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Serena Calabrò » 2.Principi basilari dell'analisi chimica degli alimenti zootecnici


Introduzione

In questa prima lezione saranno spiegati i concetti di accuratezza e precisione.

Prelievo, preparazione e conservazione del campione di alimento da analizzare

Per qualsiasi analisi chimica di un campione di alimento effettuata in laboratorio è molto importante che l’operatore venga adeguatamente istruito su:

  • La bilancia e le pesate dei campioni
  • Gli apparecchi e gli strumenti impiegati per le analisi
  • La manipolazione e la presentazione dei dati ottenuti
  • La pulizia e l’ordine in laboratorio
  • La conservazione dei dati ottenuti

Applicabilità delle varie tecniche problematiche relative a:

  • standardizzazione;
  • adeguatezza e costo;
  • salute e sicurezza.

Concetti di accuratezza e precisione

Scopo dell’analisi chimica è fornire dati accurati, riproducibili e significativi in un tempo minimo e al più basso costo.

Poche metodiche hanno questi requisiti nuovi metodi vengono sviluppati di continuo.

La metodica scelta è spesso un compromesso!

Definizioni

Accuratezza = la vicinanza di una misurazione o di un risultato al valore vero
Precisione = la variabilità di una misurazione

Esistono limiti di tolleranza sia per l’accuratezza che per la precisione, che cambiano a seconda delle analisi (es. determinazione dell’azoto totale: max 5%).

A-accurato e preciso; B-poco accurato ma molto preciso; C-risultato molto accurato ma poco preciso; D-risultato poco accurato e poco  preciso

A-accurato e preciso; B-poco accurato ma molto preciso; C-risultato molto accurato ma poco preciso; D-risultato poco accurato e poco preciso


Concetti di accuratezza e precisione II

La maggior parte dei laboratori analitici perde parte di questi principi elementari.

Tipi di errori

  • determinati (es. dovuti agli strumenti, alle metodologie), sono costanti e possono essere indipendenti dalla grandezza della misurazione o essere proporzionali ad essa (es. bilancia non calibrata);
  • indeterminati (es. dovuti all’operatore, all’eterogeneità dei campioni);
  • la ripetibilità e la validità di una prova dipende da entrambi i tipi di errori.

È auspicabile identificare la fonte di errori (se quantificati, si può correggere) per poter minimizzare quelli sconosciuti.

Non ci sono regole valide per tutte le procedure. È importante capire il principio chiave del metodo, così può essere applicato a nuove situazioni che emergono.

Campionamento

Prelievo o campionamento

  • Rappresentatività
  • Strumenti
  • Trasporto
  • Alterazioni e contaminazioni
  • Registrazione

Il campionamento è di fondamentale importanza non solo ai fini della significatività delle analisi, ma anche per il suo ruolo di supporto alle eventuali azioni legali di carattere tipicamente sanzionatorio.

Valutazione della qualità

  • Nutrizionale
  • Igienico-sanitaria
  • Legislativa

Rappresentatività

Principale ostacolo: eterogeneità della massa da campionare → prelevare piccole quantità di prodotto in punti diversi della massa (a random), riunirli in un campione medio, miscelare adeguatamente e ridurre di massa fino ad ottenere il campione finale.

Disposizioni ufficiali

  • Norme quantitative [Regolamento CEE del 1.3.76 (76/371/CEE) e DM n. 165 del 1978 (G.U. 15.6.78)]
  • Norme qualitative (ASPA, ISO, CEE)

Presentazione degli alimenti

  • alla rinfusa;
  • in confezione;
  • liquidi o semi-liquidi;
  • mattonelle di sali minerali.
Linee di prelievo per foraggi non imballati o appezzamenti a prato e pascolo

Linee di prelievo per foraggi non imballati o appezzamenti a prato e pascolo


Definizioni

  • Partita da campionare: quantità di prodotto che costituisce una unità e deve avere caratteristiche uniformi.
  • Campione elementare: quantità prelevata da un punto della partita.
  • Campione globale: insieme dei campioni elementari prelevati da una stessa partita.
  • Campione ridotto: parte rappresentativa del campione globale ottenuta mediante riduzione di quest’ultimo.
  • Campione finale: parte del campione ridotto o del campione globale omogeneizzato.

Classificazione di mangimi secchi da campionare in funzione delle dimensioni delle particelle


Strumenti

Per il campionamento manuale

  • Pala a fondo piatto e a bordi laterali verticali
  • Campionatore conico
  • Trivella
  • Sonda di Nobbe: le dimensioni della sonda devono essere adeguate alla profondità del recipiente alle particelle costituenti l’alimento.

