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Caratterizzazione strutturale e istologica di fibre di canapa (Cannabis sativa L.)
P. Medeghini Bonatti 1 , B. Focher, C. Grippo, C. Ferrari 1 , G. Pellacani
Università degli Studi di Modena e Reggio Emilia
Dipartimento di Ingegneria dei Materiali e dell’Ambiente, Via Vignolese 905/C - 41100 Modena
1 Dipartimento Interdisciplinare di Scienze Agrarie, Via J. Kennedy 17- 42100 Reggio Emilia
RIASSUNTO
Su due varietà di canapa destinate al settore tessile, Carmagnola (dioica), tradizionale cultivar
italiana da fibra e Fedora (monoica), di origine francese, è stato condotto uno studio istologico e
strutturale delle fibre, rispettivamente contenute nel fusto integro e nello stigliato. L’analisi istoanatomica
ha consentito una precisa caratterizzazione delle due varietà relativamente alle dimensioni
dei fascetti di fibre primarie, al gradiente di maturazione delle stesse lungo il fusto, alla produzione
di fibre secondarie. Comparativamente, nella cv Carmagnola i fascetti appaiono meglio individuati,
a contorno più regolare e significativamente più sottili in ogni segmento di fusto considerato;
a parità di età delle piante e di distanza dalla base, in questa stessa cultivar la maturazione delle
fibre risulta più omogenea e la quantità di fibre secondarie è globalmente inferiore. L’analisi
composizionale e strutturale ha mostrato contenuto di lignina analogo nelle due varietà e una struttura
meno ordinata della cellulosa nella varietà Fedora.
Parole chiave: Cannabis sativa L., cv Carmagnola, cv Fedora, fibra tessile, analisi istologica, cellulosa,
analisi composizionale, analisi NMR.
ABSTRACT
Structural and histological characterisation of hemp (Cannabis sativa L.) fibers
Histo-anatomical, compositional and solid-state NMR analysis were carried out on primary bast
fibres of dioecious hemp variety Carmagnola and monoecious Fedora one, to comparatively define
the main quality traits related to their textile use. Field grown plants in the vegetative stage were
harvested at week 14 after sowing. The plant density was approximately 120 plants m -2 . The plant
height averaged 230 cm in cv Carmagnola and 165 cm in cv Fedora. Microscopical observations
and image analysis were carried out on stem cross-sections at 50, 100 and 150 cm above ground.
Compositional and structural analysis were performed in toto on primary fibres manually extracted
from stem segments up to 150 cm above ground. The two cultivars showed significant differences
in the size of fibre bundles, in fibre ripeness degree and in the proportion of secondary fibres in
every stem segment examined. In cv Fedora the primary fibre bundles appeared consistent, irregularly
defined and frequently interconnected, whereas in cv Carmagnola they were thinner and regularly
spaced. The fibre maturity index, defined by cell-wall/cell-lumen ratio (P/L), was high in cv Fedora
up to 100 cm above ground and very low in the upper third of the stem. The fibre ripeness degree in
cv Carmagnola was lower than in cv Fedora up to 100 cm height; nevertheless, the primary fibres
appeared well differentiated up to 150 cm above ground, with constant values of maturity index.
Differences in secondary fibre production were also observed, related to the different growth pattern
of the two cultivars. The proportion of secondary fibres in stem cross-sections at 50 cm above
ground averaged 25% of total bast area in cv Carmagnola and 28% in cv Fedora plants; at 100 cm
secondary bast fibres were observed only in cv Fedora. On the whole, histo-anatomical conditions
consistent with textile uses were observed up to 150 cm above ground in cv Carmagnola and up to
100 cm in cv Fedora, at parity of plant age. Chemical composition of primary fibres was substantially
similar, the only significant difference being the higher amount of extractive components recorded
in cv Fedora. On the other hand, the NMR spectra pointed out a fairly lower intensity signal of
lignin in cv Fedora, together with a partial reduction in the pentosane signals. Moreover, the NMR
spectrum recorded for cv Carmagnola fibres showed the cellulose profile typically found in primary
fibres of herbaceous plants, with a C-4 related crystallinity degree near to 50%. In the cv Fedora
NMR spectrum, the band width of the C-4 and C-6 peaks prevents the determination of the crystalline
phase, due to the greater amount of more disordered cellulose.
