DIARIO DI BORDO - Fondazione Patrimonio Ca' Granda · Dal campo alla rete Il clima è l’insieme dei fenomeni atmosferici di una località, consi-derati in un orizzonte di lungo

DIARIO DI BORDOGuida per giovani naviganti alla scoperta delle tecnologie

per l’agricoltura e il mondo del food

A cura diSilvana Moscatelli

Consiglio Nazionale delle Ricerche Barbara Albonico

Fondazione Patrimonio Ca’ Granda

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HORTUS DELL’INNOVAZIONEDal campo alla rete

PREMESSA

1. IMPATTI DEI CAMBIAMENTI CLIMATICI

2. IL CICLO DEL CARBONIO NELLE PIANTE

3. SPAD E SALUTE DELLE PIANTE

4. AGRICOLTURA DI PRECISIONE

5. LA BIODIVERSITÀ NEL SUOLO

6. CONOSCERE I NEMATODI

7. SICUREZZA ALIMENTARE E BIOSENSORI

8. I SENSI PER LA QUALITÀ DELLA FRUTTA

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INDICE

Partner

Progetto finanziato dal Ministero dell’Istruzione, dell’Università e della Ricerca

Il presente volume è stato realizzato con il contributo dei ricercatori del CNR e degli studenti degli Istituti di Istruzione Superiore V. F. Pareto di Milano e G. Maggiolini di Parabiago (MI) partner del Progetto L’Hortus dell’innovazione: dal Campo alla Rete

Il diario di bordo documenta il percorso realizzato dagli studenti delle scuole, dagli agricoltori e dagli scienziati nel mondo delle nuove tecnologie applicate all’agricoltura ma è soprattutto uno strumento di lavoro per tutti coloro che vorranno realizzare esperienze simili.All’interno si trovano infatti non solo i contenuti scientifici di approfondimento dei temi trattati dal progetto ma soprattutto strumenti didattici come i webinar e le presentazioni dei ricercatori del CNR: risorse utili a disposizione di docenti e studenti che desiderino conoscere e sperimentare come l’innovazione tecnologica possa rivoluzionare il futuro della nostra agricoltura.

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• Monitoraggio delle colture attraverso nuove tecnologie (AGROSAT)• Studio della biodiversità del suolo• Uso dei biosensori per la sicurezza alimentare• Consumer science e cultura del gusto

Le varie fasi della sperimentazione in campo sono state seguite e documentate degli studenti che hanno preso parte alle attività e condivise tramite i canali social del progetto (FB e blog) e riportate in eventi organizzati sul territorio. Giovani di Confagricoltura-ANGA ha svolto incontri con le aziende agricole per promuovere le tematiche affrontate dal progetto.

Il Diario di Bordo è strutturato in schede sinettiche sugli argomenti trattati, completate da tre box che descrivono l’impatto dell’innovazione testata in campo nell’ambito della scuola e del mercato e forniscono delle indicazioni relativamente alla sua divulgazione.Nella schede, inoltre, sono integrate le presentazione dei temi da parte dell’autore (pdf e webinar).

Premessa

Il Diario di Bordo rappresenta l’esperienza del progetto “Hortus dell’Innovazione: dal Campo alla Rete” (poi “Hortus”), raccontata attraverso le sperimentazioni svolte presso i terreni dell’azienda agricola “La Caiella” (Motta Visconti, MI) parte del patrimonio rurale della Fondazione Patrimonio Ca’ Granda.

Il progetto si è posto l’obiettivo di diffondere, con modalità nuove, le opportunità di sviluppo rese disponibili su molti fronti grazie alla ricerca e l’innovazione in agricoltura, riproponendo virtualmen-te il modello delle “Cattedre ambulanti in agricoltura”, istituto tipicamente italiano, sviluppato in varie forme a partire dalla metà dell’Ottocento. Il modello prevedeva la creazione di una rete di stazioni informative che diventavano veri e propri nuovi punti di distribuzione dell’informazione, con la partecipazione attiva degli agricoltori all’introduzione dell’innovazione agricola.

Il tema portante delle sperimentazioni è stato la tracciabilità che, per finalità didattico-conoscitive, è stata declinata nelle due accezioni di “tracciabilità delle colture” e “tracciabilità del prodotto”.Le sperimentazioni in campo hanno visto coinvolti i ricercatori del CNR e gli studenti dei due istituti scolastici partner, rispettivamente ISIS V. Pareto di Milano e ITET G. Maggiolini di Parabiago (MI).

I temi trattati durante le uscite sul campo:• Analisi dello stato di salute delle piante• Effetti dei cambiamenti climatici in agricoltura• Studio del fenotipo delle piante (plant phenotyping)• Agricoltura di precisione e utilizzo dei droni in agricoltura

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Il clima è l’insieme dei fenomeni atmosferici di una località, consi-derati in un orizzonte di lungo periodo (almeno 25-30 anni). Il tempo atmosferico invece è l’insieme dei fenomeni atmosferici che, in un determinato istante, si manifestano nella località di interesse.Il tempo atmosferico può cambiare anche nell’arco di pochi minuti, poche ore, e si riferisce sempre ad una situazione temporanea, transi-toria; il clima, invece, descrive lo stato medio dei fenomeni meteoro-logici tipici di una località geografica.

Con il termine “cambiamenti climatici” si indicano le variazioni delle caratteristiche di una o più grandezze climatiche, come ad esempio nei loro valori medi. Perciò il cambiamento climatico può agire, ad esempio, su temperature (media, massima e minima), precipitazio-ni, nuvolosità, temperature degli oceani, distribuzione e sviluppo di piante e animali. Tali variazioni possono avvenire a diverse scale spa-

ziali (regionale, continenta-le, emisferica e globale) e scale temporali (decennale, secolare, millenaria e ultra millenaria).La conoscenza del clima as-sume grande importanza ad esempio per: individuare le specie coltivabili con succes-so, stabilire il periodo di se-

I CAMBIAMENTI CLIMATICIMassimiliano PasquiIstituto di Biometeorologia - CNR

Impatti dei cambiamenti climatici in agricolturaMassimiliano Pasqui Istituto di Biometeorologia - Consiglio Nazionale delle Ricerche

https://www.youtube.com/watch?v=e8CkzpnyOjo&t=247s

http://www.fondazionepatrimoniocagranda.it/wp-content/uploads/2019/05/Diario_meteo_climatico.pdf

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mina appropriato, predisporre gli interventi irrigui e i mezzi di prote-zione attiva o passiva (assicurazione) contro le avversità atmosferiche (siccità, gelate, grandine), impostare una razionale difesa fitosanita-ria. La stazione meteorologica è un insieme di strumenti di misura che permettono di controllare le condizioni fisiche dell’atmosfera in un dato luogo, per un tempo indefinito, relativamente ad alcuni para-metri fondamentali. Queste informazioni una volta raccolte possono essere utili per scopi di analisi meteorologica e, nel caso di lunghe serie temporali, di analisi climatiche.

Dal Campo alla ScuolaAttraverso l’uso dei dati ottenuti da una stazione metereologica, gli stu-denti possono seguire l’andamento meteorologico della stagione colturale e provare a simulare l’evoluzione delle condizioni ottimali per le colture

scelte; oppure decidere le colture che meglio si adattano alle specifiche condizioni climatiche del luogo scelto.

Dal Campo al Mercato I dati ottenuti da una stazione meteorologica, possono essere fruibili ed accessibili ad un ampio numero di utenti. Possono essere usati in via pre-

ventiva per la scelta delle colture che meglio si adattano ai diversi tipi di clima.

Dal Campo alla ReteI canali per divulgare la conoscenza di questi dati possono essere anche i canali social, rivolti cioè ad un pubblico allargato, oppure possono essere

disseminati su reti informative di utenti specifici come quelle degli agricoltori.

IN PRATICA

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Le piante sono organismi sessili, ma interagiscono in maniera dinamica con l’ambiente naturale che le cir-conda, principalmente attraverso FLUSSI di anidride carbonica (CO2), ossigeno (O2) (con i processi di foto-sintesi e respirazione) e vapore acqueo (con la traspirazione). Gli organi vegetali specializzati che assolvono queste funzioni sono le foglie, ed i gas vengono scambiati attraverso piccolissime aperture che si chiamano stomi, il cui meccanismo di apertura/chiusura è direttamente controllato dalle piante stresse attraverso il metabolismo.In tutte le parti verdi della pianta ed in parti-colare nella foglia è presente la clorofilla, un pigmento in grado di captare i raggi luminosi e sfruttarne l’energia per trasformare molecole di acqua e molecole di anidride carbonica in una molecola di glucosio con la liberazione di molecole di ossigeno (CO2+ 6 H2O -> C6H12O6+ 6 O2), nel processo chimico più famoso del mondo, cioè la fotosintesi clorofilliana.

