CLASSIFICAZIONE DELLE FRODI ALIMENTARI

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1 CLASSIFICAZIONE DELLE FRODI ALIMENTARI Le frodi alimentari vengono classificate secondo gli effetti esercitati sulla composizione e/o gli aspetti esteriori dell alimento in: Adulterazione: variazione volontaria della naturale composizione dell alimento senza peraltro effettuare aggiunta di altre sostanze (latte scremato e/o parzialmente scremato venduto come latte intero). Questa frode ha riflessi negativi sia commerciali che nutrizionali; Alterazione: fenomeno solitamente accidentale che modifica la composizione chimica ed organolettica di un alimento (vino acescente, irrancidimento degli oli, ecc..); Sofisticazione: modifica volontaria della composizione naturale o legale di un alimento mediante l aggiunta di una sostanza estranea (aggiunta di olio di semi agli oli di oliva; aggiunta di saccarosio al vino); Contraffazione: sostituzione di un alimento con un altro di minor pregio ma che presenta caratteristiche macroscopiche assai affini (vino da tavola con vino ottenuto da uve da mensa; margarina venduta per burro).

2 Sistemi analitici per individuare le frodi Coni Ettore e Aureli Paolo Dipartimento Sanità Pubblica Veterinaria e Sicurezza Alimentare Istituto Superiore di Sanità Azienda USL Roma c V Meeting Nazionale sulla sicurezza alimentare: le frodi alimentari e le alterazioni degli alimenti Roma maggio 2008

3 FRODI MAGGIORMENTE FREQUENTI IN ITALIA Vini: si vendono come DOC, DOCG, vini comuni e si utilizzano aromi per nascondere il gusto di vini scadenti, trucioli di legno per dare il sapore di barrique, lo zucchero per elevare il grado alcolico; Formaggi: si rileva la presenza di latte vaccino in formaggi dichiarati di bufala, pecora o capra, nonchè l impiego di grassi idrogenati nella fabbricazione del burro, di mozzarelle ed di altri formaggi freschi; Pasta: nella fabbricazione della pasta si ricorre all utilizzo di semolato ovvero di grano tenero invece che del più pregiato grano duro; Riso: si riscontrano dichiarazioni in etichetta di varietà non corrispondenti all effettivo contenuto; Uova: si dichiara il falso sulla data di scadenza, di deposizione o di imballaggio. Casi di postdatazione delle confezioni, ma anche di mancato confezionamento delle uova entro i termini previsti: condotte che consentono di fatto di commercializzare uova di qualche giorno come appena deposte; Prodotti biologici: si commercializzano prodotti biologici sprovvisti della documentazione attestante l origine ed il metodo di produzione.

4 PARAMETRI CHIMICO-FISICI UTILIZZABILI PER AUTENTICARE UN ALIMENTO elementi e rapporti isotopici: : si tratta di parametri spesso legati al terreno, in particolare per quanto riguarda gli elementi in tracce, ce, e quindi idonei per l'autenticazione composti organici: : una vastissima gamma di composti può essere sfruttata analiticamente per classificare e quindi autenticare gli g alimenti parametri spettrali: è possibile impiegare alcuni parametri spettrali come variabili per ottenere classificazioni di gruppi di alimenti

5 LE TECNICHE IMPIEGATE NELL AUTENTICAZIONE DEGLI ALIMENTI quali- Metodi di riconoscimento delle frodi basati sulla determinazione quantitativa di analiti, siano essi elementi, molecole organiche o isotopi Tecniche di analisi elementare (GF-AAS, ICP-AES, ICP-MS) MS): si tratta di tecniche in grado di determinare quasi tutti gli elementi del sistema periodico a concentrazioni estremamente basse. Particolarmente promettente per la tracciabilità sembra essere la determinazione delle terre rare o lantanidi (REE) Stable Isotope Analysis (SIA): probabilmente la tecnica più efficiente, sfrutta la spettrometria di massa o la tecnica NMR per evidenziare le distribuzioni isotopiche caratteristiche di materiali aventi origine diversa Tecniche cromatografiche: un insieme di tecniche di separazione, alcune delle quali sono impiegate per la determinazione di classi di composti che possono essere utilizzati nella differenziazione di prodotti alimentari Tecniche elettroforetiche: altro insieme di tecniche di separazione, di grande potenzialità nel campo agroalimentare

