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Aniello Anastasio » 14.Diagnostica analitica degli alimenti


Il laboratorio nell’analisi degli alimenti

La ricerca nel campo della laboratoristica sta sviluppando sistemi analitici sempre più efficienti ed affidabili nel campo del controllo degli alimenti.

Nell’ultimo ventennio questo settore è andato incontro a un radicale cambiamento specialmente per quanto concerne finalità e tecniche analitiche utilizzate: da un controllo prevalentemente indirizzato all’accertamento di incongruità macroscopicamente rilevabili delle materie prime siamo passati a un sistematico controllo dei substrati alimentari in tutte le fasi della filiera.

Laboratorio universitario di ricerca sul pescato presso il Mercato Ittico all’Ingrosso di Pozzuoli (NA), istituito nel 2007.

Laboratorio universitario di ricerca sul pescato presso il Mercato Ittico all'Ingrosso di Pozzuoli (NA), istituito nel 2007.


Analisi sensoriale – QIM TEST

L’analisi sensoriale è una disciplina scientifica che consiste nella valutazione delle caratteristiche di un alimento attraverso gli organi di senso.
È sempre più richiesto dall’industria alimentare l’impiego di un gruppo di assaggiatori (panel) che sia in grado di descrivere oggettivamente le caratteristiche organolettiche e le modificazioni che esse subiscono durante la conservazione.

QIM TEST

Nel 1985 i ricercatori del Tasmanian Food Research Unit propongono un metodo descrittivo, veloce e semplice per determinare le caratteristiche di freschezza: il Quality Index Method. Il QIM è un metodo sistematico e affidabile per valutare la freschezza e la qualità del pesce. Infatti è in grado di valutare quei parametri sensoriali che cambiano significativamente in ogni specie durante la conservazione.

Ad ogni attributo è assegnato un punteggio di demerito (0-3) il cui valore è direttamente proporzionale alla sua influenza nel processo di deterioramento della specie in esame. Il valore minimo (0) rappresenta il miglior punteggio corrispondente ad un prodotto fresco.

Analisi visiva delle branchie di un nasello.

Analisi visiva delle branchie di un nasello.

Grafico radar di un’analisi QIM.

Grafico radar di un'analisi QIM.


Analisi reologica – TEXTURE

La texture è un insieme di proprietà fisiche, che derivano dalla struttura dell’alimento, ed è legata alle sue proprietà meccaniche e reologiche. L’analisi del profilo della texture (TPA) individua la texture come una proprietà multifattoriale e ne classifica alcune sue caratteristiche. Il metodo si basa sulla simulazione di una masticazione allo scopo di ottenere un determinato numero di parametri caratteristici dell’azione della mascella su un alimento. Definisce il comportamento di due compressioni uniassiali successive separate da un tempo di rilassamento.
Come risultato si ottiene una curva della forza applicata in funzione del tempo, la quale è utilizzata per definire più parametri di texture dell’alimento testato.

I parametri ottenuti da questa curva sono nove: friabilità, durezza, adesività, coesione, elasticità, conhesion, resilienza, masticabilità e gommosità.

Texturometro. Figura 1
Grafico dell’andamento di un’analisi reologica. Figura 2
Grafico della simulazione della masticazione. Figura 3

Analisi centesimale

La definizione analitica della composizione chimico-bromatologica di un prodotto alimentare, rappresenta certamente una problematica di particolare complessità se si tiene conto della possibile influenza esercitata sui diversi componenti presenti nel prodotto dai processi tecnologici di trasformazione.

L’analisi centesimale di un alimento consiste nella caratterizzazione del suo contenuto proteico, glucidico, lipidico e del contenuto in umidità e ceneri espresso in percentuale.
Accanto a queste determinazioni che comunque rivestono un’importanza notevole per esempio al fine di garantire la rispondenza con quanto dichiarato in etichetta (esempio percentuale in grasso del latte di alta qualità; tenore in umidità su di un prosciutto cotto scelto di alta qualità) possono essere svolte analisi più approfondite utilizzando tecniche più complesse (es. cromatografiche) tese ad evidenziare la composizione più intima di un alimento (profilo amminoacidico, profilo lipidico ecc.).

Fasi di laboratorio per l’estrazione della matrice grassa alimentare.

