Le tematiche trattate nel presente lavoro di tesi comprendono le tendenze, attuali e prospettiche, di una parte del mercato alimentare italiano. In altre parole, lo scopo principale del lavoro è stato lo sviluppo di metodiche di analisi e di indicatori specifici per il controllo la tutela ed dei prodotti di maggiore qualità (ad esempio per fascia di prezzo). Un obiettivo, come discusso nelle parti specifiche di questa tesi, in linea con le esigenze di produttori ed i consumatori. In linea molto generale, si potrebbe concludere che le tre parti sviluppate nel presente lavoro di tesi presentano un unico comune denominatore: lo sviluppo e l’uso di marcatori molecolari mediante l’utilizzo della strumentazione HS-SPME/GC-MS e l’uso combinato di metodi di classificazione chemiometrici; questo sistema è risultato molto efficace per lo studio di diverse matrici alimentari, quali la birra artigianale, la Grappa IG, e la pasta di semola di grano duro. Si tratta di un approccio analitico solvent-free, quindi economico e più veloce rispetto ad altre tecniche di analisi e per questo motivo la ricerca - soprattutto negli ultimi anni - si sta incentrando sullo sviluppo di questi nuovi metodi di analisi. L’individuazione di nuovi marker di prodotto e/o di processo è applicabile anche a eventuali controlli doganali (frodi alimentari) o per il controllo della qualità e sicurezza dei prodotti.
Di seguito sono riportate le conclusioni specifiche per ogni parte della tesi. I dati collezionati nella tesi hanno dato luogo a 4 pubblicazioni su riviste nazionali ed internazionali, con l’obiettivo di divulgare i risultati nell’ambito della chimica degli alimenti e delle tecnologie produttive nell’industria alimentare; altri tre articoli sono tuttora in fase di scrittura e pubblicazione.
Nella Parte I della tesi l’obiettivo principale è stato quello di cercare di caratterizzare le birre prodotte in diverse condizioni di processo (birre artigianali vs birre industriali). La caratterizzazione del profilo aromatico di una birra può essere uno strumento utile per la valutazione della qualità e dell’autenticità delle craft beer soprattutto in un contesto caratterizzato dallo sviluppo dei consumi mondiali di birra e la parallela crescita del numero di microbirrifici. L’applicabilità dell’approccio proposto è stato validato analizzando un set di campioni di 79 birre (prodotti industriali e artigianali), tutte stile Lager Pilsner. Dopo opportuni pretrattamenti dei dati, i profili cromatografici (TIC) del flavour sono stati elaborati mediante modelli PLS-DA: i risultati mostrano un’alta precisione di classificazione in una validazione
130 incrociata (CV) di 7 volte; tale procedura ha permesso di discriminare le categorie di campioni industriali da quelli realizzati con metodo artigianale; solo 2 campioni di birra sono stati classificati erroneamente dal modello ottimale in calibrazione e 3 in validazione incrociata. Gli indici VIP (Variable Importance in Projection) hanno poi evidenziato il modo in cui le informazioni ottenute sono discriminate e associate ai composti volatili più caratteristici (esteri, alcoli e terpeni) presenti nei campioni per le categorie di birre considerate. In particolare 13 composti volatili sono stati identificati contemporaneamente in tutti i campioni analizzati e potrebbero essere utilizzati con successo per la tutela delle birre artigianali. Quindi, in conclusione, un’opportuna combinazione tra la tecnica HS-SPME/GC-MS e quelle di classificazione chemiometriche, consente il riconoscimento e la distinzione di prodotti ottenuti con diversi metodi di produzione. Inoltre, essa potrebbe essere utilizzata per prevenire frodi commerciali nel settore della birra artigianale anche in un contesto caratterizzato da mercati di nuova regolamentazione, come quello italiano. I risultati dello studio incoraggiano l’ulteriore sviluppo della tecnica HS-SPME, perché non richiede l’uso di solventi, risulta sensibile ed è estremamente rapida nelle fasi di esecuzione.
