Green Disinfestation Strategies for Different Stored Grains: Microwave, Infrared and Ultrasound Inactivation of the Red Flour Beetle (Tribolium castaneum Herbst)

Ogni anno, un ladro silenzioso ruba dalle scorte alimentari del mondo. Molto prima che un chicco di grano o una lenticchia raggiunga una cucina, esso è vulnerabile agli insetti che vivono e si riproducono all'interno dei raccolti conservati. Tra questi parassiti, i più persistenti è il tribolio della farina rossa, un piccolo insetto che prospera nei magazzini e nei silos, consumando il grano e lasciando dietro di sé scarti che rovinano il gusto, l'odore e la sicurezza del cibo. Per decenni, la difesa standard contro questi parassiti è stata la fumigazione chimica, un processo che riempie le aree di stoccaggio con gas tossici per uccidere gli insetti. Tuttavia, questo approccio sta diventando meno praticabile. Molte popolazioni di insetti hanno sviluppato resistenza a queste sostanze chimiche e i residui lasciati dietro pongono rischi per la salute umana e il commercio internazionale. Mentre il mondo cerca modi più sicuri e puliti per proteggere il cibo, gli scienziati si stanno rivolgendo alle forze fisiche — il calore e il suono — per svolgere il compito senza veleni.

In uno studio recente, i ricercatori si sono posti l'obiettivo di testare tre metodi fisici specifici contro il tribolio della farina rossa su cinque diversi tipi di cereali conservati: grano, bulgur, grano saraceno, lenticchie e ceci. Il team, basato presso l'Università di Gaziantep, voleva vedere se fosse possibile uccidere i coleotteri utilizzando microonde, luce infrarossa e ultrasuoni, mantenendo al contempo il grano sicuro da mangiare. Non si sono limitati a osservare se gli insetti morivano; hanno misurato attentamente come questi trattamenti cambiassero l'umidità, il colore e la temperatura del grano. L'obiettivo era trovare un equilibrio in cui il parassita venisse eliminato, ma il cibo rimanesse di alta qualità.

Il primo metodo testato è stato quello delle microonde. Questa tecnologia funziona facendo vibrare rapidamente le molecole d'acqua all'interno del chicco e dell'insetto, generando calore dall'interno verso l'esterno. I ricercatori hanno esposto campioni di grano contenenti coleotteri a diversi livelli di potenza, che variavano da 360 a 900 watt, per brevi impulsi di tempo compresi tra 10 e 40 secondi. I risultati sono stati sorprendentemente rapidi. Alle impostazioni di potenza più elevate, i coleotteri morivano completamente entro 30 o 40 secondi. Il calore generato era intenso, facendo aumentare la temperatura del grano fino a 90 gradi Celsius in alcuni casi. Sebbene questo riscaldamento rapido fosse altamente efficace nell'uccidere gli insetti, causava anche una perdita di umidità del grano. I ricercatori hanno scoperto che più lungo era l'esposizione e maggiore era la potenza, più il grano diventava secco. Nonostante questo effetto di essiccazione, l'aspetto visivo del grano cambiava molto poco, suggerendo che il cibo sarebbe stato ancora accettabile per i consumatori.

Il secondo approccio prevedeva la radiazione infrarossa, che riscalda la superficie degli oggetti molto più come il sole riscalda la pelle. In questa parte dello studio, i campioni di grano sono stati posti sotto un riscaldatore a infrarossi ed esposti a temperature di 50, 70 e 90 gradi Celsius per periodi compresi tra tre e cinque minuti. A differenza delle microonde, che riscaldano l'interno del chicco rapidamente, il metodo a infrarossi riscaldava la superficie in modo più graduale. I coleotteri morivano a un ritmo che dipendeva fortemente dalla temperatura e dalla durata dell'esposizione. A 90 gradi Celsius, gli insetti venivano completamente eliminati dopo circa quattro minuti. Anche questo metodo ha asciugato il grano, ma i ricercatori hanno osservato che il colore del cibo rimaneva notevolmente stabile. I chicchi non diventavano marroni né sembravano bruciati, anche dopo la morte dei coleotteri. Ciò suggerisce che il riscaldamento a infrarossi potrebbe essere un modo delicato per disinfestare i cereali sensibili ai cambiamenti di aspetto.

