Come l’IA potrebbe trasformare l’estrazione di preziosi composti vegetali

Il primo medicinale conosciuto dall’uomo erano le piante con composti attivi che aiutano ad alleviare il dolore, ridurre la febbre, combattere le malattie, ecc. Fino ad oggi, la farmacobotanica è un campo molto importante della medicina moderna, e molecole rare vengono regolarmente trovate in piante comuni e meno comuni per sviluppare nuove terapie.

Un problema è che questi composti possono essere medicinalmente potenti ma sono presenti in piccole quantità nella pianta, oppure la pianta è difficile da coltivare. In entrambi i casi, ciò significa che il medicinale risultante può essere molto costoso, soprattutto quando non esiste un modo praticabile per sintetizzare chimicamente il composto di interesse.

Pertanto, qualsiasi miglioramento che ottimizza l’estrazione di molecole attive dalle piante può avere enormi implicazioni economiche e mediche.

Un team di ricercatori iraniani dell’Islamic Azad University, della Tarbiat Modares University e dell’Isfahan University of Technology ha utilizzato l’IA per ottimizzare l’estrazione di composti preziosi con CO₂ supercritico. Hanno pubblicato i loro risultati su CO2 Utilization¹, con il titolo “Intensificazione sostenibile del processo basata su CO₂ per l’estrazione dell’olio essenziale di Nepeta crispa mediante CO₂ supercritico assistito da ultrasuoni: Ottimizzazione e modellazione di machine learning”.

Estrazione della Farmacopea Vegetale

Una vasta gamma di erbe e piante aromatiche, grazie alle loro proprietà e benefici preziosi, attribuiti in gran parte ai loro oli essenziali, ha trovato ampie applicazioni nei settori farmaceutico, alimentare, cosmetico, della verniciatura e chimico. Gli oli essenziali sono costituenti volatili composti da miscele chimiche complesse contenenti vari tipi di molecole.

Le tecniche tradizionali per l’estrazione degli oli essenziali da materiali vegetali, come l’idrodistillazione, la distillazione a vapore e l’estrazione basata su solventi organici, presentano diverse limitazioni intrinseche:

• Potenziale contaminazione dei prodotti estratti derivante dall’uso di solventi organici.
• La necessità di rimuovere successivamente il solvente.
• Tossicità e infiammabilità del solvente.
• Alti costi operativi e un notevole consumo energetico per ottenere rese accettabili

Negli ultimi anni, l’estrazione assistita da ultrasuoni (UAE) ha attirato molta attenzione per i suoi risultati superiori (rese, utilizzo di solventi, velocità) grazie alla cavitazione acustica, che rompe le pareti cellulari delle piante e facilita il rilascio di composti bioattivi e oli essenziali.

Nel frattempo, i fluidi supercritici (SCF), con particolare attenzione al diossido di carbonio supercritico (SC-CO₂), sono stati sempre più riconosciuti come un’alternativa efficace ai mezzi di estrazione convenzionali.

Un fluido supercritico è una sostanza chimica pressurizzata oltre un punto in cui le fasi liquide e gassose distinte scompaiono. Quindi è tecnicamente un gas, ma si comporta principalmente come un liquido.

Tra i vantaggi del CO₂ vi sono la non esplosività, la non tossicità, il basso costo, la non infiammabilità e la non corrosività. Inoltre preserva l’integrità naturale dei composti bioattivi e può offrire alta selettività nell’estrazione grazie al controllo preciso di pressione e temperatura.

Ottimizzazione dell’estrazione basata su CO₂ supercritico

L’efficienza reale dell’estrazione con CO₂ supercritico dipende da una vasta gamma di fattori, tra cui pressione, tempo di estrazione, volume del co-solvente, temperatura, dimensione delle particelle e portata del CO₂. Pertanto, trovare la configurazione ideale per un determinato composto in una specifica pianta può essere piuttosto difficile e, finora, è stato tanto un’arte quanto una scienza.

I modelli statistici e matematici possono aiutare, ma sono complessi da progettare nella pratica.

Per ottimizzare tale metodo, i ricercatori hanno utilizzato un algoritmo di apprendimento automatico chiamato ANFIS (Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System) e l’algoritmo Particle Swarm Optimization (PSO).

Perfezionare l’estrazione con CO₂ e IA

Selezione delle piante e test

La Nepeta crispa è stata la pianta scelta come test dai ricercatori. Diverse specie di Nepeta possiedono un ampio spettro di attività biologiche, come effetti antibatterici, antivirali e antifungini. Nella medicina tradizionale, N. crispa è stata utilizzata come rimedio antitussivo, antispastico, diuretico, diaphoretico, anti-asmatico, emmenagogo e sedativo.