La pianta è composta interamente di sostanze che derivano dal glucosio: cellulosa, amido e tutto ciò che può essere utile alla pianta viene ‘fabbricato’ nelle foglie.Come tutti gli organismi viventi, anche le piante respirano. La respirazione è il processo inverso alla fotosintesi, poiché vengono utiliz-zati gli zuccheri e l’ossigeno per creare ener-gia con conseguente rilascio di CO2; inoltre, la

IL CICLO DEL CARBONIO NELLE PIANTEFederico BrilliIstituto per lo Sviluppo Sostenibile delle Piante - CNR

Le piante e l’ambiente circostanteFederico Brilli Istituto per lo Sviluppo Sostenibile delle Piante - Consiglio Nazionale delle Ricerche

http://www.fondazionepatrimoniocagranda.it/wp-content/uploads/2019/03/Il-ciclo-del-carbonio-nelle-piante-NS.pdf

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respirazione avviene in ogni parte della pianta non esposta alla luce, non solo in quelle verdi. La respirazione avviene dunque anche nelle foglie quando sono al buio, dove con-sumando zuccheri si produce energia necessaria alla pian-ta. La respirazione consuma ossigeno, quindi una pianta di notte o in genera-le in ambienti poco luminosi sottrae, anche se in quanti-tà minime, ossigeno all’atmosfera e pro-duce CO2. Infatti, il livello di respirazio-ne di una pianta (anche di un intero albero) è notevolmente inferiore a quello di qualsiasi animale, anche di piccole dimensioni.La traspirazione è il processo mediante il quale avviene la perdita di vapore acqueo dalla superficie fogliare, utile a mantenere le foglie ‘fresche’ quando sono continuamente esposte alla luce (ed al calore) del sole. Dalle radici l’acqua viaggia in tessuti conduttori che la portano sino alle foglie, che fungono come una specie

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di valvola per l’impianto idraulico della pian-ta. Il vapore fuoriesce attraverso gli stomi contemporaneamente allo scambio di CO2 e O2 e la quantità in uscita è direttamente proporzionale all’apertura degli stomi.

StrumentazioneLa strumentazione utlizzata per misurare la “respirazione” della pianta è LI-COR 6400, strumento, portatile per la misura in vivo dei flussi di CO2 ed H2O, a livello fogliare.

L’InnovazioneTale strumento consente di misura-re sulle foglie ‘in vivo’ ed ‘in tem-po reale’ direttamente in campo diversi parametri fisiologici: flusso CO2 assimilata fotosintesi / respi-rata, flusso H2O traspirata, grado di apertura stomatica, concentrazio-ne di CO2 all’interno della foglia. Queste misure vengono effettuate inserendo intere foglie o porzioni di foglie in ‘cuvette’, dove è possibile monitorare e controllare in maniera precisa tutti i parametri ambientali (temperatura, intensità luminosa, percentuale di umidatà relativa, concentrazione di CO2, flusso d’aria).

Dal Campo alla ScuolaAttraverso l’uso dei dati ottenuti da LI-COR, gli studenti possono provare a monitorare nel tempo lo stato di benessere della pianta attraverso la valutazione delle sue performance fotosintetiche; infatti una buona atti-

vità di assimilazione fotosintetica di carbonio (CO2) si rifletterà anche su una buona resa in termini produttivi (di biomassa e frutti).

Dal Campo al Mercato I dati ottenuti attraverso la stima della performance fotosintetica ci pos-sono fornire informazioni per verificare il sopraggiungere di uno stato di stress nelle piante, oltre che per la caratterizzazione del fenotipo delle

piante, utili a selezionare in campo i genotipi più produttivi di una certa specie.

Dal Campo alla ReteI canali per divulgare la conoscenza di questo strumento portatile sono in primo luogo le dimostrazioni in campo. Per favorire una più ampia frui-zione delle informazioni circa il LI-COR, ciò che viene sperimentato diret-

tamente in campo dall’agricoltore e/o dallo studente può essere trasmesso tramite canali social in cui sono descritti brevi casi studio di utilizzo del LI-COR. La dimostra-zione “pratica” è di sicuro di grande impatto per un pubblico più ampio.

IN PRATICA

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SPAD E SALUTE DELLE PIANTEMichela JanniIstituto di Bioscienze e Biorisorse - CNR

Il verde è il colore della saluteMichela Janni Istituto di Bioscienze e Biorisorse - Consiglio Nazionale delle Ricerche

Il colore predominante nelle piante è il verde nelle sue varie sfumature. Ci siamo mai chiesti perché le foglie sono verdi? Le sostanze appaiono di colore diverso a seconda delle lunghezze d’onda che assorbono o riflet-tono ed i nostri occhi sono sensibili solo ad una piccola parte delle lunghezze d’onda della radiazione, la luce visibile, che va da circa 400 nm (violetto) a circa 700 nm (rosso).

Le foglie ci appaiono verdi perché contengono in grandi quantità un pigmento chiamato clorofilla che assorbe la luce nelle regioni rossa e blu dello spettro luminoso, riflet-tendo così ai nostri occhi solo la luce verde (circa 550 nm). Le clo-rofille sono i pigmenti specializzati nell’assorbimento della luce e sono presenti due diverse tipi di cloro-filla: la clorofilla a, che assorbe soprattutto la luce blu- violetta e rossa e la clorofilla b, che assorbe soprattutto la luce blu ed arancio-ne.

Le clorofille si trovano principal-mente nel mesofillo fogliare che è il tessuto più attivo. Le cellule del mesofillo possiedono un gran nu-

https://bit.ly/2JrEDYh

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mero di cloroplasti: le clorofille sono localizzate principalmente proprio nei cloroplasti ed in parti-colare nelle membrane tilacoidali (tilacoidi e mem-brane stromatiche). Grazie alle clorofille, gli orga-nismi fotoautotrofi sono in grado captare l’energia luminosa e trasformarla energia chimica, immagaz-zinandola nella materia organica sintetizzata a par-tire da CO2 e H2O.La clorofilla presente nelle foglie è strettamente correlata alle condizioni nutrizionali della pianta, quindi la misurazione del contenuto in clorofille della pianta è un valido indicatore del suo stato di salute e dei suoi fabbisogni nutrizionali.

StrumentazioneIl contenuto di clorofilla può essere misurato in vivo utilizzando un misuratore di contenuto di clorofil-la denominato SPAD che effettua una misurazione non invasiva e permette di determinare il contenu-to relativo di clorofille presenti nella foglia, attra-verso la misura dell’assorbanza della foglia nelle lunghezze d’onda nelle regioni comprese tra i 650 e 940 nm.Lo SPAD è una strumentazione portatile (di peso estremamente contenuto, solo 200 g), applicabile a moltissime specie vegetali e che consente una mi-surazione istantanea e semplice del livello di clo-rofilla nelle foglie. La semplicità della misurazione

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consente di poter seguire lo stato nutrizionale della pianta nel tempo durante tutto il ciclo colturale.Il costo di uno SPAD è relativamente contenuto e accessibile.

L’innovazioneL’innovazione è rappresentata da uno strumen-to portatile in grado di fornire informazioni utili in tempo reale. L’analisi effettuata dallo SPAD è accessibile a tutti e non richiede la “di-struzione” del campione misurato (la foglia). E’ applicabile a moltissime specie, è portabile e i dati sono trasmissibili tramite una porta se-riale direttamente ad un computer e in cloud ad una rete di sensori anche più complessi.

Dal Campo alla ScuolaLo SPAD è un utile strumento che può essere utilizzato anche per la didattica. Gli studenti posso utilizzarlo in autonomia e effettuare le misurazioni della clorofilla presente sulle diverse colture. La raccolta dei dati con lo SPAD costi-

tuisce un utile esercizio di analisi agronomica e diagnostica per verificare lo stato di salute e nutrizionale delle piante.

