Serre nutraceutiche

IL FUTURO DELL’EXPO IN TOSCANA:
SICUREZZA NUTRACEUTICA E SVILUPPO - FOCUS: AREA GEOTERMICA
30 marzo 2016
Serre nutraceutiche
(serre per la produzione di alimenti funzionali)
Giacomo Pietramellara
La qualità degli alimenti
Secondo la definizione internazionale contenuta nella norma UNI EN ISO 8402:1995 la
qualità è l’insieme delle caratteristiche di un prodotto o di un servizio che lo rendono
capace di soddisfare esigenze dichiarate o implicite.
La percezione di qualità negli alimenti si è andata
arricchendo di nuovi elementi che oltre a coinvolgere le
caratteristiche organolettiche, nutrizionali degli alimenti
richiama l’attenzione anche sugli aspetti salutistici e di
impatto ambientale del processo produttivo
La filiera produttiva in tutte le sue fasi deve infatti garantire elevati standard e superare la
doppia sfida della sostenibilità e garanzia di qualità dei prodotti.
Le soluzioni adottate in questo senso muovono da più direzioni una delle quali prevede lo
sviluppo di nuove tecniche colturali alternative a quelle convenzionali.
Nutraceutica ed alimento funzionale
"nutraceutico" - si riferisce alla singola
sostanza con proprietà medicamentose presente
nell'alimento;
"alimento funzionale" - identifica l'intero
cibo che presenta proprietà benefiche
Nutrigenomica
Studia l’influenza del cibo nel modificare
l’espressione genica.
Nutraceutica e nutrigenomica ci permetteranno di
capire quali cibi aiutano a ridurre l’insorgenza di
malattie
Precise nutrition: utilizzo alimenti con elevati valori nutrizionali e
nutraceutici che possono essere variati in relazione alle esigenze delle singole
persone per attuare una dieta atta a prevenire malattie e/o supportare le terapie
curative.
Dieta mediterranea ed alimenti funzionali
Gli ortaggi e la frutta, alimenti base della “dieta mediterranea”, costituiscono in molti
casi degli “alimenti funzionali”, in grado di fornire composti con valenza
“nutraceutica”, unendo la nutrizione con l’attitudine farmaceutica.
E’ infatti possibile associare i diversi colori di ortaggi e frutta (“i colori della salute”:
rosso, verde, giallo-arancio, bianco, blu-viola) alla presenza di molecole con vari effetti
positivi.
Dal 1989 il “National Cancer Institute” negli USA ha lanciato la campagna “Five-a-day”,
poi ripresa in molti altri Paesi: consumare ogni giorno (almeno) 5 porzioni di verdura e
frutta di 5 colori.
Nutraceutica ed ortofrutticoltura
Noto il valore degli alimenti funzionali è noto e le tecnologie per ottenerli sono
disponibili, si possono tradurre queste conoscenze in nuove opportunità per
l’ortofrutticoltura
Serra nutraceutica
Selezione delle piante e delle varietà in
base alle attitudini nutraceutiche desiderate
Serra: definizione della forma e dei
materiali idonei
Selezione del sistema di coltivazione
Selezione dei parametri ambientali
Software e hardware di gestione della
serra
Ecosostenibilità della serra
Criticità
Soluzioni possibili
•
•
•
Utilizzo moderni sistemi bio-tech in grado di soddisfare le richieste
energetiche delle strutture anche attraverso la capacità di riciclare i rifiuti
organici solidi e liquidi, e di utilizzare acque saline
elevate esigenze energetiche
alti costi gestionali
alto carbon footprint
TECNOLOGIA IDROPONICA E
VERTICAL FARMING
Con il termine idroponica si indicano metodi di coltivazione senza l’uso di suolo di suolo
come substrato, dove l’acqua porta alle piante le sostanza nutritive.
Le leggerezza e la flessibilità di questo metodo di coltivazione permette di sfruttare al
massimo lo spazio diponendosi anche in verticale con numerosi vantaggi.
