Progetto Misya per la disinfestazione di riso, legumi e cereali 1. Premessa

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1 Progetto Misya per la disinfestazione di riso, legumi e cereali 1. Premessa Il notevole sviluppo manifestato negli ultimi decenni dall industria alimentare, anche nel nostro Paese, è stato accompagnato da un crescente fabbisogno di migliorare la conservabilità di grandi quantità di materie prime e prodotti da destinare all alimentazione umana, con un altrettanto forte incremento della domanda di razionali sistemi di prevenzione e difesa dagli infestanti. A quest ultimo riguardo si sottolinea come vari nematodi, artropodi e microrganismi, oltre a costituire in natura fattori chiave per l ottenimento dei raccolti, siano spesso associati anche alle derrate alimentari conservate determinando, con le loro infestazioni, pesanti perdite e deprezzamenti, compromettendone conservabilità e salubrità. Gli artropodi, insetti in particolare, si nutrono, danneggiando in vario modo, degli alimenti che vengono conservati tal quali o lavorati con differenti metodologie. Le perdite di prodotto stoccato dopo la raccolta possono risultare particolarmente forti: infatti, le stime delle perdite di prodotti raccolti e immagazzinati dovute agli agenti di aggressione biologica fanno registrare valori considerevoli. Secondo le stime della FAO, essi si avvicinano al 10%, nelle nazioni tecnologicamente più evolute, e ad una percentuale superiore al 35%, nelle restanti aree. Inoltre, vari Insetti come la Tignola del grano (Sitotroga cerealella), le Calandre (Sitophilus granarius L. e S. oryzae L.), lo Struggigrano (Tenebriodes mauritanicus L.), non solo rappresentano agenti di danno diretto alle matrici alimentari, ma sono inoltre causa di problemi di carattere sanitario per operatori e consumatori: l ingestione di Insetti e Acari o dei loro frammenti può provocare reazioni cutanee più o meno gravi, disturbi gastrici, lesioni della mucosa intestinale e allergie, anche serie, oltre a costituire in taluni casi una pericolosa fonte di sostanze oncogene. Per quanto attiene gli Acari, basti pensare alla complessa e diffusa problematica derivante dalle capacità di colonizzazione di cereali e semi oleosi negli ambienti di stoccaggio e lavorazione da parte di acari appartenenti alle famiglie Acaridae e Glycyphagidae. Si ricorda al riguardo che la Legge 283/62 e successive modificazioni, in materia di disciplina igienica della produzione e della vendita delle sostanze alimentari e delle bevande, sono incentrate sulla tutela igienico sanitaria e prevedono espressamente, nell art. 5, il divieto di

2 impiegare, vendere, detenere per vendere sostanze alimentari invase da parassiti o che contengano residui di prodotti tossici usati in agricoltura per la protezione delle piante o per difendere matrici alimentari immagazzinate. L UE, maggiore produttore al mondo di prodotti alimentari e bevande, tutela e promuove la salute dei consumatori e considera la produzione di alimenti un fattore centrale della società con ripercussioni economiche, sociali e ambientali. Con l obiettivo di tutelare la salute dei consumatori e dei produttori, l agroalimentare pretende che ogni singolo anello della catena di produzione sia forte, e che si evitino crolli di qualità non solo nelle fasi di produzione delle materie prime, ma anche, e soprattutto, nei successivi passaggi della manipolazione, lavorazione e conservazione degli alimenti. Tra i prodotti di origine vegetale che manifestano forti perdite legate alle infestazioni biologiche vi sono i semi commestibili ottenuti dalla coltivazione di varie piante, specie e cultivar, appartenenti alla Famiglia delle Leguminose e delle Cerealicole STOCCAGGIO E INFESTAZIONE POST RACCOLTA DEI LEGUMI Una delle fasi critiche nella produzione e nella lavorazione dei legumi e dei cereali è quella dello stoccaggio, fase che segue quella della essiccazione e che precede quella della vendita e/o del confezionamento. Durante questa fase il prodotto può permanere nei silos anche per alcune settimane in condizioni ambientali tali da favorire l insediamento e lo sviluppo di parassiti. Questi parassiti una volta sviluppatisi all interno dei magazzini portano ad un deprezzamento significativo delle merci, provocando sia diminuzione di peso, sia cali nutrizionali dei prodotti. Gli insetti rappresentano anche un veicolo per la propagazione di muffe e micotossine in quanto, se lasciati proliferare all interno delle masse, contribuiscono ad un ulteriore aumento delle temperature, innescando processi ossidativi e contaminazioni di tipo microbiologico. L infestazione di questi parassiti provoca dei danni considerevoli in termini di perdite economiche che si aggirano intorno al 10/20% e che in alcuni casi possono raggiungere anche il 35% come nel caso delle regioni tropicali. I fattori climatici (abiotici) e le condizioni di stoccaggio risultano essere determinanti per lo sviluppo più o meno rapido dei parassiti in oggetto, che variano a seconda della specie.

