Tracciabilità e Qualità delle Produzioni Agricole · Tracciabilità e Qualità delle Produzioni...
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Tracciabilità e Qualità delle Produzioni Agricole
Claudio Rossi
Dipartimento di Biotecnologie, Chimica e Farmacia-Università degli Studi di Siena
In Campo contro la Contraffazione
Siena 12 Gennaio 2018 – Santa Chiara Lab
Che cosa è la Tracciabilità?
- La capacità di seguire i movimenti di ogni prodotto nelle differenti fasi di produzione, di lavorazione e di distribuzione (EU) (Codex Alimentarius, WHO –FAO).
Geographical Origin
Tracciabilità
Tracciabilità
Origine
GeograficaCertificazione
Sicurezza
Alimentare
Legislazione
Sostenibilità
Vantaggi e
Competizione
Comunicazione
e Informazione
5
Sviluppo di nuove metodologie per lacaratterizzazione e certificazione diprodotti agroalimentari
Uso combinato di tecniche analitiche sperimentali e metodi di analisi statistica dei dati
Qualità e sicurezza di prodotti agroalimentari
Crescente interesse verso prodotti tipici genuini, sani, igienicamente sicuri, ovvero prodotti di qualità
Tracciabilità e Sicurezza
Metodi Sperimentali e Teorici
METODI BIOLOGICI
METODI CHIMICI
METODI MATEMATICI(Approccio Chemiometrico)
•Genomica•Proteomica
• Metabolomica• Spettroscopie IR, NMR, UV-vis • Spettrometrie TOF-SIMS, HPLC
•Spettrometria di Massa di Rapporti Isotopici (IRMS)
•Analisi delle Componenti Principali (PCA)• Cluster Analisi (CA)
olive DNA
sequencing
olive DNA
minisequencing
olive oil DNA
minisequencing
variety1 variety2
olive DNA
sequencing
olive DNA
minisequencing
olive oil DNA
minisequencing
variety1 variety2
Prodotto Alimentare
Estrazione delle
Biomolecole,
DNA e/o
Proteine
analisi
Identificazione degli
ingredienti
attraverso l’analisi di
specifici markers
GENOMICA
METODI CHIMICI SPERIMENTALI
Analisi Metabolomica
Metodi Spettroscopici
Metodi Spettrometrici
• Analisi di Risonanza Magnetica Nucleare • Analisi IR
• Analisi UV
• Gas Cromatografia• Gas Massa
• TOF SIMS• HPLC
Superficie di Silicio
Porzione di Campione da analizzare
Cannone Ionico a base di Cluster di Oro
Ioni Secondari
Analizzatore ionico
Camera a Vuoto
Analisi Tof-SIMS
11
Metodi Spettrometrici ToF-SIMS
La spettrometria di massa di ioni secondari è la spettrometria di ionisecondari emessi da una superficie quando ioni primari pulsati, labombardano.
Dalla superficie vengono emesseparticelle cariche e neutre.
Solo gli ioni secondari vengonoperò rivelati attraverso unospettrometro di massa infunzione del loro rapportomassa/carica.