Fasi di laboratorio per l'estrazione della matrice grassa alimentare.


Analisi residuale

Accanto ai componenti normalmente presenti in un alimento si deve anche prevedere la possibilità della presenza di sostanze xenobiotiche di diversa origine, sia accidentale che volontariamente aggiunte.
L’analisi residuale che sfrutta prevalentemente tecniche cromatografiche e immunochimiche mira quindi all’evidenziazione di farmaci progenitori o metaboliti (es. rispetto dei limiti massimi residual), di contaminanti ambientali (metalli pesanti), contaminanti ambientali e/o tecnologici (idrocarburi policiclici aromatici).

Fasi di laboratorio per l’analisi reisduale degli alimenti.

Fasi di laboratorio per l'analisi reisduale degli alimenti.


Tecniche immunochimiche

L’immunochimica è la scienza che studia le reazioni tipiche del sistema immunitario, come quella tra antigene e anticorpo. Negli ultimi 15-20 anni abbiamo assistito ad una crescita considerevole dell’utilizzo dei metodi immunochimici, già ampiamente utilizzati nei laboratori clinici, per l’analisi degli alimenti.
I metodi analitici che sfruttano il potere discriminante degli anticorpi sono particolarmente utili nella determinazione di componenti e contaminanti sia di piccole dimensioni, come antimicrobici, micotossine pesticidi e anabolizzanti, che ad elevato peso molecolare come tossine batteriche, ormoni peptidici, proteine allergeniche o derivanti da OGM, generalmente presenti in piccole quantità.

I metodi immunochimici più utilizzati nel settore alimentare sono:

  • ELISA (Enzime Linked Immuno-Sorbant Assay);
  • Test di agglutinazione;
  • Immunodiffusione.

Tecniche cromatografiche

Le tecniche cromatografiche comprendono tutte quelle tecniche di separazione di molecole strutturalmente differenti che vengono ripartite tra due fasi immiscibili, le quali sono caratterizzate da uno stato fisico liquido, solido o anche gassoso. Una delle due fasi è definita stazionaria in quanto resa immobile nel processo di separazione, l’altra fase è definita mobile in quanto rappresenta il solvente che fluisce lungo il sistema cromatografico interagendo con la fase stazionaria.

Gas cromatografia (GC): la fase mobile è costituita da gas inerti come elio o idrogeno che trasportano le molecole lungo la fase stazionaria (colonna), utilizzata per l’analisi di sostanze organiche volatili e semivolatili e non polari e semi polari. Un esempio dell’applicazione di un sistema CG è la caratterizzazione degli acidi grassi volatili in frazioni lipidiche di matrici alimentari.

Cromatografia liquida (HPLC): la fase mobile è costituita da solventi liquidi (es.acetonitrile). Potenzialmente applicabile alla ricerca di tutte le molecole organiche viene di preferenza utilizzata alla ricerca di molecole polari termolabili e non volatili. Un esempio la ricerca di idrocarburi policiclici aromatici (IPA) o ammine biogene (istamina).

Sistemi per l’analisi cromatografica negli alimenti.

Sistemi per l'analisi cromatografica negli alimenti.

Esempio di grafico dell’andamento di un’analisi cromatografica.

Esempio di grafico dell'andamento di un'analisi cromatografica.


Tecniche elettroforetiche

L’elettroforesi è un processo elettrocinetico nel quale molecole e particelle cariche, in soluzione acquosa, sotto l’influenza di un campo elettrico, migrano in direzione del polo che ha carica opposta.
In campo biologico sono molte le molecole che possiedono gruppi ionizzabili (come aminoacidi, proteine e acidi nucleici) e quindi, a ogni valore di pH, sono presenti in soluzione come specie elettricamente cariche.

Tra le tecniche più utilizzate nel campo del controllo alimentare ci sono:

  • SDS PAGE: utilizzata (per esempio) nel caratterizzare le caseine e le lattoglobuline del latte di varie specie.
  • WESTERN BLOT: applicazione molto nota è il test di screening per l’encefalopatia spongiforme bovina (BSE).
Fasi di laboratorio per l’analisi elettroforetica.

Fasi di laboratorio per l'analisi elettroforetica.

Corsa elettroforetica.

Corsa elettroforetica.


