie ad una qualità nel complesso ottima.
Tra le cultivar di più recente costituzione è da segnalare Saragolla, di ciclo precoce, caratterizzata da produzioni elevate in tutti gli areali ad eccezione della collina interna della
Toscana; peso ettolitrico e contenuto proteico nella media ma variabili nei diversi areali;
caratteristiche reologiche del glutine e colore di elevato livello.
Tra le varietà che si sono distinte solo in uno o più areali si segnalano:
Levante negli areali Pianura Padana e collina interna della Toscana: varietà mediotardiva con buone rese e qualità medio-alta; peso ettolitrico nella media degli areali e tenore
proteico superiore;
Neolatino negli areali Pianura Padana, Toscana e Tavoliere: varietà precoce di recente
costituzione con rese superiori alle medie di areale e buone caratteristiche qualitative ma
molto carente nel colore.
San Carlo nell’areale Pianura Padana: varietà di ciclo medio con ottime caratteristiche
LA
RICERCA
SIGRAD
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ET AL.
qualitative associate in questo ambiente anche a produzioni di poco superiori alla media.
Svevo di ciclo precoce, caratterizzata da parametri qualitativi tra i migliori a cui associa
nel Tavoliere pugliese produzioni superiori alla media dell’areale.
Conclusioni
La sintesi di 12 anni di prove della rete nazionale frumento duro per i sei areali di interesse SIGRAD ha permesso di evidenziare le potenzialità dei singoli areali e le caratteristiche produttive e qualitative delle varietà saggiate. I dati confermano la vocazionalità
degli areali meridionali per la produzione di grano duro di qualità anche in relazione alla
scarsissima presenza di micotossine rilevata anche in annate critiche (Aureli et al., 2009)
(Quaranta et al., 2009).
Anche se nessuna varietà ha fatto registrare risultati ottimi per tutti i caratteri esaminati, diverse sono le cultivar che per ciascun areale hanno mostrato elevati livelli di resa associati ad interessanti caratteristiche qualitative, confermando la possibilità di individuare
varietà con buone caratteristiche tecnologiche che meglio si adattano ai diversi ambienti al
fine di aumentare le rese e di migliorare la qualità del prodotto senza incidere sui costi di
produzione.
238
LA
RICERCA
SIGRAD
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
221-240
DEFINIZIONE
DI LISTE VARIETALI DI FRUMENTO DURO PER SEI AREALI DI COLTIVAZIONE
BIBILOGRAFIA
Autori Vari. Speciale frumento duro. L’Informatore
Agrario. Supplementi dal 1997 al 2008.
Aureli G., M.G. D’Egidio, A. Belocchi, E. Desiderio.
(2009). Monitoraggio delle produzioni nazionali
di frumento duro per la presenza di deossinivalenolo (DON), p.57-68. In: Edizioni Polistampa
(ed.), Micotossine nei cereali. Risultati del Progetto interregionale “MICOCER”, vol.4. I Georgofili. Atti dell’Accademia dei Georgofili, Firenze.
D’Egidio M. G. et al., Molini d’Italia, n°1 dal 1998 al
2009 (solo per 2007 n° 2).
LA
RICERCA
SIGRAD
Quaranta F., S. Melloni., E. Desiderio, G. Aureli, M.
G. D’egidio, T. Amoriello, M. Perenzin, C. Piazza,
R. Reggiani, P. Bottazzi, M. Guiduci, A. Onofri, A.
Petrini, D. Fuselli, G. Mazzieri, R. Santilocchi, A.
Belocchi, M. Fornara, O. Basili, C. Piccioni, P. Codianni, L. Tedone, M. G. Lombardo, G. Gallo., G.
Amato, D. Giambalvo (2009). Micotossine: nessun
problema nel grano duro biologico. L’Informatore
Agrario, 34, 44-49.
UNI Ente nazionale Italiano di Unificazione: metodi
standard.
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
221-240
239
Schede varietali delle cultivar di frumento
duro di maggior interesse negli areali
individuati in ambito SIGRAD
Andreina Belocchia1, Mauro Fornaraa, Maria Grazia D’Egidioa,
Fabrizio Quarantaa
a
Consiglio per la Ricerca e la Sperimentazione in Agricoltura-Unità di ricerca
per la valorizzazione qualitativa dei cerali (CRA-QCE), Via Nazionale 82, 00184 Roma.
Riassunto
Vengono presentate le schede varietali relative a 26 cultivar di frumento duro (Triticum
turgidum var. durum Desf.) di maggior interesse in sei areali individuati in ambito SIGRAD
(Pianura Padana, Romagna-Marche, area litoranea della Toscana, collina interna della Toscana, Tavoliere pugliese e collina interna della Basilicata), derivanti dalla sintesi delle
prove della rete nazionale di confronto varietale del poliennio 1997-2008.
Abstact
The quali-quantitative traits are shown of 26 durum wheat ((Triticum turgidum var. durum Desf.) cultivars of most interest in 6 SIGRAD growing areas (Padana Plain, Romagna–Marche, Tuscan Coastal area, Tuscan Inner Hillside, Tavoliere of Apulia and Basilicata
Inner Hillside), deriving from a synthesis of the 1997 – 2008 national network of durum
wheat cultivars trials.
***
Materiali e metodi
La sintesi delle prove della rete nazionale di confronto varietale frumento duro negli
i
anni dal 1997 al 2008 per i sei areali di interesse SIGRAD (Belocchi et al., 2010; Autori vari,
1997-2008) ha permesso la caratterizzazione di tutte le varietà valutate per almeno un
biennio: 81 nell’areale Pianura Padana, 79 nella Romagna-Marche, 82 nei due areali della
Toscana (area litoranea e collina interna) e 76 nel Tavoliere pugliese e nella collina interna
della Basilicata.
Per ciascuna varietà sono stati presi in considerazione:
a) per la granella:
• produzione (t/ha);
• peso ettolitrico (kg/hL);
• contenuto proteico (% s.s., Infratec 1241);
1
LA
Autore per la corrispondenza: Andreina Belocchi, [email protected]
RICERCA
SIGRAD
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
241-270
241
BELOCCHI
ET AL.
b) per lo sfarinato:
• test di sedimentazione in SDS.
c) per la semola:
• contenuto proteico (% s.s., LECO FP 428);
• Gluten Index;
• test alveografico di Chopin per W;
• indice di giallo (colorimetro Minolta-Chroma Meter CR-300).
La caratterizzazione della granella è stata effettuata su campioni parcellari, mentre le
caratteristiche qualitative dello sfarinato e della semola sono state determinate secondo
metodiche standard di riferimento su campione composito, ottenuto mescolando in uguale
proporzione la granella proveniente dalle diverse località afferenti ad una stessa zona agroclimatica.
Per peso ettolitrico, proteine della semola, Gluten Index e W si è fatto riferimento alle classi
previste dalle Norme UNI 10709 e UNI 10940; per SDS e indice di giallo, in mancanza di una
normativa ufficiale, sono state individuate analogamente 4 classi di qualità (Tabella 1)
Per le cultivar di maggior interesse vengono presentate delle schede varietali dove sono
indicati:
- nome della varietà; genealogia; anno di iscrizione al registro; responsabile della conservazione;
- ciclo alla spigatura; altezza; peso 1000 cariossidi;
- numero anni e poliennio di prova.
Per ciascuna areale di interesse vengono riportate:
a) numero di prove sintetizzate.
b) per la produzione:
- indice medio calcolato rispetto alla produzione media del poliennio di prova;
- indice vs testimoni calcolato rispetto alla produzione di Iride e Claudio nello stesso
poliennio.
c) per il peso ettolitrico:
- indice medio (calcolato come per la produzione);
- classe UNI del valore medio (Tabella 1).
d) per il contenuto proteico della granella:
- indice medio (calcolato come per la produzione).
e) per SDS e Indice di giallo:
- classe di qualità (Tabella 1).
f) per proteine della semola, Gluten Index e W:
- classe UNI del valore medio (Tabella 1).
242
LA
RICERCA
SIGRAD
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
241-270
SCHEDE
VARIETALI DELLE CULTIVAR DI FRUMENTO DURO DI MAGGIOR INTERESSE NEGLI AREALI INDIVIDUATI IN AMBITO
SIGRAD
Tabella 1. Classificazione qualitativa delle cariossidi e delle semole.
Classi di qualità (UNI 10709 - 10940)
I
II
III
n.c.
Peso ettolitrico (cariossidi) kg/hL
≥80
≥78
≥75
<75
Proteine (semola) % s.s.
≥13,5
≥12,0
≥10,5
<10,5
Gluten Index (semola)
≥80
≥60
≥30
<30
W alveografico (semola)
≥250
≥180
≥100
<100
Classi di qualità
Ottima
Buona
Accettabile
Scadente
SDS (sfarinato integrale)
≥40
≥35
≥30
<30
Indice di Giallo (semola)
≥23,5
≥21,0
≥19,0
<19,0
I risultati vengono evidenziati utilizzando 5 colori a cui corrispondono:
indici ≥ 105
indici 103-104
indici 98-102
indici 96-97
indici ≤ 95
molto superiori alla media o classe di qualità I / ottima;
superiori alla media o classe di qualità II / buona;
intorno alla media o classe di qualità III / accettabile;
indici inferiori alla media;
molto inferiori alla media o classe di qualità n.c. / scadente.
Per indicare una buona stabilità, gli indici medi di produzione, peso ettolitrico e proteine
della granella sono sottolineati quando, considerando i valori delle singole prove, almeno il
75% di questi è risultato superiore alle medie campo.
Risultati
Vengono presentate 26 schede varietali relative alle cultivar più interessanti per rese
e caratteristiche qualitative emerse dalla sintesi poliennale nei singoli areali (Tabella 2).
LA
RICERCA
SIGRAD
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
241-270
243
BELOCCHI
ET AL.
Tabella 2. Elenco schede varietali.
Areali
Varietà
Pianura
Padana
Achille
Anco Marzio
x
Romagna
Marche
Toscana
litoranea
Toscana
collina
x
x
x
x
x
x
Ariosto
x
Casanova
x
x
Dario
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
Duilio
Dylan
Basilicata
collina
x
Ciccio
Claudio
Tavoliere
pugliese
x
x
x
Giotto
x
x
x
x
Grecale
Iride
x
x
x
Lesina
x
x
x
x
x
x
x
Levante
x
x
Meridiano
x
Noeolatino
x
x
x
x
Normanno
x
x
x
x
x
x
Orobel
x
x
x
x
x
x
x
PR22D89
x
San Carlo
x
x
Saragolla
x
x
Sfinge
x
x
x
x
Simeto
x
Solex
x
Svevo
Virgilio
x
x
x
Varietà n.
13
11
14
244
LA
RICERCA
SIGRAD
14
x
x
13
10
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
241-270
SCHEDE
VARIETALI DELLE CULTIVAR DI FRUMENTO DURO DI MAGGIOR INTERESSE NEGLI AREALI INDIVIDUATI IN AMBITO
SIGRAD
ACHILLE
Linea37-05/AG-4073
Ciclo
Tardivo
Anno iscrizione al Registro
2006
Altezza (cm)
86-97
Resp. conservazione
ISEA
Peso 1000 car. (g)
34-40
Anni di prova: 2 (2007-2008)
LA
RICERCA
SIGRAD
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
241-270
245
BELOCCHI
ET AL.
ANCO MARZIO
Popolazione Cimmyt
Ciclo
Medioprecoce
Anno iscrizione al Registro
2003
Altezza (cm)
83-95
Resp. conservazione
S.I.S.