Caratterizzazione Geografica e Varietale delle produzioni di Olive con l’uso del Tof-SIMS e
l’analisi Multivariata (PCA)
Identificazione delle cultivar: Moraiolo, Leccino and Correggiolo,
da tre differenti siti di produzione in Toscana l: Murlo, Trequanda and Follonica
Leccino Moraiolo Correggiolo
Follonica LF MF CF
Murlo LM MM CM
Trequanda LT MT CT
Campioni Analizzati
Caratterizzazione Geeografica e varietale delle Olive
M T
F
0 - 700 m/z Spettri ToF-SIMS di polpa di oliva
Physical Electronics, Inc.6509 Flying Cloud DriveEden Prairie, MN 55344
0 20 40 60 80Mass [m/z]
020000400006000080000
100000
Counts
170506 FRANTOIO_II_POLPA_10 MIN_P1_C.TDC + Ions 300µm 1142171 cts olive congelate; Frantoio campione II; polpa; punto 3
15 816967571
5529 39 43
27
100 150 200 250 300 350Mass [m/z]
010002000300040005000
Counts
170506 FRANTOIO_II_POLPA_10 MIN_P1_C.TDC + Ions 300µm 1142171 cts olive congelate; Frantoio campione II; polpa; punto 3
158 359171 239149 313135123
265339
400 420 440 460 480 500 520 540Mass [m/z]
050
100150200250
Counts
170506 FRANTOIO_II_POLPA_10 MIN_P1_C.TDC + Ions 300µm 1142171 cts olive congelate; Frantoio campione II; polpa; punto 3
529463 517 545423 477 491435 503407
560 580 600 620 640 660 680Mass [m/z]
02000400060008000
Counts
170506 FRANTOIO_II_POLPA_10 MIN_P1_C.TDC + Ions 300µm 1142171 cts olive congelate; Frantoio campione II; polpa; punto 3
578
Figure__
Analisi PCA di risultati TOF-SIMS
Regione Spettrale TOF SIMS della polpa dell’Olive 0 - 700 m/z
-8-7-6-5-4-3-2-1012345678910-10-9-8-7-6-5-4-3-2-101234567
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
PC
3
PC1
PC
2
Leccini Campriano
Leccini Follonica
Leccini Murlo
Trequanda
50-5-10
10
5
0
-5
first component
seco
nd c
om
ponent
28
27
26
25
24
23
22
21
2019
18
17
16
1514
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
32
1
Principal Components Score Plot
19
Campionamento
Orgosolo
SorasiS’al’immissa
ConcasBrunellaSas Murtas
Luoghi di campionamento
Stato colturale Maturazione
Sella & Mosca (SS) C (coltivato) A (avanzata)
Orgosolo C A
Sorasi S (spontaneo) I (iniziale)
S’al’immissa S I
Concas S I
Sas Murtas S I
Brunella S I
Sella & Mosca
Orgosolo
Alta Baronia
Condizioni sperimentali
• Strumento TRIFT III (Physical Electronics)
• Sorgente 69Ga+ (LMIG), 15keV
• Corrente ioni primari 600pA (standard, estratti), 2nA (bucce)
• Compensazione di carica (bucce)
• Area analizzata 100µm2 (standard, estratti), 200µm2 (bucce)
• Calibrazione spettri ioni positivi CH3+,C2H3
+, C3H5+, C7H7
+
• Calibrazione spettri ioni negativi CH-, OH-, C2H-
Campioni analizzati
STANDARD polvere su In
BACCHE estratti in EtOH su Si
BUCCE essiccate in stufa a 50°C
21
Orgosolo – bucce - ioni positivi
0 20 40 60 800
1000030000
5000070000
836715 71
5539 57292741
Co
un
ts
100
100 120 140 160 1800
50010001500
2000 109
*123
200
200 250 300 3500
20406080
* *341 369
*313
397
400
Mass [m/z]
400 500 600 7000
50100150200250
425453
800
I425/I453 ~ 1
22
ESTRATTI – IONI POSITIVI
Analisi Multivariata - PCA
Sassari
Orgosolo
Sorasi
S’al’immissa
Brunella
Concas
Sas Murtas
-0.2
-0.1
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
Lo
ad
ing
PC
1 (
84%
)
43
5755
2729
41
31 77 91 105 119 203527
397430
Due gruppi:
1) Brunella, Concas, S’al’immissa, Sas Murtas e Sorasi
2) Orgosolo e Sassari
23
ESTRATTI – IONI NEGATIVI
Sorasi Sas Murtas ConcasOrgosoloSassariBrunella S’al’immissa
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Lo
ad
ing
PC
1 (
84%
)
16:
17:
503:
45:25:
13:
Due gruppi:
1) Brunella, Concas, S’al’immissa, Sas Murtas e Sorasi
2) Orgosolo e Sassari
Raccolta, catalogazione e pretrattamento campioni
Campione Provenienza Varietà
1 Piana di Sibari Venus (Nettarina)
2 Piana di Sibari Nectaross (Nettarina)
4 Piana di Sibari RomeStar (Pesca)
8 Piana di Sibari ZeeLady (Pesca)
5 Piana di Metaponto Venus (Nettarina)
3 Piana di Metaponto Nectaross (Nettarina)
6 Piana di Metaponto RomeStar (Pesca)
9 Piana di Metaponto ZeeLady (Pesca)
7 Commerciale (Nettarina)
Nettarina Nectaross(Prunus Persica L. Batsch)
Nettarina Venus(Prunus Persica L. Batsch)
Pesca RomeStar(Prunus Persica L. Batsch)
Pesca ZeeLady(Prunus Persica L. Batsch)
0 50 100 1500
10000
20000
30000
40000
Counts
Mass [m/z]
10459 8595 18481
6929
55
43
39
160 180 200 220 240 260 280
Mass [m/z]
0
1000
2000
3000
4000
5000
Counts
159 287155 179 224166
184 m/z IonicFragm.
