Qualità e Sicurezza Chimica. Concetti di base e tecniche analitiche

Presentazione sul tema: "Qualità e Sicurezza Chimica. Concetti di base e tecniche analitiche"— Transcript della presentazione:

1 Qualità e Sicurezza Chimica. Concetti di base e tecniche analitiche
Valorizzazione dei prodotti agroalimentari di qualità Qualità e Sicurezza Chimica. Concetti di base e tecniche analitiche La chimica analitica ed il suo impatto sul comparto alimentare Dr. Manuel Sergi

2 Ricerca e Food Safety Gli sforzi congiunti di tossicologi, epidemiologi, chimici (che da una parte creano il rischio e dall’altra cercano di porvi rimedio...) hanno portato negli anni ad una migliore comprensione dei fenomeni tossici La limitazione del rischio correlato con sostanze tossiche avviene attraverso: Strumenti legislativi Tecniche analitiche

3 Tipologie Strumentali
Nel controllo di processi (industriali) lo sviluppo tecnologico e la ricerca applicata è maggiormente centrata sui sensori (varie tipologie) Per il controllo di sostanze nocive ai sensori vengono affiancate anche tecniche strumentali più complesse, che consentono di ottenere maggiori informazioni quali-quantitative, con la possibilità di valutare quantità molto piccole Questa caratteristica è molto importante in quanto alcune sostanze hanno una tossicità elevata già a bassissime concentrazioni (pesticidi, endocrines disruptor...)

4 SICUREZZA ALIMENTARE

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8 Gli Ormoni Vengono secreti dalle ghiandole degli animali superiori
Regolano lo sviluppo, la crescita, la riproduzione, il comportamento Molecole naturali e sintetiche vengono usate in campo zootecnico per incrementare le rese produttive

9 Meccanismo di Azione Agiscono su specifici recettori situati nel citoplasma delle cellule bersaglio per dare effetti: Anabolizzanti Progestinici Estrogeni

10 Effetto Anabolico   STIMOLAZIONE DELLA PREIPOFISI
AUMENTO PRODUZIONE ORMONE SOMATOTROPO MAGGIORE DISPONIBILITA’ DI AMMINOACIDI  INCREMENTO SINTESI PROTEICA ACCRESCIMENTO TESSUTI

11 Progestinici Favoriscono la gravidanza Regolano l’estro
Favoriscono l’aumento di peso

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13 Esempi di studi sugli effetti di tali sostanze:
In animali da allevamento McDonald, Farmacologia Veterinaria, 1987 Su atleti dopati Pedròn, Life Sciences, 2001 Pedròn, Fertility and Sterility, 2000 Testosterone nei bambini (holy terror) Dabbs, Personality and Individual Diff., 2000 Terapia in AIDS Wasting Syndrome Strawford, Nutrition, 1997

14 SULFAMIDICI: MECCANISMO DI AZIONE
PABA + PTERIDINA ACIDO DIIDRO- PTEROICO ACIDO TETRA- FOLICO

15 RISCHI TOSSICOLOGICI LEGATI ALL’ASSUNZIONE DI RESIDUI ANTIBIOTICI NEGLI ALIMENTI DI ORIGINE ANIMALE
RISCHI TOSSICOLOGICI DIRETTI FENOMENI TOSSICI SENSIBILIZZAZIONE EFFETTI CANCEROGENI, MUTAGENI, TERATOGENI RISCHI TOSSICOLOGICI INDIRETTI ANTIBIOTICO-RESISTENZA

16 Normativa 2377/90/CE 22/96/CE 23/96/CE 508/99/CE 657/02/CE
La UE ha creato un quadro normativo molto severo nel campo della sicurezza alimentare con una serie di provvedimenti atti a tutelare la salute dei consumatori Molte sostanze usate in zootecnia come promotori della crescita sono state messe al bando o ne è stato limitato l’utilizzo Sono state fissate regole precise per i controlli sia a livello di produzione che di distribuzione

