کشاورزی برای فارماسوتیکال: فرآیند هیدروپونیک نوین در محیط کنترل‌شده برای تولید کارآمد زعفران با کیفیت دارویی

کشت بدون خاک زعفران (Crocus sativus) در محیط کنترل‌شده، جایگزین جالبی برای کشت میدانی است تا محصولی استاندارد با کیفیت بالا به دست آید و بازده بهینه شود. به ویژه، زعفران با کیفیت دارویی برای کاربردهای درمانی این ادویه اساسی است، که اثربخشی آن در درمان بیماری‌های ماکولار مانند دژنراسیون ماکولای وابسته به سن (AMD) اثبات شده است. در این کار، یک سیستم کشت هیدروپونیک توسعه یافت که به طور خاص برای نیازهای گیاه C. sativus طراحی شده است. دستورالعمل‌های کشت مختلفی، متفاوت در طیف و شدت نورپردازی، دما، فتوپریود و آبیاری، برای مطالعه تأثیر آن‌ها بر تولید زعفران اتخاذ شد. آزمایش شامل کشت کورم‌ها از دو سال مزرعه متوالی بود تا شرایط بهینه را شناسایی و اعتبارسنجی کند، هم از نظر بازده کمی و هم انباشت متابولیت‌های زیست‌فعال، با اشاره خاص به کروسین‌ها و پیکروکروسین، که کیفیت ‘دارویی’ زعفران را تعریف می‌کنند. از طریق تحلیل HPLC و کروماتوگرافی، پارامترهای کشت مناسب برای تولید زعفران با خواص نوروپروتکتیو شناسایی شد، که با مقایسه با استاندارد ISO و روش REPRON ® ارزیابی گردید. علاوه بر این، توصیف بیوشیمیایی از طریق تحلیل‌های NMR و طیف‌سنجی جرمی با وضوح بالا از عصاره‌های زعفران تکمیل شد. کل چارچوب آزمایشی اجازه داد تا پروتکل بهینه‌ای برای تولید زعفران با کیفیت دارویی برقرار شود، که تا ۳.۲ گرم بر متر مربع برداشت را امکان‌پذیر می‌سازد (یعنی بیش از سه برابر تولید میدانی در شرایط بهینه)، که با استانداردهای ترکیب برای درمان AMD مطابقت دارد.

Soilless cultivation of saffron (Crocus sativus) in a controlled environment represents an interesting alternative to field cultivation, in order to obtain a standardized high-quality product and to optimize yields. In particular, pharma-grade saffron is fundamental for therapeutic applications of this spice, whose efficacy has been demonstrated in the treatment of macular diseases, such as Age-related Macular Degeneration (AMD). In this work, a hydroponic cultivation system was developed, specifically designed to meet the needs of C. sativus plant. Various cultivation recipes, different in spectrum and intensity of lighting, temperature, photoperiod and irrigation, have been adopted to study their effect on saffron production. The experimentation involved the cultivation of corms from two subsequent farm years, to identify and validate the optimal conditions, both in terms of quantitative yield and as accumulation of bioactive metabolites, with particular reference to crocins and picrocrocin, which define the ‘pharma-grade’ quality of saffron. Through HPLC analysis and chromatography it was possible to identify the cultivation parameters suitable for the production of saffron with neuroprotective properties, evaluated by comparison with an ISO standard and the REPRON ® procedure. Furthermore, the biochemical characterization was completed through NMR and high-resolution mass spectrometry analyses of saffron extracts. The whole experimental framework allowed to establish an optimized protocol to produce pharma-grade saffron, allowing up to 3.2 g/m² harvest (i.e., more than three times higher than field production in optimal conditions), which meets the standards of composition for the therapy of AMD.