Dal Campo al Mercato Lo SPAD è uno strumento utile ad un gran numero di utenti. In un’azienda agricola lo SPAD può essere utilizzato per un riscontro analitico di un esame visivo della pianta. Ciò può fornire in via preliminare ma tempestiva delle

informazioni che possono essere oggetto di analisi successiva e determinare un inter-vento mirato sulla pianta e garantirne una certa produttività (vedi anche Agrosat).

Dal Campo alla ReteI canali per divulgare la conoscenza di questo strumento sono in primo luogo le dimostrazioni in campo. Per favorire una più ampia fruizione del-le informazioni circa lo SPAD, ciò che viene sperimentato direttamente in campo dall’agricoltore e/o dallo studente può essere trasmesso tramite

canali social, attraverso cui raccontare brevi case studies di utilizzo dello SPAD. La dimostrazione “pratica” è di sicuro di grande impatto per un pubblico più ampio.

IN PRATICA

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L’Istituto di Biometeorologia del CNR di Firenze e Foggia ha realizzato Agrosat (https://www.agrosat.it/), un servizio completamente gratuito e accessibile da qualsiasi utenza e dispositivo, in grado di supportare l’agricoltore nella gestione della concimazione attraverso tecniche di agricoltura di precisione.

Il primo grande risultato della piattaforma Agrosat si è concretizzato nel sostegno ai produttori cerealicoli del territorio nazio-nale fornendo un quadro dettagliato della variabilità temporale di biomassa in campo e l’elaborazione di mappe di prescrizione per la fertilizzazione mediante spandicon-cime a rateo variabile.Poiché solo poche aziende hanno attual-mente acquistato mezzi meccanici di ultima generazione, Agrosat permette di navigare le mappe di prescrizione così da abilitare in tempo reale una prima razionalizzazione delle concimazioni anche per chi lavora con trattrici tradizionali: sarà sufficiente un co-mune smartphone o tablet per monitorare

AGRICOLTURA DI PRECISIONEP.Toscano, S.F. Di Gennaro, A. MateseIstituto di Biometeorologia - CNR

AGROSAT: il campo a portata di clickP.Toscano, S.F. Di Gennaro, A. Matese Istituto di Biometeorologia - Consiglio Nazionale delle Ricerche

https://bit.ly/2YdPs3Q

https://bit.ly/2W80A02

https://bit.ly/2Jws7XE

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la propria posizione sulla mappa e dosare il rilascio in base a quanto prescritto.

Esiste inoltre la possibilità di scaricare direttamente la mappa di resa potenziale del proprio campo, rela-tiva allo stato di sviluppo attuale della coltura e valutare così l’eventuale presenza di aree critiche a bassa produttività, così da intervenire con precisione facendo la cosa giusta al momento giusto ed al posto giusto.Agrosat è più facile da utilizzare che da descrivere: l’applicazione web ha una struttura di navigazione estre-

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mamente semplice e intuitiva, adatta agli agricoltori ed a tutti gli operatori del settore. Per prima cosa è necessario trovare il proprio campo (tramite indirizzo o per chi si trova in campo abilitando la propria posizione GPS) e disegnarne i limiti tracciando un poligono. Pochi secondi e comparirà l’ultima immagine acquisita da satellite relativa al proprio campo (immagine in colore naturale) ed un calendario che riporta tutto lo storico dei passaggi da satellite. Proce-dendo Agrosat fornisce la scelta tra 4 differenti prodotti:- lo stato vegetazionale della coltura;- la resa potenziale;- la mappa di stress idrico;- il modulo per le concimazioni di precisione.Con quest’ultimo Agrosat consente di ottimizzare la distribuzione dei fertilizzanti in campo, basandosi ovviamente sull’indicazione da parte dell’utente del quantitativo complessivo che si intende somministrare in termini di unità di azoto per ettaro.

Successivamente Agrosat genera una mappa di prescrizione nella quale per le zone con un indi-ce di vegetazione più basso saranno suggeriti quantitativi di fertilizzante maggiori e viceversa.La mappa è scaricabile direttamente dal sito e può essere caricata su un trattore dotato di GPS e di spandiconcime a rateo variabile oppure utilizzata direttamente su dispositivi mobili (smartphone/tablet) per individuare la propria posizione GPS e razionalizzare la concimazione seguendo i consigli di Agrosat.Utilizzando queste mappe sarà possibile risparmiare tempo, carburante e denaro dando fer-tilizzanti solo nelle zone di campo che effettivamente ne necessitano, nel massimo rispetto della sostenibilità ambientale.Tutto questo è possibile grazie alla disponibilità di dati satellitari, acquisiti dalle piattaforme ESA Sentinel-2A e Sentinel-2B del programma europeo di osservazione della Terra denominato Copernicus, e grazie al lavoro di continuo sviluppo dei ricercatori CNR-IBIMET.

Nuove funzionalità sono da oggi disponibili per rendere più intuitiva e performante la piatta-

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forma. In primo luogo la possibilità di creare un profilo utente gratuito in cui salvare più appezzamenti e gestirli come differenti Unità Produttive (UP). Per ognuna di esse sarà possibile valutare non solo lo stato della coltura e la resa potenziale, ma anche la mappa di stress idrico.

Inoltre, l’utente potrà visionare ed esportare in formato utile a sistemi a rateo variabile la mappa di conci-mazione di precisione in alta risoluzione o classificata (2-3-4 classi). Per ciascuna UP registrata nel profilo utente, sono disponibili previsioni meteo a 5 giorni e, ove presenti, i dati meteo osservati dalla stazione meteo più vicina. Altre funzionalità a supporto dell’utente sono un blocco note su cui registrare informazioni sulla gestione agronomica della UP e un servizio di messaggistica per l’invio di informazioni utili agli agricol-tori (ad esempio allerte meteo, comunicazioni regionali).Attenzione è stata posta infine su una tematica di estremo interesse, ossia la tracciabilità di filiera.In questa direzione, Agrosat implementa un sistema proprietario di geotracciabilità, che sfrutta tecnologia bar-code per vincolare ciascuna UP al seme certificato e successivamente al conferimento della granella prodotta.

È attualmente in fase di progettazione l’estensione del servizio Agrosat anche ad altre colture di interesse strategico per il settore produttivo italiano. Inoltre sarà presto garantita la possibilità di visualizzare i dati eseguendo analisi su intervalli di tempo specifici, filtri e creazione di report di sintesi.

StrumentazionePc o smartphone - www.agrosat.it

L’innovazioneL’innovazione è rappresentata dall’utilizzo di una piattaforma per un’agricoltura sostenibile attraverso l’ac-cesso diretto ad un set di dati ed informazioni selezionati per un corretto monitoraggio delle colture. La rilevazione dall’alto consente non solo di individuare le zone del campo con le maggiori criticità ma anche di effettuare interventi mirati e specifici. Il tutto abilita tool di agricoltura digitale ritagliati per i prodotti di filiera.

Dal Campo alla ScuolaL’agricoltura di precisone rappresenta l’evoluzione dell’agricoltura e una nuova fron-tiera di studio. Insegnare nuove tecniche e nuovi approcci già dalle scuole medie superiori è di fondamentale importanza per stimolare e favorire una formazione multidisciplinare. L’agricoltura di precisione si configura come mezzo per trovare so-

luzioni utili agli effetti del cambiamento climatico cui dovranno fare fronte, sempre con maggior frequenza, gli agricoltori e imprenditori delle prossime generazioni.

Dal Campo al Mercato L’azienda che si dota di sistemi di agricoltura di precisione ottiene dei vantaggi da numerosi punti di vista. L’attività di monitoraggio dall’alto delle colture consente un intervento mirato sulle varie porzioni critiche del campo aumentando le possibilità di recupero della produttività nell’area interessata e un minor dispendio economico

per interventi generalizzati.

Dal Campo alla ReteI canali per diffondere questa innovazione sono i social network ma anche eventi e seminari con le associazioni del settore agroalimentare e negli istituti scolastici. Le scuole sono infatti una parte importante dei destinatari della divulgazione perché la fase di formazione consente da subito di introdurre l’uso delle nuove tecnologie tra

le conoscenze di base del settore agroalimentare ma anche quello di specializzarsi nel settore tecnologico dedicato all’agricoltura.

IN PRATICA

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Il suolo è uno degli ecosiste-mi più complessi in natura ed uno degli habitat più va-riegati sulla terra, contiene una miriade di organismi diversi, i quali favoriscono e partecipano ai cicli globa-li che rendono possibile la vita. Esso può essere defini-to come il risultato dell’al-terazione più superficia-le della litosfera (o crosta terrestre), cioè il prodotto dell’interazione tra litosfe-ra, atmosfera e biosfera.