Peso 1000 car. (g)
35-42
Anni di prova: 4 (2005-2008)
246
LA
RICERCA
SIGRAD
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
241-270
SCHEDE
VARIETALI DELLE CULTIVAR DI FRUMENTO DURO DI MAGGIOR INTERESSE NEGLI AREALI INDIVIDUATI IN AMBITO
SIGRAD
ARIOSTO
Karim/GA7-X3//Duilio
Anno iscrizione al Registro
Resp. conservazione
Ciclo
Medio
2005
Altezza (cm)
85-95
Apsovsementi
Co.Na.Se.
Peso 1000 car. (g)
43-50
Anni di prova: 2 (2006-2007)
LA
RICERCA
SIGRAD
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
241-270
247
BELOCCHI
ET AL.
CASANOVA
Flavio/Syene//Duilio
Anno iscrizione al Registro
Resp. conservazione
Ciclo
Medio
2003
Altezza (cm)
83-95
Apsovsementi
Peso 1000 car. (g)
43-52
Anni di prova: 3 (2006-2008)
248
LA
RICERCA
SIGRAD
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
241-270
SCHEDE
VARIETALI DELLE CULTIVAR DI FRUMENTO DURO DI MAGGIOR INTERESSE NEGLI AREALI INDIVIDUATI IN AMBITO
SIGRAD
CICCIO
F6(Appulo/Valnova)//F5(Valforte/Patrizio)
Anno iscrizione al Registro
Resp. conservazione
Ciclo
Precoce
1996
Altezza (cm)
75-88
Pro.Se.Me
Peso 1000 car. (g)
42-46
Anni di prova: 12 (1997-2008)
LA
RICERCA
SIGRAD
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
241-270
249
BELOCCHI
ET AL.
DARIO
Duilio/L253-5
Ciclo
Medioprecoce
Anno iscrizione al Registro
2006
Altezza (cm)
80-95
Resp. conservazione
Isea
Peso 1000 car. (g)
35-42
Anni di prova: 2 (2007-2008)
250
LA
RICERCA
SIGRAD
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
241-270
SCHEDE
VARIETALI DELLE CULTIVAR DI FRUMENTO DURO DI MAGGIOR INTERESSE NEGLI AREALI INDIVIDUATI IN AMBITO
SIGRAD
DUILIO
Cappelli//Anhinga/Flamingo
Ciclo
Precoce
Anno iscrizione al Registro
1984
Altezza (cm)
80-90
Resp. conservazione
S.I.S.
Peso 1000 car. (g)
42-49
Anni di prova: 12 (1997-2008)
LA
RICERCA
SIGRAD
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
241-270
251
BELOCCHI
ET AL.
DYLAN
Ciclo
Mediotardivo
2002
Altezza (cm)
80-93
Co.Na.Se.
Peso 1000 car. (g)
41-47
Neodur/Ulisse
Anno iscrizione al Registro
Resp. conservazione
Anni di prova: 5 (2004-2008)
252
LA
RICERCA
SIGRAD
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
241-270
SCHEDE
VARIETALI DELLE CULTIVAR DI FRUMENTO DURO DI MAGGIOR INTERESSE NEGLI AREALI INDIVIDUATI IN AMBITO
SIGRAD
GIOTTO
W6518-2/GAE547
Anno iscrizione al Registro
Resp. conservazione
Ciclo
Tardivo
1999
Altezza (cm)
82-87
Apsovsementi
G.A.E.
Recherche
Peso 1000 car. (g)
40-45
Anni di prova: 5 (2000-2004)
LA
RICERCA
SIGRAD
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
241-270
253
BELOCCHI
ET AL.
GRECALE
S2/WB881//Plinio/F22
Ciclo
Precoce
Anno iscrizione al Registro
2002
Altezza (cm)
77-89
Resp. conservazione
P.S.B.
Peso 1000 car. (g)
33-45
Anni di prova: 4 (2004-2006 e 2008)
254
LA
RICERCA
SIGRAD
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
241-270
SCHEDE
VARIETALI DELLE CULTIVAR DI FRUMENTO DURO DI MAGGIOR INTERESSE NEGLI AREALI INDIVIDUATI IN AMBITO
SIGRAD
IRIDE
Altar84/Ionio
Ciclo
Precoce
Anno iscrizione al Registro
1996
Altezza (cm)
76-86
Resp. conservazione
P.S.B.
Peso 1000 car. (g)
37-42
Anni di prova: 12 (1997-2008)
LA
RICERCA
SIGRAD
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
241-270
255
BELOCCHI
ET AL.
LESINA
Capeiti 8/Creso2//Trinakria/Valforte
Ciclo
Precoce
Anno iscrizione al Registro
1998
Altezza (cm)
74-80
Resp. conservazione
C.R.A
Peso 1000 car. (g)
45-50
Anni di prova: 6 (2000-2005)
256
LA
RICERCA
SIGRAD
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
241-270
SCHEDE
VARIETALI DELLE CULTIVAR DI FRUMENTO DURO DI MAGGIOR INTERESSE NEGLI AREALI INDIVIDUATI IN AMBITO
SIGRAD
LEVANTE
G80/Piceno//Ionio
Ciclo
Mediotardivo
Anno iscrizione al Registro
2002
Altezza (cm)
88-93
Resp. conservazione
P.S.B.
Peso 1000 car. (g)
40-44
Anni di prova: Pianura Padana 5 (2004-2008)
Toscana 4 (2004-2007)
LA
RICERCA
SIGRAD
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
241-270
257
BELOCCHI
ET AL.
MERIDIANO
Simeto/WB881//Plinio/F22
Ciclo
Medioprecoce
Anno iscrizione al Registro
1999
Altezza (cm)
80-90
Resp. conservazione
P.S.B.
Peso 1000 car. (g)
40-46
Anni di prova: 9 (2000-2008)
258
LA
RICERCA
SIGRAD
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
241-270
SCHEDE
VARIETALI DELLE CULTIVAR DI FRUMENTO DURO DI MAGGIOR INTERESSE NEGLI AREALI INDIVIDUATI IN AMBITO
SIGRAD
NEOLATINO
Latino/Trinakria//MG1433
Ciclo
Precoce
Anno iscrizione al Registro
2005
Altezza (cm)
80-90
Resp. conservazione
S.I.S.
Peso 1000 car. (g)
39-49
Anni di prova: 3 (2006-2008)
LA
RICERCA
SIGRAD
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
241-270
259
BELOCCHI
ET AL.
NORMANNO
Simeto/F22//L35
Ciclo
Medio
Anno iscrizione al Registro
2002
Altezza (cm)
80-90
Resp. conservazione
P.S.B.
Peso 1000 car. (g)
40-45
Anni di prova: 5 (2004-2008)
260
LA
RICERCA
SIGRAD
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
241-270
SCHEDE
VARIETALI DELLE CULTIVAR DI FRUMENTO DURO DI MAGGIOR INTERESSE NEGLI AREALI INDIVIDUATI IN AMBITO
SIGRAD
OROBEL
Composite I.N.R.A.
Anno iscrizione al Registro
Resp. conservazione
Ciclo
Tardivo
1999
Altezza (cm)
86-93
S.I.S.
Venturoli
Peso 1000 car. (g)
47-52
Anni di prova: Nord 7 (2001-2007) – Toscana 5 (2001-2005)
LA
RICERCA
SIGRAD
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
241-270
261
BELOCCHI
ET AL.
PR22D89
Ofanto/Duilio//Ixos
Anno iscrizione al Registro
Resp. conservazione
Ciclo
Medio
2004
Altezza (cm)
80-93
Pioneer
Peso 1000 car. (g)
41-49
Anni di prova: 3 (2006-2008)
262
LA
RICERCA
SIGRAD
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
241-270
SCHEDE
VARIETALI DELLE CULTIVAR DI FRUMENTO DURO DI MAGGIOR INTERESSE NEGLI AREALI INDIVIDUATI IN AMBITO
SIGRAD
SAN CARLO
Grazia/Degamit
Anno iscrizione al Registro
Resp. conservazione
Ciclo
Medio
1996
Altezza (cm)
72-83
Maliani
Peso 1000 car. (g)
42-49
Anni di prova: 8 (1997-2004)
LA
RICERCA
SIGRAD
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
241-270
263
BELOCCHI
ET AL.
SARAGOLLA
Iride/Linea PSB 0114
Ciclo
Precoce
Anno iscrizione al Registro
2004
Altezza (cm)
76-87
Resp. conservazione
P.S.B.
Peso 1000 car. (g)
34-43
Anni di prova: 3 (2006-2008)
264
LA
RICERCA
SIGRAD
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
241-270
SCHEDE
VARIETALI DELLE CULTIVAR DI FRUMENTO DURO DI MAGGIOR INTERESSE NEGLI AREALI INDIVIDUATI IN AMBITO
SIGRAD
SFINGE
Ofanto/Tavoliere//Doro
Ciclo
Medioprecoce
Anno iscrizione al Registro
2003
Altezza (cm)
73-86
Resp. conservazione
C.R.A.
Peso 1000 car. (g)
38-47
Anni di prova: 2 (2007-2008)
LA
RICERCA
SIGRAD
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
241-270
265
BELOCCHI
ET AL.
SIMETO
Ciclo
Medioprecoce
1988
Altezza (cm)
76-85
Pro.Se.Me
Peso 1000 car. (g)
46-53
Capeiti 8/Valnova
Anno iscrizione al Registro
Resp. conservazione
Anni di prova: 12 (1997-2008)
266
LA
RICERCA
SIGRAD
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
241-270
SCHEDE
VARIETALI DELLE CULTIVAR DI FRUMENTO DURO DI MAGGIOR INTERESSE NEGLI AREALI INDIVIDUATI IN AMBITO
SIGRAD
SOLEX
Ciclo
Mediotardivo
1995
Altezza (cm)
82-95
Agricenter
Peso 1000 car. (g)
42-49
Creso/Valgerardo
Anno iscrizione al Registro
Resp. conservazione
Anni di prova: 12 (1997-2008)
LA
RICERCA
SIGRAD
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
241-270
267
BELOCCHI
ET AL.
SVEVO
Linea Cimmyt/Zenit
Ciclo
Precoce
Anno iscrizione al Registro
1996
Altezza (cm)
80-88
Resp. conservazione
P.S.B.
Peso 1000 car. (g)
40-45
Anni di prova: 12 (1997-2008)
268
LA
RICERCA
SIGRAD
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
241-270
SCHEDE
VARIETALI DELLE CULTIVAR DI FRUMENTO DURO DI MAGGIOR INTERESSE NEGLI AREALI INDIVIDUATI IN AMBITO
SIGRAD
VIRGILIO
Acalou/Shoula
Anno iscrizione al Registro
Resp. conservazione
Ciclo
Medio
2002
Altezza (cm)
85-95
Apsovsementi
Peso 1000 car. (g)
38-43
Anni di prova: 5 (2004-2008)
Ringraziamenti
Si ringrazia il Dott. Luciano Mazza per avere fornito il materiale fotografico.
LA
RICERCA
SIGRAD
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
241-270
269
BELOCCHI
ET AL.
BIBILOGRAFIA
Autori Vari. Speciale frumento duro. L’Informatore
Agrario. Supplementi dal 1997 al 2008.
Belocchi A., M. Fornara, M. G. D’Egidio, F. Quaranta.
2010. Definizione di liste varietali di frumento
duro per sei areali di coltivazione.
270
LA
RICERCA
D’Egidio M. G. et al., Molini d’Italia, n.1 dal 1998 al
2009 (solo per 2007 n. 2).
UNI Ente nazionale Italiano di Unificazione: metodi
standard.
