Gli Alimenti: dall’impronta olfattiva alla qualità e sicurezza

Il naso elettronico può essere considerato un valido strumento diagnostico della qualità e della sicurezza alimentare, tanto che in un prossimo futuro potrà uscire dal laboratorio d'analisi ed imporsi nelle realtà aziendali come metodo di analisi.

L'odore e l'aroma di un alimento, impronta olfattiva, rappresentano un parametro sensoriale d'estremo interesse poiché correlato alla qualità del prodotto. Il naso elettronico, tramite una valutazione oggettiva dell'impronta olfattiva, permette di ottenere una molteplicità d'informazioni direttamente correlate alle caratteristiche nutrizionali, qualitative, nonché tecnologiche degli alimenti.

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Il "naso elettronico" presenta grosse potenzialità per imporsi quale strumento diagnostico in grado di rispondere alle esigenze dell'industria in relazione all'evoluzione normativa (Gardner e Bartlett, 1994; Deinsingh et al., 2004).

Il naso elettronico
Dei cinque sensi, l'olfatto è senza dubbio quello a cui attribuiamo minor importanza, terreno più per poeti, quale veicolo d'immagini, ricordi e sensazioni, che per scienziati. Nella valutazione di un prodotto alimentare, aspetti quali l'odore, l'aroma, il colore, il sapore, le caratteristiche fisiche, che ci permettono di valutare l'aspetto edonistico dell'alimento facendo riaffiorare emozioni e ricordi, contengono nel loro complesso moltissime altre informazioni spesso trascurate. In particolare l'odore e l'aroma di un alimento, dovuto alla presenza di molte sostanze chimiche volatili, rappresentano un parametro sensoriale d'estremo interesse in quanto correlato alla qualità e sicurezza del prodotto. I metodi di misura finora considerati efficaci a livello internazionale sono quelli che si basano su una misura diretta dell'odore, l'analisi olfattometrica, utilizzando "il naso" quale sensore, presentando cioè campioni ad un "panel" di persone selezionate ed istruite che fungono da valutatori. La percezione di un odore è una sensazione soggettiva sia per quanto riguarda l'intensità che la qualità dello stimolo olfattivo. Un valido tentativo di valutazione oggettiva dell'odore degli alimenti deriva oggi dalla nuova tecnologia del naso elettronico. (Timeline)

Impronta olfattiva: analisi real-time
L'impronta olfattiva di un alimento è oggi un nuovo parametro per valutare le caratteristiche di qualità e sicurezza di un prodotto, nonché un aspetto su cui puntare per dare valore aggiunto al proprio prodotto differenziandolo rispetto ad altri presenti sul mercato. Il naso elettronico è uno strumento caratterizzato da grandi versatilità e si dimostra in grado di fornire indicazioni riguardo a numerosi parametri una volta puntualmente "addestrato" a riconoscere la presenza di sostanze, classificare campioni in gruppi, adattandosi così a numerosissime situazioni. Tali caratteristiche lo rendono sicuramente molto utile in tutte quelle condizioni in cui vengano richieste indicazioni di screening e con enormi potenzialità in termini di capacità predittiva quantitativa o semi-quantitativa. Queste proprietà gli permetteranno di uscire dal laboratorio d'analisi ed imporsi nelle realtà aziendali come metodo di analisi real-time al fine di controllare e monitorare i processi industriali on-line, in-line, at-line and near-line. Come tutte le nuove applicazioni, il raggiungimento delle sue piene potenzialità richiede ancora un grosso impegno a livello di migliore definizione delle caratteristiche e performance dei sensori, interpretazione dei risultati e messa a punto di modelli statistici di supporto decisionale, quali ad esempio le cosiddette reti neurali, che possano migliorare ulteriormente l'attendibilità delle risposte offerte.

Struttura e funzionamento del naso elettronico
Il naso elettronico è uno strumento costituito da un gruppo di sensori elettrochimici con specificità parziale alle molecole da analizzare associato ad un sistema d'analisi in grado di riconoscere l'odore proveniente dalla frazione volatile di matrici semplici e complesse (Gardner and Burtlett, 1994). 

Un naso elettronico è costituito da un modulo di campionamento, una serie di sensori, un processore che permette di convertire il segnale del sensore in un formato leggibile e da un appropriato sistema di riconoscimento capace di riconoscere odori semplici o complessi. I composti volatili provenienti dal campione attivano i sensori dello strumento. Nel naso elettronico il sistema olfattivo è sostituito da varie tipologie di sensori: semiconduttori agli ossidi metallici (MOS e MOSFET), conduttori da polimeri organici (CP), microbilance a cristalli di quarzo (QMB). I rivelatori sono costituiti a una nutrita serie (array) di questi sensori, che possono arrivare fino a più di 30 elementi e rispondono ai vari agenti odorosi modificando le proprietà intrinseche (conducibilità, frequenza di oscillazione ecc). Dall'insieme dei segnali generati dall'array si ottengono "mappe" grafiche dell'aroma; la loro interpretazione da parte di sofisticati software applicativi permette il riconoscimento e quantificazione dei composti in esame. I dati ottenuti vengono processati statisticamente per ottenere pattern di riconoscimento, che sono assolutamente unici e caratteristici per ciascun campione analizzato e vengono per questo definiti come "impronte olfattive". 
Scegliendo opportunamente la tipologia dei sensori e dopo un adeguato periodo di apprendimento, questi dispositivi hanno dimostrato di essere in grado di lavorare in svariati campi applicativi. Il software permette inoltre di condurre alcune analisi statistiche di tipo multivariato che permettono una prima discriminazione fra i campioni al fine di costruire un pattern di analisi da utilizzare successivamente per predire le caratteristiche di altri campioni di cui non si hanno informazioni. I sistemi d'analisi dell'odore attraverso l'uso del naso elettronico, sono inoltre in grado di attivarsi in seguito a contatto con le sostanze aromatiche emesse da campioni di svariati tipi ed origini e, come un cervello, possono "imparare" ed essere "addestrati" elaborando le informazioni ottenute dall'analisi, fornendo così responsi complessi ed articolati e non semplicemente espressioni qualitative (positività/negatività), ma anche quantitative. Per queste ultime la fase di istruzione prevede il ricorso all'analisi tradizionale di laboratorio. (Parallelismo tra Naso artificiale e Sensazione olfattiva)

