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Valorizzazione dei prodotti agroalimentari di qualità Qualità e Sicurezza Chimica. Concetti di base e tecniche analitiche La chimica analitica ed il suo.

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Presentazione sul tema: "Valorizzazione dei prodotti agroalimentari di qualità Qualità e Sicurezza Chimica. Concetti di base e tecniche analitiche La chimica analitica ed il suo."— Transcript della presentazione:

1 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 Gli sforzi congiunti di tossicologi, epidemiologi, chimici (che da una parte creano il rischio e dallaltra 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 Ricerca e Food Safety

3 Tipologie Strumentali Nel controllo di processi (industriali) lo sviluppo tecnologico e la ricerca applicata è maggiormente centrata sui sensori (varie tipologie) 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 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...) Questa caratteristica è molto importante in quanto alcune sostanze hanno una tossicità elevata già a bassissime concentrazioni (pesticidi, endocrines disruptor...)

4 SICUREZZA ALIMENTARE RESIDUI TRATTAMENTI ANIMALIVEGETALI CONTAMINAZIONI NATURALIANTROPICHE

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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 lestro Favoriscono laumento 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 ALLASSUNZIONE DI RESIDUI ANTIBIOTICI NEGLI ALIMENTI DI ORIGINE ANIMALE 1.RISCHI TOSSICOLOGICI DIRETTI FENOMENI TOSSICI SENSIBILIZZAZIONE EFFETTI CANCEROGENI, MUTAGENI, TERATOGENI 2.RISCHI TOSSICOLOGICI INDIRETTI ANTIBIOTICO-RESISTENZA

16 2377/90/CE 22/96/CE 23/96/CE 508/99/CE 657/02/CE Molte sostanze usate in zootecnia come promotori della crescita sono state messe al bando o ne è stato limitato lutilizzo Normativa 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 Sono state fissate regole precise per i controlli sia a livello di produzione che di distribuzione

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18 The FDA (Food and Drug Administration ) established as acceptable levels in animal tissue the following concentrations: USA Legislation ppb for oestradiol 3.00 ppb for progesterone 0.64 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 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 campionechimica analisi qualitativa: rivela la presenza e l'identità chimica dell'analita in un 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 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 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 unincertezza 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. 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. 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 unelevata 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 lidentificazione dellanalita 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. 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. La variabilità dei risultati viene quantificata nella deviazione standard. Si preferisce quantificare la precisione con il coefficiente di variazione, in genere espresso in percentuale. 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: 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. 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. 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: Una funzione gaussiana è una funzione della seguente forma:funzione 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. variabile casualevariabile casuale In pratica misura la dispersione dei dati intorno al valore atteso. dove è la media aritmetica.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: 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 COMMISSION DECISION 2002/657/CE 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-MS n HR-MS n Precursor Ion 1 Product Ion 1.5 Precursor Ion 2 Product Ion 2.5

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 dintroduzione viene ionizzato nella sorgente dando luogo ad un fascio di ioni positivi o negativi che vengono separati dallanalizzatore di massa in funzione al rapporto m/z e rivelati da un detector che trasforma il fascio ionico in un segnale elettrico; questultimo 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 nellanalizzatore 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 APCI ESI

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 ANALITAQqQQqTOF TRENB TEST TEST-M MEL PROG TEST-P DES-P ZER -ZER ESTR -ESTR DES LOQ COMPARATI TRA IL TRIPLO QUADRUPOLO vs QUADRUPOLO/ TOF (ng/g) ORMONI

55 ANALITA OMOGENEIZZATOCARNE FRESCA MSPDASEMSPDASE SPD SDZ SMX SMR SMO SMT SIM SMZ SMP SMM SCP SQX SDM LOQ (ng/g) SOLFONAMMIDI

56 MATRIX MATCHED CALIBRATION HOM MEAT SOL

57 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 NELLORGANISMO 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 A DISERBANTI (MAIS,SOIA,COLZA) RESISTENZA AGLI INSETTI (PATATA,POMODORO)RESISTENZA AGLI INSETTI (PATATA,POMODORO) PRODUZIONE GRASSI INSATURI (COLZA)PRODUZIONE GRASSI INSATURI (COLZA) RESISTENZA A FUNGHI: (TABACCO)RESISTENZA A FUNGHI: (TABACCO)

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

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

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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