Francesco Pappalardo

Convegno 18/04/2014 Misura 124 del PROGRAMMA DI SVILUPPO RURALE 2007–2013 ”Cooperazione per lo sviluppo di nuovi prodotti, processi e tecnologie nei settori agricolo e alimentare, e in quello forestale” CUP G66D11000200009 Im.Pr.O.N.T.E (Imprese per la Produzione Organizzata di Nuove Tinture Ecologiche) Riscoperta ed Utilizzazione dei Coloranti Naturali Azione 2: Monitoraggio della produzione dei pigmenti e processo di trasformazione del prodotto Francesco Pappalardo Parco Scientifico e Tecnologico della Sicilia - Z.I. Blocco Palma I, Stradale V. Lancia, 57 Catania

Obiettivo Sviluppo di protocolli per estrazione di pigmenti e caratterizzazione delle sostanze cromofore per applicazione nel campo della tessitura Im.Pr.O.N.T.ERiscoperta ed Utilizzazione dei Coloranti Naturali

Le piante utilizzate da progetto per l’estrazione dei coloranti Im.Pr.O.N.T.ERiscoperta ed Utilizzazione dei Coloranti Naturali

Utilizzo nella storia dell’indaco L’impiego di indaconaturale ha da sempre caratterizzato la storia di molte civiltà, presente in Europa durante tutto il Medioevo ed il Rinascimento. La coltivazione ed il commercio del pigmento fresco fecero la fortuna di numerose città europee come Urbino e San Sepolcro in Italia e Tolosa in Francia non solo per il commercio di tessuti e manufatti ma anche per le implicazioni socio-culturali che rappresentava. Dal punto di vista artistico l’ indaco lo ritroviamo nella tela «La Madonna del parto» di Piero della Francesca, Anche Leonardo Da Vinci riporta nel "Codice Atlantico" la ricetta "per fare l’indaco" per ottenere diverse gradazioni di tinta Im.Pr.O.N.T.ERiscoperta ed Utilizzazione dei Coloranti Naturali

Utilizzo nella storia del cartamo Ilcartamoo zafferanoneoriginario dell'India Orientale, già conosciuto come pianta tintoria dagli antichi Egizi, che lo utilizzavano per tingere le bende delle mummie, ma è stata largamente coltivata in tutto il bacino del Mediterraneo e commerciata in pani, proveniente da Egitto e Persia. Conosciuto anche dagli Arabi e dai Greci ma si hanno notizie sulla sua coltura anche in Italia. Nonostante questo le notizie sul suo impiego in tintoria sono scarse forse perché debole alla luce. Attualmente il cartamoha importanza soprattutto come pianta oleifera; il suo interesse per l'Italia è solo potenziale. L'olio di cartamoè un olio che si estrae dai semi. I semi contengono il 60% in olio. L'olio contiene il 75% di acido omega 6 (acido linoleico) e vitamina K. Im.Pr.O.N.T.ERiscoperta ed Utilizzazione dei Coloranti Naturali

Messa a punto di protocolli di estrazione isatise cartamo • Utilizzo di acqua come solvente seguendo due tipologie di macerazioni • A caldo • A freddo • Utilizzo del solvente tramite estrattore Soxhlet (sistema semi-automatico) di estrazione • A caldo Im.Pr.O.N.T.ERiscoperta ed Utilizzazione dei Coloranti Naturali

Macerazione a caldo su isatis Azioni Fasi Preparazione foglie Lavaggio delle foglie ed eliminazione dei corpi estranei Macerazione a caldo Aumento del pH e ossigenazione Aggiunta di HCl e viraggio di colore da verde a blu Sedimentazione del pigmento ed essiccazione Im.Pr.O.N.T.ERiscoperta ed Utilizzazione dei Coloranti Naturali

Macerazione a caldo su isatis Azioni Fasi Preparazione foglie Le foglie una volta immerse in acqua vengono portate a 80°C per 20 minuti, successivamente filtrate e la soluzione viene raffreddata in maniera forzata Macerazione a caldo Aumento del pH e ossigenazione Aggiunta di HCl e viraggio di colore da verde a blu Sedimentazione del pigmento ed essiccazione Im.Pr.O.N.T.ERiscoperta ed Utilizzazione dei Coloranti Naturali