SIGRAD
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
241-270
Analisi dei risultati di una sperimentazione
poliennale dell’interazione tra difesa
fogliare, concimazione azotata e genotipo
in quattro diversi areali cerealicoli italiani
Rita Righettia, Eloise Bersania, Mirko Barbieria, Fabio Finiguerraa,
Davide Pancaldib, Stefano Ravagliaa1
a
S.I.S. – Società Italiana Sementi S.p.A., Via Mirandola 5, 40068 San Lazzaro di Savena (Bo).
b
DIPROVAL - Dipartimento di Protezione e Valorizzazione Agroalimentare,
Università di Bologna, Viale G. Fanin 46, 40127 Bologna.
Riassunto
Nelle colture di grano duro (Triticum turgidum var. durum Desf.) la scelta varietale, la
difesa fogliare e la concimazione azotata sono tra i mezzi tecnici che maggiormente influenzano le rese e le caratteristiche merceologiche e tecnologiche della granella. Nell’ambito
del progetto SIGRAD, al fine di valutare le interazioni tra questi tre fattori, è stata realizzata una sperimentazione poliennale in quattro località, dove sono stati posti a confronto
differenti percorsi agronomici ottenuti dalla combinazione di due livelli di difesa fogliare,
quattro varietà e tre livelli di concimazione azotata. I dati ottenuti mostrano che la scelta
di opportune varietà, insieme a efficaci trattamenti fungicidi e un’adeguata fertilizzazione,
possono incrementare considerevolmente e in modo equilibrato resa e qualità della granella
. L’esperienza condotta ha inoltre permesso di ribadire il concetto che lega lo sfruttamento
delle potenzialità genetiche di ogni costituzione ad un adeguato “libretto d’uso” delle stesse,
per poter conoscere e gestire i punti di debolezza e di forza delle diverse varietà durante
l’intero ciclo colturale. La sperimentazione evidenzia inoltre che scelte tecniche effettuate
valutando attentamente le reali esigenze della coltura (anche con apposite e ripetute ispezioni di campo) possono risultare decisive per il conseguimento di elevati risultati produttivi e qualitativi anche in condizioni ambientali sfavorevoli.
Abstract
Within the SIGRAD project, a three years research was carried out in four locations in
order to evaluate different combinations of two fungicide treatment levels, four durum wheat
((Triticum turgidum var. durum Desf.) cultivars and three nitrogen fertilization levels.
The overall results showed that it is possible to increase both grain yield and quality by
choosing suitable wheat cultivars, effective fungicide treatments and optimal nitrogen fertilizations. Furthermore, our experience suggests that agronomic practice schedules should
not be planned in advance and it remarks the importance of field inspections for a correct
evaluation of the real durum wheat culture input demand.
1
LA
Autore per la corrispondenza: Stefano Ravaglia, [email protected]
RICERCA
SIGRAD
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
271-288
271
RIGHETTI
ET AL.
Premessa
A partire dall’inizio del secolo scorso, la selezione genetica del grano duro (Triticum turgidum var. durum Desf.) in Italia ha introdotto sul mercato varietà dotate di potenzialità
produttive e qualitative decisamente migliorate (De Vita et al., 2007). A fronte di un evidente sforzo di innovazione viene frequentemente rilevata una stagnazione del dato produttivo nazionale, con preoccupanti trend negativi segnalati per i tenori proteici dei nostri
raccolti di frumento (Bartolini, 2004) (LMC International 2009). Pur riconoscendo il ruolo
fondamentale delle condizioni pedo-climatiche sul risultato finale di una coltura di pieno
campo, è altresì evidente che l’adozione di una adeguata tecnica colturale può condizionare
in maniera significativa il conseguimento degli obbiettivi degli operatori della filiera, a partire dal campo sino all’industria di trasformazione. Tra le molteplici scelte tecniche a carico
degli imprenditori agricoli che maggiormente influenzano le rese ettariali e le caratteristiche merceologiche e tecnologiche della granella, successivamente alla scelta varietale,
vanno sicuramente citate la difesa fogliare e la concimazione azotata. Da oltre un decennio
S.I.S. realizza in diversi comprensori cerealicoli piattaforme agronomiche sul frumento,
in collaborazione con altri produttori di mezzi tecnici. Nell’ambito di tali iniziative vengono
studiati gli effetti dei mezzi tecnici citati, sia singolarmente sia andando ad indagare l’interazione tra gli stessi, con il fine di fornire un ulteriore supporto al mondo agricolo, anche
in merito all’adozione di appositi “libretti d’uso” utili alla piena valorizzazione delle diverse
varietà rilasciate (Cristiani et al., 2001; Ravaglia et al., 2001; Scotto e Ravaglia, 2001; Mazza
e Ravaglia, 2002; Ravaglia e Campagna, 2003; Ravaglia et al., 2003; Campagna et al., 2008).
Grazie all’esperienza maturata, nell’ambito del progetto SIGRAD è stata realizzata una
sperimentazione poliennale in quattro località rappresentative di altrettanti importanti
comprensori cerealicoli italiani, per valutare gli effetti e le interazioni tra varietà di grano
duro, difesa fogliare e nutrizione azotata.
L’iniziativa condotta mirava inoltre a creare punti di osservazione privilegiati (campi
spia) utili a monitorare lo stato di avanzamento della coltura sul territorio, in risposta
all’andamento stagionale e a diversificate linee tecniche, nel tentativo di ricavare informazioni trasferibili in tempo reale ai tecnici impegnati ad attuare scelte operative di concimazione e difesa in pieno campo, oltre che per l’organizzazione di appositi field days di
aggiornamento tecnico (Figura 1).
272
LA
RICERCA
SIGRAD
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
271-288
DIFESA FOGLIARE, CONCIMAZIONE AZOTATA E GENOTIPO IN QUATTRO DIVERSI AREALI CEREALICOLI ITALIANI
Figura 1. Foto panoramica dei campi sperimentali di San Lazzaro in occasione del
Field day (maggio 2009) e schema sperimentale adottato (in arancione l’area
trattata con fungicidi).
Impostazione sperimentale
L’attività di sperimentazione è stata condotta nelle campagne 2006-2007, 2007-2008 e
2008-2009 in quattro campi sperimentali nelle località di San Lazzaro (BO), Jesi (AN),
Grosseto e Gaudiano di Lavello (PZ). In queste località sono stati posti a confronto differenti
percorsi agronomici ottenuti dalla combinazione di:
2 livelli di difesa fogliare
g
, trattato e non trattato. I trattamenti fungicidi sono stati definiti in collaborazione con i servizi tecnici di Bayer Crop Science S.p.A. e Syngenta Crop
Protection S.p.A. alla luce delle osservazioni preventivamente condotte in campo sulle
fitopatie effettivamente presenti. Gli interventi sono stati effettuati in due fasi fenologiche:
levata e spigatura (differenziando quest’ultima in funzione del ciclo della varietà). Nella
sola località di Gaudiano di Lavello, nelle annate 2007-08 e 2008-09 la difesa fogliare ha
comportato un solo trattamento nella fase di levata.
4 varietà contraddistinte da diversa genealogia e durata del ciclo: Neolatino (ciclo precoce), Claudio e Flaminio (medio) e Isildur (tardivo).
3 livelli di concimazione azotata; la dose centrale è indicata come N2 (dose razionale)
mentre le dosi N1 e N3 sono rispettivamente inferiori e superiori alla dose razionale N2
di circa il 40%. La quantità di azoto apportata con N2, non definita a priori ma variabile
nelle diverse prove, è stata calcolata di anno in anno e di località in località in funzione di
molteplici elementi; si sono principalmente considerati la precessione colturale, l’analisi
del terreno e l’andamento termo-pluviometrico. Inoltre, in supporto all’osservazione visiva
della coltura (a fianco della prova erano state predisposte parcelle spia), si sono considerati
supporti decisionali come il modello previsionale sviluppato dalla regione Emilia-Romagna
(www.ermesagricoltura.it), il Nitrat Schnell test (all’uscita dell’inverno), oltre che i risultati
ricavati dallo strumento N-tester. Le collaborazioni in atto con i servizi tecnici di K+S Agricoltura S.p.A. (ex Compo Agricoltura), Timac Agro e Yara Italia hanno poi permesso un
confronto (forum tecnico) particolarmente utile per la definizione dei piani di concimazione.
LA
RICERCA
SIGRAD
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
271-288
273
RIGHETTI
ET AL.
Come per la quantità di azoto, anche il tipo di fertilizzante e le modalità di concimazione (numero di applicazioni e fasi fenologiche della coltura) hanno seguito una valutazione
adattata alle molteplici condizioni riscontrate nelle diverse prove.
L’impostazione della sperimentazione condotta prevedeva uno schema fattoriale a splitsplit-plot, con parcelle elementari di 10 metri quadri. I fattori sono stati disposti in campo
secondo uno schema gerarchico che prevedeva il trattamento fungicida quale fattore principale, la varietà nella sub-parcella e la concimazione azotata nella sub-sub-parcella (Figura
1). Per tutte le parcelle a confronto sono stati effettuati rilievi in campo, che hanno interessato le principali caratteristiche agronomiche con particolare attenzione alle fitopatie che
si sono presentate nelle diverse località. Dopo la raccolta sono stati acquisiti i dati relativi
alla produzione di granella e ai principali parametri merceologici e qualitativi.
Al termine dei tre anni di sperimentazione è stata effettuata l’elaborazione statistica
cumulata (ANOVA) dei dati ottenuti nei 3 anni e nei 4 luoghi. Lo schema sperimentale a
“split-split-plot” precedentemente illustrato è stato ampliato inserendo come nuovi fattori
gli anni e i luoghi. La procedura statistica utilizzata è la GLM del pacchetto statistico SAS/
STAT. I fattori testati sono stati: DIFESA, VARIETA’ e AZOTO quali variabili fisse e LUOGO e ANNO quali variabili casuali. In tal modo si è voluto valutare se l’ambiente avesse
condizionato l’azione esercitata dai 3 fattori saggiati in questa sperimentazione.
Risultati
Le informazioni raccolte in merito alle diverse prove sperimentali sono riassunte in Tabella 1, allo scopo di mettere a disposizione del lettore parte delle molteplici notizie reperite
e utili all’interpretazione dei risultati successivamente illustrati. Le tabelle riportate al
fondo della nota (Tabella 3) contengono informazioni dettagliate per le singole località relativamente ai parametri produttivi (t/ha), merceologici (peso ettolitrico) e qualitativi (proteine %s.s.).
274
LA
RICERCA
SIGRAD
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
271-288
DIFESA FOGLIARE, CONCIMAZIONE AZOTATA E GENOTIPO IN QUATTRO DIVERSI AREALI CEREALICOLI ITALIANI
Tabella 1. Schede agronomiche relative alle diverse prove sperimentali nelle quattro
località per ciascun anno di sperimentazione.