3 Vi è da considerare che un intervento di disinfestazione chimica in questa fase, oltre che introdurre tossicità nell alimento, inquinandolo, farebbe perdere allo stesso prodotto la caratteristica di biologico ove fosse stato coltivato secondo qualificate prassi di agricoltura biologica. Interessanti prospettive si delineano in questo settore a seguito degli sviluppi registrati nelle applicazioni di nuove tecnologie come l utilizzo di onde elettromagnetiche. L idea di un impianto e un processo per il trattamento di disinfestazione di prodotti agroalimentari in post raccolta mediante microonde, nasce dalla concreta e sempre più improrogabile esigenza, per gli operatori della filiera agro alimentare, di introdurre vantaggiose innovazioni. La necessità di adottare tecnologie alternative sostenibili dal punto di vista economico e ambientale per la disinfestazione è divenuta ancora più impellente negli ultimi anni a causa delle limitazioni nella produzione e nell utilizzo del bromuro di metile, introdotte dal Protocollo di Montreal e successivamente dal Regolamento Europeo CE 2037/2000. Questo contesto normativo ha spinto gli operatori del settore agro alimentare alla ricerca di metodi ed impianti innovativi che conciliassero la salvaguardia della qualità e della sicurezza degli alimenti, con la capacità di lavorare in modo efficace ed efficiente grandi quantità di prodotti vegetali. L uso di sostanze chimiche per controllare in modo diretto le popolazioni di infestanti nocive alle derrate conservate presentano non solo un notevole aggravio economico per l elevato costo dei trattamenti, ma per la loro pericolosità, la normativa vigente stabilisce che possono essere utilizzate solo da ditte specializzate con l adozione di specifici accorgimenti e precauzioni. Gravi inconvenienti sono inoltre legati alla possibile persistenza di residui tossici nei prodotti trattati e alla necessità di ricorrere a interventi ripetitivi che, però, favoriscono lo sviluppo di ceppi resistenti in grado di sviluppare successive generazioni senza soluzioni di continuità. A quanto sopra si aggiunga il fatto che i semi delle leguminose sono attaccati non solo da specie in grado di avviare l attacco in natura, ma anche da entità in grado di attaccare il prodotto nei locali di stoccaggio perpetrando l infestazione fino alla sua pressoché completa distruzione.

4 1.2. IL PROGETTO RISALE DELLA EMITECH Nell ambito del bando per progetti a sportello 2005, in applicazione del D.M. N 353 del 16/07/2003, il Ministero delle Politiche Agricole e Forestali Italiano ha approvato il finanziamento per il progetto di Ricerca dal titolo: Metodologia di risanamento dei legumi dai parassiti mediante microonde, acronimo RISALE. Il coordinamento scientifico del progetto RISALE è stato affidato al CRA ABP di Firenze (ex CRA ISZA Istituto Sperimentale per a Zoologia Agraria), mentre la EMitech s.r.l. ed il CRA Istituto Sperimentale per la Valorizzazione Tecnologica dei Prodotti Agricoli si configurano quali unità operative di ricerca. Innanzitutto bisognava determinare, per i legumi secchi delle principali specie coltivate in Italia, le condizioni limite di trattamento in CSR (camera schermata riverberante), oltre le quali si verificano fenomeni di danneggiamento nelle caratteristiche alimentari dei substrati. Lo step successivo prevedeva l individuazione, nell ambito degli intervalli impiegabili senza danni per i semi delle leguminose, delle potenze da utilizzare e dei tempi di trattamento nelle CSR al fine di ottenere la completa disinfestazione del substrato da uova, forme giovanili e adulti dei principali parassiti. Per la realizzazione di processi di disinfestazione di prodotti di origine vegetale quali legumi, riso ecc. si è proceduto alla messa a punto di un prototipo statico di sistema disinfestante basato sulla tecnologia delle CSR alle microonde utile al trattamento di piccoli quantitativi di semi. Le informazioni apprese nella prima fase sono state utilizzate per la progettazione di un innovativo prototipo di un sistema a microonde (tunnel), di dimensioni maggiori rispetto a quello statico, in grado di effettuare in continuo un trattamento di disinfestazione di quantitativi di semi dell ordine delle ton/h. Anche in questo caso è stato necessario verificare che il risanamento dei legumi in tempi rapidi confermasse l efficacia del metodo e che questo avvenisse senza rischi per gli operatori. La soluzione tecnologica sviluppata rappresenta un alternativa praticabile per abbandonare le strategie attuali basate sul periodico impiego di trattamenti chimici realizzati in maggioranza con l uso di fumiganti ad elevata tossicità e prospettare invece tecniche prive di produzioni di residui o loro metaboliti. L obiettivo generale è stato fornire strumenti e protocolli operativi per l impiego di nuove tecnologie ad alto know how in grado di mantenere e favorire il raggiungimento di un