6 LE TECNICHE IMPIEGATE NELL AUTENTICAZIONE DEGLI ALIMENTI Metodi di riconoscimento delle frodi basati sulla determinazione di parametri spettroscopici quali l assorbanza o la riflessione dei campioni a determinate lunghezze d onda. Questi fenomeni possono essere utilizzati come variabili, senza riferimento specifico alle molecole che li causano, a scopo di classificazione. La determinazione quali-quantitativa di questi parametri si effettua con tecniche spettroscopiche di analisi molecolare, che si differenziano per l intervallo spettrale utilizzato. UV-Vis = nm Tecniche di analisi molecolare NIR (near-infrared) = nm MIR (mid-infrared) = nm FT-Raman Risonanza Magnetica Nucleare NMR

7 ANALISI ELEMENTARE E FRODI ALIMENTARI Le tecniche di analisi elementare, e in particolare quelle di spettroscopia atomica, sono in grado di determinare elementi a livello di tracce e ultratracce. Spesso questi elementi fungono da marcatori, fornendo informazioni sull'origine delle materie prime con cui è confezionato un prodotto alimentare. Le tecniche di maggior utilità per l'autenticazione in campo agroalimentare sono le seguenti: spettrometria di assorbimento atomico con fornetto di grafite (GF-AAS) spettrometria di assorbimento atomico con fiamma (FAAS) Spettrometria di emissione atomica spettroscopia di emissione atomica con plasma ad accoppiamento induttivo (ICP-AES) spettrometria di massa con plasma ad accoppiamento induttivo plasma (ICP-MS)

8 ANALISI ELEMENTALE E FRODI ALIMENTARI Tra i diversi fattori che determinano il contenuto di elementi in alimenti vegetali possiamo considerare: contributo dal terreno su cui crescono i vegetali capacità del vegetale di assumere sostanze minerali dal terreno contributi dai vari passaggi del ciclo produttivo, dalla materia prima al prodotto finito Caratterizzazione dei vegetali e/o della provenienza geografica Caratterizzazione del processo Sulla base delle considerazioni precedenti, possiamo suddividere gli elementi in tre gruppi, a seconda del loro potere discriminante come variabile chimica

9 ANALISI ELEMENTALE E FRODI ALIMENTARI Elementi con contributi naturali Contributo minerale del terreno Capacità del vegetale ad assumere i minerali Al, B, Ba, Li, Mn, Mo, Rb, Si, Sr e Ti Lantanidi (o terre rare) Elementi con contributi naturali e/o da processo Ca, Cu, Fe, K, Mg, Na, P e Zn Elementi con contributi prevalentemente da processo Co, Cr, Ni, Pb e V

10 ANALISI ISOTOPICA E FRODI ALIMENTARI Elemento Isotopo stabile Abbondanza naturale % media 1 H Idrogeno Carbonio 2 H 12 C 13 C Rapporti isotopici normalmente indagati negli alimenti D/H, 13 C/ 12 C, 15 N/ 14 N, 18 O/ 16 O, 34 S/ 32 S Azoto 14 N 15 N O Ossigeno 17 O O

11 ANALISI ISOTOPICA E FRODI ALIMENTARI Per poter mettere in risalto le infinitesime differenze tra le distribuzioni isotopiche di un elemento in due campioni diversi è necessaria una tecnica analitica in grado di misurare masse atomiche e molecolari con grandissima accuratezza e precisione. Attualmente te due tecniche sono in grado di soddisfare questi requisiti: la spettrometria di massa,, utilizzata per qualsiasi elemento la risonanza magnetica nucleare,, utilizzata soprattutto per la determinazione degli isotopi dell idrogeno (misura del rapporto 2 H/ 1 H) La maggior parte delle analisi isotopiche è effettuata mediante spettrometria di massa

12 ANALISI ISOTOPICA E FRODI ALIMENTARI Applicazioni in campo alimentare Analisi dei rapporti tra isotopi stabili di bioelementi (D/H, 13 C/ 12 C, 15 N/ 14 N, 18 O/ 16 O, 34 S/ 32 S) Discriminazione di prodotti di differente origine biosintetica e geografica Applicazioni già regolamentate per vino, aceti, succhi di frutta e miele Studi per nuove applicazioni in olio, vanillina, caffeina, vegetali, carne, latte e formaggio Controllo della composizione della dieta animale Tipicizzazione di alimenti (es.dop, IGP, prodotti biologici) Controllo di frodi alimentari Grado di utilizzo mangime nell alimentazione Aggiunta di zucchero esogeno Annacquamento

13 ANALISI ISOTOPICA E FRODI ALIMENTARI CHE INFORMAZIONI DANNO I RAPPORTI ISOTOPICI? tipo di isotopo è influenzato da. e si può quindi verificare 13C/12C, D/H Metabolismo (C3, C4, CAM) Aggiunta illecita di zucchero di canna e/o barbabietola (ad es. a vino e succhi di frutta) Tenore di mais nella dieta animale 18 O/ 16 O, D/H Origine dell acqua Annacquamento (ad es. nel vino o nel latte) 13 C/ 12 C, D/H Sintesi chimica Aggiunta di sostanze di artificiali 18 O/ 16 O, D/H, 15 N 14 N, 13 C/ 12 C Origine geografica Caratterizzazione di prodotti DOP, DOC, IGP, etc.

