CARATTERIZZAZIONE DELLA FRAZIONE TERPENICANELL’OLIO ESSENZIALE DI DUE PROVENIENZEDI ABETE ROSSO

– I.F.M. n. 3 anno 2005

VERIANO VIDRICH (*) - PIERO FUSI (*) - MARCO FRANCI (**) MARCO MICHELOZZI (***)

CARATTERIZZAZIONE DELLA FRAZIONE TERPENICA NELL’OLIO ESSENZIALE DI DUE PROVENIENZE

DI ABETE ROSSO

È stata analizzata la composizione chimica dell’olio essenziale di aghi e rametti in due popolazioni di abete rosso (Picea abies L. Karst.): la provenienza italiana situata in zona dolomitica (Dobbiaco-BZ) e la provenienza austriaca di Villach-Klagenfurt. Gli olii essenziali sono stati estratti per idrodistillazione e la loro composizione chimica è stata determinata mediante gas cromatografia capillare (GC) e gas cromatografia capillare abbi- nata alla spettrometria di massa (GC/MS). I singoli costituenti degli olii essenziali furono identificati per confronto con i tempi di ritenzione di campioni autentici e per mezzo della spettrometria di massa. Variazioni quali-quantitative sono state osservate tra gli olii essenziali di aghi e di rametti. I maggiori componenti dell’olio di aghi sono canfene, iso- bornile acetato, limonene, borneolo L e 13-epimanoolo, mentre i rametti sono caratteriz- zati da alto contenuto di α–pinene, β-pinene, limonene, δ-3-carene, 1,8-cineolo e β-mirce- ne. Variazioni significative nel contenuto di diversi composti presenti sia negli aghi sia nei rametti sono state osservate tra le due popolazioni.

Parole chiave: Picea abies L. Karst; terpeni; olio essenziale.

Key words: Picea abies L. Karst; terpenes; essential oil.

I

Gli olii essenziali sono costituiti da mono- e sesquiterpeni che insieme ai diterpeni sono i componenti principali delle resine delle conifere. Gli olii essenziali vengono usati da tempo come solventi e come sostanze aromati- che nell’industria farmaceutica, in quella dei profumi e dei liquori. In tempi più recenti hanno trovato largo impiego nella preparazione di mangimi e in dietetica come agenti aromatizzanti, antibatterici e antimicrobici. Infine è

(*) Dipartimento di Scienza del Suolo e Nutrizione della Pianta. Università di Firenze. P.le delle Cascine, 28 – 50144 Firenze. e-mail: veriano.vidrich@unifi.it

(**) Istituto per lo Studio degli Ecosistemi. C.N.R. Sez. di Firenze, Via Madonna del Piano 50019 Sesto F.no (Firenze).

(***) Istituto di Genetica Vegetale. C.N.R. Sez. di Firenze, Via Madonna del Piano 50019 Sesto F.no (Firenze).

stato scoperto che hanno anche proprietà erbicide e pesticide in genere (V

e M

, 1998, V

et al., 1996).

Il nostro gruppo di lavoro ha condotto da molti anni ricerche sul con- tenuto di olii essenziali e resine della biomassa forestale della nostra zona climatica. L’obiettivo di questo studio è stato quello di caratterizzare l’olio essenziale di aghi e rametti di abete rosso ai fini di uno sfruttamento in toto della pianta che prevede l’utilizzo del fusto per la produzione di legname e le ramaglie per l’estrazione dell’olio essenziale. A tale scopo sono state messe a confronto due diverse popolazioni.

M

a) - Campionamento e preparazione

Il prelievo dei campioni di Picea abies L. Karst., rametti e foglie, fu effettuato a fine estate, in Italia nella zona di Dobbiaco-Val di Rienza (Bol- zano) sotto le coordinate geografiche 46° 39’ N e 12° 13’ E e in Austria nella zona di Villach-Valle della Gail (Klagenfurt), sotto le coordinate geo- grafiche 46° 34’ N e 13° 48’ E e per semplificare nel testo chiameremo la popolazione italiana Dobbiaco e quella austriaca Villach.

