Strumento del mese

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Strumento del mese
a cura di Andrea Rota CEM Italia - [email protected]
CEM srl è filiale italiana della CEM Corporation, azienda statunitense leader nella
realizzazione di sistemi a microonde da laboratorio.
In particolare CEM progetta e realizza sistemi dedicati al settore della life science,
sintesi chimica, chimica analitica e controllo dei processi produttivi.
Gli strumenti CEM vengono utilizzati in svariati settori industriali, fra i quali quello
farmaceutico, biotecnologico, chimico, ambientale, alimentare, nonchè in ambito
accademico per attività di ricerca.
Èleader mondiale per numero di sistemi installati.
Più di 300 brevetti per tecnologia a microonde, e vincitore di 10 premi R&D 100.
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IL MONDO
DEL LABORATORIO
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L’analisi delle proteine
Uno strumento rivoluzionario per l’analisi rapida delle proteine che
grazie all’utilizzo della tecnologia Itagtm consente analisi più veloci e
risultati più accurati dei metodi tradizionali
Fra i molteplici effetti introdotti
dalla globalizzazione, uno dei
più controversi è quello di poter
facilmente reperire sui mercati internazionali ingenti quantitativi di
materie prime ed alimenti a prezzi modici, ma la cui qualità è spesso un punto interrogativo. Per tale ragione però sono stati ulteriormente inaspriti i controlli richiesti
alle aziende alimentari al fine di
certificare la sicurezza e l’integrità dei loro prodotti. Gli ispettori
doganali e le aziende alimentari ricevono ogni giorno quantitative
enormi di grano, glutine, riso, siero di soia e altri ingredienti di cui
è fondamentale sapere il reale
contenuto di proteine. I laboratori preposti hanno a loro disposizione metodologie ufficiali, vecchie
di decenni, che richiedono parecchio tempo per fornire il dato analitico oppure sistemi rapidi che in
pochi minuti sono in grado di misurare le proteine. Purtroppo il
principio di funzionamento della
maggior parte di questi strumenti si basa su metodi di misurazione indiretti, che risalgono al dato
analitico attraverso uno storico
oppure tramite calcoli più o meno
complessi. Come si può facilmente intuire l’uso di additivi, ‘camuffati da proteine’, non può essere
scoperto da strumenti di questo
genere, e il rischio è quello di validare l’immissione sul mercato di
ingredienti alterati o scadenti, a
scapito della salute del consumatore, oltre che dell’immagine e
della credibilità delle aziende produttrici. La necessità di avere un
metodo affidabile per la determinazione delle proteine non è mai
stata così fondamentale e d’attualità come ora. È di questi giorni, infatti, lo scandalo del latte in polvere cinese contaminato con la
melamina, i cui danni si sono fatti sentire su più di 50.000 bambini. Questo fatto gravissimo fa se-
guito ad un altro scandalo scoppiato lo scorso anno negli Stati
Uniti, dove centinaia di cani e gatti sono deceduti a causa di pet food contaminato sempre da melamina. Tale sostanza è un composto organico utilizzato nell’industria plastica, nella produzione di
fertilizzanti o come sostanza ignifuga, la cui ingestione causa gravi problemi renali. Nella sua forma in polvere viene aggiunta agli
alimenti con lo scopo di aumentarne fraudolentemente il contenuto proteico, che risulta così gonfiato. Tale pratica economicamente vantaggiosa rispetto all’aggiunta di proteine della soia, del
grano o del mais, è ovviamente illegale, ma quasi impossibile da
scoprire con gli analizzatori di proteine standard che nella quasi totalità misurano il contenuto totale d’azoto (quindi anche l’apporto proteico dato dalla Melamina)
e non le proteine.
METODI STANDARD PER L’ANALISI DELLE PROTEINE
GC-MS è la tecnica più accurata
per la misurazione delle proteine
e coinvolge tipicamente un’analisi cromatografica seguita da spettroscopia di massa. Il metodo per
quanto accurato e sicuro é estremamente costoso, richiede personale qualificato ed un tempo
d’analisi
piuttosto
lungo
Kjeldahl/Dumas rappresenta, invece, l’alternativa più comune preve-
Headquarter CEM North Carolina USA
de l’impiego di strumenti che attraverso i metodi Kjeldahl o Dumas
determinano il contenuto totale
d’azoto nel campione e quindi calcolano le proteine in base alla percentuale d’azoto riscontrata, dando per assodato che dei 3 costituenti principali di una matrice alimentare, grassi – carboidrati – proteine, solo quest’ultime sono una
‘fonte’ d’azoto. Per diversi anni i
chimici hanno utilizzato queste
metodiche, ponendo poca attenzione al fatto che entrambe non
sono in grado di distinguere se
l’azoto misurato è di origine proteica o non proteica.
A questo si aggiunga il fatto che
oltre a non essere sufficientemente rapide tutte le strumentazioni
basate su queste tecniche necessitano di sostanze chimiche aggressive (pericolose), gas infiammabili ed il loro utilizzo richiede personale specializzato.
Kjeldahl prevede di scaldare per diverse ore e ad elevate temperature acido solforico ed un catalizzatore di rame, con conseguenti pro-
cedure di sicurezza a cui attenersi sia durante l’analisi che nel successivo smaltimento dei reattivi utilizzati.