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18 USA Legislation The FDA (Food and Drug Administration ) established as acceptable levels in animal tissue the following concentrations: 0.120 ppb for oestradiol ppb for progesterone ppb for testosterone

19 ALLEGATO I DELLA DIRETTIVA 96/23/CE
CATEGORIA A - Sostanze a effetto anabolizzante e sostanze non autorizzate 1) Stilbeni, loro derivati e loro sali e esteri 2) Agenti antitiroidei 3) Steroidi 4) Lattoni dell'acido resorcilico (compreso lo zeranolo) CATEGORIA B - Medicinali veterinari e agenti contaminanti 1) Sostanze antibatteriche, compresi sulfamidici, chinoloni 2) Altri prodotti medicinali veterinari 3) Altre sostanze e agenti contaminanti per l'ambiente

20 Chimica Analitica La chimica analitica è la branca della chimica che copre le attività volte all'identificazione, alla caratterizzazione chimico-fisica e alla determinazione qualitativa e quantitativa dei componenti di un determinato campione analisi qualitativa: rivela la presenza e l'identità chimica dell'analita in un campione analisi quantitativa: stabilisce in termini numerici la quantità di uno o più analiti in un campione limite di rivelabilità: è la minima quantità di analita determinabile per mezzo di una tecnica analitica

21 Riferibilità: “proprietà del risultato di una misura che attesta una relazione con riferimenti stabiliti, generalmente campioni nazionali o internazionali, attraverso una catena ininterrotta di confronti, ognuno dei quali presenta un’incertezza definita” Validazione: “conferma sostenuta da evidenze oggettive, che i requisiti relativi ad una specifica utilizzazione o applicazione prevista, sono stati soddisfatti”

22 Ricerca in Chimica analitica
Le innovazioni volte a massimizzare le prestazioni analitiche delle metodiche di conferma, in termini di limite di rivelabilità e di capacità di identificazione, hanno una ricaduta diretta sulla qualità della vita. Non si tratta solo di ricerche speculative, ma una migliore qualità delle metodiche analitiche porta come conseguenza una maggiore conoscenza in campo ambientale, merceologico, biomedico, etc.

23 METODI DI SCREENING: si tratta di metodi usati per rivelare la presenza di un analita o di una classe di analiti alla concentrazione che interessa. Questi metodi hanno un’elevata produttività e vengono usati per selezionare ampi quantitativi di campioni potenzialmente positivi. Il loro scopo è quello di evitare risultati erroneamente negativi. - METODI DI CONFERMA: si tratta di metodi che forniscono informazioni complete o complementari che consentono l’identificazione dell’analita con certezza, alla concentrazione che interessa. Questi metodi sono intesi ad evitare risultati erroneamente positivi, nonché ridurre il più possibile risultati erroneamente negativi.

24 2.2. METODI DI SCREENING In ottemperanza alla direttiva 96/23/CE, sono utilizzate per finalità di screening solo quelle tecniche analitiche la cui validazione può essere dimostrata in modo documentato e rintracciabile e che hanno un tasso di falsi conformi inferiore al 5 % (errore β) al livello di interesse. Nel caso di un sospetto risultato non conforme, tale risultato è confermato per mezzo di un metodo di conferma.

25 2.3. METODI DI CONFERMA PER RESIDUI E CONTAMINANTI ORGANICI
I metodi di conferma per i residui o i contaminanti organici devono fornire informazioni sulla struttura chimica dell'analita. Di conseguenza, i metodi basati esclusivamente sull'analisi cromatografica senza l'uso della rilevazione spettrometrica non sono adeguati all'impiego come metodi di conferma senza il ricorso ad altri metodi. Se una singola tecnica non dispone di sufficiente specificità, la specificità desiderata deve essere ottenuta per mezzo di procedure analitiche consistenti in combinazioni adeguate.