Per il campionamento meccanico

  • Sonda di Nobbe
  • Trivella per insilati
Sonda di Nobbe

Sonda di Nobbe

Trivella per insilati

Trivella per insilati


Trasporto, Alterazioni o contaminazioni, Registrazione

Trasporto

  • Contenitori adeguati (sacchetti di plastica, barattoli di vetro) e puliti.
  • Campionare in breve tempo.
  • Condizioni climatiche (frigo portatile).
  • Evitare esposizione all’aria.

Alterazioni o contaminazioni

  • Evitarle durante il prelievo, il trasporto, la preparazione e la conservazione.
  • Muffe, terreno, impurità.

Registrazione

  • Verbale di campionamento: data di arrivo in laboratorio, indicazioni sul richiedente, assegnazione numero/codice, azienda di provenienza, area geografica, animali a cui è destinato l’alimento, informazioni utili alla comprensione dei risultati (es. condizioni climatiche, osservazione di zone alterate, ecc.).
  • Destinazione dei campioni: indicazioni delle analisi necessarie.

Prelievo del campione

In alimentazione animale esiste un ampio range di matrici (es. alimenti, diete miste, materiale digerito, feci).

Selezionare un campione rappresentativo è fondamentale per eseguire una valutazione attendibile dell’alimento.

Esistono metodi standardizzati (es. ISO, CEE) per il prelievo dei vari tipi di alimento (es. per i foraggi: punto, modalità, grandezza, appropriato numero di aliquote) che tengono conto:

  • della consistenza della partita da esaminare;
  • del tipo di prodotto da sottoporre ad analisi;
  • del tipo di controllo da eseguire.

È importante considerare le informazioni specifiche relative alle procedure analitiche da eseguire (procedure ufficiali e buon senso) e minimizzare le perdite o la distruzione dei composti di interesse.

Preparazione del campione

Modificare il campione in modo da renderlo adatto per le analisi

  • lavaggio (SI/NO);
  • essiccazione in stufa (importante per gli insilati correggere per le sostanze volatili);
  • liofilizzazione;
  • macinazione: differente griglia, azione del calore (dannosa per i composti termolabili);
  • filtrazione;
  • estrazione in solventi o acqua;
  • idrolisi;
  • digestione.

Es. per le analisi chimiche standard il campione umido viene essiccato in stufa a 65°C per 48 h; tutti i campioni vengono macinati con griglia 1,1 mm, prima di essere sottoposto ad analisi.

Conservazione del campione

Bisogna considerare i cambiamenti della struttura chimica o cambiamenti strutturali (es. vitamine, enzimi) che possono avvenire durante la conservazione.

Molti fattori accelerano i processi di degradazione:

  • calore
  • luce UV
  • pH

Può ritenersi necessaria una conservazione particolare [Es. → conservazione in freezer (da -10°C a -20°C)]

Campionamento: consigli pratici

Foraggi freschi e miscela unifeed

Prelievo “alla bocca dell’animale”, in più punti della foraggiata, mescolare e prenderne un totale di 2 kg; la s.s. va determinata subito; miscela o alimenti separati.

Foraggi insilati

“Stabilizzati”, evitare il cappello (20 cm), rapidità delle operazioni, costipazione e compressione in contenitori a chiusura ermetica, se non si possono fare subito le analisi conservare a 0°C (per non più di 4 gg per la s.s.) per le altre analisi (pH, acidi organici, azoto ammoniacale) conservare in freezer.

Foraggi secchi

Poco variabili, sfuso o in balle, prelevare da più punti (totale 5-10 kg), trinciare e mescolare (attenzione a non perdere le parti polverulente), portare in laboratorio circa 1 kg e determinare subito la s.s.

Mangimi concentrati

Prelevamento, in confezioni o sfuso, deve essere fatto in più punti della partita, in modo da ottenere 1.5-2.0 kg di campione.


Analisi chimica

Importanza della pesata: fonte maggiore di errori analitici → mantenere la bilancia sempre calibrata, minimizzare l’influenza dell’umidità (se i campioni sono conservati in frigo, aspettare che tornino a temperatura ambiente, usare gli essiccatori), impartire corrette istruzioni all’operatore.

Strumenti

  • pH-metro
  • Bomba calorimetrica
  • Spettrofotometro
  • Fluorimetro
  • Spettrofotometro ad assorbimento atomico
  • GC
  • HPLC
  • NIRS

Analisi chimica II

Principi: alcuni strumenti si basano sulla luce, UV-IR, assorbita o emessa da alcuni composti (es. minerali) altri sulla separazione di composti presenti in miscele complesse con l’interazione di una fase stazionaria (es. acidi organici in HPLC).

