Metodi rapidi e innovativi per l’analisi di contaminanti negli alimenti Michelangelo Pascale Istituto di Scienze delle Produzioni Alimentari, Consiglio Nazionale delle Ricerche (ISPA-CNR) 17 Settembre 2015 Expo Milano – Mipaaf Lounge Cardo Sud “Le soluzioni tecnologiche per la carta di Milano Lotta alle contraffazioni, diagnostica per il controllo qualità, qualità delle produzioni alimentari”
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Metodi rapidi e innovativi per l'analisi di contaminanti negli alimenti
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Metodi rapidi e innovativi per l’analisidi contaminanti negli alimenti
Michelangelo PascaleIstituto di Scienze delle Produzioni Alimentari,Consiglio Nazionale delle Ricerche (ISPA-CNR)
17 Settembre 2015Expo Milano – Mipaaf Lounge Cardo Sud
“Le soluzioni tecnologiche per la carta di MilanoLotta alle contraffazioni, diagnostica per il controllo qualità,
qualità delle produzioni alimentari”
Qualità è la totalità degli attributi e caratteristiche di unprodotto (o servizio) che concorrono alla sua capacità disoddisfare specifiche esigenze, implicite o esplicite (ISO 8402)
QUALITA’ DEI PRODOTTI ALIMENTARI
Qualità Merceologica(caratteristiche
commerciali e aspetto del prodotto)
Qualità di Autenticità(origine, tipicità, sistema di coltivazione, contraffazioni)
Qualità Igienico-Sanitaria
(garanzie di sicurezza igienico-sanitaria e di
salubrità)
Qualità Nutrizionale
(caratteristiche della composizione e degli
ingredienti)
Qualità Organolettica
(bontà, aspetti gustativi tipici o particolari)
Qualità Etica(produzione senza
sfruttamento)
Qualità Ambientale
(metodi di produzione eco-compatibili)
la qualità dei prodotti alimentari (come capacità di soddisfazione dei bisogni
del consumatore) è la risultante di un insieme
di fattori
Percezione dei rischi alimentari
Fattori di rischio percepito dai consumatori
Fattori di rischio scientificamente riconosciuti
1. Pesticidi - Metalli pesanti -Contaminanti chimici
4. Pesticidi - Metalli pesanti -Contaminanti chimici
5. Additivi
6. OGM(EFSA, Eurobarometro 2010)
Scopo di un metodo rapido Metodo di screening (analisi high-throughput di campioni a basso
costo) Metodo quantitativo / semi-quantitativo (generalmente ad un
livello di contaminazione target) Adatto per la determinazione del contaminante ai livelli di legge Utile per scopi operazionali e logistici (process management, HACCP)
Caratteristiche di un metodo di screening semi-quantitativo Il metodo deve essere capace di classificare come positivi almeno il 95% di
campioni contaminati alla concentrazione di interesse (screening target concentration).
I campioni sospetti (positivi) necessitano di essere rianalizzati con un metodo di conferma.
I campioni negativi sono classificati come campioni che non devono essereulteriormente analizzati.
La percentuale di campioni falsi negativi non deve superare il 5%. I falsi positivi di campioni non contaminati non hanno impatto sulla salute
del consumatore, ma un numero elevato di campioni falsi positivi rende ilmetodo di screening poco affidabile.
Spettroscopia FT-NIR per lo screening di DON in frumento
Performance parameters (%) cut-off 1400 µg/kg
Overall classification rate 90
False compliant samples 5
False not compliant samples 5
Class “A”[DON] ≤ cut-off
Compliant samples
Class “B”[DON] > cut-off
Not compliant samples
Calibration/validation set
De Girolamo et al., Toxins, 2014, 6, 3129-3143
Linear Discriminant Analysis(LDA)
-6000
-4000
-2000
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000
DON by HPLC (µg/kg)
DO
N b
y FT
-NIR
(µ
g/kg
)
ycal = 0.802x + 477r2
cal = 0.802yval = 0.691x + 695r2
val = 0.634
Calibration
Validation
Statistical parameters
RMSEC (µg/kg) 1473
RMSEP (µg/kg) 1977
PC 1 (77%)PC
2 (1
1%)
Root Mean Square Error of Calibration (RMSEC)Root Mean Square Error of Prediction (RMSEP)
Partial Least Squares Regression(PLS)
Class B [DON, µg/kg] > 1400Class A [DON, µg/kg] ≤ 1400
EU maximum permitted level 1750 µg/kg
Spettroscopia FT-NIR per lo screening di DON in frumento
Naso Elettronico basato sulla tecnologia MOS (Metal Oxide Semiconductors)