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29 Precisione e Accuratezza
I termini precisione e accuratezzasono messi in relazione con gli errori casuali e sistematici. Una misura è tanto più precisa quanto più i singoli valori misurati in condizioni di ripetitibilità si concentrano intorno alla media della serie di misure effettuate. La variabilità dei risultati viene quantificata nella deviazione standard. Si preferisce quantificare la precisione con il coefficiente di variazione, in genere espresso in percentuale. L'accuratezza esprime invece l'assenza di errori sistematici nella misura: una misura è tanto più accurata quanto più la media delle misure si approssima al valore vero della grandezza. Anche l'accuratezza è spesso espressa come rapporto fra l'errore sistematico e il valore della grandezza.

30 Precisione e accuratezza
Esempi di risultati ottenuti da misure di diverso grado di precisione e di accuratezza. Ad esempio il caso b) mostra misure effettuate con maggiore precisione, ma con peggiore accuratezze del caso c). Il caso d) è quello peggiore sia per quanto riguarda la precisione che l'accuratezza.

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33 La Funzione Gaussiana Una funzione gaussiana è una funzione della seguente forma: dove µ e σ rappresentano la popolazione media e lo scarto quadratico medio (o deviazione standard). L'equazione della funzione di densità è costruita in modo tale che l'area sottesa alla curva rappresenti la probabilità. Perciò, l'area totale è uguale a 1.

34 La distribuzione normale

35 La deviazione standard
La deviazione standard o scarto quadratico medio è una misura della variabilità di una variabile casuale ed ha la stessa unità di misura dei valori osservati. In pratica misura la dispersione dei dati intorno al valore atteso.                              dove                                 è la media aritmetica.

36 La deviazione standard
Se si conosce solo un campione della popolazione, si sostituisce il fattore 1 / n con 1 / (n − 1), ottenendo come nuova definizione: A partire dalla deviazione standard si definisce anche la deviazione standard relativa come il rapporto tra σx e la media aritmetica dei valori:

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40 COMMISSION DECISION 2002/657/CE on analytical methods performance
12 august 2002 on analytical methods performance 2.3 CONFIRMATORY METHODS FOR RESIDUES AND ORGANIC POLLUTANTS … method based only on chromatographic analysis without spectrometric detection are not suitable as confirm methods … Identification Points (Ips): LR-MSn HR-MSn Precursor Ion 1 Product Ion Precursor Ion 2 Product Ion

41 Develope an Analytical Method
Extraction Analysis

42 Metodi analitici tradizionali
Estrazione liquido/liquido (L/L) e analisi gascromatografica (Busico, J.of H. R. Chrom., 1992) Estrazione (L/L) e determinazione in LC/MS (Joos, Anal. Chem.,1999) Pretrattamento del campione, SPE, LC-MS/MS (Draisci, J.Chromat., 2000)

43 Estrazione MSPD Dispersione della Matrice in Fase Solida:
Omogeneizzazione Disgregazione cellulare Purificazione Vantaggi: Procedura rapida e semplice Basso consumo di solventi

44 Procedura di Estrazione

45 ASE (Accelerated Solvent Extraction)

46 Diagramma a blocchi di un generico spettrometro di massa.
Il campione, immesso nello spettrometro dal dispositivo d’introduzione viene ionizzato nella sorgente dando luogo ad un fascio di ioni positivi o negativi che vengono separati dall’analizzatore di massa in funzione al rapporto m/z e rivelati da un detector che trasforma il fascio ionico in un segnale elettrico; quest’ultimo viene registrato ed elaborato da un computer in uno spettro di massa

47 Spettrometria di massa tandem
La Spettrometria di Massa MS/MS è una tecnica analitica potente ed altamente specifica Le molecole vengono ionizzate in una sorgente, che immette il flusso ionico nell’analizzatore Il sistema a quadrupoli seleziona le masse di interesse e le conduce al rivelatore (CEM) Questa tecnica consente di raggiungere livelli di sensibilità elevatissimi, quindi risulta essere particolarmente adatta per la ricerca di residui in tracce