• Maggiore produttivtà :
3 -10 volte in più rispetto alla coltivazione
tradizionale;
0-20 volte meno spazio
cicli di produzione ridotti
• Elevato controllo ambientale:
incremento qualità dei prodotti in
termini nutrizionali e nutraceutici
• Riciclo risorse:
risparmio idrico fino al 90% con
sistemi a ciclo chiuso;
riciclo biomasse
• Basso impatto ambientale
Concimazione carbonica piante C3
Nell’aria che respiriamo la concentrazione di CO2 è
ca. di 350-400 ppm.
In una serra mediterranea passiva, per gran parte
del giorno la concentrazione di CO2 scende
normalmente a 200-250 ppm, talvolta anche meno,
perché assorbita dalle colture per la fotosintesi.
CO2 almeno alla concentrazione esterna, per aumentare le rese di ca. il 20%.
CO2 800-1.000 ppm con la concimazione carbonica, si può arrivare a +40% di resa
Conclusione: nelle serre, soprattutto nelle zone con climi caldi, mediterranee sarebbe
sufficiente migliorare il ricambio naturale di CO2 con l’esterno, dotandole di opportune
aperture mobili
Effetto fertilizzazione
riduzione rilascio carbonio organico attraverso essudati radicali
PERCENTUALE
CARBONIO
ALLOCATO
NELLE RADICI
28 - 59
PERCENTUALE CARBONIO FOTOSINTETIZZATO PERSO
DALLE RADICI
Per
respirazione
(A)
Per
rizodeposizione
(B)
Totale
(A + B)
16 – 76
4 - 70
42 - 90
Strategie di fertilizzazione
Gestione della luce.
Importanza illuminazione su produzione pigmenti piante
L’assenza di una sufficiente intensità
luminosa non provoca solamente una
crescita rallentata delle foglie ma si
ripercuote anche sulla scarsa sintesi di
antociani, xantofille e carotenoidi .
UVA e luce blu sono responsabili del controllo dell‟espressione del gene chs in foglie di
Arabidopsis dalla quale trae origine la sintesi dei fondamentali pigmenti responsabili della
colorazione dovuta ad antociani.
Luce bianca abbinata alla rossa inducono sintesi ed accumulo di antocianine in ipocotile di
melanzana e semenzali di pomodoro
Coperture plastiche innovative
Fotoselettività
Materiali plastici innovativi “intelligenti” in grado di filtrare la radiazione solare in modo
selettivo, per massimizzare le prestazioni delle colture, ridurre l’input energetico, coadiuvare
il controllo di patogeni
Gli insetti si orientano con la luce ultravioletta (UV), possibili
quindi applicazioni combinate di teli di copertura UV-block, ovvero
che filtrano i raggi UV, assieme a reti.
Materiali auto-pulenti
Coperture per serre, su materiali plastici “auto-pulenti”, che sfruttano l’effetto superhydrophobia, che si ottiene trattando con nano-particelle le plastiche di copertura.
Non lavare il tetto della serra per un mese equivale a una perdita di radiazione misurata,
quindi di fotosintesi e produzione, dal 5 al 10%.
Effetto Termico
Capacità delle plastiche agricole di aumentare la temperatura a disposizione delle colture
(“effetto serra”), quando questa è troppo bassa, sia di contenere il surriscaldamento dell’aria,
quando può pregiudicare la crescita e la riproduzione delle colture.
Effetto termico
Le plastiche a effetto termico “tradizionale” hanno la capacità soprattutto di
ridurre le emissioni notturne delle radiazioni infrarosse (IR) lunghe (effetto barriera
alla radiazione termica).
I materiali utilizzati sono polimeri polari:
EVA (etilen vinil acetato), EBA (etilene butilacrilato) o PVC (poli vinil cloruro)
con l’aggiunta di cariche minerali, quali i silicati, o polimeri fluorurati, quali
l’EFTE (tetrafluoroetilene) o PA (poliammide).
Plastiche a effetto termico “speciale”, che possono ridurre il surriscaldamento
della serra in estate: tramite coloranti (rosso, blu, verde, etc.), oppure pigmenti
d’interferenza dispersi nel polimero plastico (miche), micro bolle di gas o
microsfere cave di vetro, grazie all’effetto “diffusivo” che inducono.