Precessione colturale
San Lazzaro
Terreno (*)
Data di semina
Precipitazioni (**)
Jesi
Favino
Colza
Colza
Franco,
SO=15,Nt=1,0
Franco,
SO=10,Nt=0,9
Franco,
SO=11, Nt=0,9
25/10/2006
16/10/2007
07/11/2008
628
657
N1= 80
N1= 120
N2= 70
N2= 110
N2= 160
N3= 100
N3= 170
N3= 200
Fitopatie (***)
Oi (2)
Oi (1) Fhb (6)
Oi (1) Sp (6)
Stress abiotici (****)
All (4)
All (4)
All (1)
Precessione colturale
Pisello
Bietola
Mais
Argilloso-limoso,
SO=24,Nt=1,4
Franco-limoso,
SO=35,Nt=1,4
Franco-argilloso,
SO=24, Nt=1,2
07/11/2006
29/11/2007
20/01/2009
481
539
641
N1= 80
N1= 80
N1= 80
N2= 150
N2= 140
N2= 130
N3= 200
N3= 180
N3= 180
Oi (3) Rb (4)
Oi (4) Fhb (5)
Oi (2)
All (6)
All (3)
All (8)
Mais
Mais
Mais
Franco,
SO=14, Nt=1
Franco,
SO=17,Nt= 0.9
Franco-limoso,
SO=12,Nt=0,8
16/11/2006
21/11/2007
23/02/2009
843
Concimazione azotata
Precipitazioni
Concimazione azotata
Fitopatie
Stress abiotici
Precessione colturale
Terreno
Data di semina
Grosseto
2008-2009
361
Data di semina
Precipitazioni
Concimazione azotata
Fitopatie
Stress abiotici
RICERCA
2007-2008
N1= 40
Terreno
LA
2006-2007
SIGRAD
355
405
N1= 80
N1= 80
N2= 110
N2= 130
N3= 140
N3= 180
Oi (3) Sp (4) Rb (2)
Oi (1) Sp (7,5)
-
All (2)
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
271-288
Prova sperimentale
compromessa
dalle abbondanti
precipitazioni
275
RIGHETTI
ET AL.
Precessione colturale
Terreno
Gaudiano
Data di semina
Pomodoro
Pisello
Pomodoro
Franco-sabbioso,
SO=16, Nt=1
Franco,
SO=22, Nt=1,2
Franco,
SO=15,Nt=1,1
21/11/2006
06/12/2007
02/12/2008
420
302
639
Precipitazioni
N1= 60
N1= 60
N1= 80
N2= 100
N2= 100
N2= 120
N3= 150
N3= 150
N3= 160
Oi (2) Sp (3) Rb (5)
-
Oi (1) Sp (1) Rb (1)
-
“stretta”
-
Concimazione azotata
Fitopatie
Stress abiotici
(*) SO = sostanza organica (g/kg); Nt = azoto totale presente nel terreno al momento della semina (g/kg);
(**) millimetri di pioggia da inizio ottobre a fine giugno;
(***) principali fitopatie osservate nell’arco dell’intero ciclo colturale: Oi = oidio, Sp = septoria, Rb = ruggine bruna,
Fhb=fusarium; tra parentesi è indicata la severità di infezione media registrata nel campo: 0=assente, 9=elevata.
(****) All = allettamenti: 1=occasionali, 9=elevati; “stretta”= stress termico di fine ciclo.
Di seguito viene riportata una parte dell’ANOVA ricavata elaborando le rese ettariali di
granella (t/ha al 13% di umidità relativa) riferita ai fattori e alle interazioni risultati statisticamente significativi (Tabella 2).
Tabella 2. ANOVA delle rese ettariali nelle quattro località nei tre anni di sperimentazione (vengono riportati solo gli effetti statisticamente significativi).
276
Fonte
P-value
Signif
DMS
LUOGO
0,0024
**
0,79
ANNO
0,0161
*
0,69
LUOGO*ANNO
0,0038
**
0,44
VARIETA’
0,05
*
0,52
AZOTO
0,05
*
0,32
DIFESA*LUOGO
0,0140
*
0,70
DIFESA*LUOGO*ANNO
0,0187
*
0,49
VARIETA’*LUOGO*ANNO
<0,0001
***
0,43
AZOTO*LUOGO*ANNO
<0,0001
***
0,26
DIFESA*VARIETA’*LUOGO
0,0154
*
0,89
DIFESA*VARIETA’*LUOGO*ANNO
0,0124
*
0,61
DIFESA*AZOTO’*LUOGO
0,0052
**
0,21
LA
RICERCA
SIGRAD
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
271-288
LA
RICERCA
San Lazzaro
SIGRAD
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
8,99
n.s
p
Max
8,09
N3
6,77
8,13
N2
Min
8,00
N1
<0.05
<0.0001
p
p
7,95 b
Neolatino
7,80 b
8,53 a
Isildur
Non tratt.
7,47 c
Flaminio
8,35 a
8,35 ab
Claudio
Trattato
Prod. (t/
ha)
Tesi a
confronto
271-288
13,2
11,4
12,5
12,7
<0.001
13,0 a
12,8 a
12,1 b
n.s
12,5
12,7
12,6
12,6
Proteine
(%s.s.)
2006/2007
84,0
78,3
81,0
81,8
81,4
81,1
81,8
83,0
79,5
82,5
80,6
PhL
(kg/hL)
8,11
5,59
<0.05
6,64 b
7,54 a
<0.001
7,52 a
7,13 b
6,63 c
n.s
7,13
7,13
6,85
7,26
Prod.
(t/ha)
13,9
12,2
12,9
12,8
<0.001
13,2 a
12,9 b
12,5 c
n.s
13,0
12,9
13,0
12,5
Proteine
(%s.s.)
2007/2008
84,1
78,9
81,2
82,6
81,8
81,8
82,0
82,4
81,1
81,1
83,1
PhL
(kg/hL)
8,39
6,34
<0.05
6,79 b
7,61 a
<0.001
7,49 a
7,36 a
6,75 b
<0.0001
7,08 ab
7,23 ab
7,02 b
7,48 a
Prod.
(t/ha)
14,2
12,1
13,1
13,3
<0.001
13,7 a
13,1 b
12,8 c
<0.001
13,5 a
13,5 a
13,3 a
12,6 b
Proteine
(%s.s.)
2008/2009
87,1
84,0
85,8
86,3
85,7
86,2
86,2
86,5
86,2
85,1
86,4
PhL
(kg/hL)
Tabella 3. Effetto dei diversi fattori su produzione, contenuto proteico e peso specifico nelle diverse prove sperimentali nelle quattro località (San Lazzaro, Jesi, Grosseto e Gaudiano) per ciascun anno di sperimentazione.
DIFESA FOGLIARE, CONCIMAZIONE AZOTATA E GENOTIPO IN QUATTRO DIVERSI AREALI CEREALICOLI ITALIANI
277
278
LA
RICERCA
6,10 bc
<0.0001
6,79 a
6,43 b
6,33 b
Neolatino
p
N1
N2
N3
SIGRAD
5,43 b
<0.05
4,48
8,58
Non tratt.
p
Min
Max
7,59 a
7,44 a
Isildur
Trattato
6,00 c
Flaminio
<0.001
6,52 b
Claudio
p
Prod. (t/
ha)
Tesi a
confronto
14,8
12,2
13,3
13,4
<0.001
14,0 a
13,4 b
12,7 c
<0.001
13,1 b
13,7 a
13,6 ab
13,1 b
Proteine
(%s.s.)
2006/2007
85,2
74,9
78,5
82,5
79,9
80,7
80,9
81,7
79,0
78,5
82,9
PhL (kg/hL)
7,74
4,71
<0.05
5,88 b
6,75 a
<0.001
6,70 a
6,52 a
5,72 b
<0.0001
5,73 b
7,01 a
5,66 b
6,86 a
Prod. (t/
ha)
13,4
11,8
12,7
12,6
<0.001
13,2 a
12,7 b
12,0 c
n.s
12,9
12,6
12,5
12,6
Proteine
(%s.s.)
2007/2008
87,1
82,6
84,6
85,7
84,8
85,1
85,6
85,2
83,9
85,2
86,4
PhL (kg/hL)
6,59
3,34
<0.05
4,39 b
5,20 a
<0.001
5,18 a
4,87 b
4,34 c
<0.0001
4,53 b
4,42 b
4,66 b
5,58 a
Prod. (t/
ha)
14,3
12,7
13,7
14,0
<0.001
14,2 a
13,9 b
13,5 c
n.s
14,0
14,0
14,0
13,5
Proteine
(%s.s.)
2008/2009
81,3
75,7
78,2
78,9
78,1
78,9
78,6
78,3
77,7
78,6
79,6
PhL (kg/hL)
RIGHETTI
ET AL.
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
271-288
Jesi
LA
RICERCA
SIGRAD
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
9,74
5,41 b
Non tratt.
Max
8,31 a
Trattato
4,84
n.s
p
Min
6,89
N3
<0.05
6,87
N2
p
6,83
<0.0001
p
N1
6,43 c
Neolatino
6,29 c
Flaminio
7,63 a
7,10 b
Claudio
Isildur
Prod. (t/
ha)
Tesi a
confronto
15,4
12,7
13,9
14,5
n.s
14,3
14,1
14,1
<0.001
14,6 a
13,4 b
14,9 a
13,9 b
Proteine
(%s.s.)
2006/2007
87,4
78,8
82,9
85,6
84,1
84,2
84,5
84,9
82,1
84,1
86,0
PhL (kg/hL)
9,30
3,84
<0.05
4,80 b
7,73 a
<0.0001
6,20 ab
6,45 a
6,14 b
<0.0001
5,85 b
6,63 a
5,87 b
6,71 a
Prod. (t/
ha)
15,4
12,7
14,1
13,8
<0.001
14,4 a
13,9 b
13,5 c
<0.001
14,3 a
13,6 b
14,3 a
13,5 b
Proteine
(%s.s.)
2007/2008
85,6
75,9
79,3
84,0
81,2
81,9
81,9
82,2
80,6
80,4
83,6
PhL (kg/hL)
DIFESA FOGLIARE, CONCIMAZIONE AZOTATA E GENOTIPO IN QUATTRO DIVERSI AREALI CEREALICOLI ITALIANI
271-288
279
Grosseto
280
LA
RICERCA
SIGRAD
Gaudiano
<0.05
4,06
7,95
p
Min
Max
13,7
9,3
11,6
11,6
<0.001
12,4 a
11,5 b
10,8 c
<0.001
13,0 a
10,3 d
11,3 c
11,8 b
Proteine
(%s.s.)
84,5
77,6
81,4
83,2
82,4
82,5
82,1
83,5
79,5
82,6
83,6
PhL (kg/hL)
5,87
4,53
<0.05
5,06 a
5,27 a
<0.0001
4,97 b
5,19 ab
5,34 a
<0.0001
5,33 ab
4,76 b
4,95 b
5,63 a
Prod. (t/
ha)
17,2
14,8
15,6
15,9
<0.001
16,5 a
15,8 b
15,0 c
n.s
15,8
15,8
16,0
15,5
Proteine
(%s.s.)
2007/2008
86,2
79,8
82,8
83,0
82,4
82,8
83,5
83,2
80,9
81,7
85,8
PhL (kg/hL)
4,99
3,18
<0.05
4,04 a
4,10 a
<0.0001
4,76 a
4,01 b
3,44 c
n.s
4,03
4,05
4,01
4,20
Prod. (t/
ha)
12,4
9,9
11,4
11,4
<0.001
12,0 a
11,6 b
10,6 c
<0.001
11,7 a
11,8 a
11,3 a
10,8 b
Proteine
(%s.s.)
2008/2009
87,4
84,8
85,9
86,3
86,2
86,3
85,8
86,4
85,6
86,1
86,3
PhL (kg/hL)
Entro fattore, la stessa lettera indica l’assenza di differenze significative (ANOVA). Il livello di significatività p è riportato in tabella; n.s. = non significativo
5,04 b
6,09 a
Trattato
Non tratt.
<0.0001
6,13 a
N3
p
5,66 b
N2
4,94 c
Neolatino
4,91 c
6,20 a
Isildur
N1
5,67 b
Flaminio
<0.0001
5,46 b
Claudio
p
Prod. (t/
ha)
Tesi a
confronto
2006/2007
RIGHETTI
ET AL.