48 Strumenti a Quadrupolo

49 Ionizzazione a Pressione Atmosferica
 ESI APCI 

50 Meccanismo Triplo Quadrupolo
Il primo quadrupolo (Q1) seleziona lo Ione Precursore Il secondo quadrupolo agisce come cella di frammentazione attraverso la collisione con molecole di Azoto Il terzo quadrupolo seleziona i frammenti di interesse per una identificazione inequivocabile

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52 QqTOF SCHEME

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54 ORMONI ANALITA QqQ QqTOF 0.39 0.44 0.06 0.35 0.09 0.28 0.12 0.15 0.56
TRENB 0.39 0.44 TEST 0.06 0.35 TEST-M 0.09 0.28 MEL 0.12 PROG 0.15 0.56 TEST-P 0.62 DES-P 0.48 1.30 -ZER 0.21 0.55 -ZER 0.18 -ESTR 0.36 0.92 -ESTR 0.98 DES 0.58 LOQ COMPARATI TRA IL TRIPLO QUADRUPOLO vs QUADRUPOLO/ TOF (ng/g)

55 SOLFONAMMIDI LOQ (ng/g) ANALITA OMOGENEIZZATO CARNE FRESCA MSPD ASE
0.13 1.2 0.20 1.4 SDZ 0.10 0.8 1.6 SMX 0.08 0.33 2.6 SMR 1.5 0.35 1.9 SMO 0.14 1.1 0.28 SMT 0.09 0.4 SIM 0.12 1.7 0.25 SMZ 2.1 SMP 0.7 SMM 0.9 0.23 SCP 0.06 0.5 1.3 SQX SDM 0.6 LOQ (ng/g)

56 MATRIX MATCHED CALIBRATION
SOL HOM MEAT

57 PATRIMONIO GENETICO DIVERSO NELL’ORGANISMO MODIFICATO
COSA SONO GLI OGM SONO ORGANISMI VIVENTI,ANIMALI E PIANTE,”IL CUI MATERIALE GENETICO E’ STATO MODIFICATO IN MODO DIVERSO DA QUANTO SI VERIFICA IN NATURA MEDIANTE UN INCROCIO O CON LA RICOMBINAZIONE GENETICA NATURALE” (DL 3/3/93 N°92) CONSEGUENZE PATRIMONIO GENETICO DIVERSO NELL’ORGANISMO MODIFICATO SINTESI DI NUOVE PROTEINE O ENZIMI CHE ESPRIMONO LE CARATTERISTICHE RICERCATE

58 QUALI E QUANTI SONO IN COMMERCIO
RESISTENZA A DISERBANTI (MAIS,SOIA,COLZA) RESISTENZA AGLI INSETTI (PATATA,POMODORO) PRODUZIONE GRASSI INSATURI (COLZA) RESISTENZA A FUNGHI: (TABACCO)

59 PAESI PRODUTTORI OLTRE 52 OGM AUTORIZZATI: 61% COTONE 54% SOIA
25% MAIS SI PREVEDE UN’ESPANSIONE DELLE COLTIVAZIONI IN: INDIA,AUSTRALIA FILIPPINE E SUDAFRICA

60 POSIZIONI DIVERGENTI:
PRINCIPIO PRECAUZIONALE EUROPA PRINCIPIO SOSTANZIALE EQUIVALENZA USA (CANADA,ARGENTINA,AUSTRALIA)

61 METODICHE ANALITICHE PER OGM
PCR (POLYMERASE CHAIN REACTION) DETERMINA LE MODIFICAZIONI A LIVELLO DEL DNA HRMS* (SPETTROMETRIA DI MASSA AD ALTA RIS.) DETERMINA LE MODIFICAZIONI A LIVELLO PROTEICO *SPERIMENTALE

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