Il naso elettronico (sistema olfattivo artificiale) comprende un array di sensorichimici con specificità parziale e un appropriato sistema di trattamento dati ingrado di caratterizzare e riconoscere odori semplici o complessi ed eseguire cosìun’analisi qualitativa e/o quantitativa di miscele gassose
Naso elettronico basato su sensori MOS per lo screening di DON in frumento
Class C [DON, µg/kg]>2500
Class B 1000<[DON, µg/kg]<2500
Class A [DON, µg/kg]<1000
Analisi e-nose (n= 525) Discriminant Function Analysis (DFA)
Metodo di riferimento (HPLC)
105 campioni di frumento naturalmente contaminato da DON
Molitura
Percentuali di riconoscimento A (%) B (%) C (%) Media (%)
Calibrazione 90 84 86 87
Validazione 86 78 83 82
Lippolis et al., Food Control, 2014, 37, 263-271
Sensing flow channel (FC1)
Reference flow channel (FC2)
rabbit policlonalanti-OVA antibody
rabbit policlonalnegative antibody
2 FLOW CHANNELS
Ovalbumina
Pre-trattamento fast
Vino bianco
Legante: anticorpo policlonale anti-OVA
NHS/EDC
poli-antibody
Biosensore SPR per ovoalbumina nel vino
Pilolli et al., Anal. Bioanal. Chem., 2015, 407, 3787-3797
Vantaggi e svantaggi dei metodi rapidi
Metodo Vantaggi Svantaggi
ELISA Anticorpi disponibili per molticontaminnati
Buona sensibilità Analisi simultanea di un
grande numero di campioni Semplice preparazione del
campione Strumentazione poco costosa Limitato uso di solventi
organici
Alcuni test ELISA hanno lunghi tempi di incubazione (tempo totale di analisi 5-100 min)
Cross-reattività dell’anticorpo Sovrastima (interferenze di matrice) Possibili risultati falsi positivi/negativi Analisi di conferma necessaria (per i
positivi)
Dipstick / LateralFlow device
Rapido (5-10 min) Nessuna purificazione Facile da realizzare Limitato uso di solventi
organici Può essere usato in situ Quantitativo (uso di lettore) Strumentazione poco costosa
Semi-quantitativo (cut-off) Problemi di interferenze dovute alla
matrice (falsi positivi) sensibilità non sempre accettabile ai
livelli vicini ai limiti di legge Possibili risultati falsi positivi/negativi Analisi di conferma necessaria (per i
positivi)
Metodo Vantaggi Svantaggi
FPIA Rapido (10-15 minuti) Nessuna purificazione Facili da realizzare Buona accuratezza Buona precisione Poco costoso
Intervalli di linearità relativamenteristretti
Poco sensibili (per alcuni contaminanti)
FT-NIR Rapido (5 minuti) Non distruttivo Pratico
Qualitativo/semi-quantitativo Strumentazione costosa Necessità di modelli di calibrazione Necessità di basi di statistica Possibili risultati falsi positivi/negativi
Nasoelettronico
Rapido Non distruttivo Pratico
Qualitativo/semi-quantitativo Necessità di modelli di calibrazione da
aggiornare nel tempo Necessità di basi di statistica Possibili risultati falsi positivi/negativi
Vantaggi e svantaggi dei metodi rapidi
Validazione di metodi rapidi commerciali
E’ il processo per dimostrare o confermare le performance di un metodo di analisi (test kits rapidi).Coinvolgimento di laboratori indipendenti.
Test kits commerciali per l’analisidi contaminanti - micotossine
La validazione di kits commerciali è richiesta pergarantire l’affidabilità dei risultati
AOAC PTM2%
GIPSA-USDA24%
AOAC/GIPSA3%
no validation71%
Regolamento (UE) N. 519/2014
…………
Sfide future
Garantire la sicurezza alimentare e la nutrizione in una complessa e globalizzata catena di approvvigionamento alimentare e in un sistema alimentare che sarà dominato da catene alimentari alternative.
Salvaguardare la sicurezza degli alimenti e la nutrizione in una situazione di risorse alimentari di scarsa qualità e nuove condizioni climatiche, che influenzano la produzione primaria, lo stoccaggio e il trasporto.
Priorità nella ricerca scientifica
Metodi di screening rapidi e poco costosi (di facile utilizzo, accurati, affidabili, selettivi) per il controllo della contaminazione da utilizzare anche a livello di PMI
Tecniche “omics” (genomica, trascrittomica, proteomica, metabolomica) per la valutazione del rischi di contaminanti
Nuovi contaminanti (chimici e biologici)
Organismi Geneticamente Modificati (OGM) e loro impatto sulla salute.
Studio e uso di biopesticidi (biocontrollo)
Rischi legati alle produzioni biologiche (igiene, contaminanti)
Packaging (nuovi materiali, rilascio di sostanze tossiche)……………..