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DIFESA FOGLIARE, CONCIMAZIONE AZOTATA E GENOTIPO IN QUATTRO DIVERSI AREALI CEREALICOLI ITALIANI
Non potendo entrare nel merito di tutte le fonti di variazione evidenziate, si concentrerà
la discussione su alcune di esse:
- LUOGO*ANNO. Come atteso, considerata l’eterogeneità degli ambienti che hanno ospitato le prove, oltre che l’estrema mutevolezza degli andamenti stagionali registrati nelle
recenti annate (anche a parità di località) l’ANOVA ha mostrato differenze produttive significative tra le diverse località nelle tre annate (Figura 2).
Figura 2. Produzione media nelle diverse annate agrarie nelle quattro località.
Con la figura si evidenzia l’influenza che le condizioni ambientali (pedoclimatiche) possono esercitare sul risultato produttivo, fornendo nel contempo un’indicazione del potenziale
delle località utilizzate per la sperimentazione. Le rese di granella medie più elevate sono
state registrate tendenzialmente nella località di San Lazzaro in tutte le tre annate di sperimentazione, seguite da Jesi e Grosseto con valori simili, mentre rese medie inferiori sono
state ottenute a Gaudiano di Lavello.
- AZOTO. Dall’analisi statistica cumulata relativa agli effetti delle diverse dosi di azoto
apportate emergono differenze significative sia tra le medie generali di produzione, sia tra
quelle del contenuto proteico (ANOVA non riportata, P ≤0.01) (Figura 3). La produzione
media di granella è aumentata in modo significativo passando dalla dose N1 alla dose “razionale” (N2), mentre non è stata registrata alcuna differenza rilevante spingendosi alla
dose N3. Diversamente, differenze significative sono state registrate nel contenuto proteico
che ha fatto registrare i valori medi più elevati con la dose maggiore (N3).
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Figura 3. Produzione e contenuto proteico medio al variare dei tre liveli di concimazione azotata. Lettere diverse indicano differenze significative tra i livelli di
concimazione per P ≤0,05 nel caso della produzione e P ≤0,01 per il contenuto proteico.
A posteriori, è interessante rilevare che l’obbiettivo prefissato di posizionare la dose N2
nell’ambito del plateau produttivo caratteristico della risposta di una coltura di frumento
all’apporto azotato è stato tendenzialmente raggiunto. Così come la dose N3, posizionata
dal punto di vista produttivo nella zona dei consumi di lusso, ha consentito il conseguimento di tenori proteici adeguati alle attuali esigenze del mercato del grano duro, in particolare
laddove si punti al raggiungimento di premialità legate alla percentuale di proteine nelle
cariossidi.
- AZOTO*LUOGO*ANNO. La Figura 4 permette di entrare nel merito delle interazioni
tra i fattori antropici studiati e l’ambiente (in senso lato). In particolare si evidenzia l’effetto
dei diversi livelli di azoto distribuiti (variabili nelle diverse prove) sulle produzioni medie.
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DIFESA FOGLIARE, CONCIMAZIONE AZOTATA E GENOTIPO IN QUATTRO DIVERSI AREALI CEREALICOLI ITALIANI
Figura 4. Produzione media al variare dei tre livelli di concimazione azotata nelle quattro località nelle tre annate agrarie. Lettere diverse indicano diff. significative tra i livelli di concimazione per P ≤0,0001.
Notoriamente la gestione della concimazione azotata del grano risulta essere estremamente complessa, razionalmente non definibile a priori (a calendario) in quanto i fabbisogni della pianta possono variare considerevolmente in funzione di molteplici fattori, come
evidenziato anche in sede di descrizione della metodologia adottata per l’individuazione
della dose N2 da distribuire. Non è inoltre superfluo sottolineare che per il cereale autunnovernino gli interventi di concimazioni sono sottoposti all’area climatica (andamento termopluviometrico), che può pesantemente condizionare il risultato dell’azotatura, in particolare
in copertura. Va altresì detto che per la coltura del frumento anche ridotti scostamenti nella
dose di azoto distribuita possono portare a considerevoli impatti sul risultato produttivo, a
differenza di altri cereali come il mais. Per meglio illustrare i concetti esposti si richiama
l’attenzione sul confronto delle dosi distribuite nelle diverse annate a parità di ambiente
(Tabella 1). In particolare, confrontando le annate 2006-07 e 2008-09 a San Lazzaro si nota
come sia stato rispettivamente pari a 70 U/ha e 160 U/ha. Come si ricorda, l’annata agraria
2006-07 in pianura padana è stata interessata da temperature superiori alla norma durante l’intero ciclo colturale (nella località citata si sono osservati grani alternativi e precoci seminati in autunno già in levata a metà dicembre), con precipitazioni autunnali e invernali
scarse. Questa situazione ha determinato un ridotto bisogno di apporto di fertilizzante alla
coltura, che probabilmente ha potuto beneficiare anche di importanti fenomeni di mineralizzazione della sostanza organica nel corso dell’inverno particolarmente mite, con differenze produttive non significative tra le dosi di azoto apportate (N1 = 40 U/ha, N2 = 70U/ha,
N3 =100 U/ha). Al contrario, nel 2008-09 le elevate precipitazioni (risultate abbondanti e
frequenti durante l’intero ciclo colturale) hanno provocato un forte dilavamento dell’azoto
presente nel terreno. Ciò ha comportato livelli di concimazione ottimali con N2 (160 U/ha),
che ha fornito risultati produttivi significativamente superiori a N1 (120 U/ha) e analoghi a
N3 (200 U/ha). Nella stessa annata a Gaudiano di Lavello, dove si sono rilevati 639 mm di
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pioggia nel periodo ottobre-giugno, la produzione più alta è stata raggiunta con la dose N3
(160 U/ha), apporto sicuramente inusuale nel contesto agricolo locale. Nella stessa località
nel 2007-08 la produzione più alta è stata ottenuta con le dosi N1 e N2 (60 e 100 U/ha), con
perdite produttive rilevanti passando da N1 a N3 (150U/ha). Tale risultato è sicuramente
riconducibile a stress termici di fine ciclo (“stretta”) che hanno penalizzato le parcelle più
rigogliose in virtù dei maggiori livelli di fertilizzazione.
- DIFESA*LUOGO*ANNO. La Figura 5 mostra l’effetto della difesa fungicida sulle produzioni medie registrate nella quattro località nelle tre annate agrarie.
Figura 5. Effetti medi della difesa fogliare sulla produzione al variare del luogo e
dell’annata. Lettere diverse indicano differenze significative tra i 2 livelli di
difesa P= 0,0187.
L’effetto della difesa, seppur variabile, ha portato ad un aumento significativo della
produzione in tutti e tre gli anni di sperimentazione nelle località di San Lazzaro, Jesi e
Grosseto. Nella località di Gaudiano di Lavello questo aumento è stato registrato solo nel
2006-07 mentre, nelle annate 2007-08 e 2008-09, non ci sono stati incrementi significativi di
produzione. Il trascurabile effetto della difesa fungicida è riconducibile alla scarsa presenza di fitopatie, dovuta alla mancanza delle condizioni ambientali (umidità e temperatura)
predisponenti la loro insorgenza. Tra le tre località del centro-nord, Grosseto è quella che
in generale ha maggiormente beneficiato del trattamento fungicida, facendo registrare in
entrambe le annate disponibili incrementi produttivi pari a 2,9 t/ha. Tali incrementi sono
riconducibili a condizioni ambientali che sovente provocano in Maremma (in particolare in
prossimità del mare, dove si notano forti escursioni termiche e prolungata bagnatura fogliare dei seminativi) condizioni favorevoli alla comparsa di malattie come la ruggine bruna e/o
la septoria. In merito a quest’ultima patologia si deve rimarcare l’osservazione effettuata
in molti comprensori cerealicoli italiani: nelle ultime annate i rilievi condotti direttamente,
oltre che il confronto con altri operatori del settore, evidenziano un progressivo incremento
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della gravità degli attacchi, capaci di arrecare considerevoli perdite produttive sui genotipi
più suscettibili. A fronte della citata preoccupante evoluzione si osserva infatti, una tendenziale debolezza del germoplasma di grano duro coltivato, riconducibile ad un limitata
disponibilità di fonti genetiche di resistenza al patogeno.
- DIFESA*VARIETA’*LUOGO*ANNO. L’interazione tra varietà e difesa fungicida è risultata variabile nelle diverse prove sperimentali, come dimostrato dall’ANOVA. Ciò premesso, è possibile quindi entrare nel dettaglio della diversa risposta varietale al trattamento fogliare con alcuni esempi riportati in Figura 6.
Figura 6. Effetto del trattamento fungicida sulla resa produttiva media delle quattro
varietà nelle quattro località.
Nei grafici si può concentrare l’attenzione sul comportamento della varietà Isildur nelle tre
prove: a Grosseto nel 2007-08 la difesa fogliare ha sostanzialmente modificato il ranking delle
rese in granella del genotipo, che ha conseguito performance di assoluta rilevanza nel percorso colturale più intensivo. La risposta produttiva della cultivar nella località della Maremma
è facilmente esplicabile con la sua sensibilità alla septoria, che ha colpito la zona in maniera
virulenta nell’annata descritta. Il diverso comportamento di Isildur a Jesi e San Lazzaro nel
2006-07, caratterizzato da una più contenuta risposta al trattamento fungicida, è imputabile
ai fattori di resistenza di cui è dotato il genotipo nei confronti di altre rilevanti malattie come
l’oidio e la ruggine bruna che hanno interessato le due sperimentazioni citate. Va sottolineato
che la potenzialità di questa varietà si è espressa nell’ambiente toscano, toccando i picchi
produttivi più elevati in entrambe le annate disponibili a seguito del trattamento fungicida.
Va ulteriormente evidenziato che tale risultato rappresenta l’eccellenza produttiva, anche
considerando l’insieme delle undici prove realizzate nel triennio di sperimentazione.
Per contro, in merito alla risposta delle diverse varietà al trattamento di difesa (mediando i quattro luoghi e le tre annate) è interessante rilevare come il genotipo che meglio
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ha sopportato nel triennio l’assenza della difesa è risultato la varietà Claudio (dati non
mostrati), in virtù delle note caratteristiche di adattabilità e rusticità che ne permettono
l’impiego anche in condizioni di low input/biologico in vaste zone cerealicole del bacino del
mediterraneo, come la Francia, la Spagna e la Grecia, oltre che e l’Italia.
Conclusioni
La sperimentazione agronomica condotta nel corso del progetto SIGRAD consente di riproporre alcune considerazioni generali legate alla coltivazione del frumento. Assodato che
la scelta varietale rappresenta per gli operatori un passaggio iniziale cruciale (che deve
essere affrontato disponendo di affidabili informazioni sulle caratteristiche di adattabilità
e stabilità produttiva nell’areale di interesse dei diversi genotipi disponibili sul mercato,
oltre che sugli sbocchi commerciali degli stessi a valle della filiera), nelle fasi successive alla
semina ulteriori opzioni di tecnica colturale possono fortemente condizionare il risultato
finale (produttivo e qualitativo), anche a parità di condizioni ambientali. A tal proposito, di
seguito sono presentate altre elaborazioni grafiche dei dati poliennali raccolti, allo scopo di
offrire ulteriori elementi di riflessione. Vengono quindi rappresentati gli scostamenti registrati intorno al dato medio di ogni prova (Figura 7), fornendo i valori minimi e massimi
registrati in termini di rese produttive e di contenuto proteico dalle diverse tesi a confronto,
per ciascuna annata e per ogni località.
Figura 7. Produzione e contenuti proteici medi, minimi e massimi delle tesi a confronto nelle diverse annate agrarie nelle quattro località.