Le applicazioni del naso elettronico nella sicurezza alimentare
La crescente attenzione a livello nazionale, comunitario ed internazionale nel campo della sicurezza alimentare e la maggiore consapevolezza del consumatore hanno creato esigenze sempre maggiori per alimenti caratterizzati da elevati standard di qualità e sicurezza. Le potenziali applicazioni del naso elettronico sono numerose: caratterizzazione della qualità dei prodotti, controllo delle denominazioni di origine protetta(DOP), valutazione dello stato di conservazione degli alimenti, valutazione della presenza di sostanze indesiderate, controllo dei processi industriali, standardizzazione dei processi produttivi, controllo del rilascio di off-flavour da parte degli imballi, per arrivare infine al controllo di fonti alimentari.  In un test sul formaggio, hanno determinato, con precisione, età e zona di origine di diversi tipi di Emmental. Nel campo degli oli d'oliva hanno identificato provenienza e categoria (extra vergine, vergine, normale, lampante) degli stessi oli. Nelle produzioni agricole sono utilizzati per determinare il momento ottimale per la raccolta della frutta. In questo modo è possibile monitorare gli alimenti in modo obiettivo, rapido, non distruttivo, seguendone nel tempo lo stato di conservazione. Ma l'applicazione che potrebbe essere di maggiore utilità è nel campo del riconoscimento delle muffe nei cereali, responsabili di contaminazione tossiche da micotossine. Grazie a queste caratteristiche il naso elettronico ha molteplici possibilità di applicazione, sia per monitorare la qualità dei cibi sia per verificarne la sicurezza alimentare. 

Riconoscere e quantificare muffe e micotossine
Lo sviluppo, l'attività di muffe e la produzione di micotossine sono fattori generalmente associati allo sviluppo di odori non gradevoli, "off-flavours", correlati alla liberazione di sostanze volatili quali alcoli, aldeidi, chetoni ed esteri (Schnürer et al., 1999) che possono essere facilmente captate dai sensori del naso elettronico. Di
estremo interesse sono i risultati ottenuti da alcuni autori che hanno dimostrato come con il naso elettronico sia possibile riconoscere e discriminare l'attività di muffe nei cereali. Il naso elettronico è in grado di classificare cereali in base alla presenza di diverse muffe ed all'entità della contaminazione (Magan e Evans, 2000; Paolesse et al., 2006; Presicce et al., 2006). Bisogna distinguere tra presenza e moltiplicazione di muffe e produzione e presenza di micotossine, in quanto i due processi si svolgono in condizioni ambientali differenti. Risulta pertanto di particolare interesse valutare la possibilità di utilizzare il naso elettronico quale indice diagnostico rapido, sensibile e non distruttivo in grado di valutare la presenza di micotossine e determinarne i livelli di contaminazione. Utilizzato ed istruito con tale obiettivo, il naso elettronico è stato in grado di discriminare ad esempio campioni di frumento duro in relazione al tenore di deossinivalenolo, una micotossina che si puo' trovare come contaminante nel frumento (Tognon et al., 2004). Un aspetto importante di questa tecnologia è la possibilità di correlare le risposte dei sensori elettronici ai risultati di indagini chimico-fisiche, in modo da addestrare il "naso" non solo a riconoscere e discriminare odori diversi, ma ad utilizzare la concentrazione di odore a fini diagnostici. In tal senso sono state evidenziate le potenzialità predittive del naso elettronico, tramite la messa a punto di modelli statistici opportuni, in termini di quantificazione del contenuto in DON nel frumento duro in relazione alle caratteristiche dell'impronta olfattiva (Campagnoli et al., 2005). Il miglioramento della fase di apprendimento del naso elettronico e dei modelli statistici di supporto decisionale permetterà di conferire a questo approccio tecnologico innovativo non solo potenzialità, ma reali capacità applicative nel campo della sicurezza alimentare.

Vittorio Dell'Orto, Federica Cheli
Dipartimento di Scienze e Tecnologie Veterinari
per la sicurezza alimentare
Università degli Studi di Milano

SAPORI & SALUTE 
Soluzioni integrate per la filiera agroalimentare
n. 1 - settembre 2006 - pagg. 38-39