Operatore: training, responsabilità, buona conoscenza dei composti che si stanno ricercando, dal prelievo al calcolo.

Calibrare prima correttamente gli strumenti (bilance, pipette, pH-metro, HPLC) impiegando uno standard interno ed esterno (meglio se preparati da due operatori); valutare la frequenza di calibrazione.

Programmare test inter-laboratori, identici campioni in differenti laboratori con analisi statistica dei risultati ottenuti.

  • Manipolazione e presentazione dei dati: prendere i dati generati da una prova e presentarli in una forma chiara che risulti di facile interpretazione per chi li ha richiesti (es. cliente). Importanza dell’unità di misura: ppm, %, g/kg, sulla sostanza secca (meglio perché l’umidità può cambiare) o sul tal quale.
  • Garantire sempre la pulizia in laboratorio per evitare contaminazioni; soprattutto se si determinano composti presenti in piccole quantità (es. per amminoacidi e zuccheri impiegare i guanti per evitare di determinare anche quelli presenti sulla pelle). Importante anche impiegare detergenti appropriati che non contaminino la vetreria (es. a base di fosfati).
  • La corretta registrazione e conservazione dei dati ottenuti può aiutare a spiegare il significato di risultati inattesi. È un prerequisito per l’accreditamento.

Accuratezza e costo delle tecniche

Sebbene la caratterizzazione dei foraggi è più accurata quando condotta con studi in vivo, le preoccupazioni del pubblico e gli elevati costi associati a tali procedure hanno reso necessario lo sviluppo di tecniche in vitro.

I metodi in vitro vengono costantemente modificati, adattati e, in definitiva, sostituiti da metodi più veloci, economici ed accurati da imprese commerciali, che utilizzano servizi di consulenza ufficiali e di analisi chimiche.

In futuro, la scelta del tipo di analisi sarà influenzato dall’uso che deve essere fatto sulle informazioni generate.

Precisione, velocità e costo di analisi avranno importanza diversa, a seconda se il cliente è un ricercatore, un operatore commerciale o un agricoltore.

Il Paese sarà anche determinante in tale scelta:

  • Nei paesi in via di sviluppo, viene incoraggiato l’impiego di metodiche semplici di valutazioni di valore nutritivo (es. rapporto foglia-radice, colore, odore).
  • Nei paesi sviluppati, la tecnica NIRS combina molti vantaggi e sarà utilizzata sempre di più.

Necessità di standardizzare

In aggiunta alle standardizzazioni intra-laboratorio, è imperativo che si sviluppino standardizzazioni inter-laboratori delle procedure di laboratorio per facilitare il confronto dei risultati provenienti da diversi centri di ricerca.

La necessità di coinvolgere un maggior numero di laboratori e l’anello per assicurare che i test (ring-test) siano accurati, procedure standardizzate vengono impiegate anche nelle industrie produttrici di mangimi.

La standardizzazione si può raggiungere mediante l’introduzione di un sistema di accreditamento (Sinal e ISO 9002), per cui i risultati del laboratorio saranno considerati accettabili solo se il laboratorio è accreditato per la prova in questione.

Se un tale sistema non è introdotto, i laboratori utilizzano tecniche meno precise e generano risultati fuorvianti

La validità del confronto tra i risultati analitici di laboratori che impiegano diverse tecniche rimangono discutibili.

Sicurezza in laboratorio

L’esame formale degli aspetti legati alla salute e alla sicurezza delle tecniche di laboratorio è relativamente nuovo.

I datori di lavoro ai sensi di legge (D.L. 626/94) hanno l’obbligo di garantire, per quanto ragionevolmente possibile, la salute, la sicurezza e il benessere dei propri dipendenti sul posto di lavoro.

I regolamenti richiedono una valutazione del rischio che deve essere realizzato su ciascuna sostanza utilizzata per una determinata tecnica.

La valutazione include il limite di esposizione professionale della sostanza, se è corrosivo, irritante, cancerogeno, mutageno, teratogeno, neurotossico, allergenico e se colpisce il sistema nervoso centrale.

Inoltre, la valutazione identifica:

  • le precauzioni necessarie per la manipolazione delle sostanze;
  • le misure di controllo per il suo utilizzo (norme speciali o ‘buone pratiche di laboratorio);
  • le procedure di primo soccorso;
  • le azione in caso di incendio.
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