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La figura mette chiaramente in evidenza come i risultati ottenuti con l’individuazione
della miglior combinazione dei fattori tecnici saggiati nelle diverse prove incoraggi ad affrontare lo sforzo richiesto per la ricerca di una corretta tecnica agronomica. Emblematico
rilevare in tal senso il risultato di Grosseto, località che ha fornito i migliori risultati in
assoluto, a parità di annata, anche rispetto alla località più settentrionale, comunemente
considerata più performante. In tal senso si rafforza la convinzione che solo conoscendo i
limiti e le potenzialità del proprio comprensorio agricolo, oltre che le opportunità offerte
dall’aggiornamento dei mezzi tecnici disponibili, si possa ambire a migliorare la quantità e
la qualità delle produzioni cerealicole, anche andando ad invertire preoccupanti tendenze
come quella negativa registrata negli ultimi anni per i tenori proteici dei monti granari
prodotti (Bartolini 2004; LMC International, 2009).
Un’ulteriore considerazione, oltre che spunto per nuove iniziative, deriva dalle opportunità che le collaborazioni consolidate nel corso del lavoro lasciano intravedere. Esse possono infatti rappresentare un positivo modello di sinergie tecniche tra specialisti del settore,
che collaborando alla programmazione e realizzazione sul territorio di piattaforme agronomiche di studio, di osservazione in vivo della risposta della coltura a diversi mezzi tecnici,
sono in grado di fornire pratici supporti decisionali non solo per la verifica a posteriori di
nuove linee tecniche, ma utilizzabili in corso d’opera dagli operatori chiamati a suggerire o
compiere scelte.
Infine, l’esperienza agronomica descritta ha portato ad un arricchimento del bagaglio
di conoscenze disponibili anche per il costitutore, per la definizione dei consigli colturali
utili alla piena valorizzazione delle più recenti novità varietali, con l’obbiettivo di fornire al
mondo produttivo un organico contributo utile a salvaguardare la sostenibilità economica
di una filiera strategica per il mondo agricolo italiano.
Ringraziamenti
Gli Autori ringraziano la Dr.ssa Anna Nastri e il Dr. Gianni Giordani del DiSTA dell’Università di Bologna, per i preziosi contributi in fase di realizzazione e stesura del lavoro.
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ET AL.
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RICERCA
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SEZIONE IV
PRODOTTI DELLA PRIMA
TRASFORMAZIONE
Saggio preliminare volto al miglioramento
delle caratteristiche organolettiche,
nutrizionali e salutistiche delle semole
di grano duro mediante reintegro
di parti corticali derivanti dall’impiego
della decorticazione
Davide Minervinia1, Carlo Rizzellob
a
Molini Tandoi Pellegrino S.p.A., Via Sant’Elia Z.I., 70033 Corato (Ba).
b
Dipartimento di protezione delle piante e microbiologia applicata,
Università degli Studi di Bari, Via Amendola 165, 70010 Bari.
Riassunto
Il trattamento di decorticazione in fase di premacinazione del grano duro (Triticum turgidum var. durum Desf.) determina l’allontanamento degli strati periferici della cariosside
mediante operazioni di frizione ed abrasione. Le prove di decorticazione possono essere condotte a differenti livelli di abrasione. La granella sottoposta ad un trattamento di decorticazione mostra un significativo incremento della resa di macinazione a parità di grado di
raffinazione ed un miglioramento dell’aspetto igienico-sanitario del prodotto ottenuto dalla
macinazione. Questa fase dello studio ha avuto lo scopo di rilevare le caratteristiche salutistiche nutrizionali delle frazioni ottenibili attraverso l’applicazione della tecnologia di
decorticazione a passaggi multipli. Dall’analisi del profilo aminoacidico delle proteine contenute nella frazione di scarico della decorticazione applicata al grano duro nazionale in tre
passaggi successivi della lavorazione sono emersi alcuni dati degni di opportuna valutazione.
Abstract
Debranning treament in the premilling stage of durum wheat ((Triticum turgidum var.
durum Desf.) determines the removal of peripheral layers of caryopsis by friction and abrasion operations. Evidence of debranning may be performed at different levels of abrasion. The
grain after debranning treatment shows a significant increase in yield milling with the same
degree of refining and safety improvement of the product obtained by grinding. This phase of
the study was aimed to detect the nutritional characteristics of the fractions obtained through
the application of debranning technology in multiple steps. Analysis of the amino acid profile
of the proteins contained in the fraction of exhaust debranning applied to domestic wheat in
three subsequent steps in processing shows some insight worthy of appropriate assessment.
***
1
LA
Autore per la corrispondenza: Davide Minervini, [email protected]
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ET AL.
Premessa
La tendenza attuale dei mercati nazionali ed internazionali è diretta alla diffusione e
valorizzazione di alimenti funzionali al fine di rispondere in modo efficiente alla sempre più
crescente richiesta del consumatore di affiancare al concetto di alimento quello di salute.
La granella di frumento duro (Triticum turgidum var. durum Desf.) sottoposta ad un
trattamento di decorticazione mostra un significativo incremento della resa di macinazione
a parità di grado di raffinazione ed un miglioramento dell’aspetto igienico-sanitario del
prodotto ottenuto dalla macinazione (R.E. Cubadda - E. Marconi). Questo trattamento ha
lo scopo di allontanare le parti periferiche della cariosside (pericarpo e strato aleuronico)
determinandone una significativa modificazione nella composizione chimico-nutrizionale
allontanando una quantità di prodotto mediamente pari a circa il 6-9% del peso della cariosside.
In particolare, nelle cariossidi decorticate si osserva un decremento del contenuto in fibra
alimentare, ceneri, lipidi e proteine per effetto dell’allontanamento del germe, degli strati
del pericarpo e dello strato aleuronico.
La classica macinazione del frumento prevede operazioni di frantumazione della cariosside seguite da operazioni di setacciatura per separare le parti cruscali esterne dall’endosperma amilifero. Il processo di molitura del frumento pertanto non prevede un processo di
rimozione degli strati cruscali periferici mediante azioni di abrasione/frizione della cariosside per la presenza di una accentuata invaginazione longitudinale nella parte ventrale inaccessibile all’azione smerigliante della decorticazione che pertanto rende solo parzialmente
utile tale processo nel caso della macinazione del frumento. La profonda invaginazione dei
tegumenti a livello della faccia ventrale della cariosside ha costretto ad adottare operazioni
di macinazione articolate e complesse rispetto a quelle di riso ed orzo in cui il solco ventrale
è assente.
La decorticazione ha lo scopo di allontanare le parti periferiche della cariosside (pericarpo e strato aleuronico). Questa tecnologia in fase di pre-macinazione è stata applicata dapprima al frumento tenero per ridurne l’attività amilasica nel caso di cariossidi germinate.
In seguito, è stata vantaggiosamente trasferita al frumento duro conseguendo un migliore
grado di raffinazione degli sfarinati e la semplificazione del diagramma di macinazione con
riduzione del numero delle macchine macinanti.
Attualmente, sono noti due sistemi per la decorticazione premacinazione del frumento:
la procedura Tkac o sistema “TrigoTec” e il processo detto “PeriTec”, diffuso dalla Satake
Corporation.
La procedura Tkac, consiste in due passaggi di frizione chicco-chicco, seguiti da tre passaggi di abrasione della cariosside contro superfici abrasive, ognuno dei quali viene effettuato con macchine diverse (Figura 1) (Tkac, 1992). Per facilitare l’asportazione degli strati
tegumentali, le operazioni di frizione e abrasione sono precedute da operazioni di umidificazione mediante aggiunta di limitate quantità di acqua. Come indicato in bibliografia
(Dexter et al., 1994; Dexter e Wood 1996), ad ogni passaggio di decorticazione si assiste
all’allontanamento di specifici strati tegumentali, aventi particolari caratteristiche compositive e che vengono raccolti separatamente.
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MIGLIORAMENTO DELLE CARATTERISTICHE ORGANOLETTICHE, NUTRIZIONALI E SALUTISTICHE DELLE SEMOLE DI GRANO DURO
Figura 1. Diagramma di decorticazione con il sistema Tkac.
Il processo “PeriTec” consente l’allontanamento delle parti esterne della cariosside mediante operazioni di frizione seguite da operazioni di abrasione, che avvengono però in
un’unica macchina. Le cariossidi di frumento vengono convogliate nella camera di decorticazione delimitata da una lamina forata e attraversata da un asse centrale avente movimento rotatorio. Nella parte inferiore di questa camera, in prossimità della zona di alimentazione, l’asse presenta un profilo a vite. Durante il movimento rotatorio dell’albero, le
cariossidi di frumento avanzano lungo il profilo della vite andando incontro a fenomeni di
frizione e attrito.
Nella parte superiore della camera di decorticazione, l’asse centrale è dotato di mole
abrasive che portano all’allontanamento più energico delle parti tegumentali. Inoltre sono
presenti dei sistemi di circolazione forzata dell’aria per facilitare l’allontanamento delle
parti abrase. Nella figura 2 è riportato in forma schematica il decorticatore sviluppato dalla
Satake Corporation (Satake, 1990).
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MINERVINI
ET AL.
Figura 2. Rappresentazione reale e schematica del decorticatore Satake VTA10.
I sottoprodotti delle operazioni di frizione, rappresentati principalmente dal pericarpo,
sono costituiti per lo più da fibra, mentre i sottoprodotti delle operazioni di abrasione, in cui
è presente lo strato aleuronico, sono caratterizzati da una percentuale maggiore di proteine e
fibra alimentare solubile, contrariamente a quanto avviene con il classico processo di macinazione che prevede l’allontanamento degli strati esterni della cariosside contemporaneamente.
Il presente lavoro ha lo scopo di investigare sul contenuto aminoacidico e della frazione
proteica del frumento duro sottoposto a decorticazione.
Le caratteristiche salutistiche attribuibili al frumento duro sono ormai note e consolidate rappresentando un’importante risorsa nutritiva unitamente ai suoi derivati. Infatti, la
cariosside di grano duro è chimicamente composta mediamente per circa il 12% di frazione
proteica concentrata nel germe, seguito dall’aleurone, dalla crusca e infine dalla semola.
(Pomeranz, 1988).
Il valore nutrizionale delle proteine del grano dipende dalla digeribilità e disponibilità
degli aminoacidi. Le proteine del frumento possono essere suddivise in funzione della loro
solubilità in 4 classi (Osborne, 1970): albumine solubili in acqua; globuline solubili in soluzioni sature neutre; gliadine solubili in alcol diluito e glutenine solubili in acidi diluiti.
Successivamente Shewry (1986) ha proposto una classificazione basata sul grado di polimerizzazione e sul livello di amminoacidi solforati, suddividendo la frazione proteica in:
prolammine monomeriche, a cui appartengono le gliadine, e prolammine polimeriche, a qui
appartengono le glutenine.
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MIGLIORAMENTO DELLE CARATTERISTICHE ORGANOLETTICHE, NUTRIZIONALI E SALUTISTICHE DELLE SEMOLE DI GRANO DURO
Questa frazione proteica (gliadine e glutenine) è localizzata prevalentemente nell’endosperma. Le gliadine e le glutenine, a contatto con l’acqua si uniscono con legami intermolecolari formando il glutine, un complesso proteico che conferisce all’impasto viscosità,
elasticità e coesione. Le gliadine contribuiscono alla viscosità dell’impasto, mentre le glutenine sono responsabili dell’elasticità e della tenacità (Veraverbeke e Delcour, 2002). In particolare, la quantità e le dimensioni dei polimeri gluteninici sono positivamente correlate
con le proprietà tecnologiche degli impasti. Queste caratteristiche dei polimeri gluteninici
dipendono perciò dalla capacità delle singole subunità gluteniniche di formare polimeri più
o meno estesi (MacRitchie e Lafiandra, 1997).