Macerazione a caldo su isatis Azioni Fasi Preparazione foglie Una volta raffreddata la soluzione si aggiunga una soluzione di Idrossido di calcio per aumentare il pH fino a 9 - 10 e si insuffla aria per circa 2 ore il quale favorisce la precipitazione del pigmento Macerazione a caldo Aumento del pH e ossigenazione Aggiunta di HCl e viraggio di colore da verde a blu Sedimentazione del pigmento ed essiccazione Im.Pr.O.N.T.ERiscoperta ed Utilizzazione dei Coloranti Naturali

Macerazione a caldo su isatis Azioni Fasi Preparazione foglie Dopo circa 24 ore si ha la formazione di un corpo di fondo, il surnatante viene allontanato e sul fondo della beuta viene aggiunto una soluzione di HCl 10 % che fa cambiare il colore del sedimento con la formazione del pigmento Macerazione a caldo Aumento del pH e ossigenazione Aggiunta di HCl e viraggio di colore da verde a blu Sedimentazione del pigmento ed essiccazione Im.Pr.O.N.T.ERiscoperta ed Utilizzazione dei Coloranti Naturali

Macerazione a caldo su isatis Azioni Fasi • Successivamente all’aggiunta della soluzione acida si fa sedimentare il pigmento. La fase di essiccazione è stata eseguita in due fasi: • Per filtrazione • Per liofilizzazione Preparazione foglie Macerazione a caldo Aumento del pH e Ossigenazione Aggiunta di HCl e viraggio di colore da verde a blu Sedimentazione del pigmento ed essiccazione Im.Pr.O.N.T.ERiscoperta ed Utilizzazione dei Coloranti Naturali

Macerazione a freddo su isatis Fasi Preparazione foglie Macerazione a freddo in acqua acidula Aumento del pH e ossigenazione Sedimentazione del pigmento di colore blu ed essiccazione Im.Pr.O.N.T.ERiscoperta ed Utilizzazione dei Coloranti Naturali

Macerazione a caldo/freddo su cartamo Fasi Preparazione dei petali Macerazione in acqua Aumento pH e ossigenazione Sedimentazione e liofilizzazione del pigmento di colore giallo ed arancione Im.Pr.O.N.T.ERiscoperta ed Utilizzazione dei Coloranti Naturali

La modalità di estrazione per sviluppi futuri legati al trasferimento al livello industriale si è visto essere la macerazione a freddo in quanto: • presenta maggiore resa dal punto di vista di ottenimento del pigmento i valori di indaco grezzo sono di circa lo 0,11%, mentre per il cartamo oscillano tra il 3- 5 % anche se nella maggior parte dei casi viene utilizzato tal quale • bassa tecnologia • basso impatto ambientale Im.Pr.O.N.T.ERiscoperta ed Utilizzazione dei Coloranti Naturali

Messa a punto del protocollo con estrattore Soxhlet Il processo di estrazione dei pigmenti è stato condotto con estrattore automatico Soxhlet il quale avviene in tre step (estrazione, lavaggio, essicazione), il solvente utilizzato è stato l’acetato di etile Allontanamento del solvente ed ottenimento del pigmento Preparazione del campione Estrazione Isatis Cartamo Im.Pr.O.N.T.ERiscoperta ed Utilizzazione dei Coloranti Naturali

Caratterizzazione dei Pigmenti La caratterizzazione dei pigmenti è stata effettuata mediante l’utilizzo di due tecniche • La prima è la spettrofotometria UV/Vis, la quale tecnica evidenzia il numero ed il tipo di gruppi cromofori presenti complessivamente nella molecola, i quali forniscono il colore alla sostanza • La seconda è la spettrometria di massa abbinata a tecniche di separazione cromatografiche o molecolare LC/MS/MS questa tecnica tramite la misura del rapporto carica/massa degli ioni permette di identificare composti sconosciuti fornendo informazioni utili sulle proprietà strutturali e chimiche delle molecole come il peso molecolare Im.Pr.O.N.T.ERiscoperta ed Utilizzazione dei Coloranti Naturali

Caratterizzazione dell’ indaco L’indaco contenuto nelle foglie si trova sotto forma di glucoside detto indicano che per idrolisi acida si scinde in glucosio e indossile, il quale ultimo, per ossidazione con l’ossigeno dell’aria, si ossida, trasformandosi in azzurro indaco insolubile, che si deposita sotto forma di fanghiglia scura Indossile Indaco Indicano L’idrolisi del glucoside indicano e l’ossidazione dell’indossile inducono un riassetto della molecola formando la struttura dell’indaco Im.Pr.O.N.T.ERiscoperta ed Utilizzazione dei Coloranti Naturali