Key words: Cannabis sativa L., cv Carmagnola, cv Fedora, fiber hemp, histology, cellulose, fibre
composition, NMR analysis.
Autore corrispondente: Medeghini Bonatti P.
Dipartimento di Scienze Agrarie – Università
degli Studi di Modena e Reggio Emilia,
Via Kennedy 17, 42100 Reggio Emilia, Italia
Tel. (0522) 383232 - Fax (0522) 304217
E-mail: bonatti.piera@unimo.it.
Lavoro svolto con finanziamento MiPAF
nell’ambito del Progetto “Canapa per fibra
tessile: dalla produzione alla utilizzazione”.
INTRODUZIONE
L’impiego di colture agricole per usi industriali
si pone come strategia di
diversificazione produttiva in una situazione
prospettica caratterizzata dalla riduzione
delle risorse finanziarie disponibili per il
sostegno dell’agricoltura e dall’imponente
disavanzo della bilancia commerciale delle
materie prime fibrose della maggior parte dei
paesi dell’UE. Non è tuttavia sufficiente produrre
materiale fibroso in quantità industriali
per essere certi dell’accettazione del mercato;
impatto ambientale e qualità sono i fattori
che condizionano l’impiego di qualsiasi
materia prima.
Definire la qualità di una fibra cellulosica
vegetale in termini del tutto oggettivi è un
compito estremamente arduo sia per la variabilità
intrinseca dei prodotti naturali sia
per la molteplicità dei settori d’impiego. In
linea di principio, al momento dell’acquisto
i parametri di riferimento del prezzo sono: il
contenuto di fibra lunga nello stelo, la resistenza
dei fascetti fibrosi, la finezza della
fibra tecnologica. Detti parametri sono generalmente
valutati manualmente dall’acquirente
al momento stesso dell’acquisto e, solo
nei casi dubbi, confermati in laboratorio su
piccolissime campionature. Il passaggio da
criteri soggettivi a criteri oggettivi basati su
parametri morfologici e strutturali richiede
in ogni caso un approfondimento della conoscenza
della materia prima fibrosa.
Vari caratteri isto-anatomici del fusto di
canapa sono correlabili a caratteristiche tecnologiche
delle fibre quali elasticità, resistenza
e finezza (Sankari, 2000). Ai fini della
destinazione d’uso e della lavorazione, può
rivestire notevole interesse definire sia la
consistenza dei singoli fascetti, cioè il numero
di fibre di cui sono composti, sia la
quantità di altri tessuti ad essi associati, che
possono restare a far parte dello stigliato
come impurezze. Un ulteriore elemento significativo
è il grado di maturazione e
lignificazione della parete delle singole fibre,
che risulta correlato a vari fattori
(Horkay and Bócsa, 1996; Mediavilla,
Leupin and Keller, 2001; Keller et al., 2001;
Sankari, 2000): sesso della pianta, stadio di
sviluppo, età del tessuto. Una consistente
presenza di lignina può influire direttamente
sul grado di rigidità e fragilità della fibra;
peraltro, una scarsa lignificazione è propria
di fibre non mature. Infine, è da considerare
che l’accrescimento in diametro del fusto
comporta, parallelamente alla formazione
della massa legnosa, la produzione di fibre
floematiche secondarie, molto lignificate e
di lunghezza e diametro molto ridotti (fibre
corte): un’abbondante presenza di fibre secondarie
nello stigliato incide negativamente
sulla qualità (Mediavilla, Leupin and
Keller, 2001).
Lo scopo della presente ricerca è la caratterizzazione
istologica delle fibre nel fusto
integro, unitamente all’analisi composizionale
Agroindustria / Aprile 2002 59