Description
24.3039.1040.0852.0054.9455.8558.6958.93179.06184.06287.15
////////C9H7O4
+
C5H14PO4N+
C15H11O6+
Mg2+
K+
Ca2+
Cr3+
Mn2+
Fe3+
Co2+
Ni2+
CianidinaFosfatidilcolinaCianidina
Total ions 10um 184m/z
10um179m/z
10um
287 m/z 10um
Analisi Tof-SIMSBuccia liofilizzata
0 50 100 150Massa [m/z]
0
5000
10000
15000
Counts
10991 1048595
8129
69
39
43 55
160 180 200 220 240 260 280Massa [m/z]
0
50
100
150
200
250
300
Counts
193189167 197
257171
159
265163179
184
Total ions 184m/z
179m/z 287 m/z10um
10um
10um10um
m/z Ionic Fragm. Description
24.3039.1040.0852.0054.9455.8558.6958.93163.00179.06180.20184.06265.00283.00
////////[C10H12O3 – OH]+
C9H7O4+
C10H12O3+
C5H14PO4N+
[C18H35O2 – OH]+
C18H35O2+
Mg2+
K+
Ca2+
Cr3+
Mn2+
Fe3+
Co2+
Ni2+
Alcol ConiferilicoCianidinaAlcol Coniferilico [MH+]FosfatidilcolinaAcido OleicoAcido Oleico [MH+]
Analisi Tof-SIMSBuccia del Seme
liofilizzata
Analisi 1H-NMR: sovrapposizione spettri
Saccarosio (GLC CH-1)
5.42 ppm
α-glucosio (CH-1)
5.23 ppm
α-xilosio (CH-1)
5.16 ppm5.04 ppm
8.30 ppm
20-2
2.5
1.5
0.5
-0.5
-1.5
first component
seco
ndco
mpo
nent
Principal Components Biplot
C7
C6
C5
C4
C3C2
C1
8
7
6
54
3
2
1
2.51.50.5-0.5-1.5-2.5-3.5
2
1
0
-1
-2
-3
first component
seco
ndco
mpo
nent
Principal Components Biplot
C8
C7
C6C5
C4
C3C2C1
8
7
6
5
4
32
1
86523741
0.00
33.33
66.67
100.00
Similarity
Observations
Dendrogram
8 9
Principal Component Analysis (PCA)
84175362
0.00
33.33
66.67
100.00
Similarity
Observations
Dendrogram
9 8
49.3% 51.9%
28.5
%
29.1
%
PS-N/N PM-RS/P PM-N/N PM-V/N PS-ZL/P PS-V/N PS-RS/P PM-ZL/P Observations
Buccia Buccia del Seme
PS-V/N PS-RS/P PS-ZL/P PM-N/N PS-N/N PM-V/N PM-RS/P PM-ZL/P Observations
2 6 3 5 8 1 4 9 1 4 8 3 2 5 6 9
Spettri NMRdi matrici vegetali
Quantitative
determination of
metabolites
Determinazione dell’Origine Botanica
del Miele
Analisi diFormaggi
ottenuti con latte
Determinatione Geografica di Formaggi
Asiago
Determination of the
geographic origin of
olive oli
Chestnut
Linden
Allevamento Alpina
Cow
Sheep
Goat
Erba medica
Gli Alimenti Funzionali
• Alimenti che forniscono effetti benefici per
la salute aldilà degli aspetti nutrizionali
Gli alimenti funzionali possono
essere:
• Cibi Interi• (Whole Food)
• Alimenti Arricchiti• (Enriched Food)
• Alimenti Fortificati • (Fortified Food)
• Alimenti Migliorati• (Enhanced Food)
Alimenti Arricchiti• Latte arricchito con Vit. D e K.