Per ogni zona di prelievo furono campionate 20 piante distanti fra loro circa cento metri in modo randomizzato. Anche il prelievo di rametti e foglie della chioma avvenne in maniera randomizzata circa l’esposizione e sempre alla stessa altezza di 5 metri dal suolo. I campioni furono posti in sacchetti di plastica e conservati in frigo a –20°C fino al momento dell’analisi. Gli olii essenziali furono estratti per idrodistillazione per due ore a pressione normale da campioni di circa 250 gr di aghi o rametti, in accordo con la Farmacopea Europea e quindi analizzati per mezzo della gascromatografia capillare e gascromatografia capillare abbinata alla spettrometria di massa. Le rese in olio essenziale e i relativi risultati analitici sono espressi come mg di olio/100 g s.s..

b) - Analisi GC

Le analisi gascromatografiche furono eseguite con un gascromatografo

Perkin Elmer mod. 8500 equipaggiato con FID e con una colonna capillare

Chrompack 25m x 0.32mm riempita con CP-Wax 58CB (spessore del film

0.2 µm). Le condizioni analitiche furono: temperatura iniziale del forno 50°C

per 5 min., da 50°C a 200°C con gradiente termico di 5°C/min. e quindi per-

manenza a 200°C per 30 min. Temperatura dell’iniettore PTV 250°C e tem-

peratura del detector FID 270°C. Gas di trasporto He con velocità lineare 20

cm/sec. Come standard interno fu aggiunto N-tridecano e l’identificazione

dei componenti gli olii essenziali fu eseguita per confronto dei loro tempi di

ritenzione con quelli di campioni puri autentici e in combinazione con gli

indici di ritenzione IK (K

, 1965).

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ABETE ROSSO: FRAZIONE TERPENICA DELL’OLIO ESSENZIALE

c) - Analisi GC\MS

Queste analisi furono condotte utilizzando un gascromatografo Hew- lett-Packard 5890 equipaggiato con una colonna capillare Chrompack 25m x 0.32mm riempita con CP-Wax 58CB (spessore del film 0.2 µm). Le condizioni gascromatografiche furono le stesse sopra descritte ed usando lo stesso gas di trasporto e come rivelatore fu usato uno spettrometro di massa HP 5971 A (sorgente di ionizzazione 70 eV e Temperatura 200°C). I com- ponenti sono stati identificati confrontando i dati degli spettri di massa con quelli riportati nella Library Wiley su Chemstation HP nonché con quelli riportati in letteratura. (A

, 1995; J

e S

, 1980) d) - Analisi statistica

Si è proceduto ad analisi della varianza ad una via (provenienza, erro- re) per ciascuno dei costituenti individuati nella foglia e nei rametti.

R

Dalla Tab. 1 si evidenzia che per l’olio di aghi furono identificati 36 componenti mentre per i rametti i componenti identificati furono 32 ( M

K

et al., 1976).

I maggiori componenti dell’olio di aghi sono canfene, isobornile acetato, limonene, borneolo L e 13-epimanoolo, mentre i rametti sono caratterizzati da alto contenuto di α– ^pinene, β -pinene, limonene, δ -3-carene, 1,8-cineolo e β -mircene. I nostri dati concordano con quelli riportati in bibliografia (M

-

TIN

et al., 2003; S

et al., 2004 in stampa).

Differenze quali-quantitative sono state osservate tra gli olii estratti nei diversi tessuti; 2-esenale, 3-esen-1-olo, geranil acetato e geraniolo sono stati identificati soltanto nel tessuto fogliare.