14 ANALISI ISOTOPICA E FRODI ALIMENTARI METODI UFFICIALI DI ANALISI Le potenzialità dell analisi isotopica sono tali che nel corso degli ultimi anni alcuni metodi di analisi sono diventati ufficiali al livello nazionale ed europeo Il Regolamento CEE 2676/90 prevede la rivelazione dell aumento del titolo alcolimetrico di mosti e vini, ottenuto con addizione fraudolenta di saccarosio, mediante analisi NMR del rapporto D/H Il Regolamento CEE 822/97 prevede la determinazione del rapporto isotopico 18 O/ 16 O dell acqua contenuta nei vini per identificare il possibile fraudolento annacquamento di un vino Il Decreto Ministeriale prevede la determinazione del rapporto isotopico 13 C/ 12 C dell alcol in mosti e vini mediante tecnica IRMS per identificare l addizione fraudolenta di miscele di saccarosio da bietola e canna

15 ANALISI CROMATOGRAFICA E FRODI ALIMENTARI la cromatografia liquida,, nella quale la fase mobile è liquida e la fase fissa è solida o liquida la gascromatografia,, nella quale la fase mobile è gassosa e la fase fissa è solida o liquida utilizzata per la separazione di sostanze organiche poco volatili come proteine, grassi, coloranti, vitamine, acidi organici sostanze ioniche o ionizzabili (anioni, amine, zuccheri) utilizzata per la separazione di sostanze organiche volatili o volatilizzabili come aromi, acidi organici Particolarmente usate sono la cromatografia ad alta pressione o HPLC per la separazione di sostanze neutre e la cromatografia ionica (IC) per la separazione di sostanze ioniche

16 ANALISI CROMATOGRAFICA E FRODI ALIMENTARI Recentemente, uno sviluppo importante delle tecniche HPLC e GC è stato l interfacciamento alla spettrometria di massa per ottenere strumenti LC-MS e GC-MS, in modo da poter avere in ogni istante lo spettro di massa delle d sostanze separate LC-MS Data l elevata l specificità e sensibilità, consente la determinazione, oltre che dei macro- e micronutrienti, anche dei metaboliti primari e secondari Metabolomica GC-MS Ad esempio nell analisi di vini e formaggi permette di determinare un numero elevato di sostanze volatili, importanti per definirne il quadro aromatico. In un vino sono determinabili sostanze aventi caratteristiche di volatilità,, in prevalenza alcoli, terpeni ed esteri

17 ANALISI ELETTROFORETICA E FRODI ALIMENTARI Le tecniche elettroforetiche permettono la separazione di miscele di ioni che migrano sotto l effetto di un campo elettrico con diverse velocità di migrazione Rivelatore Elettrochimico Spettrometro di massa Dal momento che la stragrande maggioranza delle molecole di interesse biologico, e quindi agroalimentare, è carica, la CE ha applicazioni importanti nell analisi di aminoacidi, peptidi, proteine, acidi nucleici a altri biopolimeri. Per l analisi di proteine e peptidi è possibile separare analiti che differiscono per un solo aminoacido

18 ANALISI SPETTROSCOPICA E FRODI ALIMENTARI Gli spettri di assorbimento danno indicazioni sui composti organici presenti nel campione, ma in questo caso le variabili non sono i composti, bensì gli assorbimenti dei campioni alle varie λ utilizzate. Uno spettro di assorbimento registrato tra 200 e 800 nm con un numero di λ pari a 1 nm è capace di generare un impronta digitale composta da 600 variabili. Il numero effettivo di intervalli di λ può variare a seconda della necessità di valutare spettri più o meno definiti Il vantaggio di poter applicare un simile metodo consiste nel fatto che registrare uno spettro UV o IR è generalmente più semplice e rapido che effettuare una separazione cromatografica o una determinazione elementare