• Succhi di Frutta arricchiti con Vit. C
• Sale arricchito con Iodio.
Alimenti Fortificati• Gli Alimenti Fortificati:
• hanno nutrienti addizionati
che possono non essere
presenti nei prodotti originali.
• Esempio:
– Latte e Burro: vitamina A
– Succo di Arancio: Sali di calcio
– Cereali: vitamine e minerali.
Alimenti Migliorati
• Alimenti che hanno ingredienti addizionati che
non sono minerali, vitamine e/o sostanze
presenti nell’alimento.
• Eempio –
– Cioccolato, con antiossodanti del The, estratti di
peperoncino, estratti di menta etcc.
– Cereali con estratti di Psyllium (Plantago psyllium).
– Olio di Oliva con aggiunta di Luteina.
– Yogurth con fitosteroli.
– Pane con fitoestrogeni.
Antocianine
Carotenoidi
Sulfuri Allilici
Vitamine (C, B)
Licopene
Alimenti “Nutraceutici”
FLAVONOIDI
FLAVANONI
NARINGENINA ESPERETINA NARINGINA ESPERIDINA
ANTOCIANIDINE
FLAVONI
ISOFLAVONOIDI
FLAVONOLI
FLAVANOLI
APIGENINA
BAICALEINA
CHRYSIN
LUTEOLINA
NOBILETINA
TANGERETINA
WOGONINA
BAICALINA RUTINA
QUERCITRINA
MIRICETINA
KAEMPFEROLO
GALANGINA
FISETINA
QUERCETINA
Quercetina/Rutina
KaemferoloApigenina
Luteolina
mele, uva, pomodori, tè verde, patate, cipolle, broccoli, cavolo
di Brussels, zucca, cetrioli, lattuga, fagiolini, pesche,
more, lamponi, spinaci
sedano, broccoli, pepe verde, prezzemolo, timo, dente di leone,
perilla, camomilla, tè, carote, olio d’oliva, menta, rosmarino,
arance navel, origano
• Petunidina-3-O-glucoside• Petunidina-3-O-(6-p-coumaroil) glucoside• Petunidina-3-O-(6-p-acetil) glucoside• Petunidina-3-O-galactoside• Petunidina-3-rutinoside• Petunidina-3-rhamnoglucoside.
Petunidina Glicoside
Le forme glicosilate della Petunidina sono presenti nelle bacche di uva
O-C6H11O5isO-b-D-Glucopyranose
Hydroxytyrosol
Tyrosol
PINORESINOL
OLEOCHANTAL
OLIVE OIL
POMODORO
LICOPENE
Il licopene è un antiossidante
naturale della famiglia dei
carotenoidi, presente in elevate
concentrazioni nel pomodoro
maturo e in misura minore nel
cocomero, albicocca, uva e
papaia.
POLIFENOLI
(presenti anche nella soia)
Ostacolano l’azione
di IGF1
POMODORO
TOMATINA
Una molecola di grande importanza,antimicotico, antibatterico, antivirale,antitumorale, antiinfiammatorio, ipotensiva