Copertura a luce diffusa
Vantaggi della luce diffusa
• Illuminazione uniforme senza zone d’ombra
• Maggiore efficenza fotosinteica delle piante
• Maggiore produttività
• Maggiore capacità di termoregolazione
Photosynthetically active radiation (PAR) 400 - 700 nm
radiazione utilizzata dagli organismi fotosintetizzanti .
High-intensity discharge (HID) lights
Le HID sono lampade basate sull'emissione luminosa per luminescenza di un gas
ionizzato
Una 400-watt HID emette quanto una lampada a fluorescenza da 800 watts
Esistono due categorie di HID lamps:
metal halide (MH)
high-pressure sodium (HPS)
Utilizzo delle MH per favorire la crescita fogliare, mentre le HPS favoriscono
la fioritura delle piante
LED (Light Emitting Diode)
Le lampde Llight-Emitting diode (LED) sono dei
semiconduttori che emettono luce in elettroluminescenza.
Secondo della lunghezza d’onda emessa cambia la
colorazione della luce emessa.
Hortiled for multi-layer cultivation
Vantaggi:
•
•
•
•
•
•
risparmio energetico
bassa generazione di calore
prolungata operatività
ampio spettro di selezione della lunghezza d’onda
ampio angolo di radiazione (150°) garantisce un ottimo irraggiamento
maggiori capacità di utilizzo di ambienti pre-esistenti
Interlight greenhouse cultivation system
Sviluppato per colture elevato con sviluppo
in altezza. Prevede l’utilizzo contemporaneo
di lampade HPS e LED per ottenere una
illuminazione uniforme.
Lampade HPS per l’illuminazione dall’alto e
LED per l’illuminazione all’interno della
coltivazione.
http://www.lighting.philips.com/content/dam/b2b-li/en_AA/products/Horticulture/Horticultureproducts/pdf/PHIL_143365_CL_Production_Module_Gen2_UK_A09_spreads.pdf
Le lampade ad alogenuri metallici (HQI)
Le lampade ad alogenuri metallici (HQI) simulano la luce del sole
in maniera più precisa, pertanto sono la scelta più diffusa per gli
impianti di coltura idroponica.
Caratteristiche -L'efficienza luminosa è elevata, sia inizialmente
che per tutta la durata di vita delle lampade.
Vantaggi
Alta emissione di radiazioni PAR (Photosynthetically Active
Radiation between 400 and 700nm).
Il valore dell'indice di resa cromatica (Ra) varia tra 65 a 95.
L'efficienza luminosa oscilla tra gli 80 e gli oltre 95 lm/W al variare
della potenza e della tipologia della lampada.
Una lampada ad alogenuri metallici ha una durata di vita teorica
stimata intorno alle 6.000 ore
L'eccellente stabilità cromatica assicura il massimo rendimento in
fase di crescita delle piante.
Distribuzione spettrale potenza colori
Diagramma emissione luminosa
Ambiente Buona scelta tenendo in considerazione l'ambiente
dovuta alla lunga durata di vita.
Questo prodotto è conforme alle normative RoHS.
Questo prodotto segue la normativa CE.
Sonlight MH-SHX 250W
Riscaldamento IR
La tecnologia ad infrarossi è una tecnologia che consente il
riscaldamento tramite irraggiamento.
L'energia termica è generata da un emettitore e il riscaldamento è
generato dall'impatto della radiazione sulla superficie del corpo che
vuole essere riscaldato per conduzione.
Per le sue caratteristiche di trasmissione di calore per
irraggiamento, l'infrarosso viene utilizzato in diversi trattamenti
termici superficiali con lunghezze d'onda che vanno per lo più da 1
a 10 μm.
.
A queste lunghezze d'onda corrispondono radiazioni dal debole
contenuto energetico inferiore a 4.10 -19 J che svolgono solo una
funzione termica senza andare ad interferire con la struttura
molecolare della materia.
COST: UV4growth
Le radiazioni UV nel controllo della crescita e dei patogeni
UV-A controllo dei parassiti.
Insetti come tisanotteri e mosche bianche richiedono per diffondersi un adeguato livello di
luce UV-A.
Molti funghi patogeni (Botrytis Cinerea) l’assenza di UV-A inibisce la sporificazione
UV-B regolatore della crescita.
