Tecniche sensoristiche combinate (NIR e Naso Elettronico) per la valutazione di frutti freschi e di IV gamma

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1 DIPARTIMENTO DI SCIENZE E TECNOLOGIE ALIMENTARI E MICROBIOLOGICHE Tecniche sensoristiche combinate (NIR e Naso Elettronico) per la valutazione di frutti freschi e di IV gamma Ernestina Casiraghi, Nicoletta Sinelli, Università degli Studi di Milano - via G. Celoria 2, Milan, Italy phone: ernestina.casiraghi@unimi.it

2 Rapidità VANTAGGI Riduzione o eliminazione di reattivi chimici Minor costo per singola analisi Analisi non distruttiva Analisi contemporanea di più componenti SPETTROSCOPIA NIR Metodica integrabile all interno della filiera ortofrutticola 5% 4% 8% 7% Durezza Brix Acidità 3% Sostanza secca Zuccheri semplici 12% Umidità Maturità Altro 6% 55% Fonte: Theory and application of near infrared spectroscopy in assessment of fruit quality: a review. H. Lin, Y. Ying, Sens. && Instrumen. Food Qual., 3: , 2009 Fonte: Near-Infrared Spectroscopy in Food Science and Technology, Edited by Yukihiro Ozaki, W. Fred Mc-Clure and A.A, Christy, 2007

3 NASO ELETTRONICO Il naso elettronico unisce alla sensibilità discriminante del naso umano l oggettività della risposta strumentale fornendo risultati comparabili in tempi brevi. Il naso elettronico è uno strumento in grado di riconoscere odori semplici e complessi (Gardner and Bartlett, Sensors and Actuators B, 18, 221).

4 COME E COSTITUITO IL NASO ELETTRONICO? Similmente al sistema olfattivo umano, è costituito da: Sensori chimici simili ai recettori olfattivi umani Un software di pattern recognition simile al cervello umano Pompa Campionamento Sensori chimici Sensazione Raccolta dato Software elaborazione dati Analisi della sensazione Processamento

5 Sensori W1C W5S W3C W6S W5C W1S W1W W2S W2W W3S Molecole rilevate Composti aromatici Ossidi di azoto, bassa specificità Ammonio, composti aromatici Idrogeno Alcani, composti aromatici, composti meno polari Metano, bassa specificità Composti solforati, terpeni, limonene, pirazine Alcol, composti parzialmente aromatici, bassa specificità Composti aromatici, composti organici solforati Metano

6 Come lavora il naso elettronico? #6 (air) #2 PC 2 (9%) #3 #1 #4-0.4 #5 Lo spazio di testa del campione è aspirato e trasferito sulla superficie dei sensori PC 1 (88%) La risposta dei sensori viene elaborata usando metodi di analisi multivariata La risposta dei sensori è convertito in un segnale elettrico monitorabile dal computer

7 Applicazioni NIR e E-Nose nel settore ortofrutticolo Valutazione del grado di maturazione della frutta Studio della shelf-life di frutta IV gamma

8 Case study 1: Valutazione del grado di maturazione di pesche SPRINCREST ROMEA GHIACCIO CONSERVAZIONE A 20 C SPETTROSCOPIA NIR NASO ELETTRONICO

9 SPETTROSCOPIA NIR Case study 1

10 PC2 (16%) 0,0040 0,0030 0,0020 0,0010 0,0000-0,0010-0,0020-0,0030-0,0040 T2 T3 T1 T5 T7 T4 T6 SPETTROSCOPIA NIR T12 T11 T8 T10-0,0100-0,0050 0,0000 0,0050 0,0100 PC1 (81%) GHIACCIO PC2 (7%) 0,0020 0,0015 0,0010 0,0005 0,0000-0,0005-0,0010-0,0015-0,0020-0,0025-0,0030 T1 SPRINCREST T4 T0 T2 T3-0,0080-0,0060-0,0040-0,0020 0,0000 0,0020 0,0040 0,0060 T5 PC1 (87%) T6 T7 T8 T9 0,0040 0,0030 T1 ROMEA 0,0020 PC2 (13%) 0,0010 0,0000-0,0010-0,0020 T0 T4 T5 T6 T3 T12 T8 T10 T7 T9 T11-0,0030-0,0100-0,0050 0,0000 0,0050 0,0100 PC1 (85%) Case study 1