Gli aghi hanno mostrato una concentrazione più elevata di canfene, canfora, isobornile acetato, canfene idrato, terpinen-4-olo, borneolo L, α ^- cadinene, δ -cadinene, β -citronellolo, T cadinolo, α -cadinolo e 13-epimanoo- lo rispetto ai rametti che invece erano caratterizzati da un maggior contenuto di α ^-pinene, β ^-pinene, δ -3-carene, junipene, spathunelolo e T muurololo.

Variazioni epigenetiche relative al tipo di tessuto sono state descritte in diver- si lavori riportati in bibliografia. Ad esempio il limonene può essere utilizzato come marcatore biochimico per distinguere i pini della sezione «halepensis»;

questo composto è presente in alta concentrazione nella corteccia di Pinus eldarica mentre gli aghi presentano un contenuto simile a quello determinato in pino d’Aleppo e pino bruzio (M

, 2000).

Queste variazioni epigenetiche sembrano avere un ruolo ecologico

Dobbiaco (Italia) e analisi della varianza. I componenti sono espressi in mg/100g s.s.

– Chemical composition of needles and branches essential oil in two provenances (Villach-Austria and Dobbiaco Italy) and statistical analisys. The amount components are given in mg/100g d.m.

Aghi Rametti

Componenti Identifi- Qualità KI Villach Dobbiaco Signifi- Villach Dobbiaco Signifi-

cazione catività catività

α-Pinene GC/MS 96 1029 14,81 17,89 n.s 28,86 56,56 * * *

Canfene GC/MS 98 1071 25,98 35,85 n.s. 1,84 2,47 *

β − Pinene GC/MS 96 1118 2,79 3,57 n.s. 63,36 131,69 * * *

δ-3-Carene GC/MS 97 1145 0,38 0,39 n.s. 5,04 18,67 * * *

β-Mircene GC/MS 96 1168 7,37 9,21 n.s. 6,33 13,35 * *

α-Terpinene GC/MS 97 1182 0,08 0,17 n.s. tracce 0,13

Limonene GC/MS 98 1202 18,68 27,95 * 9,04 23,87 * *

1,8-Cineolo GC/MS 98 1211 7,90 11,22 n.s. 6,33 14,48 * * *

2-Esenale MS 96 1216 10,03 5,42 * * * –– ––

γ

p-Cimene GC/MS 91 1275 0,22 0,25 n.s. 0,10 0,20 * * *

Terpinolene GC/MS 89 1284 0,57 0,67 n.s. 0,97 1,97 * * *

3-Esen-1-olo MS 93 1325 2,52 0,34 * * –– ––

Canfora MS 98 1524 8,68 10,89 n.s. 0,35 0,13 * * *

Junipene MS 85 1,17 0,03 n.s. 2,93 4,88 * *

Allo-Aromadendrene MS 91 1555 0,29 0,24 n.s. 0,03 0,16 n.s.

Isobornile Acetato GC/MS 99 1580 29,64 30,25 n.s. 0,16 0,33 n.s.

β-Cariofillene GC/MS 87 1603 3,67 3,85 n.s. 3,44 7,86 * * *

Canfene idrato MS 72 6,69 8,14 n.s. 0,05 0,02 n.s.

Terpinen-4-olo GC/MS 94 1622 1,28 1,62 n.s. 0,14 0,39 n.s.

α-Humulene GC/MS 90 1668 3,21 2,74 n.s. 1,67 2,37 *

(+)M-mentha-1,8-diene MS 93 1676 2,51 2,52 n.s. 1,19 1,94 n.s.

Borneolo L GC/MS 95 1696 19,02 26,69 n.s. 0,17 0,48 n.s.

α-Terpineolo GC/MS 78 1710 0,29 2,25 n.s. 1,39 1,38 n.s.

α-Muurolene MS 94 1726 1,27 1,49 n.s. 0.15 0.07 * * *

α-Cadinene MS 99 1734 2,65 2,52 n.s. 0,55 0,62 n.s.