Tecniche di analisi degli acidi nucleici

Lo studio e l’analisi del DNA genomico e mitocondriale è il metodo più diretto per l’identificazione di specie, soprattutto allo scopo di verificare la corretta applicazione di sistemi di tracciabilità dei prodotti alimentari.

Il DNA, infatti, è un substrato estremamente specie-specifico, molto resistente ai trattamenti termici, alla stagionatura e ad altri interventi tecnologici ai quali un prodotto alimentare può essere sottoposto.
La tecnica che prevede l’analisi del DNA è conosciuta con l’acronimo PCR.
Questa tecnica è stata ampiamente descritta nel corso al cui modulo appartiene anche questo insegnamento.

Corsa elettroforetica su gel d’agarosio.

Corsa elettroforetica su gel d'agarosio.


Biosensori

Generalmente i metodi convenzionali per il controllo della presenza degli xenobiotici in alimenti prevedono l’utilizzo di tecniche sofisticate che richiedono operatori specializzati tempi lunghi di analisi e costi elevati come l’HPLC.
Negli ultimi anni la ricerca sta focalizzando la propria attenzione sullo sviluppo di sistemi innovativi che possano essere utilizzati anche da personale non specializzato che abbiano ovviamente dei bassi costi di produzione e che diano una risposta quantitativa e veloce. Questi strumenti sono i biosensori.

Un biosensore è un dispositivo analitico molto versatile che può essere utilizzato in svariati campi, dal monitoraggio degli inquinanti atmosferici al controllo della qualità degli alimenti, alla ricerca di residui di xenobiotici negli alimenti, grazie alla sua elevatà sensibilità e specificità di riconoscimento di un dato analita e alla sua capacità di dare una risposta quantitativa e veloce. Naturalmente per lo sviluppo di un biosensore è richiesta la cooperazione di competenze che vanno dalla biologia alla chimica alla microelettronica.

Prototipo di biosensore.

Prototipo di biosensore.


Imaging analysis

Le moderne tecniche diagnostiche di analisi d’immagine possono diventare uno strumento importante per un accertamento non invasivo e non distruttivo della sanità e della qualità degli alimenti.
Esse possono fornire dati di tipo qualitativo e quantitativo anche delle porzioni interne non direttamente visibili all’esame ispettivo.
Le tecniche di imaging analysis potrebbero consentire la messa a punto di sistemi in grado di fornire:

  • un valido aiuto per l’evidenziazione di frodi (identificazione di specie);
  • dati precisi sul contenuto di alcuni componenti costitutivi dell’alimento;
  • informazioni in tempo reale sullo stato di conservazione.
Analisi ecografica dei muscoli epiassiali di orata per la valutazione di freschezza.

Analisi ecografica dei muscoli epiassiali di orata per la valutazione di freschezza.

Punti di analisi ecografica scelti per determinare la freschezza.

Punti di analisi ecografica scelti per determinare la freschezza.


Imaging analysis (segue)

Le modificazioni chimico-fisiche che si verificano durante la preparazione, la trasformazione e lo stoccaggio di un prodotto alimentare sono spesso difficili da monitorare e quantificare. Le tecniche di analisi di immagine possono in alcuni casi fornire utili elementi di giudizio sia per evidenziare difetti del processo tecnologico sia per mettere in evidenza alcuni elementi costitutivi salvaguardando l’integrità del prodotto.

La radiografia convenzionale e la Tomografia Computerizzata (TC) sono tecniche basate sull’uso di radiazioni ionizzanti e forniscono delle immagini che riflettono la densità della materia attraversata.

La radiografia convenzionale è relativamente economica ma fornisce immagini analogiche con elevata risoluzione spaziale ma bassa risoluzione di contrasto. La TC è più costosa, fornisce immagini digitali tomografiche, eliminando il problema della sovrapposizione delle strutture esaminate, e, di fronte ad una minore risoluzione spaziale, presenta una maggiore risoluzione di contrasto.

Cavità gelatinosa in prosciutto cotto.

Cavità gelatinosa in prosciutto cotto.

Residui di lisca in insaccati di tonno evidenziati con tecnica Tomografia computerizzata.

Residui di lisca in insaccati di tonno evidenziati con tecnica Tomografia computerizzata.


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