Distillare Incenso (Boswellia spp.)

Il processo di idrodistillazione di resine cela numerosi rischi legati alla natura del materiale oggetto dell’estrazione. L’obiettivo del presente studio è di valutare due sistemi di distillazione di differente capacità produttiva, entrambi dotati di agitatore e sistema di coobazione, per l’estrazione di olio essenziale di Incenso (Boswellia spp.). Il materiale è stato raccolto nel deserto del Senegal orientale e trasportato nel sito di distillazione a Touba, Senegal. La resina di Incenso è stata sottoposta ad idrodistillazione per mezzo di un impianto pilota con caldaia da 12 lt e un impianto produttivo di capienza 250 lt. La resa in olio essenziale ha raggiunto l’8% nell’impianto pilota e il 10% nell’impianto produttivo. Due campioni di olio sono stati successivamente analizzati tramite gascromatografo abbinato a spettrometro di massa. Questa analisi ha permesso di valutare la composizione chimica degli oli essenziali di Incenso. Sulla base di ciò, è stata condotta una prima analisi comparativa tra i due campioni, con la finalità di evidenziare somiglianze e differenze tra i campioni distillati con i due impianti. In relazione alla concentrazione media delle componenti rilevate, si è riscontrata una prevalenza di α-pinene (45,9%) e tujene (12,3%); a seguire, spiccano limonene (5,3%), o-cimene (4,0%), cis-verbenol (2,7%), (-)-β-pinene (2,3%), β-mircene (2,2%), 2,4-tujadiene (2,1%) e trans-pinocarveol (1,5%). Mentre α-pinene caratterizza entrambi i campioni di olio essenziale, si evidenzia una concentrazione maggiore di tujene (15,9%), o-cimene (5,2%), e 2,4-tujadiene (3,4%) nel campione distillato tramite impianto pilota, e di limonene (5,6%), cis-verbenol (4,6%) e trans-pinocarveol (2,8%) nell’olio proveniente dall’impianto produttivo. In relazione all’area di provenienza del materiale e alla composizione chimica dell’olio essenziale, è stato possibile riconoscere una somiglianza con l’olio essenziale di Boswellia dalzielii, dal profilo paragonabile a quello di Boswellia sacra.

L’efficienza di un processo di distillazione è legata ad alcuni parametri interconnessi tra loro, come la tipologia di materiale, la configurazione dell’impianto e il metodo di distillazione. L’estrazione di olio essenziale da materiali resinosi viene eseguita per idrodistillazione. In questo sistema, la resina è immersa completamente in acqua, all’interno del distillatore, che è accessoriato con un apposito agitatore e con un sistema di coobazione. L’agitatore permette di mantenere il materiale in movimento all’interno dell’acqua nella caldaia. Infatti, questa tipologia di materiale può creare grumi ed ostruzioni nel macchinario. Il sistema di coobazione consiste nel ricircolo dell’acqua aromatica che, una volta accumulata nel recipiente di raccolta, viene reintrodotta all’interno della caldaia. Tale sistema di distillazione richiede, quindi, particolari condizioni e competenze, dal momento che la natura del materiale resinoso determina un incremento significativo dei fattori di rischio legati all’estrazione dell’olio essenziale.

L’obiettivo di questa ricerca è di testare il sistema di idrodistillazione di olio essenziale di Incenso (Boswellia spp.) presso il sito di distillazione a Touba, Senegal, con l’impiego del distillatore 250 lt PLUS Albrigi Luigi Srl, a confronto con il distillatore pilota PLUS 12 lt del medesimo produttore, entrambi dotati di agitatore e sistema di coobazione. In aggiunta, il presente studio si rivela il punto di partenza per il perfezionamento della produzione di oli essenziali da parte dell’azienda Ekoper d.o.o. nella città senegalese, con particolare attenzione alla qualità del prodotto, dalla raccolta al confezionamento.

L’Incenso è una oleo-gommoresina bianca prodotta dagli alberi del genere Boswellia (Sapindales, Burseraceae) che comprende tra 17 e 25 specie distribuite in Africa, nella penisola arabica e in Asia meridionale.