Fonte: WorldPlant

I ricercatori confrontano l’estrazione dei composti attivi da questa pianta con 3 metodi diversi:

• SC-CO₂ in condizioni ottimali
• Idrodistillazione
• Estrazione assistita da ultrasuoni

Sono stati identificati 19 composti chimici, che costituiscono il 97-99% del totale degli oli essenziali estratti, con il CO₂ supercritico come metodo più produttivo, con un rendimento di estrazione quasi perfetto. La composizione complessiva e il profilo qualitativo degli oli essenziali erano comparabili tra tutte le tecniche.

Fonte: CO2 Utilization

Costruzione e test del modello IA

Varie configurazioni che coinvolgono diversi tipi e numeri di variabili di input (temperatura, pressione, portata massica e volume del co-solvente), con ANFIS che utilizza backpropagation e algoritmi ibridi per ottimizzare i sistemi neuro-fuzzy.

Fonte: CO2 Utilization

Nel complesso, la temperatura non ha influito molto sull’estrazione, mentre pressione e portata del CO₂ erano più importanti, e l’aggiunta di un co-solvente (etanolo) era anch’essa importante.

Per verificare se il modello di previsione dell’estrazione con CO₂ supercritico fosse accurato, gli scienziati lo hanno testato contro molteplici esperimenti. La previsione del rendimento di estrazione, in ogni caso, corrispondeva quasi perfettamente ai risultati sperimentali.

Le condizioni operative ottimali per il processo sono risultate essere una pressione di 34 MPa, una temperatura di 112 °F / 44,8 °C, una portata massica di 1,1 g/min e un volume di co-solvente di 370 µL.

Il futuro dell’utilizzo delle risorse

Questo studio è uno tra i numerosi esempi di come anche sistemi IA relativamente semplici possano essere impiegati in applicazioni di nicchia con importanti implicazioni. Ad esempio, in questo caso, l’ottimizzazione dell’estrazione di molecole medicinali dalle piante, potenzialmente portando a terapie nuove o più economiche, riducendo al contempo l’impatto ecologico dell’estrazione delle risorse mediante l’uso di risorse rinnovabili e non inquinanti.

Man mano che questi sistemi si espandono, i benefici economici potrebbero estendersi oltre l’estrazione botanica stessa, creando opportunità per i fornitori di gas industriali, le aziende di ingegneria di processo, i fornitori di automazione e le società IA che aiutano i produttori a ridurre i costi e migliorare la produttività.

Il CO₂ supercritico è destinato a essere sempre più utilizzato, ad esempio il rivoluzionario test della turbina a CO₂ supercritico “Chaotan One” in Cina, che sostituisce il tradizionale vapore supercritico con CO₂ per migliorare radicalmente la produzione energetica della turbina.

Investire nelle applicazioni industriali del CO₂

Linde Plc

Linde è una delle più grandi aziende di gas industriali al mondo, insieme a concorrenti come Air Products and Chemicals (APD ) (segui il link per il nostro rapporto su quella azienda), con vendite fino a 34 miliardi di dollari nel 2025. È stata fondata in Germania nel 1879 e si è fusa con un altro gigante del settore, Praxair, nel 2018.

Oggi, Linde è attiva nella produzione sia di gas puri estratti dall’atmosfera, inclusi gas rari, sia di gas prodotti da industrie come LNG (elio), idrocarburi (etilene, propano, CO, CO₂), oltre alla produzione di idrogeno.

Fonte: Linde

Le vendite sono dominate geograficamente dalle Americhe (45% delle vendite) e dalla regione EMEA (25%). Poiché quasi tutti i processi industriali richiedono questi gas, la base clienti di Linde è molto diversificata, con le principali industrie servite che sono chimica e energia (21% delle vendite), manifattura (21%), sanità (17%) e estrazione mineraria (13%).

A seconda del gas e del cliente, Linde produce direttamente sul sito industriale utilizzando questi gas o in impianti centralizzati per poi trasportarli all’utente finale.

Fonte: Linde

I gas industriali sono un settore in cui la scala rappresenta un vantaggio competitivo duraturo, poiché aiuta l’azienda a consolidare una reputazione di affidabilità (consegne rapide, fornitura reattiva) e a ridurre i costi di capitale e le spese di R&S grazie a un volume di produzione più ampio e a una rete di distribuzione estesa.

Sia l’idrogeno verde che la cattura del carbonio rappresentano opportunità di crescita per l’azienda superiori al semplice aumento della produzione industriale globale, poiché le offrono nuovi ambiti in cui espandersi nel settore energetico.

Fonte: Linde

Ultime notizie e sviluppi sulle azioni Linde (LIN)

Studio citato

^{1. Mitra Amani, Nedasadat Saadati Ardestani, Seyyed Mohammad Ghoreishi. Intensificazione sostenibile del processo basata su CO₂ per l’estrazione dell’olio essenziale di Nepeta crispa mediante CO₂ supercritico assistito da ultrasuoni: Ottimizzazione e modellazione di machine learningg. CO2 Utilization. 10 luglio 2026. Articolo: 103519. Volume: Volume 110. 10.1016/j.jcou.2026.103519}