5 elevato standard qualitativo dei legumi assicurando, in particolare nel caso di produzioni biologiche, un elevata sicurezza alimentare anche nelle delicate fasi di stoccaggio post raccolta. Sono stati eseguiti test sperimentali su fagioli secchi utilizzando l impianto continuo alla massima potenza e portando i semi ad un temperatura di circa 60 C. Dai test preliminari condotti nel corso del progetto, tale temperatura è risultata in grado di garantire la completa mortalità degli infestanti senza alcuna modifica significativa tra i campioni trattati e non trattati. In tali condizioni di processo è stata riscontrata una portata di 2000 kg/h ed una omogenea distribuzione della temperatura all interno della matrice trattata. Si è riscontrato inoltre che i campioni prelevati dal materiale trattato rimangono germinabili al termine del processo di disinfestazione a microonde. Sono stati inoltre predisposti siti internet raggiungibili ai seguenti link: xu42ymyy53vl4rj3r4npkduovm3dce3y6hubzo4svm3wvgsscrflstwbjzoa/risale.pdf; Tali siti rappresentano un prezioso strumento di divulgazione e condivisione dei risultati ottenuti all interno della presente linea di ricerca DISINFESTAZIONE MI.SY.A. (MICROWAVES SYSTEM FOR AGROFOOD) MI.SY.A. è un innovativo metodo fisico a microonde che sfrutta il principio della termalizzazione dell energia elettromagnetica per il riscaldamento dielettrico. L idea progettuale è nata dall osservazione che molte forme biologiche infestanti (insetti, muffe ecc.) non sopravvivono oltre una certa temperatura detta Temperatura Letale (TL). Sfruttando gli effetti termici delle microonde legati alla interazione dei campi elettromagnetici con molecole polari (in particolar modo acqua), è possibile elevare la temperatura delle forme biologiche infestanti al di sopra della loro TL che sperimentalmente è stata determinata nell intervallo C. L impianto alle microonde è in grado di indurre negli agenti infestanti una distribuzione di temperatura tale da garantire che: Gli infestanti biologici vengano debellati una volta portati a temperature superiori a quelle per loro letali;

6 La temperatura dell alimento sottoposto a trattamento non sia tale da provocare alterazioni qualitative dell alimento irraggiato. L interazione tra le onde elettromagnetiche e la matrice posta all interno della cavità porta ad un riscaldamento di tutta la massa trasportata e degli infestanti eventualmente presenti. Quando portati oltre la temperatura letale, gli organismi infestanti vengono distrutti. a) b) c) Figura 1: a) insetti morti successivamente all'irraggiamento MW b) immagine termografica del riso all uscita dall impianto di disinfestazione c) statistica delle temperature rilevate nell immagine termografica L intero processo è automatizzato riducendo le possibilità di errore ed i rischi per l operatore; l operatore imposta la velocità di avanzamento della materia sottoposta a trattamento, la potenza e la temperatura di soglia massima che il prodotto alimentare deve raggiungere. Successivamente avvia i generatori a microonde e dà inizio al processo di irraggiamento. Un termometro a raggi infrarossi misura in tempo reale la temperatura interna dell alimento in uscita dal modulo di scarico.

7 L impianto di disinfestazione è costituito da una cella metallica schermata alle microonde e riverberante all interno della quale è collocato un cilindro cavo in (Polipropilene) concentrico con lo schermo metallico. All interno del tubo in Polipropilene transita la matrice alimentare movimentata da un opportuno sistema di trasporto. L impianto produce energia elettromagnetica alla frequenza operativa di 2,45 GHz ed è composto da: Tunnel schermato per il contenimento dell energia elettromagnetica alla frequenza operativa indicata; N. variabile di generatori di potenza elettromagnetica da 6 kw rf in funzione della portata richiesta; Apparato di trasporto delle sementi; Apparato di raffreddamento del generatore di potenza elettromagnetica; Apparato di controllo del generatore di potenza elettromagnetica. Figura 2: esempi di impianti di disinfestazione per uso industriale 1.4. I VANTAGGI DEL METODO MI.SY.A. I vantaggi che questa nuovo metodo introduce rispetto alle tecniche di disinfestazione tradizionali si possono così sintetizzare: Totale assenza di residui tossici in seguito al trattamento; Completa efficacia della disinfestazione, qualunque sia lo stadio vitale dell agente biologico; Minimizzazione dei rischi di modifiche organolettiche e nutrizionali;

8 Rispetto delle normative internazionali in tema di tutela ambientale: l innovativa tecnologia MW, cui fa riferimento il presente progetto, coniuga le intese sottoscritte nel Protocollo di Montreal e recepite dal Regolamento Europeo CE2037/2000 sull uso delle sostanze e gas tossici. Nella pratica della disinfestazione, questa tecnologia è sostitutiva al Bromuro di Metile, gas altamente tossico definitivamente proibito dal 1 gennaio Salvaguardia per gli operatori; totale assenza di inquinamento; Rapidità di trattamento, dell ordine di 1 4 t/h; Risparmio di energia elettrica e maggiore efficienza energetica (le microonde riscaldano solo il prodotto e il 70% dell energia irradiata è convertito in calore); Costi di trattamento molto più bassi rispetto a quelli tradizionali: la rapidità del trattamento si traduce in un incremento notevole della quantità di derrata che può essere sottoposta a trattamento giornalmente e di conseguenza in un abbattimento del costo unitario del trattamento stesso (i costi fissi, compreso l ammortamento della macchina a microonde, vengono ripartiti su un numero elevatissimo di singoli trattamenti). Rapidità di manutenzione;

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