Caratterizzazione UV/Vis dell’indaco Si evidenziano nello spettro dei picchi a 286, 340 e 615 che raffigurano i gruppi funzionali C=C e C=O I gruppi amminici auxocromi (N─H), grazie alle forme di risonanza che sviluppano, determinano la maggiore intensità del colore indaco Im.Pr.O.N.T.ERiscoperta ed Utilizzazione dei Coloranti Naturali

Caratterizzazione dello spettro di massa indaco Lo strumento utilizzato LC/MS/MS - Liquid Chromatography/Mass Spectrometry - fornisce informazioni qualitative complementari fra loro sia sulla struttura dell’analita, sia sulla presenza di eventuali gruppi funzionali. La modalità di acquisizione utilizzata nella determinazione delle sostanze cromofore ricercate, SRM - Selected Reaction Monitoring, in cui dopo la selezione di un ione precursore si seguono una o più frammentazioni caratteristiche, questo ci ha permesso di aumentare notevolmente la selettività delle determinazioni C16H10N2O2 Formula bruta Formula di struttura peso molecolare indaco 262,27 Im.Pr.O.N.T.ERiscoperta ed Utilizzazione dei Coloranti Naturali

Caratterizzazione dello spettro di massa indaco Nel profilo cromatografico al tempo di ritenzione 12,35 minuti si evidenzia la presenza della sostanza cromofora Im.Pr.O.N.T.ERiscoperta ed Utilizzazione dei Coloranti Naturali

Caratterizzazione dello spettro di massa indaco Nello spettro di massa si evidenzia il picco a 263 che sarebbe [Mw+H+] (picco molecolare più un idrogeno) Im.Pr.O.N.T.ERiscoperta ed Utilizzazione dei Coloranti Naturali

Caratterizzazione UV/Vis cartamo I petali del cartamo sono di colore giallo e di colore rosso in quest’ultima è presente la cartamina come principio colorante difficile da ottenere per questo è molto costoso e produce un colore effimero. Negli spettri del cartamo si evidenzia l’assorbimento dei gruppi funzionali C=C nella regione compresa tra 400 – 408 nm sia per il cartamo Yellow che Orange La verifica della sostanza cromofora gialla proveniente dal Carthamustinctorius è stata discriminata utilizzando uno standard commerciale Safflomin A (chiamato GiallocartamoA) Im.Pr.O.N.T.ERiscoperta ed Utilizzazione dei Coloranti Naturali

Caratterizzazione dello spettro di massa cartamo La modalità di acquisizione utilizzata nella determinazione delle sostanza cromofore ricercata SRM (Selected Reaction Monitoring) utilizzata per la determinazione dell’indaco Formula di struttura C27H32O16 Formula bruta peso molecolare cartamo 610,05 Im.Pr.O.N.T.ERiscoperta ed Utilizzazione dei Coloranti Naturali

Caratterizzazione dello spettro di massa cartamo Profilo Cromatografico dove al tempo di ritenzione: 14,00 si è evidenziata la presenza della sostanza cromofora Nello spettro di massa si evidenzia il picco a 611,9 che sarebbe [Mw+ H+] (picco molecolare più idrogeno) Im.Pr.O.N.T.ERiscoperta ed Utilizzazione dei Coloranti Naturali

In conclusione Utilizzo dei colori naturali Normative per settori di impiego • Alimentare: Direttiva CEE n° 94/36 del 30.06.1994. Le sostanze che possono essere impiegate sono quelle indicate dalla tabella in allegato alla normativa, e quando si utilizzano in campo alimentare devono essere indicate nell’etichetta con la sigla comprendente la lettera E seguita da un numero compreso tra 100 e 199; • Cosmetico e dell’igiene: Direttiva CEE n° 76/768 del 27.07.1976, recepita con legge nazionale n° 713 del 11.10.1986; •Farmaceutico: Direttiva CEE n° 78/25 del 12.12.1977; • Zootecnico: Direttiva CEE n° 70/524 del 03.11.1970, recepita con DPR n° 228 del 01.03.1992; • Tessile: In America una recente normativa tutela la produzione dei capi di abbigliamento per bambini utilizzando i coloranti naturali Proposta è in discussione nel Parlamento Europeo Im.Pr.O.N.T.ERiscoperta ed Utilizzazione dei Coloranti Naturali

Grazie per l’attenzione Im.Pr.O.N.T.ERiscoperta ed Utilizzazione dei Coloranti Naturali

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