11 SEPARAZIONE CULTIVAR MEDIANTE SPETTROSCOPIA NIR Case study 1

12 NASO ELETTRONICO Case study SPRINCREST PCA Loading Plot dei campioni di pesche durante la maturazione 0 PC2 (0.3%) Risultati analoghi per le altre cultivar di pesche!!! PC1 (99.1%) Sensore con capacità discriminate S. Benedetti, S. Buratti, A. Spinardi, S. Mannino, I. Magnani. Electronic nose as a non-destructive tool to characterise peach cultivars and to monitor their ripening stage during shelf life. Postharvest Biology and Technology 47, (2008).

13 SEPARAZIONE CULTIVAR MEDIANTE NASO ELETTRONICO SPRINCREST ROMEA S. Benedetti et al., Postharvest Biology and Technology 47, (2008). Case study 1

14 Case study 2: Studio della shelf-life di frutta IV gamma Vaschette ananas IV gamma (250 g) Condizioni di conservazione: SPETTROSCOPIA FT-NIR 5.3 C - 10 giorni 8.6 C - 10 giorni 15.8 C - 6 giorni Spettrometro FT-NIR ( cm -1 ) dotato di sfera integratrice Abs Log (1/R) ANALISI ESPLORATIVA (PCA) Numeri d onda (cm -1 )

15 SPETTROSCOPIA NIR Case study 2 PC2 (2%) T4 T5 T0 T1 T0 T1 T1 T4 T3 T0 T2 T3 T2 T10 T3 T9 T2 T6 T7 T8 T9 T6 T8 T6 T PC1 (98%) T5 T C 8.6 C 15.8 C Separazione dei campioni freschi (circa 5 giorni per l ananas conservato 5.3 C, circa 4 giorni per i prodotti conservati a 8.6 C e circa 1 giorno per i campioni conservati a 15.8 C) Il decadimento della freschezza dell ananas IV gamma è attribuibile alle modificazioni della componente zuccherina, acidica e dell acqua V. Di Egidio, N. Sinelli, S. Limbo, L. Torri, L. Franzetti, E. Casiraghi. Evaluation of shelf life of fresh-cut pineapple by using FT-NIR and FT-IR spectroscopy, Postharvest Biology and Technology, 54, 87-92, 2009

16 NASO ELETTRONICO Case study 2 METODO DISCONTINUO METODO CONTINUO L. Torri, N. Sinelli, S. Limbo. Shelf life evaluation of fresh-cut pineapple using an electronic nose (submitted to Postharvest Biology and Technology)

17 METODO DISCONTINUO 3 W3S PC2 (15.74 %) W3C W1C W5C 6 7 W6S W2W W1W W2S 8 W5S 3 W1S PC1 (77.60 %)

18 10_ 8 C 9_8 C 6_16 C 8_8 C 7_8 C 9_4 C 5_8 C 2_16 C 4_8 C 6_8 C 10_4 C 3_16 C 8_4 C 7_4 C 6_4 C Observations Distance 1_16 C 0_16 C 1_8 C 3_8 C 2_8 C 4_4 C 5_4 C 1_4 C 0_8 C 3_4 C 2_4 C 0_4 C Dendrogram with Ward Linkage and Pearson Distance

19 METODO CONTINUO Segnale Sensori Tempo (giorni) W1C W5S W3C W5C W1S W1W W2S

20 METODO CONTINUO W1C W3C PC2 (4.13 %) W5C W2S W1S PC1 (93.40 %)

21 NIR e Naso elettronico utili strumenti per la valutazione della freschezza di frutti freschi e di IV gamma

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