Il terzo metodo era quello degli ultrasuoni, che utilizza onde sonore ad alta frequenza per creare stress meccanico e minuscole bolle che possono danneggiare le cellule viventi. I ricercatori hanno posto il grano e i coleotteri in sacchetti con chiusura a zip, che sono stati poi immersi in un bagno a ultrasuoni a temperature di 50, 70 e 90 gradi Celsius. Questo processo è stato molto più lungo degli altri due metodi, richiedendo tempi di esposizione compresi tra 10 e 30 minuti. Alla temperatura più bassa di 50 gradi, l'ultrasuono da solo non era sufficiente a uccidere i coleotteri, anche dopo un lungo periodo. Tuttavia, quando la temperatura veniva portata a 70 o 90 gradi, la combinazione di suono e calore diventava letale, uccidendo tutti gli insetti entro 20 o 30 minuti. Il vantaggio di questo metodo era che causava il minor cambiamento al grano stesso. Il contenuto di umidità e il colore dei chicchi trattati sono rimasti molto vicini al loro stato originale, rendendolo un'opzione promettente per preservare la qualità del cibo, a condizione che il processo possa essere reso veloce per l'uso su larga scala.

Un risultato chiave dello studio è stato che non tutti i cereali reagiscono allo stesso modo a questi trattamenti. La struttura fisica del chicco è importante. Chicchi più piccoli e leggeri come il grano saraceno e le lenticchie assorbivano l'energia dalle microonde e dai riscaldatori a infrarossi in modo più efficiente, portando a un riscaldamento più rapido e a una morte più veloce degli insetti. Al contrario, chicchi più densi come il grano e i ceci richiedevano tempi di esposizione più lunghi per raggiungere le stesse temperature letali. Questa differenza evidenzia che un'impostazione singola non può funzionare per ogni tipo di alimento; il trattamento deve essere personalizzato in base al tipo specifico di cereale che si sta proteggendo.

I ricercatori hanno anche analizzato la relazione tra le condizioni di trattamento e il risultato. Hanno scoperto che, sia per le microonde che per il calore a infrarossi, la temperatura raggiunta e la durata dell'esposizione erano i fattori più critici per uccidere i coleotteri. C'era un chiaro legame tra quanto il grano si scaldava e quanti insetti morivano. Lo studio ha anche confermato che, sebbene questi metodi fisici siano efficaci, essi alterano leggermente il grano. Le microonde e il calore a infrarossi riducono entrambi il contenuto di umidità, il che potrebbe influenzare il modo in cui il grano viene conservato o lavorato in seguito. Tuttavia, le variazioni di colore sono state minime in tutti i metodi, il che significa che il cibo non apparirebbe deteriorato o poco attraente.

In definitiva, lo studio dimostra che è possibile eliminare il tribolio della farina rossa senza l'uso di veleni chimici. Ognuno dei tre metodi testati offre un diverso insieme di compromessi. Le microonde sono le più veloci, uccidendo gli insetti in pochi secondi ma rischiando un'essiccazione rapida. Il calore a infrarossi fornisce un riscaldamento più uniforme che preserva l'aspetto del grano, ma richiede alcuni minuti di esposizione. Gli ultrasuoni sono i più delicati sulla qualità del grano, ma richiedono più tempo e temperature elevate per essere efficaci. I ricercatori concludono che queste tecnologie sono alternative praticabili alla fumigazione chimica, ma il loro successo dipende dal regolare attentamente le impostazioni per ogni specifico tipo di cereale. Abbinando la giusta forza fisica al giusto alimento, potrebbe essere possibile mettere in sicurezza le scorte di cereali mondiali contro i parassiti, mantenendo il cibo sicuro, pulito e privo di residui chimici.