L’aeroponica
La coltivazione di piante in aeroponica è una tecnica innovativa che prevede la crescita delle piante senza l’uso del suolo tradizionale
La CO2 supercritica
Rappresenta una metodologia avanzata e versatile per l’estrazione di composti da materiale vegetale, farmaceutico o alimentare
AI Suite
La piattaforma integrata di intelligenza artificiale rappresenta un passo significativo verso l’innovazione nell’agricoltura sostenibile
Scenario
La presenza di parassiti agricoli
rappresenta una minaccia significativa per la produzione alimentare
Possono danneggiare le colture e ridurre notevolmente i rendimenti agricoli. Questo impatto può essere così grave da causare una riduzione fino al 50% della produzione, compromettendo la sicurezza alimentare e l’economia agricola.
Le infestazioni più comuni nelle coltivazioni provengono da diversi tipi di parassiti, ognuno con le proprie caratteristiche e danni specifici. Gli afidi sono piccoli insetti di un vivace colore verde che possono attaccare sia piante in vaso che ortaggi. La dorifora, un coleottero, depone le sue uova sulle foglie e si nutre principalmente di piante di patata e melanzana. È importante controllare regolarmente la parte inferiore delle foglie per individuare le uova, che sono di colore arancione e gelatinose. La cavolaia, una farfalla, si nutre principalmente di piante di cavolo, depositando le sue uova alla base delle foglie. Le mosche, come la mosca della carota o della cipolla, possono danneggiare specifiche piante dell’orto. L’altica, conosciuta anche come pulce di terra, è un coleottero verde-dorato che attacca soprattutto le piante di cavolo e barbabietola. La bolla del pesco è un fungo che colpisce foglie e germogli degli alberi di pesco, riconoscibile per bolle rossastre. Gli acari sono parassiti minuscoli che causano danni evidenti solo quando è troppo tardi, con foglie avvizzite e sottili ragnatele biancastre. La peronospora, una malattia fungina, causa depigmentazione delle foglie e marciume dei frutti, particolarmente dannosa per i pomodori. Le cocciniglie sono insetti molto piccoli che prosperano in climi caldi e secchi, evidenziati da decolorazioni e macchie sulle foglie.
Di fronte a questa sfida, gli agricoltori spesso ricorrono all’uso intensivo e smodato di pesticidi di origine sintetica per proteggere le loro colture dai parassiti. Questi pesticidi sono generalmente efficaci nel controllo delle infestazioni, ma presentano svantaggi importanti. Uno di questi è il rischio per l’ambiente: residui di pesticidi possono contaminare il suolo e le risorse idriche, causando danni agli ecosistemi naturali e alla biodiversità. Inoltre, possono anche penetrare nella catena alimentare, con possibili effetti nocivi sulla salute umana.
Un altro problema derivante dall’uso eccessivo di pesticidi sintetici è lo sviluppo di resistenza nei parassiti stessi. Nel corso del tempo, alcuni parassiti bersaglio possono adattarsi e diventare resistenti ai pesticidi utilizzati, rendendo necessario un aumento delle dosi o l’impiego di pesticidi più potenti, con conseguenti costi aggiuntivi e maggiori rischi per l’ambiente e la salute umana.
In questo contesto, diventa evidente l’urgente necessità di esplorare alternative più sostenibili e sicure per il controllo dei parassiti agricoli. Gli oli essenziali estratti da piante officinali rappresentano una promettente alternativa. Si tratta di composti naturali con proprietà antiparassitarie, antibatteriche e antivirali che possono essere utilizzati per proteggere le colture senza gli effetti negativi dei pesticidi sintetici.
Sviluppare strategie per utilizzare gli oli essenziali in modo efficace ed efficiente, potrebbe contribuire significativamente a ridurre la dipendenza dai pesticidi e mitigare i rischi associati al loro utilizzo. In questo modo, si potrebbe promuovere un’agricoltura più sostenibile e rispettosa dell’ambiente, proteggendo al contempo la salute umana e la sicurezza alimentare.
Il Progetto
Il progetto BIOERA si propone di sviluppare biopesticidi e biostimolanti utilizzando piante coltivate in aeroponica. L’obiettivo è ottenere estratti di biomolecole utilizzando la metodica green dei fluidi supercritici (SFE), impiegando anidride carbonica (CO2) come solvente. La composizione degli estratti sarà regolata variando i parametri di estrazione, come temperatura, pressione e portata, per ottimizzare le proprietà desiderate. Gli estratti verranno caratterizzati con tecniche analitiche avanzate e la loro attività pesticida sarà valutata attraverso saggi in vitro.
Per comprendere l’interazione delle molecole estratte con i recettori dei patogeni di interesse, verranno condotti test in silico. Questi studi preliminari permetteranno di selezionare le molecole più promettenti per i successivi test in vitro. L’obiettivo è migliorare l’efficacia e la stabilità delle formulazioni prodotte.
In parallelo allo sviluppo dei bioformulati, verrà creata una piattaforma integrata di intelligenza artificiale (AI Suite) per raccogliere, monitorare, analizzare e condividere i dati generati durante il progetto. Questa suite consentirà un’ottimizzazione continua delle fasi di lavoro, riducendo il numero di prove sperimentali e migliorando l’efficacia complessiva del processo di produzione dei bioformulati.