19 ANALISI SPETTROSCOPICA E FRODI ALIMENTARI Le tecniche spettroscopiche di assorbimento UV-visibile e IR, combinate con l analisi multivariata dei dati, possono essere impiegate nella classificazione degli alimenti. Impronta digitale (Fingerprinting) dell alimento Classificazione varietale Classificazione geografica Es. Classificazione geografica dello zafferano In uno studio sono state confrontate alcune caratteristiche chimico-fisiche di campioni di zafferano provenienti da Grecia, Spagna e Iran impiegando lo spettro NIR tra 4000 e cm -1. Si è ottenuta una buona separazione tra i tre gruppi presi in considerazione

20 ANALISI SPETTROSCOPICA E FRODI ALIMENTARI NMR Onde radio Influenzano il momento magnetico dei nuclei con numero atomico o di massa dispari 1H 13C ma anche 31P, 15N, 17O, etc. consente di identificare e quantificare i tipi di atomi presenti nella molecola e determinarne la connettività con altri atomi. Fornisce informazioni sulla natura del composto e sulla sua struttura Caratterizzazione macro- micronutrienti e metaboliti (fingerprinting)

21 ANALISI SPETTROSCOPICA E FRODI ALIMENTARI La spettroscopia di risonanza magnetica nucleare è la tecnica che fornisce la maggior quantità di informazioni strutturali rispetto alle altre tecniche spettroscopiche (IR, UV, MS) nell identificazione di un composto organico. Dallo spettro NMR di un composto ricaviamo infatti la natura degli atomi, il loro intorno chimico e il loro rapporto quantitativo. E possibile inoltre, conducendo esperimenti più sofisticati, risalire alla conformazione anche di molecole molto complesse.

22 ANALISI BIOMOLECOLARE E FRODI ALIMENTARI La diagnostica molecolare si basa sulla rilevazione di alcune caratteristiche del DNA estratto e purificato da prodotti (farine vegetali e animali, latte, carni, ecc.) allo scopo di definirne composizione ed origine (per esempio, la varietà, la specie, la razza ed eventualmente l individuo) Classificazione varietale o di specie Latte vaccino nella mozzarella di bufala, carni di specie diverse da quelle dichiarate, presenza di OGM in alimenti dichiarati esenti Presenza di farine animali negli alimenti per ruminanti

23 ANALISI BIOMOLECOLARE E FRODI ALIMENTARI Metodi basati sullo studio di specifiche sequenze geniche (DNA/RNA) dell alimento da autenticare Polymerase Chain Reaction (PCR)

24 ANALISI BIOMOLECOLARE E FRODI ALIMENTARI Polymerase Chain Reaction (PCR) Reazione enzimatica di amplificazione in vitro di un segmento di DNA, ottenuta per mezzo di una DNApolimerasi a partire da una coppia di primers specifici DNA (Acido desossiribonucleico)

25 ANALISI BIOMOLECOLARE E FRODI ALIMENTARI Caratteristiche della PCR PROTOCOLLI ANALITICI PCR (il target di amplificazione è DNA) RT-PCR (il target di amplificazione è RNA) TIPOLOGIE DI PCR QUALITATIVA/QUANTITATIVA PCR standard PCR nested PCR multiplex REAL-TIME PCR

26 ANALISI BIOMOLECOLARE E FRODI ALIMENTARI REAL-TIME PCR Elevata specificità Elevata sensibilità Rapidità di esecuzione Ridotta possibilità di contaminazione post PCR E quantitativa La Real-Time PCR consente l analisi in tempo reale dell amplificazione, attraverso l accumulo dei prodotti di PCR e la loro quantificazione mediante la misura continua del segnale di fluorescenza emesso dalla Sonda/fluoruro impiegati.

27 ANALISI BIOMOLECOLARE E FRODI ALIMENTARI Costi Metodi molecolari (PCR) Criticità Strumentazione specialistica Personale altamente specializzato Standardizzazione dei metodi

28 ANALISI CHEMIOMETRICA E FRODI ALIMENTARI Con un solo parametro chimico-fisico Autenticazione Con più parametri chimico-fisici Sistema univariato Sistema multivariato Classificazione Analisi matematica CHEMIOMETRIA

29 ANALISI CHEMIOMETRICA E FRODI ALIMENTARI Tecniche di classificazione metodi unsupervised analisi delle componenti principali (PCA) analisi a cluster (CA) metodi supervised analisi discriminante (LDA) SIMCA campioni analizzati si raggruppano in strutture omogenee?

30 Conclusioni La globalizzazione dei mercati costituisce una possibile e preoccupante sorgente di frodi alimentari che può essere contrastata grazie ad una legislazione orizzontale e verticale sempre più puntuale, ad un continuo aggiornamento tecnico del personale ispettivo, alla elaborazione di metodi analitici sempre piu affidati ed infine alla creazione di una database condiviso sulle impronte delle matrici alimentari