Albumine e globuline sono entrambe proteine complete in aminoacidi essenziali, che vengono allontanate durante la macinazione. Le albumine sono localizzate prevalentemente
nello strato aleuronico e nel germe; si tratta di proteine ad elevato valore biologico, ricche
soprattutto in lisina, prolina, leucina e glutammina.
Le globuline si trovano nel germe; hanno anch’esse un elevato valore biologico e sono
ricche in lisina, arginina, serina e cisteina. Oltre agli aminoacidi essenziali una particolare
attenzione è rivolta dal mondo scientifico alle molecole funzionali naturalmente presenti
nella matrice grano duro, un esempio di molecole funzionali con valori salutistici rilevanti
è rappresentato dall’acido γ-ammino butirrico (GABA).
Il GABA è ben conosciuto per le sue numerose funzioni fisiologiche. Tale sostanza è considerata una molecola segnale nella neurotrasmissione, pertanto agisce da neurotrasmettitore (Krnjevic, 1974; Hall et al., 1970; Fitzpatrick et al., 1984; Kunkel et al., 1986). Lo sviluppo
degli alimenti funzionali contenenti elevate concentrazioni di GABA, è stato, infatti, oggetto
di numerose ricerche, date le funzioni fisiologiche dello stesso (Tsushida e Murai, 1987;
Saikusa et al., 1994).
Attualmente studi sulla correlazione delle caratteristiche salutistiche di una granella
sottoposta a decorticazione sono scarsi. Il presente lavoro ha lo scopo di investigare sul
contenuto aminoacidico e relativa frazione proteica del frumento duro sottoposto a decorticazione. In particolare, sono state sottoposte a caratterizzazione chimica le frazioni allontanate dal processo di decorticazione.
Materiali e metodi
Per la presente indagine sono stati impostati due diagrammi di flusso della fase di premacinazione del grano duro applicando la tecnologia PeriTec precedentemente descritta.
Il primo (Figura 3) prevede tre livelli differenti di decorticazione e quindi l’ottenimento
di tre sottoprodotti utilizzati per la caratterizzazione della frazione proteica e aminoacidica.
La seconda impostazione (Figura 4) ha previsto una singola fase di decorticazione e,
quindi, l’ottenimento di un singolo sottoprodotto.
I campioni costituiti dalle parti corticali allontanate dalla cariosside di grano duro nel
corso della decorticazione sono stati denominati come segue:
- 1P/3P: (1)
- 2P/2P: (2)
- 3P/1P: (3)
- 3P/S: (4)
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SIGRAD
III° livello di decorticazione;
II° livello di decorticazione;
I° livello di decorticazione;
Singolo passaggio deco.
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
291-302
295
MINERVINI
ET AL.
Figura 3. Diagramma di flusso a tre livelli di decorticazione.
Figura 4. Diagramma di flusso a singolo livello di decorticazione.
Gli stessi campioni sono stati sottoposti a caratterizzazione delle frazioni proteiche e degli a.a. liberi. Le tecniche analitiche utilizzabili per l’analisi qualitativa e quantitativa delle
proteine sono molteplici, in particolare l’elettroforesi capillare (EC) è una delle più affidabili. L’analisi del proteoma offre molte opportunità per investigare sulle proteine del glutine,
gliadine e glutenine, che solitamente non sono separate nello stesso gel. (Branlard, 2004).
Il grano duro impiegato ha provenienza prettamente nazionale. Mentre, per la fase di
condizionamento è stata impiegata esclusivamente acqua di fonte.
La fase di decorticazione è stata applicata secondo il diagramma multi livello e singolo
livello con l’impiego di macchine decorticatrici sviluppate dalla Satake corporation e denominate mod. VTA10.
A premessa di quanto segue sono state anche valutate le rese di produzione per effettua296
LA
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SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
291-302
MIGLIORAMENTO DELLE CARATTERISTICHE ORGANOLETTICHE, NUTRIZIONALI E SALUTISTICHE DELLE SEMOLE DI GRANO DURO
re un analisi dell’applicabilità di questa tecnologia. Si riportano in Tabella 1 i valori riscontrati in termini di resa percentuale e contenuto in ceneri relativi ai diversi livelli e modalità
di applicazione della tecnologia di decorticazione.
Tabella 1. Rese percentuali in semola e sottoprodotti ottenuti.
Decorticato
6%
Campioni
Decorticato
9%
Decorticato
12%
Decorticato
singolo passaggio
Resa* Ceneri Resa* Ceneri Resa* Ceneri Resa*
Ceneri
Non
decorticato
Resa* Ceneri
(%)
(% s.s.)
(%)
(% s.s.)
(%)
(% s.s.)
(%)
(% s.s.)
(%)
(% s.s.)
Semola
68,9
0,87
67,54
0,81
66,85
0,78
65,89
0,82
65,15
0,88
Farina 1
5,23
1,12
5,14
1,15
4,62
1,05
5,78
1,32
8,21
1,12
Farina 2
3,61
2,78
3,15
2,87
2,64
2,51
4,25
2,14
4,12
1,65
Cruschello
8,72
-
7,94
-
8,48
-
7,95
-
8,98
-
Crusca
7,21
-
7,02
-
5,42
-
6,82
-
13,54
-
Scarto
decorticazione
6,33
-
9,21
-
11,99
-
9,31
-
-
-
* La resa è quella effettiva riferita a 100kg di grano pulito.
Estrazione delle frazioni proteiche
Le frazioni proteiche sono state estratte dai campioni secondo il metodo di Osborne modificato in seguito da Weiss et.al. Un grammo di ciascun campione è stato risospeso in 4 ml
di tampone Tris-HCl 50 mM pH 8,8, incubati per 1 h a 4°C e vortexati ad intervalli di 15
min. Successivamente, la sospensione è stata centrifugata a 15000 rpm per 20 min a 4°C
ed il surnatante contenente albumine e globuline è stato recuperato. Per ridurre al minimo
la contaminazione con le altre frazioni proteiche (prolammine), il pellet è stato lavato per
altre due volte con lo stesso tampone ed il surnatante è stato eliminato. Dopo un lavaggio
in acqua distillata, il pellet è stato risospeso in EtOH al 75% v/v (4 ml per g di semola), agitato per 2 h a 25°C e centrifugato a 15000 rpm per 20 min. Il surnatante ottenuto contiene
la frazione delle prolammine (gliadine). Il pellet è stato quindi risospeso e lavato due volte
in EtOH (75% v/v) ed una volta in acqua distillata per allontanare l’EtOH residuo. Per
estrarre le glutenine, il pellet è stato diluito con tampone SDS/DTT (ditiotreitolo), a base
di Tri-HCl 50 mM pH 8,8 contenente l’1% di SDS e lo 0,5% di DTT (4 ml di tampone per
ogni grammo di semola), incubato per 2 h a 25°C e centrifugato a 15000 rpm per 20 min.
Gli estratti cosi ottenuti sono stati conservati a -20°C e utilizzati per le successive analisi.
Determinazione del contenuto proteico
La concentrazione proteica degli estratti ottenuti è stata determinata con il metodo Bradford (1976). Aliquote di 10 µl dell’estratto proteico sono state diluite in 790 µl di H2O bidistillata e miscelate a 200 µl di soluzione “protein assay dye reagent” (Bio-Rad Laboratories,
Monaco, Germania). La lettura spettrofotometrica è stata effettuata alla lunghezza d’onda
di 595 nm, contro un bianco contenente 10 µl di H2O bidistillata al posto della frazione proLA
RICERCA
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297
MINERVINI
ET AL.
teica. La concentrazione proteica, espressa in mg/ml, è stata calcolata utilizzando una retta
di taratura ottenuta con sieroalbumina bovina come standard.
SDS-PAGE
L’elettroforesi è stata condotta seguendo il sistema di Laemmli (1970), con l’utilizzo di gel al
12% di acrilammide mediante apparecchiatura Phast System (Pharmacia, Uppsala, Svezia). I
campioni (frazioni proteiche) sono stati diluiti 1:1 con “sample buffer” (composto da 80 µl Tris
– HCl 1 mM pH 6,8; 80 µl SDS 10%; 20 µl blu di bromofenolo 1%; 20 µl mercaptoetanolo; 20
µl glicerolo). Il tampone elettrodico usato era composto da 2,88% glicina (p/v), 0,6% Tris (p/v)
e 0,1% SDS (p/v). La corsa elettroforetica è stata condotta a 100 V/gel per circa 2 h a 15°C. La
colorazione è stata eseguita con “Coomassie blue”, costituito da 0,125% Coomassie brilliant blue
R250 (Bio-Rad), 50% metanolo (v/v), 10% acido acetico (v/v), over night. Successivamente si è
effettuata la decolorazione con una soluzione di metanolo (20% v/v) ed acido acetico (10% v/v).
Determinazione degli amminoacidi liberi
Il contenuto totale ed individuale di amminoacidi liberi degli sfarinati è stato determinato mediante un “Amino Acid Analyzer Biochrom” (Biochrom Ltd, Cambridge Science Park,
England) utilizzando una colonna a scambio cationico (Na Oxidised Feedstuff, 20 cm x 4,6
mm) secondo quanto proposto da Siragusa et al. Come riferimento è stata utilizzata una
soluzione standard di amminoacidi 2,5 µmol/ml (Sigma-Aldrich, St.Louis, Mo) a cui sono
stati addizionati acido cistico, metionina sulfossido e sulfone, triptofano e ornitorina alla
concentrazione finale di 2,5 µmol⁄mL.
Al fine di ottenere lo stesso valore di pH e lo stesso tempo di ritenzione, prima dell’analisi
le proteine e i peptidi dei campioni e dello standard sono stati precipitati mediante l’aggiunta di acido solfosalicilico freddo (5%), incubati a 4°C per 1 h e centrifugati a 15000 rpm
per 15 min. Il surnatante è stato filtrato con filtri di porosità 0,22 µm (Millex-HA; Millipore
S.A., Saint Quentin, France) e diluito (in rapporto 1:5) con sodio citrato (0,2M pH 2,2). Gli
amminoacidi liberi sono stati quantificati mediante misure di assorbanza a 440 nm (prolina
ed idrossiprolina) e 570 nm (tutti gli altri amminoacidi) in seguito a reazione colorimetrica
con ninidrina (post-derivatizzazione), successiva al passaggio in colonna.
Risultati
Il sistema di decorticazione in fase di pre-macinazione del frumento duro permette di ottenere alcuni vantaggi quali la riduzione dei tempi di condizionamento, maggiore capacità
produttiva degli impianti di molitura, minori consumi energetici come conseguenza di uno
schema molitorio semplificato. Inoltre, il processo di decorticazione determina una maggiore facilità di gestione del molino grazie ad un prodotto in circolo più sicuro dal punto di vista
igienico sanitario. I risultati ottenuti in merito alla valutazione delle rese e conseguentemente dell’applicabilità di questa tecnologia evidenziano un incremento della resa effettiva
per il processo tecnologico applicato secondo lo schema multilivello rispetto al grano non
decorticato (Tabella 1) e rispetto all’applicazione di un singolo passaggio di decorticazione.
Il trattamento applicato con livelli di decorticazione dall’8% al 10% sono associati ad un
aumento del 4% della resa effettiva di macinazione mentre, livelli più elevati di decorticazione determinano un allontanamento eccessivo degli strati periferici della cariosside con
una diminuzione della resa (Pagani et al., 2001).
