Biosensori e Sicurezza Alimentare: i bisogni dell imprese di trasformazione. Carla Orsi Dir. QISA ACCADEMIA DEI GEORGOFILI- FIRENZE

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1 Biosensori e Sicurezza Alimentare: i bisogni dell imprese di trasformazione Carla Orsi Dir. QISA ACCADEMIA DEI GEORGOFILI- FIRENZE

2 Scenario attuale Il consumatore di oggi è molto sensibile ai temi: 1) Origine degli alimenti (processo di tracciabilità di filiera) 2) Sicurezza alimentare Questi presupposti rappresentano una leva fondamentale affinché la ricerca scientifica e le imprese lavorino insieme per creare e validare in campo nuove metodologie per sistemi e dispositivi analitici innovativi in grado di soddisfare al meglio le aspettative del consumatore.

3 Controllo degli alimenti Avviene tradizionalmente tramite analisi : Fisiche/chimiche:(es: elettroforesi, spettrofotometria titolazioni, cromatografia) Microbiologiche (conta in piastra; saggi colorimetrici ed enzimatici) La loro utilità è finalizzata a conoscere la qualità, il valore nutrizionale e lo stato di conservazione di una materia materia(ingrediente) e /o del prodotto finito LIMITI: Tempi lunghi di risposta, trattamento dei campioni, non applicabilità diretta in campo (es: lungo il processo di filiera agro-alimentare)

4 Biosensori I Biosensori sono definiti come: dispositivi che utilizzano un elemento di riconoscimento biologico mantenuto a contatto diretto con un trasduttore (IUPAC). Prerequisiti di base: Capacità di rilevare selettivamente e con alta sensibilità analiti chimici e/biologici senza un pre-trattamento del campione. Risposta in tempo reale e sul campo Essere una valida alternativa, nel luogo d uso ai metodi convenzionali

5 Dove trova spazio la loro applicazione? Diversi sono i settori coinvolti: Alimentare Biomedico Ambientale Biotecnologico Farmaceutico

6 Applicazioni in campo Alimentare Riconoscimento e quantificazione di: o o o o o Nutrienti Conservanti, dolcificanti Contaminanti chimici e biologici Residui di farmaci veterinari, fitofarmaci Allergeni Monitoraggio di processo Autocontrollo e Controllo qualità

7 I bisogni delle imprese alimentari I biosensori possono essere un utile strumento se posseggono le seguenti caratteristiche: Elevata sensibilità ed rilevabilità della/e molecola/e target (basse concentrazioni) Ripetibilità e rapidità della risposta Automazione Versatilità vs la matrice da analizzare (assenza di interferenza con la matrice, es. latte crudo) Multivalenza (es. identificare e quantificare più allergeni su unica matrice)

8 I bisogni delle imprese alimentari User-friendly: facilmente utilizzabili dagli operatori del settore Garantire l individuazione di eventuali cross-contaminazioni lungo i processi produttivi (es. autocontrollo allergeni) Campionamento di piccoli volumi della matrice da analizzare ma sufficienti per la validazione del risultato Avere procedure di pulizia semplici ma allo stesso tempo efficaci Essere validati, certificati e riconosciuti dalle autorità competenti Essere portatili e non ingombranti Non costosi

9 Aflatossine Le aflatossine sono micotossine prodotte da due specie di Aspergillus, un fungo che si trova in particolare nelle aree caratterizzate da un clima caldo e umido. Poiché le aflatossine sono note per le loro proprietà genotossiche e cancerogene, l'esposizione attraverso gli alimenti deve essere il più possibile limitata. Nel 2004, il gruppo di esperti scientifici CONTAM dell'efsa ha inoltre adottato un parere relativo all'aflatossina B1 quale sostanza indesiderabile nell alimentazione degli animali. La Commissione ha chiesto all'efsa di stabilire i livelli di esposizione dell'aflatossina B1 per gli animali da latte, in particolare i bovini, oltre i quali il passaggio dal mangime al latte comporterebbe livelli inaccettabili di aflatossina M1. Il gruppo di esperti scientifici CONTAM ha concluso che gli attuali livelli massimi di aflatossina B1 nei mangimi rappresentano non solo una protezione adeguata dagli effetti nocivi per la salute nelle specie animali bersaglio, ma prevengono altresì concentrazioni indesiderabili del metabolita aflatossina M1 nel latte. Tra le sue raccomandazioni, il gruppo di esperti scientifici esorta il monitoraggio della presenza di aflatossina B1 nei mangimi importati e di aflatossina M1 nel latte fresco. Le aflatossine possono essere presenti in prodotti alimentari, quali arachidi, frutta a guscio, granoturco, riso, fichi e altra frutta secca, spezie, oli vegetali grezzi e semi di cacao, a seguito di contaminazioni fungine avvenute prima e dopo la raccolta. Gli alimenti zootecnici maggiormente contaminati dalle aflatossine sono: Cereali (specialmente mais) Semi oleosi (arachidi, soia, girasole) Semi di cotone

10 Aflatossina M1 Diversi tipi di aflatossine sono presenti in natura. L'aflatossina B1 è la più diffusa nei prodotti alimentari ed è una delle più potenti dal punto di vista genotossico e cancerogeno. È prodotta sia dall'aspergillus flavus sia dall'aspergillus parasiticus. L'aflatossina M1 è uno dei principali metaboliti dell'aflatossina B1 nell'uomo e negli animali e può essere presente nel latte proveniente da animali nutriti con mangimi contaminati da aflatossina B1. Influenze negative dell AFM1 su: Animali: diminuzione delle prestazioni produttive Uomo: ingestione prolungata e a dosi elevate può provocare forme tumorali al fegato

11 Esempio di un biosensore per AM1 brevettato CNR-IBP & Granarolo Deposito italiano n Deposito domanda internazionale WO/2015/ Metodo basato sull ossidazione del glucosio per la rivelazione delle micotossine nel latte e/o suoi derivati mediante dispositivo biosensoristico. Caratteristiche: Il glucosio viene rilevato per mezzo di anticorpi primari monospecifici per la micotossina ricercata, i quali sono opportunatamente derivatizzati grazie all enzima invertasi che scinde gli zuccheri complessi in glucosio.

12 Esempio di un biosensore per AM1 Il metodo consente la rilevazione di quantità di glucosio comprese tra 0,01mM e 0,1mM. Dispositivo sensoristico: un glucometro opportunamente modificato in grado di rilevare minime variazioni di corrente (nano-ampere), quindi almeno 1000 volte inferiori vs glucometri tradizionali

13 Esempio di un biosensore per AM1 Rilevamento dell Aflatossina M1 nel latte mediante glucometro Ab saccarasi Saccarosio (disaccaride) Fruttosio+betaGlucosio

14 Perché il nanoglucometro è rimasto un prototipo? E stato sin qui impossibile industrializzare il prototipo identificando aziende biotecnologiche in grado di trasformarlo in un dispositivo user-friendly. Take home message Necessità sempre crescente per le imprese di trasferire la conoscenza di base della ricerca in applicazioni da campo. Grazie per l attenzione!

15 Valorizziamo le produzioni di eccellenza e sosteniamo la penetrazione dei prodotti italiani all estero