Questa resina compie diverse funzioni ecologiche, proteggendo la pianta da attacchi di erbivori e insetti dannosi, ma è prevalentemente riconosciuta per l’impiego in medicina ed erboristeria e nelle cerimonie religiose. Infatti, l’Incenso spicca da sempre nella medicina Ayurvedica indiana e nella medicina tradizionale cinese, apprezzato principalmente per le proprietà antisettiche, antimicrobiche, anti-infiammatorie e calmanti sul sistema nervoso.

Nelle aree geografiche in cui questa specie è presente allo stato spontaneo, le popolazioni locali praticano da più di 5000 anni la raccolta della resina di Incenso, che ha sempre rappresentato uno dei maggiori prodotti commercializzati per l’impiego nelle cerimonie religiose, tanto da essere definito “il profumo degli dei”. Le resine del genere Boswellia hanno percorso le lunghe tratte commerciali egiziane, axumite e nabatee, tra l’Egitto, il Medio Oriente e l’Europa. I diversi luoghi di raccolta, impiego e commercializzazione di questo prodotto si caratterizzano ognuno per la diffusione di una specie particolare di Boswellia, come rappresentato in Figura 1. La conoscenza della specie e della sua diffusione geografica permette di garantire la qualità del prodotto e supporta l’utilizzo sostenibile delle risorse naturali selvatiche, limitando i rischi di degradazione e sovrasfruttamento, e favorendo la produzione di olio essenziale di qualità nel lungo periodo.

Figura 1. Distribuzione geografica della specie Boswellia.

L’Incenso (Boswellia spp.) impiegato nella sperimentazione proviene dal deserto ad est del Senegal, al confine con il Mali. La resina è stata raccolta effettuando delle incisioni longitudinali sulla corteccia degli alberi. Successivamente, è stata trasportata presso il sito di distillazione a Touba, Senegal, dove è stata conservata alla temperatura di 20°C fino al momento della distillazione.

L’olio essenziale è stato ottenuto per idrodistillazione. La distillazione della resina di Incenso è stata effettuata per mezzo di due impianti differenti, un estrattore PLUS 12 lt (impianto pilota) e un estrattore PLUS 250 lt (impianto produttivo). Gli estrattori sono costruiti interamente in acciaio INOX e dotati delle seguenti componenti: caldaia di riscaldamento, griglia inferiore e griglia superiore, condensatore “tubo in tubo”, buretta di raffreddamento in vetro PIREX, tubo di collegamento per coobazione e agitatore (Fig. 2a-b). Dettagli sulle dimensioni degli estrattori sono disponibili in Tabella 1.

La caldaia è stata riempita con 8 lt di acqua nell’impianto pilota e 150 lt di acqua nell’impianto produttivo, riscaldata per rispettivamente 45 min e 1,5 ore fino a raggiungere una temperatura di 80°C. A questo punto, si sono introdotti 1 kg di resina di Incenso nel primo impianto e 50 kg nel secondo. Il carico è stato riscaldato fino alla temperatura di 100°C. La distillazione è proseguita per 5 ore nell’impianto pilota e 8 ore nell’impianto produttivo. Il processo è stato interrotto quando l’incremento di olio essenziale all’interno della buretta è diventato insignificante.

L’olio essenziale ottenuto è stato conservato in boccette di vetro scuro sigillate, ad una temperatura di 10°C. I campioni di olio essenziale sono stati recapitati presso il laboratorio La.Chi, Dipartimento DAFNAE, Università di Padova, dove sono stati conservati in frigorifero fino al momento delle analisi.