Dumas è un metodo a combustione, quindi tutto ciò che viene prodotto dall’incenerimento del campione deve essere smaltito all’interno dello strumento stesso. Ciò
implica una frequente manutenzione e pulizia del sistema, che difficilmente è in grado di trattare campioni liquidi o di pesate elevate.
Il metodo ‘NIR’ è un’altra opzione, rappresentata dall’infrarosso,
tecnica di misurazione indiretta che
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richiede frequenti calibrazioni.
Spesso, questi apparecchi, a causa della loro dipendenza dall’effetto matrice, sono impiegati come
metodi secondari d’analisi.
Un metodo accurato, rapido e diretto è quello che si va cercando
da tempo nella determinazione
delle proteine. Qualcosa che sia
abbastanza semplice, da poter essere utilizzato da chiunque, ma nel
contempo accurato e in grado di
assicurare l’integrità del prodotto
analizzato. SPRINT™ Rapid Protein
Analyzer offre tutto ciò, è veloce,
accurato, estremamente facile da
usare, operativo sia nei reparto di
produzione che in laboratorio e
che utilizza metodi approvati sia
AOAC che AACC.
L’accuratezza di ‘Sprint’ è identica e a volte perfino migliore del
metodo Kjeldahl con un tempo
medio d’analisi di soli 2 minuti. Il
segreto di tutto ciò sta nel fatto
che SPRINT utilizza la tecnica conosciuta come ‘protein tagging’,
già utilizzata da diversi anni nel
campo bio-scientifico. E’ un metodo diretto che ignora l’azoto non
proteico, e rileva solamente le proteine del campione.
COS’È IL PROTEIN TAGGING
Le proteine sono delle catene peptidiche costituite da sequenze di
aminoacidi. Nelle matrici alimentari, possiamo trovare fino a 20 differenti amino acidi combinati in
determinate sequenze che danno
origine a proteine con funzioni
specifiche. Ad esempio la Caseina
è una proteina composta da 201
amino acidi, di cui 15 Arginine, 4
Histidine e 7 Lysine. La particolarità di questi 3 aminoacidi sta nel
fatto che sono gli unici caratterizzati da un elevato pKa, quindi facilmente isolabili in ambiente fortemente acido.
Questa caratteristica viene sfruttata dal nuovo sistema Cem ‘Sprint’
che grazie all’impiego di iTAG™,
una miscela acquosa con un gruppo acido, è in grado di complessare i gruppi basici degli amino acidi. La medesima soluzione ha
un’altra preziosa caratteristica:
un esteso gruppo aromatico in grado di assorbire la luce ad un lunghezza d’onda di 483 nm. La combinazione di queste due strutture
fa di iTAG™ un agente che si lega stechiometricamente agli ami-
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no acidi basici ed è facilmente rilevabile utilizzando con un spettroscopio d’assorbimento.
Essenzialmente, un quantitativo
noto di iTAG viene aggiunto al
campione di cui si vuole determinare le proteine. Legandosi solo
con gli amino acidi basici, iTAG
ignora di fatto le eventuali sorgenti di azoto non proteico. Questa
azione chimica porta ad una precipitazione della componente proteica stessa. A questo punto la soluzione iTAG debitamente filtrata
viene letta da un detector ed il risultato appare sul display della
macchina, e stampato (con la
stampante integrata nel sistema).
Tutto ciò in soli 2-3 minuti.
Sprint sistema completo
Filtro e bicchiere pronti per l’analisi
iTAG TM complesso indissolubile nel “Protein Tagging”
RISULTATO INDIPENDENTE
DAGLI AGENTI ADULTERANTI
Kjeldahl e Dumas sono i metodi
maggiormente utilizzati dalle
aziende alimentari. Entrambe le
tecniche come abbiamo visto misurano l’azoto totale che viene poi
convertito, tramite una formula
matematica, nel contenuto teorico di proteine. Questo significa che
qualsiasi sorgente di azoto, quindi anche gli adulteranti, viene classificata come proteina.
Contaminare un alimento con
agenti ricchi di azoto o ‘proteine
apparenti’ (come la melamina) è
abbastanza semplice, ma con
SPRINT è oggi possibile smascherarlo. La soluzione iTAG grazie
alla sua selettività attaccherà
solo Arginine, Histidine e Lysine,
mentre ignorerà eventuali agenti adulteranti.
In un’apposito bicchiere viene aggiunto e pesato circa un grammo
di campione. Bicchiere e filtro vengono quindi inseriti nell’apposito
alloggiamento dello strumento.
Sprint provvederà ad aggiungere
la soluzione iTAG nel bicchiere ed
a omogeneizzare il campione. Le
proteine combinate con iTAG formano un complesso indissolubile.
Un’aliquota di soluzione iTAG viene aspirata attraverso il filtro in un
colorimetro e analizzata. Il risultato viene poi visualizzato sul display
dello strumento. Tutte le parti che
vengono in contatto con il campione sono usa e getta o in grado di
autopulirsi. La soluzione iTAG è
completamente atossica ed essendo costituita per il 98% da acqua
può essere facilmente smaltita.