Tecniche isotopiche con carbonio, ossigeno e idrogeno finalizzate

Generalità

Il metodo si basa sull'assunto che la composizione isotopica delle specie vegetali dipende dall'ambiente in cui si sono sviluppate nonché dalla loro fisiologia. Da ciò risulta che i prodotti commestibili derivanti dalle diverse specie vegetali possono essere distinti sulla base delle loro caratteristiche isotopiche.

Rapporto isotopico 13C/12C

Il carbonio utilizzato dalle piante nei processi fotosintetici naturali, deriva interamente dal carbonio della CO2 atmosferica, il quale, dal punto di vista isotopico, è estremamente

omogeneo.

Durante i processi di fotosintesi si verifica un frazionamento isotopico tra la CO2

dell'atmosfera e la specie vegetale, che determina, in quest'ultima, un impoverimento dell'isotopo più pesante (13C). Tale frazionamento funzione del ciclo fotosintetico seguito dalla pianta, nella quasi totalità delle specie riconducibile o al "Ciclo di Calvin" (detto "C3") e al "Ciclo di Hatch and Slack" (detto "C4"). Il contenuto in 13C caratteristico dei due cicli fotosintetici è molto differente e quindi facilmente distinguibile dal punto di vista isotopico. La vite segue il ciclo di fotosintesi C3, ed il processo di fermentazione non altera la composizione isotopica. La frazione alcolica del vino naturale mostra di conseguenza un valore di 13C tipico delle specie vegetali che seguono il ciclo C3. Le variazioni del tenore in

13_{C nell'ambito dell'intervallo indicato per tale ciclo, dipendono anche da fattori climatici}

locali quali esposizione del vigneto, radiazione globale, quota, evapotraspirazione, ecc.

La misura del rapporto isotopico del 13C trova diretta applicazione nel fatto che una delle comuni tecniche di sofisticazione del vino è attuata aggiungendo allo stesso zuccheri di origine diversa (canna e barbabietola) miscelati in proporzioni diverse, al fine di aumentarne il naturale grado alcolico. Poiché la canna da zucchero segue il ciclo di fotosintesi C4, uno spostamento del rapporto isotopico del 13C di un vino verso valori tipici del ciclo C4 è indice di una aggiunta nel vino di zucchero di canna.

Rapporti isotopici 18O/16O e 2H/1H

L'ossigeno e l'idrogeno, così come il carbonio, rappresentano gli elementi più abbondanti nella materia organica. Le variazioni del tenore in 18O nelle specie vegetali sono dovute a diversi e articolati processi che a loro volta sono controllati sia dal metabolismo dell'ossigeno, sia dalle molteplici fonti da cui può arrivare (acque meteoriche, acque di falda, CO2

atmosferica). Analogamente si può essere per il deuterio.

In estrema sintesi, si può affermare che il contenuto in 18O e in 2H della materia organica dipende dalle condizioni climatiche della zona da cui quest’ultima proviene. Infatti il tenore in tali isotopi di una specie vegetale è strettamente correlato a fattori quali temperatura, precipitazioni meteoriche, assorbimento dell'acqua presente nel terreno da parte delle radici, evapotraspirazione, ossigeno dell'atmosfera, fotosintesi, ecc., fattori che a loro volta sono dipendenti dal clima locale (Lajtha e Marshall, 1994).

Si possono distinguere due principali applicazioni derivanti dalla conoscenza del rapporto isotopico 18O/16O e 2H/1H dei prodotti enologici:

1) definire una caratterizzazione isotopica dei vini di qualità in modo da poterli distinguere non solo sulla base di analisi sensoriali o delle caratteristiche fisico-chimiche, ma anche sulla base del contenuto isotopico;

2) valutare la diluizione di un vino con aggiunta di acqua.

Nel primo caso, l'insieme di risultati analitici permette di creare una banca dati che dovrebbe essere la più completa possibile; i dati isotopici in essa riportati devono provenire da analisi effettuate su diversi vini di qualità distinti in base alla loro tipologia, regione o area di provenienza, grado alcolico e anno di produzione, in modo da permettere un adeguato confronto tra loro.

Nel secondo caso è possibile riconoscere una diluizione del vino con aggiunta di acqua proveniente dalle reti acquedottistiche oppure dalla falda idrica. L'aggiunta di acqua modifica infatti il naturale rapporto isotopico di 18O e 2H.

Con le informazioni derivanti dall’analisi di questi isotopi si costruiscono database utili per individuare l’origine degli alimenti. Tuttavia la variabilità stagionale e climatica a cui sono soggetti questi dati rende necessario l’aggiornamento annuale delle banche dati ottenute, allo scopo di controllarne le variazioni (Guyon F. et al, 2006).

Gli elementi pesanti, al contrario, non dovrebbero risentire di questo problema, e per essi dovrebbero essere sufficienti singole banche dati. Gli isotopi di questi ultimi elementi sono degli ottimi traccianti naturali, in quanto dovrebbero essere assorbiti da piante ed animali nelle stesse proporzioni in cui si trovano nei terreni e nelle precipitazioni.

Le informazioni acquisite con l’analisi di isotopi leggeri e pesanti sono spesso complementari tra loro. I primi, infatti, permettono di differenziare zone con climi e latitudini diverse, nonché prodotti ottenuti con processi diversi tra loro, mentre i secondi consentono di avere indicazioni sulla geologia del territorio e sono spesso utili per distinguere aree che potrebbero risultare sovrapposte dall’esame dei soli isotopi leggeri e viceversa.

Nel settore agroalimentare i metodi isotopici sono stati applicati a numerosi alimenti e per alcuni di essi (vino, succhi di frutta e miele) sono stati istituiti database ufficiali. La maggior parte dei metodi ufficiali di analisi isotopica è basata sulla determinazione degli isotopi di un elemento leggero, che potrebbe consentire la determinazione dell’autenticità di una sostanza specifica, di un ingrediente dell’alimento o del prodotto intero.

Il database ufficiale per i vini è stato stabilito nel 1990 dall’Unione europea ed è fondato principalmente sui rapporti isotopici dell’idrogeno (EU regulations 2670/90, 2347/91,

determinati nell’acqua del vino e si stanno raccogliendo i dati sul carbonio dell’etanolo. Questa banca dati è ampiamente utilizzata per il controllo dello zuccheraggio e dell’annacquamento.

In merito allo studio isotopico dell’ossigeno e del deuterio nelle acque meteoriche risulta indispensabile citare uno studio eseguito dal Dipartimento di Scienze della Terra di Parma (Longinelli e Selmo, 2003) nel quale sono stati raccolti mensilmente campioni di precipitazioni atmosferiche in un periodo complessivo di 7 anni in 77 siti sparsi su tutta la penisola italiana (Fig. 3.2).

Fig. 3.2 Siti di raccolta delle precipitazioni atmosferiche

Per ogni campione prelevato è stato misurato il loro rapporto isotopico dell’ossigeno e dell’Idrogeno al fine di ottenere le informazioni fondamentali per gli studi idrogeologici e meteorologici nell’area. Sulla base dei risultati ottenuti è stata creata una prima mappa della composizione isotopica delle precipitazioni in Italia (Fig. 3.3).

Fig. 3.3 Le linee di contorno presenti sulla mappa limitano la

variabilità complessiva della composizione isotopica media dell’ossigeno delle precipitazioni in Italia.