L’importanza della struttura del suolo, risiede nel fatto che essa determina lo sviluppo delle colture, perché è la struttura stessa che influenza la profondità che le radici possono esplorare, il volume dell’acqua imma-gazzinata, i movimenti dell’acqua, dell’aria, degli elementi nutritivi, dei fitofarmaci e della fauna presente nel suolo. Insieme al pH ed alla sostanza organica è il parametro che influenza maggiormente la diversità microbica del suolo.

Il pH del terreno è importante per conoscere con esattezza le caratteristiche di un suolo, influenza diretta-mente la capacità delle piante di assorbire gli elementi nutritivi necessari. Questo, com’è ovvio, condiziona molto la possibilità delle piante di “abitare” un determinato terreno. La reazione misurata col pH ci con-

LA BIODIVERSITÀ NEL SUOLOSara PignattelliDipartimento di Scienze Bio-agroalimentari - CNR

Studio del suolo e delle sue caratteristicheSara Pignattelli Dipartimento di Scienze Bio-agroalimentari - Consiglio Nazionale delle Ricerche

https://bit.ly/2HyJUvk

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sente di scegliere le specie più idonee all’ambiente e apportare eventuali correttivi o variazioni. Il pH viene misurato mediante una scala da 0 a 14, dove le sostanze acide hanno un valore compreso tra 0 a 7 (con livello di acidità decrescente) e le sostanze basiche hanno un valore compreso tra 7 e 14 (con livello di alcalinità crescente). L’acqua pura ha un valore neutro sulla scala del pH, cioè un valore uguale a 7.

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La tabella a fianco ci mostra come il valore del pH influenza il grado di solubilità dei vari ele-menti per la flora presente nel suolo.

StrumentazioneIl pHmetro può essere una strumentazione sia portatile che fissa, consente una misura istanta-nea del pH del terreno.

L’innovazioneL’innovazione è rappresentata da uno strumento portatile in grado di fornire informazioni utili in tempo reale. L’ana-lisi effettuata pHmetro è accessibile a tutti e non richiede la “distruzione” del campione oggetto di studio.

Dal Campo alla ScuolaIl pHmetro è un utile strumento didattico. Gli studenti posso utilizzarlo in autonomia e effettuare le misurazioni del pH presente nel suolo. La rac-colta dei dati con il pH costituisce un utile esercizio di analisi pedologica.

Dal Campo al Mercato Il pHmetro è uno strumento che possono utilizzare un numero ampio di utenti. In un’azienda agricola il pHmetro può essere utilizzato per un riscontro analitico per quello che riguarda le caratteristiche fisico-chimi-

che di un terreno. Ciò può fornire in via preliminare delle informazioni che possono essere oggetto di analisi successiva e determinare un intervento mirato sui suoli, in relazione anche al tipo di cultura che ospiteranno.

Dal Campo alla ReteI canali per divulgare la conoscenza di questo strumento sono in primo luogo le dimostrazioni in campo. Per favorire una più ampia fruizione del-le informazioni circa il pHmetro, ciò che viene sperimentato direttamen-

te in campo dall’agricoltore e/o dallo studente può essere trasmesso tramite canali social, nei quali sono descritti brevi casi studio di utilizzo del pHmetro. La dimostra-zione “pratica” è di sicuro di grande impatto per un pubblico più ampio.

IN PRATICA

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Il phylum Nematoda è costituito da alcune decine di migliaia di specie, molte delle quali sono degli importanti parassiti di piante o animali, incluso l’uomo. I nematodi sono degli invertebrati ver-miformi provvisti di cuticola. Essi devono il loro nome alla forma affusolata ed allungata (nema deriva dal greco, e significa filo), assunta almeno in una delle fasi del ciclo vitale. La maggior parte delle specie ha dimensioni inferiori a 1-2 mm e per la loro osservazione è spesso necessario l’au-silio di un microscopio ottico.

I nematodi sono organismi ubiquitari che, nel cor-so della loro evoluzione, si sono adattati a diversi tipi di trofismo, colonizzando un’ampia gamma di ospiti ed ambienti. Numerose specie vivono nelle acque o sul fondo di mari, fiumi e laghi ovvero nel terreno, nutrendosi principalmente di batteri o funghi. Altre specie sono dei predatori, spesso di altri nematodi, o vivono come pa-rassiti all’interno dei tessuti degli ospiti, animali o vegetali. Come molti invertebrati, anche i nematodi hanno un elevato grado di adattabilità, e sono stati capaci di colonizzare, nella corso della loro evoluzione, anche degli ambienti estremi. Alcune specie possono tollerare livelli alti o bassi di pH. Altre ancora sono in grado di resistere al disseccamento attraverso un fenomeno che prende il nome di anidrobiosi. Si tratta di una forma di vita “sospesa”, resa possibile dall’accumulo di trealosio che va a sostituire l’acqua nei tessuti, proteggen-doli. Al ripristino di condizioni ambientali più favorevoli, il processo si inverte con la ripresa del ciclo vitale. Questo meccanismo è presente anche nelle uova di alcuni nematodi fitoparassiti del genere Heterodera, che schiudono solo in presenza degli essudati radicali delle piante che attaccano, in una relazione ospite-parassita molto specifica. Altre specie inoltre sono in grado di resistere al congelamento mentre alcune, come Bursaphe-CONOSCERE I NEMATODI

Aurelio CiancioIstituto di Bioscienze e Biorisorse - CNR

Gli abitanti sconosciuti del terreno: i nematodiAurelio Ciancio Istituto di Bioscienze e Biorisorse, Consiglio Nazionale delle ricerche

http://www.fondazionepatrimoniocagranda.it/wp-content/uploads/2019/03/I-nematodi-NS.pdf

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lenchus xylophilus, il nematode del legno del pino, possono regolare l’assorbimento di os-sigeno e sopravvivere fino a due settimane in condizioni di scarsità di ossigeno o di anossia.Per riconoscere un nematode, e quindi poterlo identificare utilizzando i dati morfometrici e le descrizioni prodotte dai tassonomi, è neces-sario osservarne la morfologia, ed in particola-re l’apparato alimentare e la struttura inter-na. Queste osservazioni vengono integrate con le misurazioni di diversi parametri del corpo, fra cui la lunghezza totale o di diverse regioni del corpo, e il diametro, e dei loro rapporti. I dati vengono poi confrontati con quanto de-scritto in letteratura. Attualmente, la dispo-nibilità di molte sequenze attendibili del DNA

di numerose specie presso banche dati, di libero accesso, rende anche possibile l’identificazione utilizzando il confronto di sequenze appartenenti a geni altamente conservati.

Le caratteristiche morfologiche dei grandi gruppi tassonomici sono correlate al tipo di alimentazione ed alla loro ecologia. I nematodi predatori, per esempio i Mononchida, sono dotati di un’ampia cavità orale in cui sono pre-senti delle strutture cuticolari simili a denti. Grazie a queste strutture essi catturano e immobilizzano le prede (spesso altri nematodi di piccole dimensioni) o ne lacerano la cuticola per poi aspirare il contenuto della preda. Altre specie di predatori (Dorylaimida) sono dotati di uno stiletto dalla forma simile ad un coltello, con cui pe-netrano nel corpo della preda per succhiarne il contenuto. I Rhabditidae e i Cephalobidae hanno invece una ca-vità orale formata da strutture cuticolari chiamate “rhabdioni”, che formano un tubo con cui aspirano i batteri di cui si nutrono, presenti nell’ambiente in cui vivono (materia organica in decomposizione, terreno, o ambienti acquatici). Spesso sono anche dotati di “setae” o altre strutture labiali, che svolgono la funzione di sensori o fa-

cilitano la raccolta dei batteri (per es. le “probolae” de-gli Acrobeles, vedi figura). Altri nema-todi fitoparassiti, per es. i Tylenchida, sono invece dotati di uno stiletto, con cui aspirano il con-tenuto cellulare dai tessuti vegetali di cui si nutrono.Numerose pian-te, sia spontanee che coltivate, sono attaccate dai ne-matodi fitoparassi-ti, spesso dotati di chemiosensori in grado di localizzarne le radici. Essi possono essere sedentari o migratori. I primi (per es. specie di Meloidogyne, Heterodera ed altre) sono caratterizzati dalla presenza di femmine adulte immobili, che si nutrono all’interno delle radici, dove inducono delle alterazioni istologiche evidenti e, nel caso delle Meloidogyne, vistose malformazioni, comunemente note come “galle”. Le femmine adulte producono verso l’esterno, spesso per via partenogenetica, delle masse d’uova da cui schiudono le larve di secondo stadio (la prima muta avviene nell’uovo). Queste sono mobili e raggiungono, penetrandole, altre radici dove iniziano ad alimentarsi, insediandosi e perdendo la propria mobilità. Nelle settimane successive, ormai sedentarie, esse mutano ancora, completando lo sviluppo e diventando adulte. I nematodi migratori invece (per es. specie del genere Helicotylenchus o Xiphinema) sono mobili anche nelle fasi adulte.