Miglioramento del colore e del contenuto in pigmenti, cambiamenti nella produzione di
metaboliti della pianta responsabili del sapore e del profumo, miglioramento del contenuto
in oli nelle erbe officinali e concorso al controllo delle avversità biotiche delle piante
UV-C controllo dei parassiti.
Esistono sistemi commerciali basati sull’uso di lampade UV-C che esaltano la potenza di
questo tipo di luce, per esempio per controllare la peronospora di colture da serra.
CleanLight crop protection
Approvato "SKAL(EKO)" in Europa e "USDA Organic" in USA
CleanLight crop protection
CleanLight crop protection è stato testato su diverse colture:
Mycospharella ed oidio
Botrytis
Fusarium
Principali vantaggi
Nessun residuo sul prodotto
Nessuna limitazione di movimento per il personale
Nessuna limitazione temporale pre-raccolta
Approvato "SKAL(EKO)" in Europa e "USDA Organic" in USA
Serre nutraceutiche
Nella coltivazione in floating system, oltre ai parametri di produzione,
accrescimento e qualità, è stata valutata anche la possibilità di
migliorare il valore nutrizionale mediante tecniche di arricchimento del
prodotto con sostanze nutritive “amiche della salute” (ferro, selenio,
acidi grassi ω3). Questo rappresenta un aspetto di qualità degli ortaggi
da foglia destinati alla IV gamma ancora poco esplorato.
Pomodori
I pomodori sono naturalmente ricchi di licopene, polifenoli,
carotenoidi pigmenti gialli e rossi precursori della vitamina A , e di
vitamina B e C.
Uno studio, condotto nei laboratori dell'Università di Pisa dalla
Prof.Giovannetti su piante di pomodoro ha dimostrato che i frutti
prodotti dalle piante "micorrizate" coltivate in condizioni di floating
system contengono concentrazioni più elevate di licopene (+18,5%),
calcio (+15%), potassio (+11%), fosforo (+60%) e zinco (+28%)
rispetto ai pomodori prodotti tradizionalmente.
Una serie di prove sperimentali condotte in serra presso l’Azienda sperimentale “La Noria”
dell’Istituto di Scienze delle Produzioni Alimentari (ISPA) del CNR di Bari, ha riguardato 4 specie:
spinacio, lattuga mini-romana, valerianella e portulaca, allevate in floating system, applicando
trattamenti finalizzati all’arricchimento del prodotto edule alla raccolta.
Lattuga e ferro
Nelle foglie di lattuga il ferro è aumentato da 3, 2 a 4, 3 mg/100 g di p. f. , e la
produzione è aumentata del 18% con la somministrazione di ferro, raggiungendo 3, 7
kg/m2. Nel complesso, il contenuto di ferro di 4, 3 mg/100 g di p. f. della lattuga
corrisponde al 30% dell’RDA indicata per il ferro .
Valerianella e selenio
La valerianella ha prodotto in media 3 kg/m2, l’accumulo di selenio nelle foglie è
incrementato di ben 31 volte, raggiungendo il valore di 193 mg/100 g di p. f. In
pratica sarebbe necessario ridurre l’accumulo di selenio in valerianella poiché il suo
contenuto è risultato quasi 3 volte il valore dell’RDA.
Potrulacca e acido linolelenico nei germogli
Possiede un elevato contenuto dell'acido ω-3 α-linolenico, di proteine crude e di
polisaccaridi idrosolubili. Solo per l’acido α-linolenico il contenuto sul germoglio
intero rappresenta il 10% della quantità indicata dall’RDA, che però si riferisce ad
acidi grassi ω-3 in genere.
Progetto OFRALSER (PON01_01435), co-finanziato dal MIUR.
Subirrigazone a canaletta
Metodo messo a punto dal CREA, Centro di ricerca per l'orticoltura (CREAOrt), Pontecagnano (Sa), costituisce un sistema a ciclo chiuso, che riduce al
minimo il dilavamento del substrato e quindi mantiene la stabilità della
soluzione più a lungo dell’irrigazione a goccia.