L’analisi GC-MS dei campioni di olio essenziale è stata svolta attraverso un gascromatografo 7890A abbinato ad uno spettrometro di massa 5977, di Agilent Technologies. Le componenti volatili sono state separate attraverso una colonna capillare di silice HP-5MS (5% diphenyl- e 95% dimethyl-polysiloxane, 30 m di lunghezza × 0.25 mm di diametro interno, con film di spessore 0.25 µm, dotata di sistema di iniezione split-splitless con un rapporto di splittaggio 120:1 (Agilent Technologies, Santa Clara, CA, USA). L’analisi è stata svolta su inziezione liquida di 1 µl di olio essenziale diluito in esano con un rapporto di diluizione 1:1.  Come gas di trasporto è stato impiegato elio ad un flusso di 1mL/min. La temperatura del forno GC è stata mantenuta per 2 minuti a 40°C, aumentata a 160°C con un incremento di 3°C/min, successivamente aumentata ancora a 250°C con un incremento di 10°C/min, ed infine mantenuta a 250°C per 5 minuti. I composti così separati sono stati sottoposti ad un’ulteriore analisi attraverso un rilevatore a selezione di massa (MSD). Le temperature di linea di trasferimento, sorgente ionica e quadrupolo sono state impostate rispettivamente a 280°C, 230°C e 150°C. Il voltaggio di ionizzazione è stato fissato a 70 eV e la selezione di massa è stata svolta in modalità scansione, con un rapporto massa/carica tra 30 e 500. L’elaborazione di dati è stata eseguita attraverso Mass Hunter in combinazione con il software di libreria NIST (Agilent Technologies, Santa Clara, CA, USA). Gli indici di Kovats sono stati calcolati e confrontati con quanto riportato in letteratura, per ottenere una conferma aggiuntiva del riconoscimento di ogni componente.

In seguito a riconoscimento, i valori delle aree di ciascun picco sono stati riportati su tabelle Excel (versione 16.66.1) e sono stati successivamente convertiti in percentuale rispetto all’area totale dei picchi di ogni campione.

Analisi comparativa

I risultati delle analisi delle componenti volatili sono stati confrontati tra loro e con i dati presenti in letteratura, in relazione al profilo chimico e alla resa di ciascun olio essenziale analizzato. La valutazione è stata focalizzata su alcuni parametri che hanno permesso di confrontare i due oli essenziali prodotti con sistemi di distillazione di differente capacità produttiva. In relazione al profilo chimico dell’olio essenziale, si è valutata la numerosità delle componenti riscontrate in ciascun campione, per poi procedere all’esaminazione della concentrazione percentuale di ciascuna componente. Una ulteriore comparazione è stata svolta sui dati relativi alla resa in olio essenziale, al fine di determinare corrispondenze tra i due sistemi di distillazione.

La resa in olio essenziale distillato tramite impianto pilota da 12 lt ha raggiunto l’8%, con una quantità totale di 125 ml di olio. La distillazione tramite impianto di produzione con caldaia da 250 lt ha prodotto una quantità totale di 5 lt di olio essenziale, con una resa del 10%.

L’analisi GC-MS dei campioni di olio essenziale ha permesso il riconoscimento di 68 composti chimici. In tabella 2 sono riportate le concentrazioni percentuali e la concentrazione media di ciascun composto, calcolate sulla base delle aree dei picchi raffigurati nei relativi cromatogrammi (Fig. 3a-b).

Tabella 2. Composizione chimica dei campioni di olio essenziale di Incenso, da analisi GC-MS. Si presentano le concentrazioni percentuali di ciascun composto, in relazione ai campioni distillati tramite impianto pilota (capienza XX lt) e impianto di produzione (capienza 250 lt), seguiti dalla concentrazione media del composto tra i due campioni.

Figura 3. Cromatogrammi risultati dall’analisi GC-MS dei campioni di olio essenziale di incenso,                                        prodotti con impianto pilota (a) e con impianto produttivo (b).

La valutazione quantitativa e qualitativa degli oli essenziali di Incenso ha confermato la validità degli impianti di distillazione oggetto dell’esperimento. L’impiego di distillatori dotati di un agitatore e configurati con un sistema di coobazione facilita la distillazione di oli essenziali da materiali che, come nel caso della resina di Incenso, necessitano di un lungo tempo di estrazione e tendono a creare grumi.

La resa in olio risulta più elevata con l’impiego dell’impianto di capienza 250 lt, ove raggiunge il 10%, mentre si rivela poco più bassa con l’utilizzo dell’impianto pilota da 12 lt. Questo dato, tuttavia, potrebbe essere influenzato dalla durata della distillazione, di 5 ore per l’impianto pilota e di 8 ore per l’impianto produttivo.

L’analisi GC-MS sui campioni di olio essenziale di Incenso ha permesso di rilevare 68 componenti in totale. Di queste, 41 componenti sono state riconosciute all’interno dell’olio essenziale prodotto con impianto pilota e 59 all’interno del campione distillato con impianto produttivo; 32 componenti accomunano entrambi i campioni di olio essenziale. Il numero più elevato di componenti riconosciute sottolinea una maggiore ricchezza del profilo chimico dell’olio essenziale proveniente dall’impianto produttivo di capienza 250 lt, rispetto a quello distillato con impianto pilota da 12 lt.