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Le specie fitoparassite sono anche caratteriz-zate come endo- o ecto-parassite, a seconda che si alimentino inserendo lo stiletto dall’e-sterno o penetrando all’interno dei tessuti vegetali, per divenire poi sedentarie, come descritto, o continuando a muoversi nel-le radici lesionate, come per es. nel genere Pratylenchus. Il ciclo vitale dei nematodi può variare da 3-4 settimane fino a 1-2 anni. Alcu-ni gruppi di fitoparassiti attaccano le foglie e gli steli delle piante ospiti, fra cui specie col-tivate come cipolla o fragola, su cui causano considerevoli danni.

StrumentazioneIl microscopio stereoscopico è la strumenta-zione più comunemente utilizzata in nemato-logia, che consente un primo riconoscimento delle specie presenti nel terreno. L’estra-zione dei nematodi dal terreno puo’ essere effettuata in diversi modi. Alcuni metodi si basano sull’uso di setacci, dalle maglie di di-versa larghezza, su cui viene fatta passare la sospensione del terreno in acqua. Un primo setaccio a maglie larghe (0.5-0.7 mm di aper-tura) serve a trattenere e separare la materia organica e grossolana dalla sospensione. Que-sta viene recuperata e quindi fatta passare

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Dal Campo alla ScuolaLo studio in campo fornisce dati utili per verificare le nostre ipotesi sul comportamento nel tempo delle popolazioni di nematodi presenti nell’am-biente. In particolare sia sul loro effetto come agenti di danno, che come

indicatori ecologici e dello stato di salute di un terreno.

Dal Campo al Mercato Le analisi ed il riconoscimento al microscopio dei nematodi fitoparassiti e degli antagonisti ad essi associati forniscono informazioni utili circa i pos-sibili interventi, per esempio di lotta biologica o integrata. Gli antagonisti

possono essere introdotti e usati in un terreno che ospiterà la coltura. Il mercato apprezza e chiede alimenti privi di residui chimici, valorizzandone la produzione.

Dal Campo alla ReteI canali per divulgare le conoscenze prodotte includono pagine web, i da-tabase dei progetti con i principali risultati, i bollettini on-line ed i canali social, in cui sono descritte in tempo reale sia le problematiche che le

soluzioni da adottare.

IN PRATICAattraverso un altro setaccio, con maglie di dimensione variabile in funzione del tipo di terreno e del nematode da separare, in genere dell’ordine di 50 - 150 micron (1 micron = 1/1000 di mm). I nematodi rimasti sul setaccio vengono quindi raccolti con acqua e riportati in sospensione. Altri metodi di estrazione si basano sull’uso di centrigughe, di lisciviatori o di setaccini, su cui si pone il terreno o il materiale vegetale da cui procedere all’estrazione, sistemati con aggiunta di acqua in una piastra petri. In alternativa, i setaccini sono sistemati in un imbuto (metodo Baerman) pieno d’acqua che termina con un tubicino chiuso, in cui i nematodi migrano. Dopo 24-48 ore l’acqua del tubicino con i nematodi viene raccolta, per l’esame successivo.

Dalla sospensione si preleva un’aliquota per l’esame e il conteggio al microscopio, utilizzando vetrini con una camera a volume noto. Per prelevare singoli esemplari da studiare in maggior dettaglio con un microscopio ot-tico a trasmissione si versa la sospensione in una piastra petri ripartita in settori, e quindi si scansiona il tutto con lo stereoscopio. I nematodi d’interesse vengono “pescati” dalla sospensione utilizzando un peletto o una setola, incollati sulla punta di un ago, e quindi posti su un vetrino o in una soluzione di fissaggio, per l’esame successivo.

L’innovazioneVi sono diversi possibili percorsi d’innovazione in nematologia. Il primo riguarda l’ampliamento delle conoscen-ze sull’evoluzione, biologia ed ecologia delle specie presenti in diversi ecosistemi. Un secondo percorso è rap-presentato dal ruolo ed impatto che essi hanno sulle attività produttive e dalle informazioni sui danni causati da specie parassite sia di animali che piante. In molti paesi nel mondo sono infatti ancora presenti problemi di ordine medico per le parassitosi dovute a nematodi (per esempio la cecità dei fiumi dovuta ad Onchocerca, in Africa tropicale). Le conoscenze scientifiche servono a risolvere questi problemi. Per esempio si è visto che si può contrastare questo nematode utilizzando degli antibiotici che controllano un batterio endosimbionte, di cui il nematode si avvale durante il ciclo parassitario. Per i nematodi fitoparassiti si sono utilizzati per vari decenni i nematocidi di sintesi, che hanno però prodotto danni all’ambiente e agli operatori per via della loro tossicità. Oggi la ricerca ha individuato numerose alternative, fra cui l’uso di piante resistenti (non sempre però disponibili), la lotta biologica con antagonisti naturali, o tecnologie alternative e a base di prodotti a basso impatto ambientale.

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Negli ultimi decenni abbiamo assistito al diffondersi di un andamento crescente d’interconnessione tra persone, luo-ghi, tecnologie e comunicazione che ha portato al supera-mento delle barriere geopolitiche creando un’omologazio-ne culturale, economica e politica.

La globalizzazione, malgrado la sua ambivalenza, è stata sicuramente sinonimo di prosperità economica, migliora-mento delle libertà civili ed di una più efficiente alloca-zione delle risorse. In generale ha comportato prezzi più favorevoli, maggiore occupazione, migliore produzione ed approvvigionamento, un tenore superiore di vita della popolazione nonché lo sviluppo di nuove tecnologie ed un conseguente progresso economico-scientifico.

Nonostante l’evoluzione delle biotecnologie e del progres-so scientifico abbiano determinato un diffuso benessere sociale, da un esame più approfondito risulta che ancora non si è riusciti a colmare le notevoli lacune in molti ambiti scientifici tra cui quelli relativi alla sicurezza alimentare globale. La filiera alimentare è definita da un complesso mix di fattori (economici, ambientali, sociali e politici) che hanno un effetto a cascata su quello che finisce (o non) sulla tavola dei consumatori e pertanto rappresentano una vulnerabilità, con ripercussioni anche prorompenti, sulla SICUREZZA ALIMENTARE E BIOSENSORI

Maria Cristina StaianoIstituto di Scienze dell’alimentazione - CNR

Biosensori per una migliore qualità degli alimentiMaria Cristina Staiano Istituto di Scienze dell’alimentazione - Consiglio Nazionale delle Ricerche

http://www.fondazionepatrimoniocagranda.it/wp-content/uploads/2019/03/Biosensori-NS.pdf

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salute pubblica.Il sistema alimentare globale è eterogeneo, artico-lato e nonostante negli ultimi anni siano state ela-borate direttive per indicare delle linee guida che potessero essere condivise, non si è giunti ad un vademecum globalmente riconosciuto che possa ga-rantire la tutela della salute.Infatti le regolamentazioni in materia alimentare sono ancora molto frammentarie e/o specifiche per alcune aree ma non per altre e l’obiettivo, per cui si sta ancora lavorando, è quello di rendere standar-dizzati i requisiti per i diversi settori, uniformare ed equilibrare le prerogative base in tutti i vari com-partimenti.I rischi che possono subentrare nella catena alimen-tare, possono essere sia volontari che involontari e possono verificarsi lungo una qualsiasi parte della filiera produttiva e distributiva a causa della sua complessità e dimensione compromettendone l’af-fidabilità.Tra i principali fattori di pericolo si evidenzia l’ap-provvigionamento e l’utilizzo inconsapevole di ma-terie prime contaminate, la scarsità di norme igieni-co sanitarie nella preparazione e nella distribuzione, la manipolazione affidata a persone non qualificate, il trasporto e la conservazione inappropriata, l’er-rata preparazione e assunzione di cibo da parte dei consumatori.

