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Selezione, caratterizzazione ed impiego di ceppi batterici nella macerazione
controllata della canapa
Elena Tamburini, Mario Di Candilo 1 , Brunella Perito, Mario Polsinelli, Paolo Ranalli 1 , Giorgio Mastromei
Dipartimento di Biologia Animale e Genetica, Università di Firenze, Via Romana 17, 50125 Firenze, Italia.
1 Istituto Sperimentale Colture Industriali, Via di Corticella, 133 - 40128 Bologna, Italia.
RIASSUNTO
Allo scopo di ottimizzare il processo di macerazione della canapa in acqua, sono stati selezionati
ceppi batterici, aerobi e anaerobi, dotati d’attività pectinolitica elevata e sono state effettuate prove
di macerazione, inoculando con ceppi selezionati. Sono state così individuate combinazioni di
microrganismi e condizioni di macerazione che consentono di diminuire i tempi del processo e,
allo stesso tempo, di migliorare la qualità della fibra prodotta. È stata inoltre effettuata per la prima
volta la caratterizzazione molecolare dei microrganismi pectinolitici anaerobi che operano la degradazione
delle sostanze cementanti durante la macerazione della canapa in acqua.
Parole chiave: canapa, macerazione, microrganismi, Clostridium, Bacillus, 16S rDNA.
ABSTRACT
Selection, characterisation and utilization of selected bacterial strains in hemp water retting
In the traditional process of hemp water retting, depolymerization of pectic material is carried out
by naturally occurring bacteria. The retting step is a major limitation to efficient production of
hemp fibres and of a high quality end product. The retting affects fibre quality and should be
improved to increase the efficiency and the control of this process.
With the aim of improving hemp retting, we isolated several bacterial strains, both aerobic and
anaerobic, with a high pectinolytic activity. Hemp retting was tested in four small tanks: (1) with
the addition of anaerobic strain spores (L1-6 or C1-6), (2) with the addition of both aerobic (ROO-2A)
and anaerobic (L1-6) strain spores, (3) with the addition of aerobic strain spores (ROO-2A) and
continuous aeration of the water tank, (4) traditional retting without any bacterial inoculum (control).
The optimum retting time was the same in the control and aerated tanks. In aerobic retting, the end
product quality was low because of a brown colour of the fibres. The best result was obtained by
adding both aerobic and anaerobic strains. Under this condition optimum retting was achieved in
four days only and a high quality product was obtained. The same retting was achieved in 6 days
with anaerobic strain and in 12 days in the control tank.
So far, identification of the microbial population during tank retting has been based only on phenotypic
studies (Donaghy et al., 1990). The pectinolytic anaerobic bacteria, involved in water retting, were
classified as belonging to two single Clostridium species (C. felsineum and C. acetobutylicum).
In this study, we performed the first systematic characterisation of anaerobic pectinolytic bacteria
involved in hemp water retting by using molecular techniques. The pectinolytic isolates were divided
into five groups by ARDRA (Amplified Ribosomal DNA Restriction Analysis). The 16S rDNA of
at least one strain for each ARDRA group was sequenced. This analysis showed that the bacteria
involved in hemp water retting belong to at least four different Clostridium species.
Key Words: hemp, retting, microrganism, Clostridium, Bacillus, 16S rDNA.
INTRODUZIONE
La produzione di tiglio di canapa per scopo
tessile impiega le fibre floematiche dello
stelo delle piante. Un passaggio fondamentale
in questa produzione è la macerazione
che porta alla liberazione delle fibre corticali
dagli altri tessuti a seguito della degradazione
delle sostanze pectiche, costituenti principali
della lamella mediana della parete
cellulare. Le pectine sono polisaccaridi com-
Autore corrispondente: Mastromei G.
Dipartimento di Biologia Animale e Genetica,
Università di Firenze, Via Romana 17, 50125
Firenze, Italia - Tel. (055) 2288240 - Fax (055)
2288250.
Lavoro svolto con finanziamento MiPAF
nell’ambito del Progetto “Canapa per fibra
tessile: dalla produzione alla utilizzazione”.
plessi composti principalmente da catene di
galatturonato, parzialmente metilate.
Nel corso degli anni sono state adottate
diverse strategie di macerazione: 1) macerazione
meccanica, ovvero la separazione fisica
delle fibre dalle bacchette; 2) macerazione
chimica, che impiega sostanze che
degradano selettivamente i componenti della
lamella mediana; 3) macerazione biochimica,
che impiega miscele di enzimi pectinolitici
di diversa composizione; 4) macerazione
microbiologica, operata dall’azione
sinergica di differenti enzimi extracellulari
(pectina-liasi, metilesterasi, poligalatturonasi
e pectato-liasi) prodotti da microrganismi,
funghi o batteri, naturalmente presenti sulle
piante o nel suolo (Donaghy et al., 1990;
Hugouvieux et al., 1996).
Ad oggi, il processo più promettente per
un rilancio della produzione di filato di canapa
a scopo tessile sembra essere la
macerazione microbiologica. La degradazione
enzimatica presenta, infatti, elevati costi
energetici da imputare alle temperature elevate
(intorno a 45°C) alle quali deve essere
svolto il processo. Su scala industriale, non
risultano applicabili neppure la macerazione
meccanica, che produce una fibra di qualità
scadente ed è difficilmente standardizzabile,
né la macerazione chimica per la difficoltà
ad individuare sostanze che non compromettano
la qualità del prodotto.
La macerazione microbiologica può essere
attuata mediante due diversi procedimenti:
la macerazione in acqua o in vasca (water
retting) e la macerazione alla rugiada (dew
retting). Metodiche analoghe vengono impiegate
anche per la macerazione del lino.
Il processo in acqua viene effettuato nei
maceri, vasche di notevoli dimensioni, colme
di acqua stagnante dove vengono immersi
gli steli delle piante. Durante la prima fase
del processo, i composti solubili presenti
negli steli (zuccheri, sostanze azotate ecc.),
passano in soluzione, permettendo lo sviluppo
di una comunità batterica. La
penetrazione d’acqua all’interno degli steli
causa il distacco della corteccia, consentendo
l’ingresso dei batteri macerativi che demoliscono
le sostanze pectiche cementanti
le fibre (Donaghy et al., 1990). Il processo
macerativo è inizialmente portato avanti da
batteri aerobi; allorché l’aerazione del macero
si fa più scarsa, divengono predominanti
i batteri anaerobi. I principali agenti
degradatori aerobi sono stati attribuiti al genere
Bacillus (spp. subtilis, cereus e
licheniformis); mentre gli agenti degradatori
anaerobi al genere Clostridium (spp.
acetobutylicum e felsineum) (Donaghy et al.,
1990).
Nella tecnica alla rugiada gli steli delle
piante sono lasciati sul terreno dopo la
battitura. La macerazione viene operata dalle
pectinasi prodotte principalmente da funghi
filamentosi presenti nel suolo o sulle
piante (Henriksson et al., 1997). Il processo
degradativo è facilitato dall’alternanza tra le
basse temperature e l’umidità della notte e
le alte temperature e l’ambiente asciutto del
giorno.
Tradizionalmente, nell’area mediterranea,
veniva impiegata la metodica di macerazione
in vasca. Il rilancio della produzione di fibra
Agroindustria / Aprile 2002 49