Il processo inizia con la coltivazione di piante officinali in aeroponica, dalle quali si ottengono i fitoestratti tramite estrazione in CO2 supercritica. Questi estratti verranno caratterizzati e nanoformulati per migliorare le loro proprietà. Le molecole più promettenti saranno quindi testate in vitro e in vaso. I risultati di queste prove saranno integrati nella SuiteAI per garantire un flusso di lavoro ottimizzato e una produzione efficace dei bioformulati. Infine, l’implementazione dell’infrastruttura AI permetterà di integrare dati provenienti da diversi settori, contribuendo a migliorare l’efficacia complessiva del processo.
L’aeroponica
La coltivazione di piante in aeroponica
è una tecnica innovativa che prevede la crescita delle piante senza l’uso del suolo tradizionale
In questo metodo, le radici delle piante vengono sospese in un ambiente aerato e nebulizzato, dove vengono forniti acqua, nutrienti e ossigeno direttamente alle radici. Questo sistema consente un controllo preciso delle condizioni di crescita, includendo la temperatura, l’umidità e la concentrazione di nutrienti, ottimizzando così l’assorbimento delle sostanze nutritive da parte delle piante. Tra i vantaggi associati alla coltivazione aeroponica vi è una maggiore efficienza nell’uso dell’acqua e dei nutrienti, poiché viene ridotta la quantità necessaria per mantenere le piante in salute. Inoltre, questo metodo permette una crescita più rapida e vigorosa delle piante, con un minore rischio di malattie radicolari e un miglior controllo delle infestazioni da parassiti. Inoltre, la coltivazione in aeroponica offre un ambiente altamente controllato che favorisce la produzione di colture uniformi; Questa precisione nell’ambiente di crescita consente di condurre analisi successive e passaggi successivi del progetto in modo estremamente accurato. Poiché le condizioni sono costanti e facilmente riproducibili, è possibile effettuare confronti dettagliati tra diverse fasi di crescita o tra diverse colture. La coltivazione aeroponica è particolarmente adatta per le coltivazioni in spazi limitati o in ambienti urbani, dove è necessario massimizzare la produzione in spazi ristretti.
La CO2 supercritica
La tecnica estrattiva a fluidi supercritici
in particolare l’estrazione con CO2 supercritica, rappresenta una metodologia avanzata e versatile per l’estrazione di composti da materiale vegetale, farmaceutico o alimentare.
Utilizzando anidride carbonica allo stato supercritico, raggiunto attraverso la combinazione di temperatura e pressione specifiche, questa tecnica consente di estrarre selettivamente sostanze desiderate mantenendo al minimo la contaminazione da solventi o altre impurità.
In questo processo, la CO2 supercritica agisce da solvente, penetrando nel materiale da trattare e dissolvendo i componenti volatili o solubili. La pressione e la temperatura possono essere regolate con precisione per controllare la solubilità dei diversi composti, consentendo un estratto selettivo e personalizzabile in base alle specifiche necessità.
Uno dei vantaggi principali di questa tecnica è la sua selettività: poiché la CO2 supercritica può essere modulata per dissolvere solo determinati composti, è possibile ottenere estratti altamente purificati e concentrati. Inoltre, poiché la CO2 è un gas inerte e non lascia residui tossici, gli estratti prodotti sono considerati sicuri per l’uso in campo alimentare, farmaceutico e cosmetico.
La tecnica estrattiva a fluidi supercritici è ampiamente impiegata in diversi settori, dalla produzione di oli essenziali ed estratti vegetali per la cosmesi e l’aromaterapia, alla purificazione di principi attivi farmaceutici e alla produzione di ingredienti alimentari funzionali. La sua versatilità, sicurezza e capacità di produrre estratti di alta qualità ne fanno una tecnologia di estrazione sempre più diffusa e apprezzata in ambito industriale e scientifico.
AI Suite
La piattaforma integrata di intelligenza artificiale (AI Suite)
sviluppata nel contesto del progetto BIOERA rappresenta un passo significativo verso l’innovazione nell’agricoltura sostenibile.
Questa suite rivoluzionaria è progettata per raccogliere, monitorare, analizzare e condividere i dati generati lungo l’intero processo di produzione dei biopesticidi e biostimolanti. Utilizzando algoritmi avanzati di apprendimento automatico, la SuiteAI è in grado di elaborare enormi quantità di dati in tempo reale, consentendo una valutazione rapida ed efficace delle prestazioni dei bioformulati e delle condizioni di coltivazione.
Grazie alla SuiteAI, gli scienziati possono ottenere insights dettagliati sulle relazioni tra le diverse variabili del processo, come parametri di estrazione, composizione chimica degli estratti e attività pesticida. Questa comprensione approfondita consente un’ottimizzazione continua delle fasi di lavoro, riducendo il numero di prove sperimentali necessarie e accelerando i tempi di sviluppo dei bioformulati. Inoltre, la SuiteAI facilita la collaborazione e lo scambio di conoscenze tra i ricercatori, consentendo una progressione più rapida e coordinata verso gli obiettivi del progetto.
Un aspetto fondamentale della SuiteAI è la sua capacità di integrare dati provenienti da diverse fonti e settori correlati, come la biologia molecolare, la chimica analitica e la bioinformatica. Questa integrazione multifattoriale consente una visione olistica del processo agricolo, contribuendo a identificare sinergie tra diversi elementi e a massimizzare l’efficacia complessiva del sistema. In definitiva, la SuiteAI rappresenta una potente risorsa per l’innovazione nell’agricoltura, promuovendo la creazione di bioformulati sempre più efficaci, sicuri e sostenibili per la protezione delle colture e la promozione della salute del suolo e dell’ambiente.