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Inoltre a causa della molteplicità di residui tossi-ci negli alimenti dovuti allo sviluppo industriale, alle nuove pratiche agricole, all’inquinamento ambientale ed ai cambiamenti climatici, la con-taminazione rappresenta tra i potenziali rischi quello più grande, generando preoccupazione nei consumatori e non solo.Per questo motivo si cerca di approfondire ed evidenziare le fonti della contaminazione sia se derivano dalla produzione alimentare, sia se de-rivano dalla lavorazione degli alimenti o dal loro confezionamento, in modo tale da prevenirle e possibilmente debellarle.

Perciò parliamo di contaminazione primaria e di contaminazione secondaria in riferimento a

quale stadio della catena alimentare essa si verifica: contaminazione primaria quando le materie prime sono contaminate, contaminazione secondaria quando la manipolazione è impropria o il personale non qualificato.Distinguiamo le contaminazioni in tipo chimico (pesticidi, antibiotici), tipo fisico (presenza di materiali estra-nei dovuti a negligenza), tipo biologico (microorganismi alteranti o patogeni, con virus, batteri, muffe, funghi, tossine e parassiti).La presenza del contaminante non solo può influire negativamente sulla qualità dell’alimento e sulla sua con-servazione, ma anche mettere a serio rischio la salute del consumatore mediante intossicazioni, avvelenamen-ti, tossinfezioni, malattie infettive, tumori e altre malattie degenerative.

Lo sviluppo di metodologie per la rilevazione e l’identificazione di sostanze contaminanti, ha visto l’impiego di diverse tecniche analitiche molto sofisticate (dette tecniche “gold standard”) in grado di rilevare queste

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sostanze, eseguite in laboratori specializzati equipaggiati con apparecchiature molto sofisticate e costose, personale altamente qualificato, trattamento del campione con consumo di tempo.Pertanto queste tecniche analitiche non sono adatte ad analisi di routine e non possono essere eseguite in loco.L’utilizzo di biosensori invece, permette di poter rilevare, con la stessa affi-dabilità e sensibilità delle tecniche analitiche sopra menzionate, contaminanti anche in tracce, senza nessun pretrattamento del campione da analizzare, con un risparmio di tempo e risorse.Inoltre l’eventualità di “personalizzare” il dispositivo sensoristico dà la possi-bilità a chiunque in qualsiasi momento o luogo, di poterlo utilizzare anche sen-za una formazione tecnico scientifica ed ottenere un risultato in pochi minuti.Basti pensare ad alcuni dispositivi sensoristici in commercio da molti anni, che sono entrati a far parte della nostra vita quotidiana (l’autolettura della gli-cemia, il test di gravidanza, ecc.) apportando un miglioramento della qualità della vita degli utilizzatori con esiti di forte impatto sociale.

Cosa sono i biosensori?Sono dispositivi analitici in grado di rilevare la presenza di un contaminante-analita anche in tracce, grazie all’utilizzo di una molecola biologica in grado di interagire con l’analita di interesse e capaci di convertire una risposta biologica in un segnale elettrico quantificabile.Una volta che la molecola ha interagito con il nostro analita-contaminante, si genera un segnale ottico che viene rilevato da un trasduttore il quale genera un segnale a sua volta amplificato che determina un valore rilevato dall’operatore-osservatore.

Analizzando i vari componenti che costituiscono un biosensore distinguiamo l’elemento di riconoscimento biologico che può essere un enzima-anticorpo-cellula-acidi nucleici-proteina ecc.; il trasduttore del segnale che può essere elettrochimico-calorimetrico-acustico-ottico ecc.; e l’amplificatore di segnale, vedi Fig.2.

Alcune contaminazioni alimentari rilevabili tramite biosensori ottici: le micotossine.Dal PIANO NAZIONALE DI CONTROLLO UF-FICIALE DELLE MICOTOSSINE NEGLI ALI-MENTI (2016-2018) del Ministero della Salute per contaminante (articolo 1 del Regolamento CEE n.315/1993) si intende ogni sostanza non aggiunta intenzional-mente ai prodotti alimentari, ma in essi presente quale residuo della produzione (compresi i trattamenti applicati alle col-ture e al bestiame e nella prassi della me-dicina veterinaria), della fabbricazione,

della trasformazione, della preparazio-ne, del trattamento, del condizionamen-to, dell’imballaggio, del trasporto o dello stoccaggio di tali prodotti, o in seguito alla contaminazione dovuta all’ambien-te. I corpi estranei quali, ad esempio, frantumi di insetti, peli di animali e altri non rientrano nella presente definizione. (Definizione testuale)Esempi tra le micotossine più conosciute:Aflatossina B - Frutta secca ed essicca-ta/frutta a guscio e prodotti derivati, pi-stacchi, arachidi, mandorle, ingredienti

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per gelati a base di frutta a guscio.Aflatossina M1 - Latte e prodotti derivati, latte HT, latte fresco pastorizzato, latte non pastorizzato al det-taglio.Ocratossina A - Vino rosso e da dessert, caffè torrefatto, caffè istantaneo.Patulina - Succhi e passati di mela, prodotti per l’infanzia.Le micotossine sono sostante prodotte da alcuni funghi che noi notiamo come muffe, che grazie ad alcune condizioni ambientali (umidità, temperatura) possono svilupparsi in una svariata gamma di alimenti (formag-gi, salumi, spezie, legumi, cereali, arachidi, mangimi per animali ecc.).Sono cancerogene, genotossiche e neurotossiche per l’uomo pertanto bisognerebbe prestare molta attenzio-ne a non utilizzare alimenti ammuffiti, o di colore dubbio, fare acquisti oculati e gestire meglio la conser-vazione degli alimenti.Da molto tempo i laboratori dell’Istituto di Scienze dell’Alimentazione CNR si occupano di progettare e rea-lizzare biosensori ottici che possano rilevare la contaminazione di micotossine anche in tracce utilizzando la spettroscopia di fluorescenza.La fluorescenza è una proprietà intrinseca di alcune molecole che quando colpite da un raggio luminoso, sono in grado di riemettere luce con un brevissimo ritardo.Più precisamente quando una molecola viene eccitata assorbe luce ad una lunghezza d’onda, ed emette luce ad una lunghezza d’onda maggiore quando ritorna allo stato di partenza (fluorescenza). Le molecole per essere fluorescenti devono avere delle prerogative ben precise, per esempio le proteine sono molecole naturalmente fluorescenti, perché costituite da alcuni amminoacidi “aromatici“ e lo sono anche i composti chimici aromatici e ciclici.È possibile utilizzare delle sonde fluorescenti (composti chimici commerciali) in grado di legarsi in modo mi-rato alle molecole di interesse e rendere fluorescenti composti che in realtà non lo sono. Esiste una varietà enorme di sonde fluorescenti che emettono in tutti i colori del visibile e non, con caratteristiche chimico fisiche specifiche. Semplificando siamo in grado di poter progettare qualsiasi interazione sonda-molecola a seconda delle nostre esigenze, ad esempio scegliendo un colore piuttosto che un altro.

Tra le micotossine rilevate tramite biosensori ottici mostriamo come esempio la patulina.

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Per evidenziare se all’interno della nostra matrice è presente patulina o meno possiamo monitorare il decre-scere dell’intensità di fluorescenza.Rilevazione di patulina tramite un saggio competitivo fluorescente:- la matrice (succo di frutta) non deve essere trattata;- utilizzo di anticorpi anti patulina;- utilizzo di una sonda fluorescente;- possibilità di rilevare tracce di patulina nell’alimento considerato.La patulina opportunamente “marcata”, cioè legata chimicamente ad una sonda fluorescente, sarà attacca-ta dagli anticorpi anti patulina.Infatti quando l’anticorpo si lega alla patulina marcata con la sonda fluorescente si otterrà un certo valore di intensità di fluorescenza, se all’interno della matrice è presente la patulina (non marcata) gli anticorpi competeranno con la patulina non marcata e di conseguenza si otterrà una diminuzione del valore di inten-sità di fluorescenza.