298
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MIGLIORAMENTO DELLE CARATTERISTICHE ORGANOLETTICHE, NUTRIZIONALI E SALUTISTICHE DELLE SEMOLE DI GRANO DURO
Dall’analisi dei valori ricavati attraverso il saggio Bradford (Tabella 2) per la quantificazione del contenuto proteico di ciascuna frazione estratta risulta un contenuto simile di albumine e globuline per i quattro campioni. Per quanto riguarda invece i quantitativi di gliadine,
solamente il campione 3P/1P (2,05 mg/ml) fornisce un dato apprezzabile. Infine, le glutenine
risultano essere molto simili fra tutti i campioni e prossimi ai valori comunemente ritrovati
negli sfarinati di frumento duro. Dalle analisi elettroforetiche risulta che la composizione della
frazione albumine/globuline è simile in tutti i campioni, per le gliadine si nota una maggiore
presenza di polipeptidi nel campione 3P/1P. Inoltre, il campione 1P/3P presenta bande più
evidenti intorno al peso molecolare di 45 kDa. Anche le frazioni gluteniniche risultano simili
nei quattro campioni analizzati e sono caratterizzate dall’assenza di glutenine ad alto peso molecolare (Figura 5).L’analisi elettroforetica effettuata (Figura 6) ha avuto lo scopo di standardizzare la quantità di campione utilizzata al fine di far risaltare le differenze di distribuzione
e contenuto proteico fra i diversi campioni. Di particolare interesse è il riscontro ottenuto dalla
determinazione degli a.a. liberi (Tabella 3). L’analisi mostra un’elevata quantità di a.a. liberi
ed un’inattesa quantità (263 mg/kg) di GABA in campioni di sottoprodotto derivanti dal terzo
livello di decorticazione, rappresentazione di un buon livello nutrizionale ed organolettico.
Tabella 2. Contenuto proteico delle frazioni estratte da ciascun campione.
Albumine/globulina
(mg/ml)
Gliadine
(mg/ml)
Glutenine
(mg/ml)
1P/3P (1)
5,57 ± 0,3
0,88 ± 0,02
1,59
2P/2P (2)
5,37 ± 0,5
0,74 ± 0,03
1,63
3P/1P (3)
5,20 ± 0,2
2,05 ± 0,01
1,16
3P/S (4)
5,65 ± 0,3
0,49 ± 0,04
1,66
Figura 5. Profilo elettroforetico delle frazioni proteiche estratte da ciascun campione.
LA
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Tabella 3. Profilo aminoacidico degli a.a. liberi riscontrati in ciascun campione.
mg/kg sfarinato
Amino acid
3pS
3p1p
2p2p
1p3p
Cysteic acid
34,05 ± 0,2
29,40 ± 0,3
37,98 ± 0,1
34,25 ± 0,4
Met sulphox-1
34,66 ± 0,2
20,91 ± 0,4
38,68 ± 0,3
38,55 ± 0,2
Met sulphox-2
11,30 ± 0,3
11,42 ± 0,4
12,66 ± 0,5
10,85 ± 0,1
Met sulphone
1,74 ± 0,4
0,00 ± 0,3
0,92 ± 0,4
2,33 ± 0,3
Asp
110,76 ± 0,2
130,25 ± 0,2
165,67 ± 0,2
220,35 ± 0,2
Thr
39,05 ± 0,2
32,10 ± 0,4
47,61 ± 0,3
57,73 ± 0,2
Ser
321,44 ± 0,3
176,75 ± 0,2
344,51 ± 0,2
354,94 ± 0,4
Glu
407,95 ± 0,1
217,17 ± 0,1
418,66 ± 0,2
384,64 ± 0,5
Gly
85,70 ± 0,3
45,36 ± 0,3
97,60 ± 0,1
124,74 ± 0,3
Ala
150,88 ± 0,4
94,93 ± 0,2
176,62 ± 0,2
219,00 ± 0,2
Cys
20,97 ± 0,3
17,19 ± 0,3
22,92 ± 0,3
24,22 ± 0,2
Val
85,36 ± 0,2
63,80 ± 0,4
96,03 ± 0,4
103,09 ± 0,2
Met
16,31 ± 0,1
15,73 ± 0,2
14,70 ± 0,3
23,12 ± 0,4
Ile
25,67 ± 0,1
30,12 ± 0,1
29,57 ± 0,3
32,62 ± 0,2
Leu
52,57 ± 0,2
58,04 ± 0,3
60,30 ± 0,1
60,48 ± 0,2
Tyr
49,22 ± 0,3
36,63 ± 0,2
55,52 ± 0,2
53,02 ± 0,1
Phe
69,00 ± 0,4
68,93 ± 0,2
85,90 ± 0,2
83,65 ± 0,5
His
37,96 ± 0,5
34,30 ± 0,3
48,52 ± 0,4
57,18 ± 0,2
300
Trp
442,34 ± 0,2
243,37 ± 0,4
428,28 ± 0,2
331,38 ± 0,1
Orn
26,14 ± 0,3
25,87 ± 0,4
24,46 ± 0,1
28,09 ± 0,3
Lys
59,71 ± 0,2
47,01 ± 0,3
69,84 ± 0,3
81,99 ± 0,2
Arg
172,51 ± 0,3
111,23 ± 0,2
197,88 ± 0,2
239,92 ± 0,1
Pro
122,94 ± 0,4
81,43 ± 0,4
150,70 ± 0,5
154,71 ± 0,3
GABA
142,97 ± 0,2
84,20 ± 0,1
188,34 ± 0,3
263,38 ± 0,2
LA
RICERCA
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SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
291-302
MIGLIORAMENTO DELLE CARATTERISTICHE ORGANOLETTICHE, NUTRIZIONALI E SALUTISTICHE DELLE SEMOLE DI GRANO DURO
Figura 6. Profilo elettroforetico per quantità standardizzate delle frazioni proteiche
estratte da ciascun campione.
Conclusioni
Tra i vantaggi della decorticazione in fase di pre-macinazione vi è la possibilità di recuperare/ottenere sottoprodotti ad alto valore aggiunto da destinare all’alimentazione umana.
Infatti il processo di decorticazione in molti casi consente l’asportazione progressiva ed il
recupero selettivo degli strati periferici della cariosside, ognuno caratterizzato da una peculiare composizione chimica caratterizzata da interessanti proprietà dietetico-nutrizionali.
Nei prodotti della decorticazione sono presenti numerosi composti con proprietà bioattive (acido folico, fitosteroli, tococromanoli, polifenoli etc). Il recupero di tali frazioni può
assumere, pertanto, un importante ruolo economico-produttivo in quanto possono essere
utilizzate come ingredienti per la produzione di alimenti funzionali.
Il presente lavoro di ricerca preliminare ha messo in evidenza la possibilità di reimpiego
dei sottoprodotti naturali ottenuti dalla fase di decorticazione applicata al grano duro. In
tutti i campioni analizzati è stata riscontrata una abbondante presenza di a.a. liberi e, in
particolare, una inattesa quantità di acido γ-ammino butirrico. La maggiore quantità di
tale molecola bioattiva è stata riscontrata su campioni di sottoprodotto derivanti dal terzo
livello di decorticazione e presumibilmente appartenenti allo strato aleuronico. Alla luce di
quanto descritto, risulta pertanto evidente la possibilità di disporre di materiale e di metodiche per la produzione di GABA in grado di superare i limiti di procedimenti noti.
Visti i risultati ottenuti preliminarmente da questo studio, si ritiene plausibile procedere
con opportuni approfondimenti volti alla realizzazione di una miscela probiotica a base di
semola di grano duro arricchita di acido γ-ammino butirrico, come principio bioattivo.
LA
RICERCA
SIGRAD
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
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301
MINERVINI
ET AL.
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302
LA
RICERCA
SIGRAD
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
291-302
Appendice
PARTNER E CONSULENTI
DEI PROGETTI
DI RICERCA
Partner e Consulenti
dei Progetti di Ricerca
• Agri 2000 Soc. Coop.
Via Indipendenza 74, 40121 Bologna
- Davide Barnabè.
• BARILLA G. e R. FRATELLI S.p.A.
Via Mantova 166, 43100 Parma
- Guido Arlotti,
- Maroun Atallah,
- Clara Berdini,
- Irene Della Ghezza,
- Roberto Ranieri,
- Marco Silvestri.
• CRA-QCE - Consiglio per la Ricerca e la Sperimentazione in Agricoltura
Unità di ricerca per la valorizzazione qualitativa dei cerali
Via Nazionale 82, 00184 Roma
- Andreina Belocchi,
- Maria Grazia D’Egidio,
- Ersilio Desiderio,
- Mauro Fornara,
- Fabrizio Quaranta.
• CNR-ISPA. Istituto di Scienze delle Produzioni Alimentari
Consiglio Nazionale Delle Ricerche
Via G. Amendola 122/O, 70126 Bari
- Miriam Haidukowski,
- Maria Teresa Veronica Lattanzio,
- Giuseppe Panzarini,
- Michelangelo Pascale,
- Roberto Schena,
- Angelo Visconti.
LA
RICERCA
SIGRAD
SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
305-307
305
APPENDICE
• Dipartimento di Biologia e Chimica Agro-Forestale ed Ambientale,
Università degli Studi di Bari
Via Amendola 165/A, 70126 Bari
- Antonio Blanco,
- Giacomo Mangini,
- Luciana Piarulli,
- Massimo Antonio Signorile,
- Rosanna Simeone.
• Dipartimento di Biotecnologie,
Università degli Studi di Verona,
Strada Le Grazie 15, 37100 Verona
- Antonella Furini.
• Dipartimento di Protezione dei Sistemi Agroalimentare e Urbano
e Valorizzazione delle Biodiversità,
Università degli Studi di Milano
Via G. Celoria 2, 20133 Milano
- Daria P. Locatelli,
- Sara Savoldelli,
- Massimiliano Stampini,
- Luciano Süss.
• Dipartimento di Protezione delle Piante e Microbiologia applicata,
Università degli Studi di Bari
Via Amendola 165, 70010 Bari
- Carlo Rizzello.
• Dipartimento di Scienze e Tecnologie Agroambientali,
Università di Bologna,
Via Fanin 44, 40127 Bologna
- Antonio Prodi.
• DIPROVAL - Dipartimento di Protezione e Valorizzazione Agroalimentare,
Università di Bologna
Viale G. Fanin 46, 40127 Bologna
- Davide Pancaldi.
306
LA
RICERCA
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SUL GRANO DURO: UN MODELLO PER LA FILIERA,
305-307
PARTNER
E
CONSULENTI
DEI
PROGETTI
DI
RICERCA
• Horta S.r.l., Spin Off Università Cattolica
Via Emilia Parmense 84, 49100 Piacenza
- Pierluigi Meriggi.
• IBIMET-CNR Istituto di Biometeorologia,
Consiglio Nazionale delle Ricerche
Via Giovanni Caproni 8, 50145 Firenze
- Silvia Baronti,
- Irene Criscuoli,
- Alessandro Matese,
- Franco Miglietta,
- Piero Toscano,
- Francesco Primo Vaccari,
- Alessandro Zaldei.
• Molini Tandoi S.p.A.
Via Sant’Elia, Z.I., 70033 Corato (Bari)
- Davide Minervini.
• Plant Engineering S.r.l.
Via Bagnolo 17, 26838 Tavazzano (Lodi)
- Augusto Bianchini,
- Valeria Casadei,
- Cesare Saccani.
• PSB, Società Produttori Sementi S.p.A. Bologna
Via Del Macero 1, 40050 Argelato (Bologna)
- Massimo Bellotti,
- Giovanni Dal Corso,
- Andrea De Montis,
- Gianluca Ferrazzano.
• SIS, Società Italiana Sementi
Via Mirandola 5, 40068 San Lazzaro di Savena (Bologna)
- Mirko Barbieri,
- Eloise Bersani,
- Fabio Finiguerra,
- Stefano Ravaglia,
- Rita Righetti.
LA
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SIGRAD
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Stampato nel mese di luglio 2010
alla Tipografia La Grafica srl (Tn)