Nella Parte II della tesi l’obiettivo principale è stato quello di cercare di trasferire la metodologia analitica descritta in precedenza e tentare di caratterizzare la Grappa di qualità (IG): si tratta in altre parole di discriminare il prodotto Made in Italy a base di uva da altri distillati di frutta e cereali prodotti nelle stesse aree geografiche italiane. A tale scopo, 60 campioni di grappa e 22 campioni di diversi distillati italiani sono stati analizzati in parallelo, sia mediante la tecnica HS- SPME/GC-MS che mediante la tecnica HPLC-DAD. Tutti i dati raccolti sono stati poi classificati con tecnica chemiometrica ossia mediante un approccio discriminante (PLS-DA) e modellante (SIMCA). Per la parte di cromatografia gassosa (GC-MS), l’approccio PLS-DA è risultato il più adatto a risolvere il problema di classificazione in studio: infatti, ha fornito risultati soddisfacenti, classificando correttamente tutti i campioni di prova (test set) tranne uno, assegnato erroneamente alla classe Grappa. Inoltre,sono stati calcolati gli indici VIP al fine di studiare quali composti aromatici hanno contribuito maggiormente a caratterizzare questa preziosa bevanda IG. Infatti, l’analisi VIP consente un’ulteriore e più approfondita indagine delle matrici contenenti centinaia di composti volatili, evitando l’iniezione di costosi standard puri e tempi di analisi molto lunghi. Inoltre non è da sottovalutare il problema che alcuni composti potrebbero non essere disponibili in commercio per l’analisi. Anche in questa parte della tesi si dimostra che un approccio integrato basato sulla combinazione di analisi HS-SPME/GC-MS e PLS-DA rappresenta uno strumento interessante per la caratterizzazione del flavour delle Grappe a denominazione IG, sia dal punto di vista della sicurezza alimentare, che dal punto di vista analitico. L’approccio sviluppato potrebbe rappresentare anche uno strumento efficace per i controlli sui lotti in fase di produzione, in grado di identificare rapidamente i composti target utili per il controllo di qualità e
131 la tracciabilità dei prodotti a marchio IG. Anche per quanto riguarda l’approccio basato sull’uso della cromatografia liquida (HPLC) e l’uso combinato di tecniche chemiometriche di classificazione, è stata dimostrata l’utilità di questo sistema per la differenziazione delle grappe a denominazione d’origine da altri distillati. In particolare, una caratteristica comune a tutti i modelli costruiti è quella di essere altamente specifici, ovvero di permettere di riconoscere in maniera pressoché certa (con probabilità molto alte e prossime al 100%) dei campioni che non rientrano nella tipologia grappa. Dal punto di vista commerciale e merceologico anche questo risultato è molto importante perché permette di supportare analiticamente la verifica della possibilità di frodi (identificando eventuali prodotti commercializzati come grappa, che in realtà non lo sono) e la tutela del prodotto a marchio IG. Un ulteriore sviluppo futuro di questa parte del lavoro di tesi è di tentare di unificare i risultati delle due tecniche di analisi cromatografiche descritte in precedenza mediante un approccio chemiometrico di classificazione multi-block [145, 146]; a tal proposito, sono in corso analisi spettroscopiche NIR (vicino infrarosso) e MIR (medio infrarosso) dei campioni di vari distillati, in collaborazione con il Dipartimento di Chimica, dell’Università degli studi di Roma “La Sapienza”.
Nell’ultima parte della mia tesi, è stato fatto un tentativo per definire i criteri relativi a una possibile qualità totale della pasta e confrontare il comportamento della pasta di semola integrale rispetto a quella tradizionale di semola di grano duro (definita come pasta “normale”, essendo la più comune). Il lavoro, ancora in fase di sviluppo, è stato finanziato dal nostro Ateneo con un progetto specifico di Avvio alla Ricerca, fondi destinati poi all’acquisto di prodotti consumabili per la ricerca. Il lavoro prevede l’ottimizzazione della fase di estrazione degli acidi fenolici (con proprietà antiossidanti) dalla pasta mediante l’uso di un estrattore ASE (Accelerated Solvent Extraction), solo di recente acquisizione, l’utilizzo di una specifica colonna HPLC e l’uso combinato della strumentazione GC-MS (analizzatore di massa a singolo quadrupolo) per la caratterizzazione della frazione aromatica. Con queste nuove strumentazioni, presto potranno essere analizzati campioni di pasta integrale e normale con l’auspicio di caratterizzare, come è stato già effettuato nel nostro laboratorio per la pasta artigianale [127-134], la pasta di semola integrale di grano duro, fornendo un nuovo quadro analitico per la valutazione della sua qualità, utile sia per le aziende leader del settore, che per controlli di eventuali frodi.
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