Metodica di rilevamento di contaminanti relativa alla presenza di ormoni: gli steroidi.Gli steroidi sono una classe di ormoni impropriamente e massicciamente utilizzati nell’allevamento del be-stiame come agenti che promuovono la crescita. A causa del loro elevato rischio per la salute umana, l’Unio-ne Europea ha severamente vietato la somministrazione di tutti gli ormoni steroidei naturali e sintetici agli

animali destinati alla produzione alimentare.Come descritto precedentemente per la patulina anche per rilevare tracce di ormoni come il 17- estradiolo direttamente nei campioni di latte, si utilizzano anticorpi anti ormone e sonde fluorescenti in grado di per-mettere di seguire in modo rapido e semplice la variazione dell’intensità di fluorescenza.Pertanto questa metodica ci consente di rilevare qualsiasi contaminante in una matrice alimentare solo cambiando le molecole di coniugato fluorescente e gli anticorpi specifici, rappresenta quindi uno strumento analitico valido in materia di qualità alimentare e controllo di sicurezza.

StrumentazioneLa metodica per la rivelazione della contaminazione batterica (E. coli) si basa sul GUS Test ed è un metodo efficace e rapido per la rilevazione della presenza di Escherichia coli nei campioni alimentari, idrici e am-bientali. Il minifluorimentro è la strumentazione utilizzata per questo test.Reagenti coinvolti nella reazione:- L’enzima β-glucuronidasi (gli enzimi sono proteine con attività catalitica che regolano la velocità dei pro-

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Dal Campo alla ScuolaL’introduzione dell’uso del minifluorimetro negli istituti scolastici offre la possibilità di poter conoscere e rilevare, tramite analisi di routine di dispositivi sensoristici, la presenza o meno di contaminazioni da materie prime e ci permette, non solo, di avere informazioni sulla qualità o meno delle stesse o della filiera alimentare ma di

ottenere informazioni utili per studiare e prevenire le ripercussioni che la presenza di questi con-taminanti negli alimenti avrebbero sulla salute.

Dal Campo al Mercato In ambito aziendale, l’utilizzo del minifluorimentro permette di svolgere analisi di interesse in modo semplice, immediato, affidabile e in loco.Ma l’aspetto più interessante riguarda la possibilità di poter investigare differenti analiti di interesse, variando solo l’elemento di riconoscimento biologico del disposi-

tivo sensoristico, personalizzandolo.Queste analisi permetteranno di dislocare preliminarmente le metodiche di laboratorio, complesse e dispendiose, “a casa” cioè alla portata di tutti anche senza una formazione tecnico scientifica.

Dal Campo alla ReteI canali di divulgazione riguardanti l’utilizzo del minifluorimentro sono le dimostrazio-ni dirette con le aziende interessate alla rilevazione di analiti, contaminanti, ecc., e la condivisione dei risultati delle analisi tramite un data base partecipato dagli operatori del settore, e/o inviando le informazioni wireless al centro operativo dell’azienda/e.

Questo permetterebbe una divulgazione delle informazioni ottenute in tempo reale utile ad intra-prendere azioni decisionali o risolutive.

IN PRATICAcessi biologici) presente in E. coli.- Il MUG o 4-metilumbelliferile β-D-glucuronide rappresenta il substrato (molecola specifica riconosciuta e trasformata dagli enzimi).- Il substrato in presenza della β-glucuronidasi di E. coli viene trasformato liberando il 4- metilumbelliferone (4MU) fluorescente ed acido glucuronico.

Quello che si osserva è la formazione di colore blu dovuto alla liberazione del gruppo fluorescente del sub-strato e pertanto indice della presenza di E. coli.In assenza di E. coli la molecola di substrato non viene trasformata perché l’enzima è assente.L’innovazioneGli esempi mostrati sono indice della versatilità ed applicabilità dei biosensori rendendoli strumenti semplici che possono sostituire, nella parte iniziale, le tecniche analitiche “gold standard” e dare vita ad un “Lab on a Chip”.Per Lab on a Chip si intende un piccolo laboratorio portatile dove è possibile rilevare la presenza di più analiti contemporaneamente sullo stesso chip utilizzando la stessa matrice grazie all’impiego di sonde fluorescenti (per es. con colori differenti).Pertanto i biosensori possono essere intesi come un valido mezzo in grado di traslocare il laboratorio in cam-po. Sicuramente per poter eliminare ogni pericolo o meglio cercare di evitare più pericoli possibili, è neces-sario che tutti noi prendiamo coscienza dei rischi ed impariamo a riconoscere e a gestire in modo corretto i nostri alimenti.Fondamentale è il supporto legislativo e politico affinché si possa trovare una soluzione universalmente ri-conosciuta riguardo alla sicurezza degli alimenti.

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L’analisi sensoriale è una disciplina scientifica che studia la risposta dei sensi umani agli stimoli dell’ambiente e dei prodotti. I sensi che rispondono a stimoli fisici, vista e udito, sono comunemente utilizzati per valuta-zioni e quantificazioni. Le percezioni, per quanto variabili con l’individuo, sono interpretate in base a criteri considerati oggettivi. Test e scale di misura sono applicati per verificare le capacità sensoriali necessarie, ad esempio, per la guida di veicoli o per attività lavorative. Per valutare gusto, olfatto e tatto, che hanno un ruolo principale nella percezione degli attributi chimico-fisici degli alimenti, non sono invece applicabili metodi di misura semplici, ripetibili, verificabili direttamente. Ma con un adeguato addestramento si può apprendere come esprimere valutazioni corrette e il più possibile oggettive.

Uno degli obiettivi dell’analisi sensoriale scientifica è sviluppare e applicare metodi di addestra-mento, per comprendere e miglio-rare la percezione degli stimoli, e per apprendere come comunicare in modo valido le sensazioni. Il riconoscimento degli odori e dei sapori è stato determinante, nel corso dell’evoluzione, ad esem-pio per saper riconoscere trami-te il loro sapore amaro, acido o rancido, sostanze potenzialmente tossiche, come alcaloidi o meta-boliti batterici, per decidere se un cibo fosse innocuo o pericolo-I SENSI PER LA QUALITÀ DELLA FRUTTA

Stefano PredieriIstituto di Biometeorologia - CNR

Analisi sensoriale e cultura del gustoStefano Predieri Istituto di Biometeorologia - Consiglio Nazionale delle Ricerche

http://www.fondazionepatrimoniocagranda.it/wp-content/uploads/2019/03/Analisi-sensoriale-sulla-frutta-NS.pdf

https://www.youtube.com/watch?v=k1oXF87PCKY&t=33s

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so. Con lo sviluppo del commercio, agli acquirenti potevano essere offerte por-zioni del prodotto da provare, per valu-tare con un assaggio la qualità, prima di decidere l’acquisto di derrate alimentari.

La storia dell’alimentazione è scritta quin-di anche con il gusto. L’analisi sensoriale nasce, come disciplina scientifica nella prima metà del XX secolo, dalla necessità di rendere il più possibile oggettive, con metodi sperimentali definiti, valutazioni che hanno come base peculiare la sogget-tività del giudizio: “L’analisi sensoriale è una disciplina scientifica usata per stimo-lare, misurare, analizzare ed interpreta-re le reazioni a quelle caratteristiche dei cibi e dei materiali che sono percepite con i sensi della vista, dell’olfatto, del gusto, del tatto e dell’udito”. Le caratte-ristiche degli alimenti sono validamente misurate e studiate con strumentazioni analitiche, ma solo l’essere umano è in grado di esprimere giudizi sulla qualità, la coerenza con la tradizione e con i requisiti dei prodotti locali. Far ricorso all’analisi sensoriale è in questi casi inevitabile. Si può affermare che gli aspetti nutrizionali, fisici, chimici, microbiologici, che sono misurabili con strumenti, sono validi per definire il livello di qualità “standard” di un prodotto, ma senza l‘ausilio di una valutazione umana, non è possibile contraddistinguere un prodotto d’eccellenza.