All’interno di entrambi i campioni di olio essenziale si evidenzia un’elevata quantità di α-pinene, con una concentrazione media del 45,9%. È rilevante anche la presenza di tujene, con una concentrazione media del 12,3%; questo composto caratterizza prevalentemente l’olio essenziale derivante dall’impianto pilota (15,9%) rispetto a quello distillato con l’impianto produttivo (8,7%). A seguire, tra le molecole maggiormente presenti, si riconoscono o-cimene (5,2%) e 2,4-tujadiene (3,4%) nel campione distillato tramite impianto pilota, mentre spiccano limonene (5,6%), cis-verbenol (4,6%) e trans-pinocarveol (2,8%) nell’olio essenziale proveniente dall’impianto produttivo. Da questo confronto si riscontra che i due campioni di olio essenziale presentano una concentrazione di α-pinene totalmente paragonabile e in linea con quanto riscontrato in precedenti sperimentazioni su oli essenziali di Boswellia spp.⁶. La prevalenza di α-pinene, tujene e limonene suggerisce una possibile corrispondenza con l’olio essenziale di Boswellia dalzielii, specie predominante nell’area dell’Africa occidentale^1,3,7. Risultano molto limitati gli studi su questa specie di Boswellia, che solo recentemente ha acquisito interesse nella ricerca. Sulla base di quanto riscontrato, è possibile rilevare una somiglianza tra oli essenziali di B. dalzielii e B. sacra, dal punto di vista della composizione chimica⁷. Maggiori sperimentazioni sono necessarie per esaminare la variabilità chimica e genotipica di diversi individui del genere Boswellia nell’area di Senegal e Mali. Questo studio si posiziona come solido punto di partenza per ulteriori investigazioni riguardo la distillazione di materiali resinosi provenienti dall’area geografica in questione. Le sperimentazioni si focalizzano sull’ottimizzazione del sistema di distillazione di oli essenziali di resine, con l’obiettivo primario di ottenere un prodotto qualitativamente competitivo, attraverso un utilizzo sostenibile delle risorse lungo l’intero processo produttivo.

1. DeCarlo A, Johnson S, Okeke-Agulu KI, et al. Compositional analysis of the essential oil of Boswellia dalzielii frankincense from West Africa reveals two major chemotypes. Phytochemistry. 2019;164:24-32. doi:10.1016/j.phytochem.2019.04.015
2. Malik S, ed. Essential Oil Research: Trends in Biosynthesis, Analytics, Industrial Applications and Biotechnological Production. Springer International Publishing; 2019. doi:10.1007/978-3-030-16546-8
3. Schmiech M, Ulrich J, Lang SJ, et al. 11-Keto-α-Boswellic Acid, a Novel Triterpenoid from Boswellia spp. with Chemotaxonomic Potential and Antitumor Activity against Triple-Negative Breast Cancer Cells. Molecules. 2021;26(2):366. doi:10.3390/molecules26020366
4. Albrigi Luigi Srl. Estrattore per oli essenziali 12 lt PLUS. Albrigi Luigi Store. Accessed August 31, 2023. https://www.albrigiluigistore.com/it/erboristeria/estrattore-per-oli-essenziali-12-lt-plus
5. Albrigi Luigi Srl. Estrattore per oli essenziali 250 lt PLUS. Albrigi Luigi Store. Accessed August 31, 2023. https://www.albrigiluigistore.com/it/erboristeria/estrattore-per-oli-essenziali-250-lt-plus
6. Valussi M. Materia Aromatica. Tecniche Nuove; 2023.
7. Massei K, Michel T, Obersat GI, Al-Harrasi A, Baldovini N. Phytochemical study of Boswellia dalzielii oleo-gum resin and evaluation of its biological properties. Phytochemistry. 2023;213:113751. doi:10.1016/j.phytochem.2023.113751

L’autore del’Articolo è Anna Perbellini, 

Ricercatrice presso Università di Padova, Dipartimento DAFNAE, Gruppo di Ricerca Piante Officinali (GRiPO)

Redattrice di Articoli per Albrigi Luigi Srl