classificazione delle frodi alimentari

CLASSIFICAZIONE DELLE FRODI ALIMENTARI
Le frodi alimentari vengono classificate secondo gli effetti esercitati sulla
composizione e/o gli aspetti esteriori dell’ alimento in:
9Adulterazione: 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;
9Alterazione: fenomeno solitamente accidentale che modifica la composizione chimica
ed organolettica di un alimento (vino acescente, irrancidimento degli oli, ecc..);
9Sofisticazione: 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);
9Contraffazione:
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).
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 23-24 maggio 2008
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.
PARAMETRI CHIMICO-FISICI UTILIZZABILI PER
AUTENTICARE UN ALIMENTO
z
elementi e rapporti isotopici: si tratta di parametri spesso legati al
terreno, in particolare per quanto riguarda gli elementi in tracce, e
quindi idonei per l'autenticazione
z
composti organici: una vastissima gamma di composti può essere
sfruttata analiticamente per classificare e quindi autenticare gli
alimenti
z
parametri spettrali: è possibile impiegare alcuni parametri spettrali
come variabili per ottenere classificazioni di gruppi di alimenti
LE TECNICHE IMPIEGATE NELL’AUTENTICAZIONE DEGLI
ALIMENTI
Metodi di riconoscimento delle frodi basati sulla determinazione qualiquantitativa di analiti, siano essi elementi, molecole organiche o isotopi
9 Tecniche di analisi elementare (GF-AAS, ICP-AES, ICP-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)
9 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
9 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
9 Tecniche elettroforetiche: altro insieme di tecniche di separazione, di grande potenzialità nel
campo agroalimentare
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 = 150 – 800 nm
9Tecniche di analisi molecolare
NIR (near-infrared) = 800 – 2500 nm
MIR (mid-infrared) = 2500 – 25000 nm
FT-Raman
9Risonanza Magnetica Nucleare
NMR
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)
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
Caratterizzazione dei vegetali e/o
della provenienza geografica
contributi dai vari passaggi
del ciclo produttivo, dalla
materia prima al prodotto
finito
Caratterizzazione del processo
Sulla base delle considerazioni precedenti, possiamo suddividere gli elementi in
tre gruppi, a seconda del loro potere discriminante come variabile chimica
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
ANALISI ISOTOPICA E FRODI ALIMENTARI
Elemento
Idrogeno
Carbonio
Azoto
Ossigeno
Isotopo
stabile
Abbondanza
naturale % media
1H
99.985
2H
0.015
12C
98.892
13C
1.108
14N
99.6337
15N
0.3663
16O
99.7587
17O
0.0375
18O
0.2039
Rapporti isotopici normalmente
indagati negli alimenti
D/H, 13C/12C, 15N/14N,
18O/16O, 34S/32S
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
due tecniche sono in grado di soddisfare questi requisiti:
z
la spettrometria di massa, utilizzata per qualsiasi elemento
z
la risonanza magnetica nucleare, utilizzata soprattutto per la
determinazione degli isotopi dell’idrogeno (misura del
rapporto 2H/1H)
La maggior parte delle analisi isotopiche è effettuata mediante
spettrometria di massa
ANALISI ISOTOPICA E FRODI ALIMENTARI
Analisi dei rapporti tra
isotopi stabili di bioelementi
(D/H, 13C/12C, 15N/14N,
18O/16O, 34S/32S)
Applicazioni in campo alimentare
Discriminazione di prodotti di differente origine
biosintetica e geografica
Applicazioni già regolamentate per
vino, aceti, succhi di frutta e miele
Controllo della composizione
della dieta animale
Studi per nuove applicazioni
in olio, vanillina, caffeina, vegetali,
carne, latte e formaggio
Tipicizzazione di alimenti
(es.DOP, IGP, prodotti biologici)
Grado di utilizzo mangime
nell’alimentazione
Controllo di
frodi alimentari
Aggiunta di zucchero esogeno
Annacquamento
ANALISI ISOTOPICA E FRODI ALIMENTARI
CHE INFORMAZIONI DANNO I RAPPORTI ISOTOPICI ?
tipo di isotopo
13C/12C, D/H
è influenzato da….
e si può quindi verificare…
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
18O/16O,
D/H
Origine dell’acqua
Annacquamento (ad es. nel vino o nel
latte)
13C/12C ,
D/H
Sintesi chimica
Aggiunta di sostanze
di artificiali
18O/16O,
D/H,
Origine geografica
Caratterizzazione di
prodotti DOP, DOC, IGP, etc.
15N14N, 13C/12C
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
9Il 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
9Il Regolamento CEE 822/97 prevede la determinazione del rapporto isotopico
18O/16O dell’acqua contenuta nei vini per identificare il possibile fraudolento
annacquamento di un vino
9Il Decreto Ministeriale 16.02.93 prevede la determinazione del rapporto isotopico
13C/12C dell’alcol in mosti e vini mediante tecnica IRMS per identificare
l’addizione fraudolenta di miscele di saccarosio da bietola e canna
ANALISI CROMATOGRAFICA E FRODI ALIMENTARI
la cromatografia liquida, nella
quale la fase mobile è liquida 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)
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
la gascromatografia, nella
quale la fase mobile è gassosa
e la fase fissa è solida o liquida
utilizzata per la separazione di
sostanze organiche volatili o
volatilizzabili come aromi,
acidi organici
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
sostanze separate
LC-MS
Data l’elevata 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 50-100 sostanze aventi
caratteristiche di volatilità, in prevalenza
alcoli, terpeni ed esteri
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
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
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
10000 cm-1. Si è ottenuta una buona separazione tra i tre gruppi presi in considerazione
ANALISI SPETTROSCOPICA E FRODI ALIMENTARI
NMR
Onde radio
1H
Influenzano il momento magnetico dei
nuclei con numero atomico o di massa
dispari
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)
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.
9Dallo spettro NMR di un composto ricaviamo infatti la natura degli atomi,
il loro intorno chimico e il loro rapporto quantitativo.
9E’ possibile inoltre, conducendo esperimenti più sofisticati, risalire alla
conformazione anche di molecole molto complesse.
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
ANALISI BIOMOLECOLARE E FRODI ALIMENTARI
Metodi basati sullo studio di specifiche
sequenze
geniche
(DNA/RNA)
dell’alimento da autenticare
Polymerase Chain Reaction (PCR)
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)
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
ANALISI BIOMOLECOLARE E FRODI ALIMENTARI
REAL-TIME PCR
9Elevata specificità
9Elevata sensibilità
9Rapidità di esecuzione
9Ridotta possibilità di contaminazione post PCR
9E’ 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.
ANALISI BIOMOLECOLARE E FRODI ALIMENTARI
Metodi molecolari (PCR)
Criticità
¾
Costi
¾ Strumentazione specialistica
¾ Personale altamente specializzato
¾ Standardizzazione dei metodi
ANALISI CHEMIOMETRICA E FRODI ALIMENTARI
Con un solo parametro
chimico-fisico
Sistema univariato
Classificazione
Autenticazione
Con più parametri
chimico-fisici
Sistema multivariato
Analisi matematica
CHEMIOMETRIA
ANALISI CHEMIOMETRICA E FRODI ALIMENTARI
Tecniche di classificazione
metodi “unsupervised”
9analisi delle componenti principali
(PCA)
9analisi a cluster (CA)
metodi “supervised”
9analisi discriminante (LDA)
9SIMCA
campioni analizzati si
raggruppano in strutture
omogenee?
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