δ-Cadinene MS 99 1752 6,69 9,25 n.s. 0,14 0,38 n.s.

Geranil Acetato GC/MS 81 1760 0,65 0,73 n.s. –– ––

β-Citronellolo GC/MS 85 1780 1,19 1,32 n.s. 0,02 0,08 n.s.

Geraniolo GC/MS 88 1797 0,19 0,61 n.s. –– ––

2-Tridecanone MS 75 1,07 0,35 n.s. 0,17 0,68 * *

Spathulenolo MS 93 2137 1,14 1,38 n.s. tracce 9,08

T Cadinolo MS 70 2155 2,77 3,66 n.s. 0,99 0,38 n.s.

α-Cadinolo MS 87 2160 8,93 12,92 * 0,78 1,69 * *

T Muurololo MS 88 2218 0,44 0,50 n.s. 1,63 1,32 * * *

13- Epimanoolo MS 93 17,33 25,12 n.s. 2,02 2,39 n.s.

Resa in olio % s.s. 0,24 0,29 0,15 0,34

KI= indice di ritenzione; n.s.= non significativo; significatività: P <0.05 *; P <0.01 **, P<0.001 ***

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ABETE ROSSO: FRAZIONE TERPENICA DELL’OLIO ESSENZIALE

importante perchè sono sono state messe in relazione con l’attacco dei paras- siti: i composti terpenici sono estremamente costosi da sintetizzare e, pertan- to, la pianta accumulerebbe queste sostanze nei tessuti più vulnerabili e più importanti come ad esempio gli aghi giovani che sono più appetibili dai fito- fagi e mostrano un’efficienza fotosintetica più elevata rispetto agli aghi maturi (H

, 1990; W

et al., 1997).

Differenze significative nel contenuto di diversi componenti l’olio di aghi e rametti sono state osservate tra le due popolazioni. La foglia della popolazione Dobbiaco presenta un contenuto maggiore di limonene e α ^- cadinolo e una concentrazione minore di 2-esenale e 3-esen-1-olo rispetto agli aghi delle piante austriache.

I rametti della provenienza Dobbiaco sono caratterizzati da un contenu- to significativamente più elevato di α -pinene, canfene, β– ^pinene, δ ^-3-care- ne, β -mircene, limonene, p-cimene, terpinolene, β– cariofillene, α ^-humule- ne e α -cadinolo e una minor concentrazione di canfora, α -muurolene e T muurololo rispetto ai campioni di rametti austriaci. Numerose ricerche hanno mostrato l’utilità dei profili terpenici come marcatori biochimici per lo studio della variabilità tra specie, tra popolazioni all’interno della stessa specie, tra famiglie e cloni (L

, 1994). La conoscenza delle varia- zioni dovute al tipo di tessuto e alla provenienza geografica sono indispen- sabili per un corretto sfruttamento della biomassa forestale ai fini della pro- duzione di oleoresine di interesse industriale e per la selezione di chemotipi di pregio. Le nostre indagini proseguiranno con l’analisi di altre popolazio- ni di abete rosso con l’obiettivo di avere una rappresentazione più completa della variabilità geografica nella composizione chimica dell’olio essenziale di questa specie.

SUMMARY

Characterisation of terpene profile in essential oil of two provenances of Picea abies L. Karst.

The chemical composition of the essential oil, obtained by separate distillation of the needles and branches in two different populations of Picea abies L. Karst. from Dobbiaco (Italy) and from Villach-Klagenfurt (Austria), was analysed and identified by GC and GC/MS.

Major components of needles oil were camphene, limonene, α-pinene, isobornyl acetate, borneol L and 13-epimanool, while α-pinene, β-pinene, limonene, δ-3-carene, 1,8 cineol and β-myrcene were contained in high content in the branch oil.

Variation in monoterpene composition were detected between the branch oil and the needle oil and the two provenances exhibited statistically significant variation for several terpenes.

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