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ANALISI DEI RAPPORTI TRA ISOTOPI STABILI DI BIOELEMENTI IN ALIMENTI (OLIO) Federica Camin Istituto Agrario di San Michele allAdige (Trento)

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Presentazione sul tema: "ANALISI DEI RAPPORTI TRA ISOTOPI STABILI DI BIOELEMENTI IN ALIMENTI (OLIO) Federica Camin Istituto Agrario di San Michele allAdige (Trento)"— Transcript della presentazione:

1 ANALISI DEI RAPPORTI TRA ISOTOPI STABILI DI BIOELEMENTI IN ALIMENTI (OLIO) Federica Camin Istituto Agrario di San Michele allAdige (Trento)

2 Isotopo ( = stesso posto ISOTOPI (in totale circa 1700) Stabili (260) Radioattivi

3 Isotopi di uno stesso elemento = hanno lo stesso n° di protoni (e quindi di elettroni) ma un diverso n° di neutroni diversa massa Z A hanno lo stesso n° atomico (Z) ma un diverso n° di massa (A)

4 Frazionamento isotopico La variazione naturale di abbondanza isotopica nelle molecole è conseguenza delle diverse proprietà chimico-fisiche degli isotopi di uno stesso elemento. Massa differente Effetto cinetico Effetto termodinamico (Differente velocità di reazione) (Differente energia libera)

5 Rapporti isotopici normalmente indagati negli alimenti D/H, 13 C/ 12 C, 15 N/ 14 N, 18 O/ 16 O, 34 S/ 32 S Elemento Isotopo stabile Abbondanza naturale % media Standard di riferimento internazionale Idrogeno 1H1H99.985V-SMOW (Vienna –Standard Mean Ocean Water) 2H2H0.015 Carbonio 12 C V-PDB (Vienna-Pee Dee Belemnite) Carbonato di calcio fossile 13 C1.108 Azoto 14 N AIR (Azoto dellaria) 15 N Ossigeno 16 O V-SMOW (Vienna –Standard Mean Ocean Water) 17 O O0.2039

6 Lo spettrometro di massa isotopica (IRMS): misura di 13 C/ 12 C, 15 N/ 14 N, 18 O/ 16 O Accoppiamento dellIRMS con lanalizzatore elementare LIRMS viene normalmente accoppiato con un analizzatore elementare in quanto misura solo molecole semplici (CO 2,N 2,CO) R è il rapporto tra lisotopo meno abbondante rispetto a quello più abbondante

7 Misura di D/H: Risonanza Magnetica Nucleare del D (SNIF 2 H-NMR) I = 1 => nucleo con distribuzione non simmetrica => breve T 1 e T 2 Bassa sensibilità (D poco abbondante e <<) FT con impulso a 90° Solo molecole semplici (alcool, glicerina, acido acetico) Grandi quantità di campione (per alcool: 3 g) Sistema di lock, di solito alla frequenza del fluoro, per evitare drift del campo magnetico Disaccoppiamento del protone S/N > 150 (ca. 200 scansioni per spettro) 8 spettri per un tempo totale di ca. 4 ore Processore di dati spettrali dedicato

8 Misura di D/H: Risonanza Magnetica Nucleare del D (SNIF 2 H-NMR) Spettrometro a 9.4T (400 MHz) (Bruker, Karlsruhe, Germania) dotato di campionatore automatico e corredato di sonda specifica per l'osservazione del "deuterio" (61.4 MHz per B 0 =9.4T), avente un canale di disaccoppiamento del protone e un canale di stabilizzazione del campo magnetico (lock) alla frequenza del fluoro. (D/H) I CH 2 DCH 2 OH (D/H) II CH 3 CHDOH R= 2 (D/H) II / (D/H) I

9 C () Gas naturali Petrolio piante CAM (vaniglia) atm CO 2 Scala che illustra qualitativamente la composizione isotopica del carbonio di alcune sostanze naturali 13 C (PDB) CO 2 in zone boschive 13 C = - 11 CO 2 Tecnogenico 13 C= - 30 piante C3 (vite, alberi da frutta, erba, olivo) piante C4 (canna, mais) Carbonati

10 (N 2,NO x ) Denitrificazione Residui organici (+10/+30 ) Ammonio (NH 4 + ) Materiale organico (R-NH 2 ) Nitrati (NO 3 - ) Consumo da parte della pianta Minerali Liscivamento Precipitazioni PARAMETRI CHE INFLUENZANO IL RAPPORTO 15 N/ 14 N NEI COMPOSTI VEGETALI Fissazione N 2 atmosferico (0) -3/+1 -0,5 ±1 Nitrificazione -12/-29

11 PARAMETRI CHE INFLUENZANO IL RAPPORTO D/H NEI COMPOSTI VEGETALI Composizione isotopica dell'acqua di falda effetto latitudine ciclo planetario dell'acqua effetto geografico - continentale effetto altitudine Evapotraspirazione fogliare effetto climatico (temperatura - umidità relativa) bietola, fragola ( 91 ÷ 93 ppm ) piante a ciclo C 3 mele, pere, ciliegie ecc ( 96 ÷ 108 ppm ) ( 95 ÷ 101 ppm ) Provenienza vegetale del lalcoolvite ( 98 ÷ 108 ppm ) piante a ciclo C (canna da zucchero, mais) 4 ( 110 ÷ 115 ppm )

12 FATTORI CHE INFLUENZANO I RAPPORTI ISOTOPICI DEI PRODOTTI ANIMALI I rapporti isotopici dei prodotti animali dipendono dal tipo di alimentazione e dallorigine dellacqua Lape assume gli zuccheri presenti nel nettare e li elabora senza alternarne i rapporti isotopici.

