Tracciabilità e Qualità delle Produzioni Agricole

Claudio Rossi

Dipartimento di Biotecnologie, Chimica e Farmacia-Università degli Studi di Siena

claudio.rossi@unisi.it

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

Tracciabilità

Origine

Geografica

Certificazione

Sicurezza

Alimentare

Sostenibilità

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

Metodi Spettroscopici per la Metabolomica

Composti

Specifici

Classi di

Componenti

Metabolici

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.

12

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

18

Caratterizzazione ToF-SIMS di bacche di Myrtus communis L.

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 Polpa estratto idroalcolico

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

https://www.google.it/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&ved=0CAcQjRw&url=http%3A%2F%2Fwww.jtbpd.com%2Finformation.php%3Finformation_id%3D1%26xcSID%3D1fg32tb7mnvck5n57kpu0aegg0&ei=7FVfVeiDI-LIyAPh74HIDA&bvm=bv.93990622,d.bGQ&psig=AFQjCNG7iK65hAqkmiP1x9IRAxhVqi_8dw&ust=1432397676947450

• 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

http://drjockers.com/prevent-cancer-with-anthocyanins/

CAROTENOIDI(Terpenoidi)

OLIVE TREE

Phenolic and Secoiridoids compounds

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

Grazie per la Vostra Attenzione