Prodotti ortofrutticoli ad alto contenuto in
servizio: tecnologie per la qualità e nuovi
prodotti” (Ofralser), che ha la finalità di
migliorare la qualità degli ortaggi per prodotti
di IV gamma.
Obiettivi raggiunti attraverso un miglior
controllo dei fattori produttivi.
Tra i fattori considerati anche la flora microbica
della soluzione circolante e della rizosfera.
Piante di pomodoro a ciclo lungo allevate per
subirrigazione in canaletta
Diffusione dei risultati tramite progetto AgriTransfer in Sud
Riduzione del contenuto di molecole tossiche
Problema nitrati:
- corretta gestione della luce e della temperatura
Trattamento pre-raccolta delle insalate
Un’elevata luminosità e alte temperature fanno aumentare l’utilizzazione dei nitrati negli
ortaggi da foglia e quindi diminuire il loro accumulo.
Tale riduzione è stata accompagnata da un aumento in concentrazione di carboidrati.
.
- corretta gestione soluzione nutritiva
Rimozione azoto dalla soluzione nutritiva pochi giorni prima della raccolta
Corretto rapporto NH4+/NO3- della soluzione nutritiva
Concimazione silicea
Serre nutraceutiche: non solo orticole
Arthrospira platensis (Spirulina)
Spitulina ha un elevato contenuto proteico (60-70% ss),
vitaminico (pro-vitamina A e V. B12), minerale (Ca, Mg e Fe)
ed in acido g-linolenico (1% ss) e in ficocianina (10% ss).
Studi recenti hanno suggerito possibili effetti benefici di Spirulina sulla salute umana oltre che uno
specifico ruolo contro malattie come anemia, ipotiroidismo, tumori e deficienze del sistema
immunitario (Gershwin e Belay, 2008)
Funghi
Funghi come alimenti funzionali per la nostra salute.
Ormai da diversi anni anche in Occidente la
Micoterapia è stata ed è oggetto di studio e di
sperimentazione, per verificare le effettive
potenzialità medicinali dei funghi, di alcuni in
particolare, studi che hanno confermato numerose
proprietà salutari, volte soprattutto ad accrescere le
difese immunitarie, regolare l'equilibrio metabolico,
e perseguire una prevenzione antitumorale.
Esempi serre urbane ecosostenibili
Suwon - Corea del Sud
Si tratta di uno stabile di tre piani con
pannelli solari sul tetto per fornire l’energia
necessaria al sistema.
Urban Farmers a Basilea (2012 Svizzera)
Serra idroponica collegata ad un allevamento ittico. Le
sostanze di scarto dell’itticoltura servono per concimare le
piante e le radici depurano l’acqua delle vasche. In questo
modo il sistema risulta a ciclo chiuso. Il progetto è stato
riprodotto a Berlino e Zurigo.
Sky Green (Singapore)
Dotato di sistema di rotazione, (3,6 mt/h) della serra
per consentire l'illuminazione solare di tutte le piante.
Plantagon Linköping ( Svezia 2014).
L’edificio dovrebbe essere in grado di produrre ortaggi biologici a km zero per l’intera
popolazione e nello stesso momento filtrare l’aria che le vicine fabbriche inquinano
Vertical Harvest (Jackson Hole)
Partneship publico/privatop 13,500 sq. ft. serra
idroponica situate nel centro della città
Sviluppo di un modello economicamente sostenibile di gestione di
serre in città per produrre cibo di qualità.
Obiettivo: realizzare una specie di sistema Linux per l’agricoltura
urbana, il primo linguaggio comune per una nuova tipologia di
produzione alimentare.
Si tratta di un software open source da applicare in serre idroponiche e
aeroponiche, che consente di calibrare i livelli di luce, umidità, temperatura
e pH al fine di creare condizioni facilmente replicabili.
CityFarm usa la tecnologia della Nasa messa a punto per i propri astronauti un sistema
idroponico e aereoponico applicabile ovunque.
Il Mit sta sviluppando il sistema con le università e i governi di Dubai, Accra, Guadalajara
e Detroit.
MIT research team capeggiato dall’Arch. Caleb Harper è costituito da ingegneri, architetti,
urbanisti, economisti e agronomi e medici.