Analisi XRF alla ricerca del profilo elementare delle impronte digitali nel sud

Jun 25, 2023

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 13739 (2023) Citare questo articolo

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L’implementazione di tecniche analitiche in grado di certificare la qualità e l’origine degli alimenti in modo veloce e non distruttivo sta diventando un’esigenza diffusa nel settore agroalimentare. Tra le tecniche fisiche non distruttive, la spettrometria di fluorescenza a raggi X (XRF) viene spesso utilizzata per analizzare la composizione elementare di campioni biologici. In questo studio, i profili elementari della fluorescenza a raggi X (XRF) sono stati misurati su campioni di pomodoro appartenenti a diverse aree geografiche della Sicilia (Italia). Lo scopo di questa indagine era quello di stabilire un protocollo di misurazione e analisi in situ in grado di fornire valutazione della qualità e tracciabilità dei prodotti agroalimentari IGP, sostenendo in particolare la sicurezza sanitaria e la firma biochimica autoqualificante. Nel dettaglio, il campionamento è stato effettuato in una delle aree più produttive di pomodoro della Sicilia sud-orientale (comune di Pachino), caratterizzata da una quantità relativa più elevata di capacità di carbonio organico e di scambio cationico, e rispetto ai campioni provenienti da altre aree di coltivazione della Sicilia, è sceso in provincia di Ragusa e nella regione dell'Etna. I dati sperimentali sono stati analizzati nel quadro dell'analisi multivariata utilizzando l'analisi delle componenti principali e ulteriormente convalidati mediante analisi discriminante. I risultati mostrano la presenza di firme elementali specifiche associate a diversi elementi caratterizzanti. Questa metodologia stabilisce la possibilità di distinguere un chiaro pattern di impronte digitali associato all'origine geografica di un prodotto agroalimentare.

Le caratteristiche nutrizionali e organolettiche degli alimenti, nonché l'origine degli alimenti e le condizioni igienico-sanitarie, sono requisiti fondamentali per la valutazione della qualità e della sicurezza, con un impatto diretto sulla sana alimentazione e sul benessere sociale.

L'identità e l'origine di un prodotto proveniente da un'area geografica peculiare e pregiata sono riconosciute dalla Comunità Europea con i marchi “Indicazione Geografica Protetta” (IGP) e “Denominazione di Origine Protetta” (DOP). Queste etichette mirano a salvaguardare i nomi di prodotti specifici per promuovere le loro caratteristiche uniche legate alla loro origine geografica.

È già noto in letteratura che la presenza nei vegetali di diversi composti bioattivi quali flavonoidi, tannini ed altri costituenti polifenolici1,2 nonché di composti aromatici, principali responsabili delle proprietà organolettiche degli alimenti, spesso identifica la genuinità e la salubrità. Questi sono strettamente legati alle caratteristiche specifiche del territorio di origine. Controllare l’origine degli alimenti attraverso la determinazione degli elementi caratterizzanti diventa quindi estremamente importante per la tracciabilità e per il contrasto alle frodi alimentari durante tutta la filiera di produzione, trasformazione e commercializzazione. In questo contesto, l’autenticazione alimentare è necessaria soprattutto per i prodotti di marca, come quelli DOP e IGP, che sono più suscettibili alle frodi rispetto ad altri prodotti, a causa del loro maggiore valore economico.

Gli elementi caratterizzanti e in tracce nei campioni biologici e ambientali vengono solitamente identificati utilizzando metodi tradizionali, come le tecniche di spettrometria atomica, tra cui ICP-OES (spettrometria di emissione ottica al plasma accoppiato induttivamente) e ICP-MS (spettrometria di massa al plasma accoppiato induttivamente)3. Nonostante l'ampio utilizzo dei classici strumenti analitici, recentemente sono state introdotte tecniche non distruttive, con il duplice vantaggio di velocizzare l'analisi e di evitare danni alla matrice biologica analizzata. Inoltre richiedono una quantità minima di campione e possono essere utilizzati per misurazioni in linea in varie fasi della lavorazione industriale. Tra queste viene spesso utilizzata la spettrometria a fluorescenza a raggi X (XRF). Permette di identificare e quantificare gli elementi di un campione omogeneo o non omogeneo (solido o liquido) misurando i raggi X fluorescenti emessi dalla diseccitazione del guscio atomico, a seguito di un'irradiazione primaria di raggi X (vedi 4 e riferimento ivi contenuto). La spettrometria XRF ha il vantaggio di essere una tecnica relativamente economica, facile da implementare (anche sul campo) e molto veloce, poiché consente di determinare presenza e concentrazione di molti elementi chimici in pochi minuti, con elevata accuratezza e precisione. Tuttavia, questa tecnica presenta una grande difficoltà nel determinare elementi chimici aventi un peso atomico inferiore a quello del Na (Z \(\leqslant\) 11). Il fascio di raggi X incidente, infatti, è prevalentemente disperso e scarsamente assorbito da campioni organici particolarmente ricchi di elementi leggeri, come C, H, O e N. In questo caso, una conoscenza più approfondita della composizione chimica di un il campione potrebbe essere ottenuto lavorando in altre regioni spettrali e utilizzando tecniche spettrometriche basate sullo scattering, come quelle di Rayleigh, Compton e Raman.5,6.