Design of an automatic machine for saffron stigmas separation

The aim of this thesis work is to find an automatic solution that is able to harvest the saffron flower and to separate its stigmas from the other elements. Saffron harvesting is a very ancient practice since proofs of the use of this spice date back to 2300 BC in the Mediterranean countries. It was in the past and it is also now the most expensive spice in the World and its cost is around 3.000 €/kg if Middle East countries are considered, because they can count on a very cheap manpower. On the other hand, moving to countries like Italy, the price can raise up to 30.000 €/kg, but the quality is also higher. Such pricing makes saffron spice even more expensive than gold sometimes, that’s why it’s commonly referred to as “red gold.” But thinking that 250.000 flowers and 600 working hours are needed to obtain just 1 kg of dry product, maybe the high cost is justified. Considering the softness of the flowers and of their stigmas, saffron harvesting is carried out completely manually, concentrating the workforce just in the 10 autumn days (20 for the Sardinia) in which the flower blossoms. From that, the will to develop an automatic system that does not need any human help but in the same time guarantees to pick stigmas up without damaging the flower. This thesis proposal is the design of a CAD-based plant, able to receive saffron flowers, separate the leaves, straighten them up for later picking and cutting them at the base of the petals. Doing so, the corolla elements are divided from the stem and are then sucked by an aspiration system, that is able to separate stigmas from the remaining elements thanks to a vacuum pressure accurately tuned. Among all the elements of the industrial plant, the only picking-and-cutting tool has been realized and tested, with the goal of identifying any weak points and to be also an inspiration for future developments.

L’obiettivo di questo progetto di tesi è trovare una soluzione automatizzata in grado raccogliere il fiore di zafferano e dividerne i pistilli dagli altri elementi. La raccolta della zafferano è una pratica molto antica dato che prove dell’utilizzo di questa spezia risalgono al 2300 a.C. nei paesi del Mediterraneo. Era ed è tutt’oggi la spezia più cara al mondo, basti pensare che il suo prezzo si aggira intorno ai 3.000 €/kg se si considerano i paesi del Medio Oriente, che possono vantare una manodopera a basso costo, ma sale fino ai 30.000 €/kg in paesi come l’Italia, in cui anche la qualità è di gran lunga maggiore. In diverse epoche il suo valore ha superato anche quell’oro, bene rifugio per eccellenza, tant’è che veniva spesso chiamata “oro rosso”. Ma se si pensa che 250.000 fiori e 600 ore lavorative sono necessarie per ottenere un solo kg di prodotto essicato, allora forse il suo prezzo pare più che giustificato. Considerando l’estrema delicatezza del fiore e dei suoi pistilli, la raccolta dello zafferano viene svolta in maniera totalmente manuale, concentrando la forza lavoro nei soli 10 giorni di autunno (20 per la sola Sardegna) in cui il fiore sboccia in tutta la sua bellezza. Da qui la volontà di sviluppare un sistema automatico che non necessiti di intervento umano e che allo stesso tempo sia in grado di recuperare i preziosi pistilli senza danneggiare il fiore. La proposta di questa tesi è la progettazione di un impianto su base CAD, che sia in grado di accogliere i fiori di zafferano, separarne le foglie, raddrizzarlo per poi prenderlo e tagliarlo alla base dei petali. Così facendo, gli elementi che compongono la corolla vengono separati dallo stelo per poi essere risucchiati da un sistema di aspirazione che, grazie ad una pressione accuratamente calibrata, è in grado di dividere i pistilli dai restanti componenti. Di tutto l’impianto è stata realizzata e testata la sola pinza che afferra e poi taglia il fiore, con l’intento di identificare gli eventuali punti deboli ed essere da spunto per ulteriori sviluppi futuri.