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StrumentazioneLo strumento principale dell’analisi è la capacità di prestare attenzione ai propri sensi. Una valutazione attendibile degli aspetti gustativi richiede di avere rice-vuto un’adeguata formazione, conoscere e applicare una serie di regole, e seguire metodologie di riferimento. Nelle valu-tazioni condotte da giudici addestrati lo “strumento” è il panel sensoriale. Il panel è costituito da 8-12 giudici esperti, ed ha come obiettivo quello di ottenere valuta-zioni il più possibile oggettive sui prodotti. Gli aspiranti giudici seguono un percorso formativo. Nelle prime fasi viene valuta-ta la capacità di riconoscere i sapori fon-damentali (dolce, salato, acido, amaro), quindi conoscere il livello di soglia, ossia la concentrazione minima alla quale si per-cepisce la sensazione. L’addestramento si propone di fare migliorare le capacità di base. Molto lavoro viene fatto sull’univer-so degli aromi (odori, valutati attraverso

l’aspirazione nasale; flavor valutati durante l’assaggio quando rilasciati nella cavità orale). Le molecole odo-rose conosciute sono molte migliaia, ed in un singolo alimento se ne possono caratterizzare centinaia. Nor-malmente una persona adulta può distinguere circa 2.000 note odorose, un assaggiatore allenato può arrivare a 10.000. Quindi il giudice addestrato diventa un “sensore”, che fa parte della “strumentazione” chiamata panel. Le sedute di valutazione degli alimenti sono definite panel test.

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Gli strumenti di lavoro del panel sono, a parte l’e-sperienza acqui-sita nella forma-zione, la capacità di utilizzare in maniera appro-priata il “voca-bolario” degli attributi senso-riali, memoriz-zare standard di riferimento per ogni descrittore,

riportare l’intensità delle sensazioni usando una scala numerica.La rappresentazione grafica, costituita da profili “a ragnatela” è un caratteristico strumento comunicativo. Nel grafico a fianco si vedono i profili sensoriali di 4 varietà di mele (ottenuti dalla media dei valori attribuiti da 10 panelisti esperti). Emergono ad esempio la dolcezza di Fuji, l’acidit di Granny Smith, l’aroma di Golden Delicious.Di particolare importanza è il laboratorio sensoriale, provvisto di cabine individuali. Queste sono utili non tanto per evitare che i giudici si facciano condizionare da altri, ma per favorire la necessaria concentrazione sugli stimoli sensoriali che derivano dagli alimenti. L’ambiente in cui si effettua l’analisi sensoriale deve quindi an-che essere confortevole, non rumoroso e il più possibile privo di odori, di luci e colori particolarmente intensi, con temperatura e umidità adeguate. I giudici possono così orientare al meglio i propri sensi esclusivamente alla valutazione dei prodotti.

L’analisi sensoriale, come disciplina scientifica, ha come base l’addestramento degli assaggiatori, che vengono

guidati verso la consapevolezza delle proprie sensazioni, non solo gustative e olfattive, ma anche visive, tattili e uditive. L’innovazione sviluppata negli ultimi anni in questo settore è il passaggio dalla formazione di giudici esperti, addestrati per mesi anche alla conoscenza del prodotto, alla formazione di “consumatori addestrati”, in grado di fornire con semplicità e chiarezza i propri giudizi sensoriali. Questo passaggio è importante per af-fidare ai giudici sensoriali, non la certificazione del prodotto, ma la capacità di predire il comportamento del consumatore. L’innovazione si sviluppa anche in parallelo con la tecnologia: l’opportunità i misurare strumen-talmente la texture di un alimento, è utile per allineare dati tecnologici e sensoriali per definire la migliore qualità a beneficio del consumatore.Lo stesso si può affermare per le analisi delle componenti aromatiche: in questo caso esistono metodologie apposite es. GCO (Gas Cromatografia Olfattometrica) nella quale la strumentazione è predisposta per associa-re una sostanza aromatica alla nota odorosa definita dall’annusatore esperto. Anche questa è un’applicazione dell’analisi sensoriale che consente di definire gli aspetti aromatici caratteristici di un alimento, ma trova ap-plicazione anche nelle ricerche ambientali: dallo studio delle emissioni odorose di piante e fiori, a quelle dei materiali e di siti (es. ambiente urbano o industriale).

L’innovazione deriva anche dall’applicazione di nuove tecnologie e software, in specifico con l’analisi sensoriale dinamica. La percezio-ne sensoriale di un alimento infatti non è sta-tica, ma si evolve nel corso della degustazio-ne, dall’ingresso del cibo in bocca, e fin dopo la deglutizione. L’analisi sensoriale attuale affronta le dinamiche della percezione con metodi denominati TI (Time Intensity) e TDS (Temporal Dominance of Sensations), svilup-pati soprattutto negli ultimi anni, grazie alla disponibilità di sistemi computerizzati in gra-do di acquisire informazioni in tempo reale.

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L’assaggiatore descrive, durante il processo di mastica-zione ed elaborazione del bolo, come variano le caratte-ristiche sensoriali.Il TI è impiegato per monitorare la variazione d’inten-sità nel tempo di uno specifico attributo. Quando l’as-saggiatore porta il campione alla bocca il cursore è al livello “0” della scala d’intensità, riportata sul monitor del computer. Durante tutto l’assaggio il giudice indi-ca l’intensità della sensazione percepita (es. dolcezza) muovendo un cursore. Si ottiene una curva che descrive non solo l’intensità massima (quella che appare nel pro-filo QDA), ma anche la dinamica e la persistenza di un attributo. Si può ripetere il test per varie caratteristiche sensoriali, fino ad analizzare tutte quelle necessarie per descrivere dinamicamente un prodotto.Nel TDS si propongono invece contemporaneamente all’assaggiatore vari descrittori. Ogni giudice ne vede sullo schermo l’intera lista. Appena inserito il campione in bocca, seleziona tra gli attributi sensoriali quello che ha la massima intensità (dominante) ed il livello di questa. Se lo stimolo percepito come dominante cambia (es. prima dolcezza, poi acidità, infine amaro), il giudice seleziona sempre lo stimolo di maggiore intensità, ne segue la variazione, e così via fino alla conclusione dell’assaggio. Il TDS permette di ottenere la sequenza delle sensazioni che via via dominano il procedere dell’assaggio, registrandone le relative intensità.

L’approccio dinamico si avvicina più di quello statico, tradizionale, ad una descrizione delle sensazioni legate all’esperienza dell’assaggio del consumatore. Ancora però c’è spazio per procedere verso una visione tridimen-sionale: descrivere nell’arco di tempo della degustazione intensità, qualità e variazioni delle sensazioni tattili, dei sapori, degli aromi, come singoli strumenti di un’orchestra che crea il gustare, sviluppandone gli elementi dal primo morso alla deglutizione.

Dal Campo alla ScuolaL’analisi sensoriale e la cultura del gusto dovrebbero essere discipline presenti nelle scuole ad indirizzo agro-alimentare e alberghiero. La conoscenza diretta, tramite i sensi, degli aspetti qualitativi è un’esperienza formativa importante per i futuri sviluppi professionali. Parallelamente è anche utile favorire iniziative orientate a

promuovere il consumo di cibi benefici per la salute, funzionali, comprese frutta e verdura. La conoscenza degli aspetti sensoriali è di aiuto nell’orientare le scelte alimentari verso una dieta sana e variata.

Dal Campo al Mercato Riconoscere il gusto e caratterizzare i sapori attraverso un sistema scientifico rappre-senta sicuramente un vantaggio per un’azienda agro-alimentare che vuole puntare alla qualità e all’eccellenza. Si possono registrare benefici sia dal punto di vista del controllo di qualità interno, sia nella promozione nei confronti degli acquirenti, che

possono essere guidati nell’apprezzamento dei prodotti.

Dal Campo alla ReteI canali per divulgare le conoscenze prodotte includono pagine web, i database dei progetti con i principali risultati, le dimostrazioni, i panel degustativi. Il sito tematico www.gustosalutequalita.it affronta le tematiche legate al gusto, alla qualità e alla sostenibilità delle produzioni, e consente un contatto con le persone interessate a

conoscere meglio il mondo dell’assaggio.

IN PRATICA

Consiglio Nazionale delle RicercheDipartimento di Scienze Bio-agroalimentari© CNR Edizioni, 2019Piazzale Aldo Moro, 7 - 00185 [email protected] 49932287

La riproduzione, con qualsiasi procedimento, della presente opera o di parti di essa,deve essere preventivamente autorizzata dall’Editore.

ISBN 978 88 8080 3461 (on line version)

Progetto grafico e impaginazione: Dulcamara grafica e comunicazione

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DIARIO DI BORDO - Fondazione Patrimonio Ca' Granda · Dal campo alla rete Il clima è l’insieme dei fenomeni atmosferici di una località, consi-derati in un orizzonte di lungo