13 CHE INFORMAZIONI DANNO I RAPPORTI ISOTOPICI ? tipo di isotopoè influenzato da…. e può perciò determinare… 13 C/ 12 C, D/H Metabolismo (C3, C4, CAM) Aggiunta illecita di zucchero di canna e/o barbabietola (ad esempio a vino e succhi di frutta) Tenore di mais nella dieta animale 18 O/ 16 O, D/HOrigine dellacquaAnnacquamento (ad es. nel vino) 13 C/ 12 C, D/H Sintesi chimica Aggiunta di sostanze di sintesi 18 O/ 16 O, D/H, 15 N 14 N, 13 C/ 12 C Origine geografica Caratterizzazione di prodotti ad origine protetta e controllata

14 Analisi dei rapporti tra isotopi stabili di bioelementi (D/H, 13 C/ 12 C, 15 N/ 14 N, 18 O/ 16 O, 34 S/ 32 S)

15 Possibili applicazioni delle analisi isotopiche agli oli doliva –Identificazioni di sofisticazioni con oli di altre specie vegetali o con oli di sintesi –Identificazioni di sofisticazioni con oli di provenienza geografica diversa rispetto a quella dichiarata (oli DOP)

16 Stato applicativo delle analisi isotopiche nel settore degli oli Gaffney et al., 1979, Rossel, C di diversi tipi di oli: mais (ca. –12), girasole (ca. -27), soia (ca. – 28), palma (ca. – 27), cocco (ca. –25) ed arachidi (ca. –28) Bianchi et al., C di oli di diverse cultivar di olive 13 C olio doliva: -27,18/-28,57 3 C non dipende dalla varietà delle olive, né dal loro grado di maturazione Angerosa et al., C su olio, frazione sterolica e alcoli alifatici, 18 O su olio Distinzione tra Stati Meditterranei (Spagna, Italia, Marocco, Tunisia) Accenni di discriminazione tra zone Italiane, areali marini e areali interni Zhang et al., 1998 D/H su glicerolo con SNIF-NMR

17 OLI DOLIVA A DOP Normative di riferimento: - in ambito nazionale, la legge n. 169 del che ha sancito l'istituzione della DOC degli oli di tal tipo - in ambito comunitario, il Reg. CEE n. 2081/92 che offre la possibilità di estendere la tutela giuridica offerta dalla legge nazionale sulle DOC all'intero territorio della UE secondo le modalità della DOP e dell'indicazione geografica protetta (IGP). Requisiti minimi che deve possedere il disciplinare di produzione per una DOP a)la delimitazione della zona geografica; b)lindicazione degli elementi comprovanti che la produzione, la trasformazione e lelaborazione del prodotto hanno luogo nella zona delimitata; c)la descrizione del metodo di ottenimento del prodotto; d) gli elementi che comprovano il legame con l'ambiente geografico in particolare gli oliveti siti nelle zone di produzione di oli a denominazione di origine controllata, destinati alla produzione degli oli suddetti, devono essere iscritti in apposito albo pubblico degli oliveti, istituito presso ogni camera di commercio, industria, artigianato, agricoltura; e)i riferimenti relativi alle strutture di controllo: è stato infatti istituito il Comitato nazionale per la tutela della denominazione di origine controllata degli oli.

18

19 Metodi analitici di accertamento dellorigine geografica su oli doliva Panel Test, analisi di composti responsabili dellaroma (Aparicio et al., 1996, J.Agric. Food Chem) Metodi chemiometrici applicati a diversi componenti dellolio doliva (acidi grassi, steroli, alcoli alifatici e triterpenici, sostanza fenoliche, tocoferoli, trigliceridi e aromi). Forina e Tiscornia, Tsimidou et al., Alessandri et al., Webster et al., 2000 spettroscopia 13 C-NMR e 1 H-NMR ad alto campo (600 MHz) eseguita sullolio tal quale (Sacchi et al., 1998; Mannina et al., 2000; Mannina et al., 2001) analisi dei rapporti tra isotopi stabili

20 Lavoro svolto da IASMA Nellambito della convenzione con il Ministero delle Politiche Agricole e Forestali: COSTITUZIONE DI BANCHE DATI ISOTOPICHE ANNUALI (dal 1998) 1998/1999: 80 campioni (Garda - Lombardia, Veneto, Trentino -, Liguria, Abruzzo, Toscana, Campania, Puglia, Sicilia, Sardegna) 2000/2001: 100 campioni (Garda, Liguria, Emilia Romagna, Toscana, Umbria, Lazio, Abruzzo, Campania, Puglia, Sardegna, Sicilia) 2001/2002: 84 campioni (Garda, Liguria, Emilia Romagna, Toscana, Umbria, Lazio, Abruzzo, Campania, Puglia, Sardegna, Sicilia): in via di completamento. 2002/2003: in via di raccolta campioni

21 Analisi effettuate

22 Valutazione statistica dei dati Analisi univariata: determinazione di media, dev. std., minimo massimo, analisi della distribuzione dei dati (rappresentazione in box-plot wishker) e ANOVA (Test di differenze significative tra medie come Test di Tukey) Analisi bivariata:correlazione tra variabili Analisi multivariata descrittiva: Principal Component Analysis Analisi multivariata discriminante: Stepwise Discriminant Analysis: selezione delle variabili più significative Analisi Discriminante Canonica con rappresentazione grafica bidimensionale dei risultati Analisi Discriminante di riclassificazione


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